地參多糖抗腫瘤作用研究進展

黃麗金 陳貴元

惡性腫瘤已成為繼心腦血管疾病之后嚴重威脅人類生命健康的重大疾病。據美國癌癥協會預測,到2050年全球每年將新增270萬癌癥病例,每年將有1750萬人死于癌癥[1]。手術、放療和化療是惡性腫瘤治療的主要手段。對于喪失手術機會的晚期惡性腫瘤患者,化療成為了必然選擇。由于傳統化療藥物通常會引起患者消化道反應,肝腎毒性等不良反應對惡性腫瘤患者身心健康造成二次傷害。因此,開發低廉且毒性不良反應小的新型抗腫瘤藥物已成為當前亟待解決的問題。研究表明,天然產物抗腫瘤具有作用明顯、不良反應小、療效穩定等優點[3]。因此,從天然產物中尋找具有抗腫瘤新靶點的活性成分,闡明其抗腫瘤分子機制,研發相關的新型抗腫瘤藥物成為醫學和藥物研究的熱點。植物多糖具有毒性不良反應小、抗腫瘤、抗氧化、增強免疫功能等多種生物活性,有望成為抗腫瘤藥物研發的一個方向[3～5]。

地參又名蟲草參、銀條菜、地蠶子,屬唇形科地筍屬多年生草本植物,為白族民間傳統習用中草藥,主要分布在我國云南省西北部的大理白族自治州劍川縣和麗江市[6]。地參作為一種藥食同源植物,具有活血通經、化瘀止血的作用。常用于治療熱病傷津、四肢浮腫、產后淤血等癥[7]。地參中含有多糖、氨基酸、維生素等多種營養成分,多糖作為地參的主要活性成分之一,具有抗腫瘤、降血糖及免疫調節等多種作用[8]。本文綜述了近年來地參多糖抗腫瘤作用及機制,為地參多糖抗腫瘤作用機制的闡明以及地參資源的開發利用提供基礎。

一、抑制腫瘤細胞增殖

惡性腫瘤細胞的無限增殖主要與細胞周期調控紊亂以及對能量的過度攝取有關。由于腫瘤細胞的無限增殖,并侵入到周圍組織器官中,引發惡性感染,導致器官功能衰竭[9]。另外,腫瘤細胞不斷擴增,患者常常表現出免疫力低下,導致最終死于惡性感染。大量研究表明,多糖能抑制腫瘤細胞增殖活性[10]。熊偉等[11]研究了地參多糖抑制小鼠S180A肉瘤細胞和人肝癌BEL-7402細胞的增殖。結果表明,隨著地參多糖濃度的逐漸增加,小鼠體內肉瘤細胞的抑瘤率也逐漸增加,且抑瘤率可達41.29%;同樣對人肝腫瘤細胞的抑瘤率也隨著濃度的增加而升高。從而證實了地參多糖具有抑制腫瘤細胞增殖的作用。

二、抑制腫瘤細胞的侵襲和遷移

腫瘤侵襲又稱腫瘤浸潤,是指惡性腫瘤細胞從其起源部位出發,沿組織間隙向周圍組織浸潤的過程。腫瘤的遷移指腫瘤細胞脫離原發病灶并通過血液、淋巴等途徑向遠處靶器官擴散的過程。腫瘤細胞的侵襲和遷移作用機制與細胞外基質的降解、上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transitions, EMT)、腫瘤相關的新生血管的生成以及腫瘤相關的轉移基因,如B淋巴細胞特異性莫洛尼鼠白血病病毒插入位點-1(B cell-specific Moloney murine leukemia virus insertion site 1, Bmi-1) 基因、S100鈣結合蛋白A4 (S100 calcium binding protein A4, S100A4)基因和腫瘤轉移抑制基因嘌呤結合因子(non-metastasis23, nm23)基因等有關[12, 13]。此外,腫瘤細胞可通過分泌基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMPs)來降解細胞外基質,促進細胞的遷移、侵襲[14]。王岐等[15]研究香菇多糖對結腸腫瘤荷瘤小鼠抗腫瘤作用,酶聯免疫吸附測定(enzyme linked immunosorbent assay, ELISA)結果顯示,香菇多糖低、中、高劑量均能減少血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、基質金屬蛋白酶2(matrix metalloproteinase 2, MMP2)、基質金屬蛋白酶7(matrix metalloproteinase 7, MMP7)的含量,而增加nm23的含量,且以中劑量組最為顯著。程婷婷等[16]通過體外侵襲實驗、劃痕試驗檢測地參多糖對非小細胞肺癌A549細胞侵襲和遷移能力的影響。結果表明,地參多糖組隨著劑量濃度以及時間的增加,其劃痕寬度較空白組寬,表明遷移距離減少;其侵襲率隨著劑量濃度的增加也逐漸下降,提示地參多糖對腫瘤細胞具有抑制遷移和侵襲的能力。

