The new progress of active polysaccharides in anti-tumor mechanisms

活性多糖抗肿瘤机制研究进展

卫亚丽 王茂胜^#
(贵州民族学院 化学与环境科学学院 贵阳 550025; ^# 贵州省烟草科学研究所 贵阳 550025)

2005年11月15日收稿

    目前，天然药物抗肿瘤的研究已成为国内外的研究热点，特别是多糖抗肿瘤的研究更引起了广泛的关注。多糖是存在于自然界的醛糖或酮糖通过糖昔连接在一起的聚合物，由同一种类型的单糖组成的叫同聚糖，由二种类型以上的单糖组成的聚合物叫杂聚糖。多糖是一切有生命的有机体必不可少的成分，它同维持生命力的种种生物机能联系在一起。人们对多糖开始研究可追溯到1936年shear对多糖抗肿瘤活性的发现。至50年代，陆续发现一些真菌多糖和高等植物多糖具有明显的抑瘤活性。60年代，多糖正成为人们研究的焦点。尤其是由于膜的化学功能、免疫物质的化学研究与发展以及新药物资源的寻找与研究等，发现多糖在生物体中的作用不仅是作为能量资源或结构材料，更重要的是参与了生命现象中细胞的各种活动，具有多种多样的生物学功能。70年代以来，科学家们发现多糖及多糖复合物参与和介导了细胞各种生命现象的调节，特别是免疫功能的调节。多糖尤其是中药多糖因具有增强机体免疫功能及抗肿瘤等药理作用，而且几乎没有毒性，引起国内外药理学家、生物学家和化学家们的兴趣，成为当前的研究热点。本文从对免疫功能的影响、改变细胞膜的生化特征、阻滞细胞周期、抗自由基、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤血管形成诸方面探讨了多糖的抗肿瘤机制。

