多糖類成分抗胰腺癌作用機制的研究進展 Δ

劉光宇 ，王琦 ，蘇玲 （1.吉林農業大學食藥用菌教育部工程研究中心，長春 10118；2.吉林農業大學中藥材學院，長春 10118；.吉林農業大學植物保護學院，長春 10118）

胰腺癌作為一種發病率逐年上升的惡性腫瘤，隱匿性強，一般在病程進入晚期時方才確診，因此治愈率低，在全球癌癥病死率中排名第7位，患者5年生存率為9%[1]。在我國，胰腺癌的病死率位居癌癥病死率第6位，且患者5年生存率低于癌癥患者平均水平，僅為7.2%[2]。由于胰腺癌隱匿性強且轉移性高，80%～85%的患者在確診時已經失去手術機會[3]?；熓寝D移性胰腺癌的主要治療手段，但常見的化療藥物存在心、肝、腎毒性和過敏反應等副作用，且耐藥性會使療效降低。近年來，天然產物及其衍生物以低毒、高效的特性受到廣泛關注，逐漸成為治療癌癥的潛在藥物。

多糖是一類高分子聚合物，通常由10個及以上的單糖基通過α（1，4）、α（1，2）、β（1，3）和β（1，6）等糖苷鍵聚合、脫水形成，分子量分布跨度較大，幾千至數百萬均有存在，其作為藥用活性成分普遍存在于各種天然產物中。目前，已有100余種多糖被證實具有抑制腫瘤細胞生長的活性[4]，這些多糖對機體無副作用，且與化療藥物聯用可減緩后者所致的機體免疫抑制效應。近年來，國內外學者已陸續開展多項多糖類成分抗胰腺癌的相關研究?；诖?，本課題組通過整理國內外相關文獻，系統歸納與總結多糖類成分抗胰腺癌的作用機制，以期為抗胰腺癌藥物的研發提供新思路與新方向。

1 多糖類成分抗胰腺癌的作用機制

1.1 誘導胰腺癌細胞凋亡

在癌癥發生的過程中，正常細胞轉化為癌細胞，而癌細胞可以通過調節多種細胞因子表達來逃避細胞凋亡。抗凋亡蛋白B細胞淋巴瘤2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）與促凋亡蛋白Bcl-2相關X蛋白（Bcl-2-associated X protein，Bax）在許多腫瘤中均呈高表達狀態；胱天蛋白酶（Caspases）與抑癌基因p53也是凋亡信號傳導通路中的重要成員。遠志多糖RP02-1可通過調節Caspase-3、Bax和Bcl-2表達誘導胰腺癌細胞AsPC-1和BxPC-3凋亡[5]。云芝多糖PSK可通過調控Bax和細胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白p21WAF/Cip1，誘導胰腺癌細胞PANC-1凋亡[6]。牛樟芝多糖可通過線粒體途徑促進胰腺癌細胞BxPC-3凋亡，同時改變Bcl-2家族蛋白的表達情況，促進細胞色素C釋放，激活Caspase-9、Caspase-3和多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）的蛋白水解，誘導染色質凝聚和DNA片段化[7]。茯苓多糖在干預胰腺癌細胞PANC-1后，可使細胞中的Caspase-3、Caspase-9、p53蛋白水平升高，Bcl-2蛋白水平降低，誘導細胞發生變圓縮窄、膜起泡、細胞融合減少、細胞核濃縮而碎裂等典型的凋亡行為[8]。喜樹果實多糖可顯著增加胰腺癌細胞BxPC-3的收縮百分比，誘導染色質濃縮、碎片化及凋亡小體的產生[9]。麥冬多糖ROH05的乙酰化物能顯著抑制胰腺癌細胞BxPC-3和PANC-1增殖，誘導細胞核破碎、皺縮等細胞凋亡現象的發生[10]。此外，香菇多糖與吉西他濱聯用可增強對胰腺癌細胞AsPC-1的抑制作用，下調凋亡抑制蛋白survivin的表達水平，其聯合用藥效果優于吉西他濱單藥治療[11]。

