多糖類成分抗胰腺癌作用機(jī)制的研究進(jìn)展 Δ

劉光宇 ，王琦 ，蘇玲 （1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食藥用菌教育部工程研究中心，長春 10118；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院，長春 10118；.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，長春 10118）

胰腺癌作為一種發(fā)病率逐年上升的惡性腫瘤，隱匿性強(qiáng)，一般在病程進(jìn)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(qiáng)且轉(zhuǎn)移性高，80%～85%的患者在確診時已經(jīng)失去手術(shù)機(jī)會[3]?；熓寝D(zhuǎn)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(yīng)等副作用，且耐藥性會使療效降低。近年來，天然產(chǎn)物及其衍生物以低毒、高效的特性受到廣泛關(guān)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(shù)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(chǎn)物中。目前，已有100余種多糖被證實具有抑制腫瘤細(xì)胞生長的活性[4]，這些多糖對機(jī)體無副作用，且與化療藥物聯(lián)用可減緩后者所致的機(jī)體免疫抑制效應(yīng)。近年來，國內(nèi)外學(xué)者已陸續(xù)開展多項多糖類成分抗胰腺癌的相關(guān)研究?；诖?，本課題組通過整理國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，系統(tǒng)歸納與總結(jié)多糖類成分抗胰腺癌的作用機(jī)制，以期為抗胰腺癌藥物的研發(fā)提供新思路與新方向。

1 多糖類成分抗胰腺癌的作用機(jī)制

1.1 誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞凋亡

在癌癥發(fā)生的過程中，正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞，而癌細(xì)胞可以通過調(diào)節(jié)多種細(xì)胞因子表達(dá)來逃避細(xì)胞凋亡?？沟蛲龅鞍譈細(xì)胞淋巴瘤2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）與促凋亡蛋白Bcl-2相關(guān)X蛋白（Bcl-2-associated X protein，Bax）在許多腫瘤中均呈高表達(dá)狀態(tài)；胱天蛋白酶（Caspases）與抑癌基因p53也是凋亡信號傳導(dǎo)通路中的重要成員。遠(yuǎn)志多糖RP02-1可通過調(diào)節(jié)Caspase-3、Bax和Bcl-2表達(dá)誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞AsPC-1和BxPC-3凋亡[5]。云芝多糖PSK可通過調(diào)控Bax和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白p21WAF/Cip1，誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞PANC-1凋亡[6]。牛樟芝多糖可通過線粒體途徑促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞BxPC-3凋亡，同時改變Bcl-2家族蛋白的表達(dá)情況，促進(jìn)細(xì)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(dǎo)染色質(zhì)凝聚和DNA片段化[7]。茯苓多糖在干預(yù)胰腺癌細(xì)胞PANC-1后，可使細(xì)胞中的Caspase-3、Caspase-9、p53蛋白水平升高，Bcl-2蛋白水平降低，誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生變圓縮窄、膜起泡、細(xì)胞融合減少、細(xì)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(xì)胞BxPC-3的收縮百分比，誘導(dǎo)染色質(zhì)濃縮、碎片化及凋亡小體的產(chǎn)生[9]。麥冬多糖ROH05的乙?；锬茱@著抑制胰腺癌細(xì)胞BxPC-3和PANC-1增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞核破碎、皺縮等細(xì)胞凋亡現(xiàn)象的發(fā)生[10]。此外，香菇多糖與吉西他濱聯(lián)用可增強(qiáng)對胰腺癌細(xì)胞AsPC-1的抑制作用，下調(diào)凋亡抑制蛋白survivin的表達(dá)水平，其聯(lián)合用藥效果優(yōu)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(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，也是賦予胰腺癌細(xì)胞凋亡抗性的關(guān)鍵因素之一[12]。研究表明，多糖會干擾NF-κB介導(dǎo)的信號通路，在腫瘤細(xì)胞凋亡中發(fā)揮關(guān)鍵作用。黑枸杞多糖LRP1-S2在體外和體內(nèi)對胰腺癌細(xì)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(jìn)BxPC-3細(xì)胞凋亡，進(jìn)而發(fā)揮抗胰腺癌活性[13]。海膽多糖SEP在體內(nèi)和體外均可通過與Toll樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）結(jié)合并上調(diào)細(xì)胞外調(diào)節(jié)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(dá)和NF-κB磷酸化來激活自然殺傷（natural killer，NK）細(xì)胞，從而有效抑制胰腺癌細(xì)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(nèi)源性和外源性凋亡途徑，抑制NF-κB信號通路，促進(jìn)腫瘤抑制因子p53的表達(dá)，從而通過靶向p53/NF-κB通路，誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞PANC-1凋亡[15]。