1 抑制肿瘤细胞的生长
1.1 抑制细胞周期
    P16（MTS，mutiple tumor suppressor）基因编码P16蛋白，是一种周期蛋白依赖性激酶（CDK4）特异性相关蛋白，与CDK4形成特异性复合物,抑制D型周期素依赖CDK4激酶活性。视网膜母细胞瘤蛋白（Rb）基因编码是一种核结合蛋白质,活化的Rb蛋白对于细胞从G0/G1期进入S期有抑制作用。Rb蛋白、P16-Rb、细胞周期蛋白（cyclinD1）、CDK4和E₂F共同组成了一个对细胞周期的反馈调节系统，维持细胞分化生长的正常进行。潘洪明^[1]等采用免疫组化的方法研究了树舌多糖对小鼠HepA瘤细胞P16、Rb基因的表达的影响,实验表明：树舌多糖组使小鼠HepA瘤细胞抑癌基因Rb表达增强，P16表达显著增强。P16蛋白与CDK4特异性结合而使CDK4失活，反向调节细胞周期活动，促使细胞从G0期进入G1期，而Rb蛋白可与E₂F结合，抑制E₂F的转录活性，从而抑制DNA合成，使细胞周期停滞在G1，对细胞增殖起到抑制作用。树舌多糖作用后小鼠HepA瘤细胞Rb、P16基因表达增加，共同作用可启动细胞周期的负反馈系统，细胞周期的负调节增强，从而阻止细胞无限制从G1期进入S期，抑制细胞增殖失控，起到抗肿瘤作用。沈爱英等^[2]研究了姬松茸多糖对癌细胞增殖周期的影响，结果表明：它能干扰人白血病细胞的细胞周期，对白血病细胞增殖有直接的抑制作用，且这种抑制作用与多糖的剂量及作用时间均呈正相关。
1.2 改变细胞膜的生化特征
    细胞膜是细胞的重要组成部分，膜脂是膜的基本骨架，并参与了膜的功能的表现。膜脂组成及膜生物物理特性改变，将直接影响到细胞膜特性、物质转运、膜结合酶的活性、配体与膜受体的结合、跨膜信息的传递、肿瘤细胞与宿主细胞的相互作用、细胞分化与识别以及膜表面标志的表达。研究表明^[3]，茯苓多糖(PP5)、刺五加多糖(A5P5)在体外有对S180、K562直接的抑癌作用，并使肿瘤细胞膜唾液酸升高，磷脂减少，而肿瘤细胞唾液酸含量的变化与肿瘤的发生发展有着密切的关系，进一步研究发现，茯苓多糖使S180与K562细胞膜磷脂的组成发生明显改变。贾绍华等^[4]采用荧光分光光度法研究了库拉索芦荟多糖对S180荷瘤小鼠红细胞膜脂流动性的影响，实验表明库接索芦苔多糖能降低S180小鼠红细胞膜的微粘度，提高膜的流动性，从而发挥其免疫调节作用，修复受损的细胞，达到抗肿瘤的目的。所以，推测多糖的抗肿瘤机制与细胞膜的磷脂组成的变化有很大关系。
1.3 抗自由基作用
    超氧化物歧化酶（SOD）是超氧化自由基的特异性清除酶,又是超氧阴离子的底物诱导酶,其功能是保护细胞免遭有氧代谢物的损伤,如H₂O₂,而在过氧化氢酶的作用下还原成H₂O,这样就减少或防止原初氢氧自由基和单线态氧的产生,使细胞分裂发生抑制,导致肿瘤生长抑制。而茯苓多糖能增强肝脏SOD 活性而清除氧自由基,海藻多糖能减少白血病小鼠脂质过氧化物(LPO)含量而增加过氧化氢酶(CAT),超氧化物歧化酶(SOD) 的活性,说明海藻多糖能抑制自由基的产生和加快自由基的清除^[5]；李贵荣等^[6]采用邻苯三酚自身氧化反应为产生超氧阴离子自由基(O^-2)模型，采用Fenton反应为产生羟自由基(OH^-)模型，以紫外和可见分光光度法试验观察野菊花多糖（CIP）对模型中产生的(O^-2和OH^-)的影响，结果表明：CIP具有较强的清除活性氧自由基的能力。此外枸杞多糖、当归多糖、党参多糖都具有有清除活性氧自由基的作用。
1.4 影响肿瘤细胞的信号传导
    杨江苏等^[7]研究表明猪苓多糖能降低磷酸二酯酶的活性，提高细胞内cAMP.水平,香菇多糖、茯苓多糖、对HL-60细胞膜的酪氨酸蛋白激酶（TPK）有抑制作用而对酪氨酸蛋白激酶（PTPP）活力有明显激活作用，提示这三种多糖的抗肿瘤作用与酪氨酸蛋白的磷酸化水平下降有关。
1.5 诱导肿瘤细胞凋亡
    细胞凋亡是一种独特的细胞死亡类型，是一种受基因调节的细胞自主控制过程，并不伴有炎症反应。日益增多的文献证明许多细胞毒性抗癌药物及抑制DNA拓扑异构酶的化合物，其作用是通过诱导细胞凋亡而实现的。因而，诱导细胞凋亡已成为寻找有效抗癌药物的新靶标。过去对活性多糖的研究大多集中在其对免疫调节作用，而其直接对细胞作用研究的很少，对其诱导细胞凋亡的研究更少。随着对多糖药理活性研究的深入，人们开始注意到多糖对细胞的直接作用，尤其是诱导细胞凋亡的作用，并对其进行了大量的研究。袁丽铭等^[8]应用流式细胞分选仪和透射电子显微镜等技术观察了巴西蘑菇多糖诱导Ｋ562肿瘤细胞凋亡的试验研究，结果表明,巴西蘑菇多糖具有诱导Ｋ562肿瘤细胞凋亡的作用。陈光等^[9]对黄氏多糖诱导动物肿瘤细胞凋亡进行了研究,实验表明：黄芪多糖具有一定的诱发细胞凋亡的作用，可使S期细胞数目减少，促进细胞分化为G0/G1和G2/M期。但随着剂量分的增大，肿瘤细胞主要停滞在G2/M期。银杏外种皮多糖诱导小鼠肝癌细胞凋亡,可使G2/M期的细胞聚积,干扰癌细胞在细胞周期中的进程,使S期细胞减少干扰癌细胞DNA 合成，许爱华^[10]等研究表明：银杏外种皮多糖40-160μg/ml可诱导人胃癌SGC-7901细胞的凋亡,在培养24h-72h 期间,具有量效关系和时效关系。熊燕飞等^[11]体外实验表明:香蕉粗多糖可明显抑制体内实体瘤生长,并增强机体免疫力;体外对Hela细胞有明显的诱导凋亡作用,且随时间的延长,凋亡率增加。Lan Y, Chihiro W等^[12]研究了染料木黄酮结合多糖对人乳腺癌生长的抑制作用,结果表明：染料木黄酮结合多糖通过诱导肿瘤细胞凋亡，从而抑制肿瘤细胞的生长。
1.6 抑制肿瘤血管形成
    国内外资料表明：实体瘤的生长和转移与新生血管的形成有密切的关系。肿瘤的血管系统已成为一个崭新的有希望的抗肿瘤治疗靶点。人们正致力于开发和研究能破坏或抑制血管生成,有效地阻止肿瘤的生长和转移的药物,这类药物是当今新型抗肿瘤药物研究最活跃的领域之一。有些多糖如云芝多糖、香菇多糖、虫草多糖等均能诱生肿瘤坏死因子（TNF）,TNF 是抑制肿瘤生长的有效物质,其抗癌机理之一是能够抑制肿瘤血管形成^[13]。中药黄芪多糖、当归多糖、党参多糖、猪苓多糖等皆可诱生干扰素（IFN），IFN能抑制体外血管内皮细胞的增殖和体内血管形成,因而抑制肿瘤生长。

