抗肿瘤海洋生物活性物质的研究进展

齐相薇，张湘宁，黄培春

(广东医学院病理生理学教研室，广东湛江524023)

抗肿瘤海洋生物活性物质的研究进展

齐相薇，张湘宁，黄培春*

(广东医学院病理生理学教研室，广东湛江524023)

海洋占地球表面积的大约四分之三，那里栖息的生物物种构成的生物学与化学的多样性，使海洋有可能成为抗肿瘤药物的来源，因此，从海洋中寻找和开发抗肿瘤药物是一个前途广阔的新领域。近十几年来，已从不同的海洋生物中分离鉴定了许多结构新颖的抗肿瘤活性物质，这些药物表现出的抑制增殖和诱导细胞凋亡能力，对已有的抗癌药物而言，极大补充了它们的作用，显示出诱人的研究开发前景。本文拟结合国内外文献报道阐述从海洋动物、海洋植物和海洋微生物抗肿瘤活性物质的研究开发进展。

抗肿瘤活性物质；海洋动物；海洋植物；海洋微生物

海洋覆盖着地球表面积的71%，是生命的发源地，所以海洋生物资源丰富、种类繁多、数量庞大，占地球生物物种的80%以上。海洋环境包括高压，低温，无光照，局部低温，高盐等生命极限环境以及营养分布不均等，生态环境非常复杂多样。因此生活在这种恶劣环境下的海洋生物，在适应这种极端特殊环境的同时，在长期的进化中形成了自己独特的代谢和生理功能，并能产生陆地生物所没有的代谢产物。肿瘤是现代社会威胁人类健康的重要疾病，从海洋生物及其代谢产物中筛选和提取具有特异化学结构的天然活性物质成为抗肿瘤药物开发的重要来源。近年来海洋生物抗肿瘤研究已渐成热点，发现独特来源的各种各样的海洋生物具有强大的抗肿瘤活性，其中一些混合物已经进入了临床试验[1-2]。本文结合国内外文献从海洋动物、海洋植物及海洋微生物抗肿瘤活性物质的研究开发进展作一综述。

1 海洋动物

地球上已知的生物种类有70%属于动物界，从已进行较多研究的海洋动物来看海绵(Callyspongia aerizusa)、海鞘等海洋无脊椎动物是抗肿瘤活性物质的重要来源。目前从海绵、海鞘中就已筛选分离到十几种抗肿瘤新药，此外从鲨鱼、苔藓动物、海兔、棘皮动物、裸鳃动物、海葵等中也同样发现了许多具有潜在实用价值的抗肿瘤活性物质。

抗肿瘤药物Aplidin是一种来自于海洋具有抗多发性骨髓瘤活性的混合物，它是一种环状的缩酚酸肽，来自地中海背囊类动物Aplidium[3]。Aplidin在临床范围内有强大的对抗多发性骨髓瘤细胞系和多发性骨髓瘤细胞的活性，其中包括对传统或新颖耐药细胞也有相同的效果。尽管细胞因子和细胞粘附介质与骨髓微环境的相互作用使多发性骨髓瘤细胞对传统的治疗方法(地塞米松或细胞毒素的化疗等等)不敏感[4-5]，但Aplidin在多发性骨髓瘤与骨髓基质细胞的联合培养模式中能够克服这些保护因素。此外Aplidin与已知的治疗多发性骨髓瘤的药物包括硼替佐米有协同作用。在体外临床评价的Aplidin在几个小时就可以导致细胞死亡。它的作用是通过p38的激活和增殖基因和抗凋亡基因的抑制和凋亡基因的上调来实现的。Aplidin在老鼠模型体内同样也具有抗多发性骨髓瘤的活性。Aplidin在临床前体内外的研究中都具有抗多发性骨髓瘤的活性,加上它良好的安全性使它为临床研究提供了基础。

Ecteinascidin 743是一种分离自加勒比海的海鞘Turbinata的四氢异喹啉生物碱，具有非常强大的抗肿瘤活性，目前已进入对卵巢癌、乳腺癌、子宫内膜癌、前列腺癌和儿科癌症治疗Ⅱ/Ⅲ期临床试验。Ecteinascidin 743能够对DNA小沟中的鸟嘌呤残基进行选择性的烷基化作用，能与核蛋白发生相互作用，并且可以显著提高肿瘤细胞的p53表达水平，是一种有效的有丝分裂拮抗剂。其对L1210白血病细胞和小鼠P388细胞的IC50分别为0.000 9 μg/ml和0.003 8 μg/ml，在临床试验中表现出很好的疗效[6-7]。