由上文可知，多糖類成分主要通過調(diào)控Caspases、細(xì)胞凋亡因子Bax、Bcl-2以及NF-κB信號通路發(fā)揮誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞凋亡的作用。

1.2 誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞自噬

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

在蒲公英根部中多糖成分的作用下，胰腺癌細(xì)胞BxPC-3、PANC-1的線粒體膜電位明顯降低、活性氧含量增加，進(jìn)而在死亡前發(fā)生自噬[17]。黃芪多糖可通過上調(diào)胰腺癌細(xì)胞AsPC-1的自噬特異性標(biāo)志物MAP1LC3（LC3）的表達(dá)誘導(dǎo)癌細(xì)胞自噬[18]。蘆薈多糖可使胰腺癌細(xì)胞BxPC-3自噬啟動蛋白1抗體（unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1）的表達(dá)上調(diào)，芐氯素1（Beclin-1）、Bcl-2的表達(dá)下調(diào)，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生自噬體或自噬溶酶體，從而發(fā)生自噬，進(jìn)而發(fā)揮抗癌效果[19]。遠(yuǎn)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(xì)胞BxPC-3自噬，從而抑制其生長[5]。

由上文可知，自噬可發(fā)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(diào)節(jié)自噬因子，從不同角度靶向自噬及自噬相關(guān)途徑，從而達(dá)到治療胰腺癌的目的。

1.3 抑制胰腺癌細(xì)胞增殖

癌細(xì)胞的快速增殖是癌癥迅速惡化的原因之一，因此對癌細(xì)胞增殖的調(diào)控可有效抑制癌癥的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，刺參黏多糖可以改善轉(zhuǎn)錄共激活因子相關(guān)蛋白（Yes-associated protein，YAP）的磷酸化和細(xì)胞核-細(xì)胞質(zhì)易位并抑制下游基因轉(zhuǎn)錄，通過調(diào)控Hippo-YAP通路來抑制胰腺癌細(xì)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(xì)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(xì)胞的抑制率最高（接近70%）且呈現(xiàn)出良好的濃度依賴性，其作用機(jī)制可能與調(diào)控NF-κB通路有關(guān)[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(tài)發(fā)生蛋白受體（bone morphogenetic protein receptors，BMPRs）并阻斷EGFR/ERK/矮小相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子1（runt-related transcription factor 1，Runx1）、BMPR/母親DPP同源物（mothers against decapentaplegic homologue，SMAD）/DNA結(jié)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，F(xiàn)AK）/JNK信號通路而有效抑制胰腺癌細(xì)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(xì)胞BxPC-3、SW1990的增殖抑制作用，其作用機(jī)制可能與調(diào)控自殺相關(guān)因子（factor associated sui-cide，F(xiàn)as）/Fas-L介導(dǎo)的死亡受體通路和Bax/Bcl-2相關(guān)的線粒體通路有關(guān)[23]。姬松茸多糖結(jié)合硒可以協(xié)同改善炎癥反應(yīng)和脂代謝情況，抑制白細(xì)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(dá)，從而減緩腫瘤生長[24]。更多的細(xì)胞實驗結(jié)果顯示，天麻多糖、北極海參多糖、忍冬多糖均對胰腺癌細(xì)胞PANC-1具有抑制作用[25]；玉竹多糖也可增強(qiáng)順鉑對胰腺癌細(xì)胞PANC-1的抑制作用[26]；泥螺多糖因其具有較強(qiáng)的抗氧化活性，從而表現(xiàn)出對胰腺癌細(xì)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(xì)胞增殖。