核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）是炎癥和癌癥的關鍵調節因子，也是賦予胰腺癌細胞凋亡抗性的關鍵因素之一[12]。研究表明，多糖會干擾NF-κB介導的信號通路，在腫瘤細胞凋亡中發揮關鍵作用。黑枸杞多糖LRP1-S2在體外和體內對胰腺癌細胞AsPC-1、BxPC-3和PANC-1均有抑制作用，其可通過抑制p38蛋白及絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/NF-κB 信號通路活性來促進BxPC-3細胞凋亡，進而發揮抗胰腺癌活性[13]。海膽多糖SEP在體內和體外均可通過與Toll樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）結合并上調細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）、p38蛋白表達和NF-κB磷酸化來激活自然殺傷（natural killer，NK）細胞，從而有效抑制胰腺癌細胞SW1990和BxPC-3的生長[14]。褐藻中分離出的巖藻多糖可激活Caspases依賴的內源性和外源性凋亡途徑，抑制NF-κB信號通路，促進腫瘤抑制因子p53的表達，從而通過靶向p53/NF-κB通路，誘導胰腺癌細胞PANC-1凋亡[15]。

由上文可知，多糖類成分主要通過調控Caspases、細胞凋亡因子Bax、Bcl-2以及NF-κB信號通路發揮誘導胰腺癌細胞凋亡的作用。

1.2 誘導胰腺癌細胞自噬

在癌癥發展的各個時期，正常的腫瘤細胞自噬可視為腫瘤抑制，一旦自噬減少或發生異常就會導致氧化應激的發生，促進癌癥發展。由此，自噬可分為4種主要形式，即細胞保護性（細胞存活）、細胞毒性（細胞死亡）、細胞抑制性（生長停滯）和非保護性（對細胞死亡或存活沒有貢獻）[16]。

在蒲公英根部中多糖成分的作用下，胰腺癌細胞BxPC-3、PANC-1的線粒體膜電位明顯降低、活性氧含量增加，進而在死亡前發生自噬[17]。黃芪多糖可通過上調胰腺癌細胞AsPC-1的自噬特異性標志物MAP1LC3（LC3）的表達誘導癌細胞自噬[18]。蘆薈多糖可使胰腺癌細胞BxPC-3自噬啟動蛋白1抗體（unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1）的表達上調，芐氯素1（Beclin-1）、Bcl-2的表達下調，誘導腫瘤細胞產生自噬體或自噬溶酶體，從而發生自噬，進而發揮抗癌效果[19]。遠志多糖RP02-1可通過干擾Beclin-1、自噬蛋白5（autophagy related 5，Atg5）和LC3B來抑制胰腺癌細胞BxPC-3自噬，從而抑制其生長[5]。

由上文可知，自噬可發生在癌癥代謝過程的多個組成部分中，多糖類成分能通過調節自噬因子，從不同角度靶向自噬及自噬相關途徑，從而達到治療胰腺癌的目的。

1.3 抑制胰腺癌細胞增殖

癌細胞的快速增殖是癌癥迅速惡化的原因之一，因此對癌細胞增殖的調控可有效抑制癌癥的發展。研究發現，刺參黏多糖可以改善轉錄共激活因子相關蛋白（Yes-associated protein，YAP）的磷酸化和細胞核-細胞質易位并抑制下游基因轉錄，通過調控Hippo-YAP通路來抑制胰腺癌細胞SW1990增殖[20]。杭菊花、懷菊花和亳菊花中分離出的6種中性均一多糖均對胰腺癌細胞PANC-1具有明顯的增殖抑制作用，其中杭菊花多糖CMTA0S3和懷菊花多糖 CMJA0S2對胰腺癌細胞的抑制率最高（接近70%）且呈現出良好的濃度依賴性，其作用機制可能與調控NF-κB通路有關[21]。三七多糖可以通過直接靶向半乳糖凝集素3（galectin-3，Gal-3）、表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）、骨形態發生蛋白受體（bone morphogenetic protein receptors，BMPRs）并阻斷EGFR/ERK/矮小相關轉錄因子1（runt-related transcription factor 1，Runx1）、BMPR/母親DPP同源物（mothers against decapentaplegic homologue，SMAD）/DNA結合抑制因子3（inhibitor of DNA binding 3，Id-3）、整合素（integrin）/黏著斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）/JNK信號通路而有效抑制胰腺癌細胞BxPC-3的生長[22]。此外，亮菌多糖ATPS可顯著增加吉西他濱對胰腺癌細胞BxPC-3、SW1990的增殖抑制作用，其作用機制可能與調控自殺相關因子（factor associated sui-cide，Fas）/Fas-L介導的死亡受體通路和Bax/Bcl-2相關的線粒體通路有關[23]。姬松茸多糖結合硒可以協同改善炎癥反應和脂代謝情況，抑制白細胞介素1（interleukin-1，IL-1）、IL-6及腫瘤壞死因子 α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的表達，從而減緩腫瘤生長[24]。更多的細胞實驗結果顯示，天麻多糖、北極海參多糖、忍冬多糖均對胰腺癌細胞PANC-1具有抑制作用[25]；玉竹多糖也可增強順鉑對胰腺癌細胞PANC-1的抑制作用[26]；泥螺多糖因其具有較強的抗氧化活性，從而表現出對胰腺癌細胞SW1990的顯著抑制作用[27]。