三、阻滯腫瘤細胞周期誘導細胞凋亡

細胞周期的異常可能會引發細胞增殖異常,往往是導致細胞惡變的因素之一。腫瘤的發生、發展與細胞周期的調控密切相關。而細胞周期的調控失調原因有兩個方面:①驅動力過強,周期蛋白依賴性激酶(Cyclin-dependent kinases, CDKs)和細胞周期蛋白(Cyclins)表達過高;②檢查與剎車系統失靈(檢查點機制障礙)。CDK-4、CDK-6、Cyclin D1是G0/G1期關鍵點調節蛋白,CDK-1、Cyclin B1是G2/M期關鍵點調節蛋白[17,18]。李巖等[19]在研究不同濃度地參多糖對惡性黑色素瘤A375和非小細胞肺腫瘤A549細胞周期抑制作用中發現,地參多糖能顯著下調細胞周期相關蛋白Cyclin D1、CDK-4、CDK-6的表達,并將細胞周期阻滯在G0/G1期。

細胞周期受到阻滯后,通常會引發細胞的凋亡。細胞凋亡可分為內源性和外源性兩種途徑,兩種途徑可通過激活半胱氨酸蛋白酶(caspase)家族中的caspase-3而相互聯系[20]。此外Bcl-2(B細胞淋巴瘤/白血病-2)基因家族的兩個成員Bax(凋亡誘導因子)和Bcl-2(凋亡抑制因子)也參與了細胞細胞凋亡調控。Bax能引起細胞色素c從線粒體細胞膜釋放到細胞質,激活caspase家族的凋亡系統,引發細胞凋亡;Bcl-2的作用則是抑制細胞色素c從線粒體細胞膜釋放到細胞質,抑制細胞凋亡[21]。程婷婷等[16]研究發現,地參多糖能顯著上調非小細胞肺癌A549細胞中的促凋亡蛋白caspase-3、caspase-8、caspase-9、Bax的表達,下調Bcl-2的表達,并誘導A549細胞凋亡。

四、增強免疫功能

免疫系統對腫瘤細胞起著免疫監視、清除作用。研究表明,一些先天性免疫系統缺陷的患者更容易患腫瘤[22]。腫瘤細胞對免疫系統的逃逸是惡性腫瘤形成的主要原因之一,其機制主要涉及腫瘤細胞誘導的免疫抑制作用,抗原調變作用、低免疫原性,從而將腫瘤細胞識別為自身抗原等[23]。因此恢復機體的免疫能力,增強機體的特異性免疫應答以及非特異性免疫應答抵抗腫瘤的免疫抑制作用對于治療腫瘤疾病至關重要。

熊偉等[24]研究發現,地參多糖能夠顯著提高小鼠胸腺和脾臟指數、單核-吞噬細胞的吞噬能力以及血清溶血素含量,并通過促進小鼠的特異性與非特異性免疫功能來抵抗環磷酰胺引起的免疫抑制作用。Yang等[25]評估地參多糖對小鼠免疫系統的調節作用。結果表明,與對照組比較,地參多糖以劑量依賴性方式顯著增強血清溶血素水平和綿羊紅細胞(sheep red blood cells, SRBC)的遲發性超敏反應(delayed type hypersensitivity, DTH)。此外,中、高劑量的地參多糖能顯著提高小鼠胸腺和脾臟指數。提示地參多糖可以改善免疫系統,在腫瘤癥治療中可拮抗化療藥物引起的免疫功能下降。

五、抗氧化功能

生物氧化產生的自由基可導致細胞膜損傷、DNA損傷、蛋白質變性等,從而導致各種疾病的發生。活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)的生成是腫瘤細胞生長與轉移的機制之一,ROS可能與腫瘤細胞的增殖、基因突變以及抗腫瘤藥物的敏感度下降有關[26,27]。研究證實,通過抗氧氧化劑的使用可減少ROS,削弱ROS帶來的腫瘤生存優勢,可以有效抑制腫瘤細胞的增殖[28]。王文凈等[29]研究發現,地參多糖具有較強的抗氧化活性,對1,1-二苯基-2-苦基肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazide, DPPH)自由基的清除率可達76.38%。楊申明等[30]研究地參多糖對羥基自由基(·OH)和超氧自由基(O2-·)的清除作用。結果表明,當地參多糖的質量濃度為0.420mg/ml時,對·OH和O2-·的清除率分別為74.56%和69.98%。表明地參多糖具有較好的抗氧化活性,有作為抗腫瘤藥物的潛在開發應用價值。

六、展 望

多糖是生物體內一類重要的生物大分子,在細胞識別、細胞信號轉導等過程中發揮著重要作用。植物多糖因其安全、高效、低毒等優勢已成為醫藥學研究的一個熱點。研究表明,植物多糖具有多種生物活性,特別是植物多糖抗腫瘤活性已受到廣泛認可,由于其毒性不良反應小,具有潛在的抗腫瘤藥物開發應用價值[3]。

地參多糖是地參中的活性成分之一,研究發現,地參多糖具有抗氧化、抗腫瘤、降血糖、增強機體免疫力等生物學活性[31]。雖然近些年在地參多糖的提取及抗氧化活性的研究方面取得了一些進展,但是有關地參多糖抗腫瘤的研究報道較少。特別是地參多糖的結構與抗腫瘤活性之間的構效關系的研究鮮見報道,地參多糖抗腫瘤作用機制也尚未得到完全闡明。生物大分子的活性通常與其結構有關,隨著現代生物技術的不斷發展,地參多糖的結構將得到解析,地參多糖抗腫瘤作用機制也會得到闡明。地參多糖亦會逐漸用于抗腫瘤的臨床應用研究,為新型毒性不良反應的多糖類抗腫瘤藥物的研發提供廣闊的應用前景。