1.4 調(diào)控胰腺癌細(xì)胞周期

細(xì)胞周期包括G1、S、G2、M 4個時期，細(xì)胞正常的分裂、增殖、分化、衰老維持著機(jī)體自身的穩(wěn)定，而癌細(xì)胞可逃脫細(xì)胞周期的調(diào)控，不受限制地分裂、增殖。多糖類成分可通過調(diào)節(jié)由細(xì)胞分裂周期蛋白（cell division cycle，CDC）、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（cyclindependent kinases，CDK）和細(xì)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(fù)合物阻滯胰腺癌細(xì)胞周期[28]；激活后的CDK抑制劑p21和p27可通過與調(diào)控G1期的細(xì)胞周期蛋白（Cyclin）-CDK復(fù)合物結(jié)合并誘導(dǎo)其失活[29]，同時影響Cyclin A的表達(dá)，從而抑制S期的DNA復(fù)制。

褐藻多糖可通過調(diào)控胰腺癌細(xì)胞PANC-89、PancTu1、PANC-1的細(xì)胞周期抑制劑 p57、TP53INP1、Cyclin E2、E2F 轉(zhuǎn)錄因子 1（recombinant E2F transcription factor 1，E2F1）、增殖細(xì)胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）的表達(dá)，抑制下游細(xì)胞周期蛋白CDC45、CDC7、CDC25A的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯，從而有效殺死癌細(xì)胞[30]。紅花多糖HH1-1可降低胰腺癌細(xì)胞BxPC-3和AsPC-1中細(xì)胞周期蛋白Cyclin A2、蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）和CDK2蛋白水平，上調(diào)p21表達(dá)水平，顯著增加S期細(xì)胞比例，從而抑制癌細(xì)胞增殖[31]。玉米須粗多糖S1干預(yù)胰腺癌細(xì)胞BxPC-3后，可見癌細(xì)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(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）信號通路將細(xì)胞周期阻滯在S期，從而抑制BxPC-3細(xì)胞增殖[32]。姬松茸粗多糖能下調(diào)胰腺癌細(xì)胞MIAPaCa-2、PCI-35的細(xì)胞周期促進(jìn)基因Cyclin D1、Cyclin A2、Cyclin B2和CDK6的表達(dá)，誘導(dǎo)G0/G1期細(xì)胞阻滯及Caspases依賴性凋亡，從而抑制胰腺癌細(xì)胞增殖[33]。

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

1.5 抑制胰腺癌細(xì)胞遷移與侵襲

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

褐藻多糖可以下調(diào)胰腺癌細(xì)胞PANC-1中MMP-2和MMP-9的表達(dá)，表現(xiàn)出抑制癌細(xì)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(dǎo)因子1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）和刺猬（Hedgehog，Hh）信號通路，調(diào)控下游MMP-2、MMP-9表達(dá)水平，從而降低胰腺癌細(xì)胞AsPC-1的侵襲性[34]。體內(nèi)和體外實驗表明，太子參多糖H-1-2可以抑制胰腺癌細(xì)胞PANC-1中前梯度蛋白2（anterior gradient 2，AGR2）和HIF-1α的表達(dá)，并能抑制小鼠體內(nèi)胰腺癌異種移植瘤的生長[36]。三七花多糖可抑制骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（bone morphogenetic protein 2，BMP2）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，下調(diào)Id-1表達(dá)，從而抑制腫瘤血管生成，進(jìn)而削弱胰腺癌細(xì)胞BxPC-3的遷移與侵襲能力[37]。在胰腺癌細(xì)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(diào)磷酸化血管內(nèi)皮生長因子受體 2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）和血小板-內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1（platelet endothelial cell adhesion molecule-1，PECAM-1）的表達(dá)，從而發(fā)揮抗癌活性[38]。黑枸杞多糖LRP3-S1可抑制胰腺癌細(xì)胞BxPC-3、PANC-1和AsPC-1增殖，同時通過調(diào)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(xì)胞的侵襲性[39]。此外，黃芪多糖與阿帕替尼聯(lián)合使用后可顯著抑制MMP-9、Bcl-2的表達(dá)，從而抑制癌細(xì)胞遷移能力[17]。