由上文可知，多糖類成分能通過靶向EGFR/ERK/Runx1、BMPR/SMAD/Id-3等信號通路，且多以濃度依賴形式抑制胰腺癌細胞增殖。

1.4 調控胰腺癌細胞周期

細胞周期包括G1、S、G2、M 4個時期，細胞正常的分裂、增殖、分化、衰老維持著機體自身的穩定，而癌細胞可逃脫細胞周期的調控，不受限制地分裂、增殖。多糖類成分可通過調節由細胞分裂周期蛋白（cell division cycle，CDC）、細胞周期蛋白依賴性激酶（cyclindependent kinases，CDK）和細胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子（CDK inhibitor，CKI）組成的蛋白激酶復合物阻滯胰腺癌細胞周期[28]；激活后的CDK抑制劑p21和p27可通過與調控G1期的細胞周期蛋白（Cyclin）-CDK復合物結合并誘導其失活[29]，同時影響Cyclin A的表達，從而抑制S期的DNA復制。

褐藻多糖可通過調控胰腺癌細胞PANC-89、PancTu1、PANC-1的細胞周期抑制劑 p57、TP53INP1、Cyclin E2、E2F 轉錄因子 1（recombinant E2F transcription factor 1，E2F1）、增殖細胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）的表達，抑制下游細胞周期蛋白CDC45、CDC7、CDC25A的表達，誘導細胞周期停滯，從而有效殺死癌細胞[30]。紅花多糖HH1-1可降低胰腺癌細胞BxPC-3和AsPC-1中細胞周期蛋白Cyclin A2、蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）和CDK2蛋白水平，上調p21表達水平，顯著增加S期細胞比例，從而抑制癌細胞增殖[31]。玉米須粗多糖S1干預胰腺癌細胞BxPC-3后，可見癌細胞核皺縮及凋亡小體，該多糖通過阻斷EGFR/磷脂酰肌醇 3-激酶（phosphoinositide-3 kinase，PI3K）/Akt/環磷腺苷效應元件結合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）信號通路將細胞周期阻滯在S期，從而抑制BxPC-3細胞增殖[32]。姬松茸粗多糖能下調胰腺癌細胞MIAPaCa-2、PCI-35的細胞周期促進基因Cyclin D1、Cyclin A2、Cyclin B2和CDK6的表達，誘導G0/G1期細胞阻滯及Caspases依賴性凋亡，從而抑制胰腺癌細胞增殖[33]。

由上文可知，多糖類成分可通過調節CDC、CDK與Cyclin家族細胞因子，將胰腺癌細胞周期阻滯在S期，從而發揮抑癌作用。

1.5 抑制胰腺癌細胞遷移與侵襲

癌癥轉移是惡性腫瘤的特征之一，腫瘤細胞遷移是轉移的先決條件，而后發生侵襲與浸潤，最終導致轉移。胰腺癌是公認的轉移性極強的癌癥，80%～85%的患者在確診時已發生轉移[3]。轉移性癌細胞及鄰近內皮組織中常觀察到基質金屬蛋白酶家族（matrix metalloproteinase，MMPs）過表達現象。MMPs能降解細胞外基質（extracellular matrix，ECM）中多種蛋白成分，其過表達會破壞基質屏障，使腫瘤細胞能夠侵入周圍組織和血管[34]。