2 增强宿主的免疫功能
    多糖的免疫抑癌作用是多靶点的，几乎遍及非特异免疫和特异性免疫应答的多个环节。国内外资料^[14-16]研究表明：有些多糖对细胞无直接的抑制作用，是通过增强机体的免疫功能而发挥其抗肿瘤作用的。
2.1 增强网状内皮系统
    人参多糖能提高小鼠巨噬细胞的功能，加速抗体产生，促进淋巴细胞转化，增加网状内皮系统功能，提高机体免疫监视系统功能；香菇多糖能促进B细胞增生并转化为浆细胞，抗体生成增多，脾窦出现较多的多核巨核细胞和网状细胞，表明香菇多糖具有增强网状内皮系统，提高识别抗原的功能，从而提高机体的辨异能力。白边岛衣多糖^[17]腹腔注射200mg／kg能显著抑制小鼠肉瘤S180．艾氏腹水癌和官颈癌等肿瘤的生长，但不能延长白血病L7217小鼠的存活时间，50mg／kg和100mg／kg能增加小鼠网状内皮系统的吞噬功能。
2.2 促进淋巴细胞增殖
    甘草多糖对刀豆素(ConA)诱导的脾脏淋巴细胞增殖具有较好的促进作用^[18]。蘑菇多糖能明显的刺激淋巴细胞增殖并对NK细胞活性具有明显增强作用^[19]。地黄多糖可提高S180 荷瘤小鼠脾脏T 淋巴细胞增殖能力,并可较长时间维持在较高水平,也能部分阻碍瘤株对脾脏NK细胞活力的抑制作用,相对改善荷瘤小鼠由于肿瘤生成而引起的IL-2 分泌能力下降,显著提高CTL 细胞活力,从而发挥其免疫抑瘤效应。云芝多糖（PSK）可增强T 淋巴细胞的功能，并可治疗肿瘤本身或化学药物所导致的T细胞功能下降，能减弱化疗药物的毒性^[20]。附子多糖能明显增大小鼠脾脏的重量,提高荷瘤小鼠的淋巴细胞转化能力和NK细胞活性，提高抑癌基因p53和Fas的表达，并且能提高肿瘤细胞凋亡率^[21]。
2.3 对巨噬细胞的作用
    云芝多糖(PSK)可诱导小鼠腹腔巨噬细胞硒谷胱甘肽过氧化物酶，使非硒谷胱甘肽过氧化物酶的活性增高；另外它对超氧化物歧化酶也有诱导作用，说明云芝多糖(PSK)可全面提高巨噬细胞的抗氧化能力，保护氧化应激细胞免受损伤。壳多糖对环磷酰胺所致荷瘤小鼠白细胞下降、骨髓抑制、胸腺，和脾脏萎缩以及生命状况恶化有显著的拮抗作用；对巨噬细胞吞噬功能和血清溶血素抗体形成有明显的恢复作用；能显著提高NK细胞杀伤活性^[22]。蘑菇多糖能明显激活小鼠腹腔巨噬细胞,显著提高巨噬细胞的LDH活性^[23-24]。
2.4 对细胞因子的调节
    肿瘤坏死因子(TNF)为一种多肽类细胞因子，主要由单核细胞和巨噬细胞产生，可使肿瘤组织出血坏死。茯苓多糖能增强巨噬细胞识别功能，提高巨噬细胞的吞噬率和吞噬指数，并能通过增强TNF基因的转录而增加巨噬细胞释放TNF，并增强TNF的活性。TNF不仅直接参与单核细胞对肿瘤细胞的杀伤，而且能通过抑制基因转录活性，特异地降低myc基因mRNA的表达水平，使HLA 的mRNA 表达水平增加，增强细胞免疫尤其是细胞毒性T淋巴细胞(CTL)活性，间接起到杀伤肿瘤细胞的作用。

3 展望
    癌症严重威胁着人类的生命和健康，全世界都在致力于抗癌药物的研究与开发。寻找有效安全、毒副作用小的抗肿瘤药物一直是肿瘤药物研发工作者孜孜以求的目标。而传统的化疗药物对肿瘤细胞和正常的细胞的毒性，并无很大的差异，往往药物达到有效治疗浓度时也伴随着毒性反应，尤其是损害人体的免疫系统，造成多种并发症。多糖的研究^[25,26]结果表明：一些多糖有免疫增强作用、与细胞因子、肿瘤杀伤效应细胞、放疗、化疗的联合应用可增强抗癌效果，是很好的抗癌辅助治疗药物；另一方面、一些多糖对肿瘤细胞有直接的细胞毒作用，尤其是有些多糖还能诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤血管的形成，有可能成为一类新型的无毒无副作用的抗癌新药。
    综上所述，有关多糖抗肿瘤作用的研究正由现象的观察向机理的研究深入；由单纯增加宿主免疫功能的研究向对肿瘤细胞的直接作用研究以及影响多糖抗肿瘤作用的因素的研究深入；由细胞水平向分子水平、基因水平深入，如多糖与受体结合的方式、产生药理作用的分子机制、利用mRNA差异显示法比较多糖作用前后的瘤体细胞RNA变化、蛋白组分表达变化；由多糖的单独应用向多糖与细胞因子、肿瘤杀伤效应细胞、放疗、化疗的联合应用。