由上文可知，多糖類成分能調(diào)節(jié)MMPs表達(dá)，通過激活Hh、MAPK信號通路發(fā)揮抑制胰腺癌細(xì)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(jī)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(jī)制

2 總結(jié)與展望

多糖類成分能通過調(diào)控細(xì)胞因子的表達(dá)靶向多條信號通路，以抑制細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與自噬、阻滯細(xì)胞周期、抑制細(xì)胞遷移與侵襲，從而發(fā)揮廣泛抗胰腺癌的作用。NF-κB信號通路是多糖類成分發(fā)揮抗胰腺癌作用的主要通路，該通路在參與免疫應(yīng)答等正常生理功能的同時還調(diào)控IL、MMPs、VEGF、CDC、CDK等細(xì)胞因子，并且能激活下游可以直接殺傷腫瘤細(xì)胞的TNF，以多種形式維持機(jī)體穩(wěn)定；Hippo-YAP信號通路參與胰腺腺泡細(xì)胞的分化過程，當(dāng)腺泡細(xì)胞被非正常抑制時，組織器官會過度增殖并導(dǎo)致胰腺癌的發(fā)展，而多糖類成分能抑制該通路下游多個效應(yīng)因子的表達(dá)，減緩胰腺癌進(jìn)程；Integrin信號通路主要介導(dǎo)細(xì)胞和細(xì)胞之間以及細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)之間的相互識別和黏附，能驅(qū)動腫瘤微環(huán)境對抗癌藥物產(chǎn)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(qiáng)抑癌效果。

目前對于多糖類成分調(diào)控細(xì)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(xì)胞在實體瘤缺氧環(huán)境下存活的必要調(diào)節(jié)因子，YAP可以將癌細(xì)胞重新編程為腫瘤干細(xì)胞，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移密不可分，F(xiàn)AK、P13K、SMAD等細(xì)胞因子也作為中間遞質(zhì)參與了多條抑制胰腺癌的途徑，這些細(xì)胞因子間及與信號通路的關(guān)聯(lián)調(diào)控模式將是今后明晰多糖類成分抑制胰腺癌作用機(jī)制的研究重點（圖1）。

圖1 多糖類成分抗胰腺癌作用的細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)

隨著多糖分離純化及分析技術(shù)的進(jìn)步，對多糖結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能的研究也日益深入。研究者在多糖抗癌構(gòu)效關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)，多糖的分子量、電荷數(shù)、硫酸化程度與位置均與其抗癌活性密切相關(guān)。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(guān)[27]。但是關(guān)于多糖類成分抗胰腺癌的構(gòu)效關(guān)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(jié)構(gòu)對胰腺癌產(chǎn)生抑制作用。此外，多糖的羧甲基化、硫酸化、磷酸化、硒化和乙酰化等衍生化產(chǎn)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(jī)制多是由體外細(xì)胞實驗驗證的，通過對其機(jī)制的進(jìn)一步研究與探索，在體外實驗基礎(chǔ)上進(jìn)行體內(nèi)動物模型驗證，兩者相互結(jié)合，并結(jié)合結(jié)構(gòu)修飾與劑型調(diào)節(jié)，將會為臨床胰腺癌治療藥物的開發(fā)帶來新的希望。