褐藻多糖可以下調胰腺癌細胞PANC-1中MMP-2和MMP-9的表達，表現出抑制癌細胞遷移和侵襲的能力[35]。云芝多糖PSK在缺氧條件下以配體非依賴性方式抑制缺氧誘導因子1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）和刺猬（Hedgehog，Hh）信號通路，調控下游MMP-2、MMP-9表達水平，從而降低胰腺癌細胞AsPC-1的侵襲性[34]。體內和體外實驗表明，太子參多糖H-1-2可以抑制胰腺癌細胞PANC-1中前梯度蛋白2（anterior gradient 2，AGR2）和HIF-1α的表達，并能抑制小鼠體內胰腺癌異種移植瘤的生長[36]。三七花多糖可抑制骨形態發生蛋白2（bone morphogenetic protein 2，BMP2）信號轉導，下調Id-1表達，從而抑制腫瘤血管生成，進而削弱胰腺癌細胞BxPC-3的遷移與侵襲能力[37]。在胰腺癌細胞BxPC-3異種移植小鼠模型中，褐藻中的巖藻依聚糖能抑制腫瘤血管生成，下調磷酸化血管內皮生長因子受體 2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）和血小板-內皮細胞黏附分子1（platelet endothelial cell adhesion molecule-1，PECAM-1）的表達，從而發揮抗癌活性[38]。黑枸杞多糖LRP3-S1可抑制胰腺癌細胞BxPC-3、PANC-1和AsPC-1增殖，同時通過調控MAPK信號通路和抑制FAK與Akt、糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）的下游磷酸化，從而抑制BxPC-3細胞的侵襲性[39]。此外，黃芪多糖與阿帕替尼聯合使用后可顯著抑制MMP-9、Bcl-2的表達，從而抑制癌細胞遷移能力[17]。

由上文可知，多糖類成分能調節MMPs表達，通過激活Hh、MAPK信號通路發揮抑制胰腺癌細胞遷移與侵襲的作用。

綜上，不同來源的多糖類成分抗胰腺癌的作用機制如表1所示。

表1 不同來源多糖類成分抗胰腺癌的作用機制

2 總結與展望

多糖類成分能通過調控細胞因子的表達靶向多條信號通路，以抑制細胞增殖、誘導細胞凋亡與自噬、阻滯細胞周期、抑制細胞遷移與侵襲，從而發揮廣泛抗胰腺癌的作用。NF-κB信號通路是多糖類成分發揮抗胰腺癌作用的主要通路，該通路在參與免疫應答等正常生理功能的同時還調控IL、MMPs、VEGF、CDC、CDK等細胞因子，并且能激活下游可以直接殺傷腫瘤細胞的TNF，以多種形式維持機體穩定；Hippo-YAP信號通路參與胰腺腺泡細胞的分化過程，當腺泡細胞被非正常抑制時，組織器官會過度增殖并導致胰腺癌的發展，而多糖類成分能抑制該通路下游多個效應因子的表達，減緩胰腺癌進程；Integrin信號通路主要介導細胞和細胞之間以及細胞和細胞外基質之間的相互識別和黏附，能驅動腫瘤微環境對抗癌藥物產生耐藥性，而多糖類成分可作為抑制劑阻斷該信號通路，減少抗癌藥物的耐藥性，從而增強抑癌效果。

目前對于多糖類成分調控細胞因子的研究多集中在Bax、Bcl-2、p53等常見凋亡因子上，但如HIF-1α是癌細胞在實體瘤缺氧環境下存活的必要調節因子，YAP可以將癌細胞重新編程為腫瘤干細胞，與腫瘤的發生、發展和轉移密不可分，FAK、P13K、SMAD等細胞因子也作為中間遞質參與了多條抑制胰腺癌的途徑，這些細胞因子間及與信號通路的關聯調控模式將是今后明晰多糖類成分抑制胰腺癌作用機制的研究重點（圖1）。

圖1 多糖類成分抗胰腺癌作用的細胞因子網絡

隨著多糖分離純化及分析技術的進步，對多糖結構及生物學功能的研究也日益深入。研究者在多糖抗癌構效關系的研究中發現，多糖的分子量、電荷數、硫酸化程度與位置均與其抗癌活性密切相關。例如：褐藻中分離出的5個多糖類成分中，硫酸鹽與糖醛酸含量最高的組分顯示出最佳的抗癌活性[15]；分子量與單糖組成會影響枸杞多糖的抗胰腺癌能力[39]；泥螺多糖抗胰腺癌活性也推測與其硫酸化程度有關[27]。但是關于多糖類成分抗胰腺癌的構效關系仍需深入研究，如目前尚不知曉多糖如何通過單糖組成、糖苷鍵、立體結構對胰腺癌產生抑制作用。此外，多糖的羧甲基化、硫酸化、磷酸化、硒化和乙?；妊苌a物的抗胰腺癌作用也值得深入探討。

截至目前，多糖類成分抗胰腺癌的作用機制多是由體外細胞實驗驗證的，通過對其機制的進一步研究與探索，在體外實驗基礎上進行體內動物模型驗證，兩者相互結合，并結合結構修飾與劑型調節，將會為臨床胰腺癌治療藥物的開發帶來新的希望。