REFERENCES
[1] Yu Y, Pan H M, Zhang Q M et al. Chinese archives of traditional Chinese medicine (Zhongyiyao Xuekan), 2002, 20 (2): 160-162.
[2] Shen A Y, Sun Z, Liu P et al. Journal of wuxi university of light industy (Wuxiqinggongdaxue Xuebao),2001, 20 (4): 280-283.
[3] Dong L, Wu B. Natural product R & D (Tianranchanwu de YanjiuyuKaifa). 1995, 7 (1): 5-8.
[4] Jia S H, Zhang X J, Peng H S. Journal of Harbin University of Commerce(Natural Sciences Edition);(Haerbinshangyedaxue Xuebao Zirankexueban ). 2002, 8(5): 607-609.
[5] Wang B Y, Ji Y S. Information on traditional chinese medicine(Zhongyiyao Xinxi). 1994, (5): 433.
[6] Li G R. Chinese journal of public health (Zhongguo Gonggongweisheng). 2002, 18 (3): 269-270.
[7] Yang J S,Yan H J. Chinese Pharmaceutical Journal (Zhongguo Yaoxue Zazhi ). 2002,35(5):303-305.
[8] Yuan L M,Xin Q,Li X Y. Acta Edulis Fungi (Shiyongjun xuebao).2005.12 (3):38-42.　
[9] Chen G,Zhang W C,Liu X Q, ACTA Chinese medicine and pharmacology (Zhongyiyao Xuebao). 2002, 30 (4): 55.
[10] Xu A H,Chen H S, Sun B C et al.Pharmacology and clinics of Chinese material medica (Zhognguoyaoli Yulinchuang).2003, 19 (3): 11-13.
[11] Xiong Y F, Han Z h, Liu X A, Chinese Journal of the practical Chinese with Mordern Medicine(Zhongguo Shiyongzhongxiyi Zazhi), 2005, 2 (18): 261-263.
[12] Lan Y, Chihiro W, Mayumi Ya et al. Mutation Research, 2003, (523-524): 55-62.
[13] Geng YJ ,Hellstrand KL. Cancer Res1. 1996, 56 (4): 866.
[14] Aizawa S ,,Shimizu N , Handa H  et al. Hematol Oncol , 2000 , 18(2): 51-60.
[15] Oshiman K, Fujimiya Y, Ebina T et al. Planta Med, 2002 , 68 (7): 610-614.
[16] Thorstraten P, Guldberg P, Schrama D et al.  Eur J Immunol , 2001 , 31(1): 250-258.
[17] Wang G Z,Li Y Z.China Journal of Chinese Materla Medica (Zhongguozhongyao Zazhi).1991,16(4):242-244.
[18] Tao W X,Nei X H,Yin G Y,et al.Traditional Chinese Medical Materials(Zhongyaocai).2003, 26(7): 507-509.
[19] Li M J,Wu D L,Wu D Z et al. Immunological Journal (Mianyixue Zazhi).1997,13(4): 243-246.
[20] Cui Y. Chinese Journal of Natual Medicine (Zhongguo Ziranyixue Zazhi).2000, 2(3): 186-189.
[21] Dong L F, Liu J S, Miao Z H et al.Chinese Journal of Basic Medicine in Traditional Chinese Medicine (Zhongguozhongyi Jichuyixue Zazhi) 2003, 9 (9): 654-657.
[22] He X B, Xue C K, Shen K et al.Herald of Medicine (Yixue Daobao), 2003, 22(4): 228-231.
[23] Menoli RC , Mantovani MS, Ribeiro LR et al. Mutat Res, 2001, 496: 5-13.
[24] Zhang L, Liang Z Q,Gu Z L et al. Suzhou University Journal of Medical Science (Suzhoudaxue Xuebao Yixueban).2003, 23(1): 10-12.
[25] Ken Umemuraa, Kae Yanasea, Mitsue Suzukia etal. Biochemical Pharmacology.2003, (66): 481-487.
[26] Leyon P V, Kuttan G. Journal of Ethnopharmacology 2004, (90): 233-237.