MML(Meretrix meretrix linnaeus)是通过层析方法从海洋生物文蛤体内分离出的一种新的抗肿瘤蛋白质。这种高度提纯的MML是一种大分子蛋白质。MML在体外对一些癌细胞包括人肝癌细胞BEL-7402乳腺癌细胞MCF-7和大肠癌细胞HCT116都有显著的细胞毒性。可是发现它对NIH3T3和人良性乳腺肿瘤MCF-10A无抑制作用。这些说明MML对肿瘤细胞的抑制作用通过增加细胞膜的通透性和抑制微管的聚合来实现的[8]。

BA-TPQ是海洋海绵动物Makaluvamine中新发现的具有抗肿瘤活性的物质，在体内外对很多癌细胞系都具有抗癌活性，包括乳腺癌和前列腺癌的老鼠移植瘤都具有很强的抑制作用。BA-TPQ表现出来的强大抗癌活性是通过多种作用机制来实现的，包括对MDM2蛋白的抑制，诱导DNA的损伤反应，诱导内质网的应激反应[9]。尽管一Makaluvamine类似物被报道是通过抑制拓扑异构酶的活性来达到其抗肿瘤活性的，但BA-TPQ是通过多种途径导致细胞周期的阻滞和细胞凋亡[10]。尽管这种活性物质十分有效但在大鼠上表现出了全身毒性(表现为体重减轻)，尤其是在高剂量10 mg/kg，每星期给药三次连续给药数周时。但是低剂量组(1 mg/kg和5 mg/kg)却是有效的。

Lamellarin是一族最初从海洋无脊椎动物体内分离到的六环吡咯生物碱，具有抗肿瘤活性[11]。它们通过多个靶向机制诱导凋亡性的细胞死亡，包括抑制拓扑异构酶、与DNA发生相互作用和对线粒体的直接效应。它们能抑制数个与癌症有关的蛋白激酶，如周期蛋白依赖性激酶(CDK)、双特异性酪氨酸磷酸化活化的激酶1A、酪蛋白激酶1、糖原合成酶激酶-3和PIM-1 lamellarin。对蛋白激酶的效应与其对细胞死亡作用之间存在良好的相关性，提示对特异性激酶的抑制作用可能与细胞毒性有关。结构与功能的关系提示了优化激酶抑制活性的几条途径[12]。

对海绵的乙酸乙酯组分进行生物学分析引导的组分分离，得到七种新的细胞毒性肽：Callyaerins A-F(1-6)与H(8)。以广泛的1D和2D核磁共振和质谱结构测得它们的结构。所有成分皆为含5～9个氨基酸的环系统和2～5个氨基酸侧链的环形肽。一种不寻常的(Z)-2,3二氨基丙烯酸单体提供了环闭合的模板，并构成肽链间的连接。所有肽链都有3个乃至更多个脯氨酸残基，这些混合物在抗菌分析和使用各种肿瘤细胞(L5178Y、HeLa、PC12)的细胞毒性分析均表现出生物学活性。E(5)和H(8)在L5178细胞系还表现出强烈的活性作用，其半数有效量(IC50)分别为0.39 microM和0.48 microM，另一方面，A(1)对白色念珠菌具有强烈的抑制作用[13]。

2 海洋植物

在辽阔富饶的海洋里，除了生活着形形色色的动物外，还有种类繁多千姿百态的海洋植物。海洋植物为了防御动物捕食者、微生物侵袭者与其他植物竞争者，形成了纷繁复杂的防御机制，从而成为一个庞大的毒性化学物质资源库，从中筛选细胞毒性的抗肿瘤活性物质的潜力巨大。

藻类(Fucoidan)是一种具有抗血栓、抗炎和抗肿瘤等活性的硫酸多糖。Lee等[14]在小鼠JB6 C141细胞中研究了该分子通过抑制表皮生长因子受体的磷酸化，从而抑制瘤细胞恶性转化的活性。结果提示，来自Laminaria guryanovae的该分子对于EGF诱导的EGFR磷酸化具有强大的抑制效应。Fucoidan还能明显地抑制EGF诱导的表皮生长因子(ERK)和应激活化蛋白激酶(JNK)磷酸化。EGF诱导的原癌基因(c-fos)和c-jun转录活性被Fucoidan抑制，导致EGF诱导的激活蛋白-1(AP-1)和细胞转化被抑制。这些结果提示，Fucoidan通过抑制EGFR磷酸化发挥化学预防作用。Fucoidan在HT-29和HCT116细胞以剂量依赖的方式诱导活细胞的减少和细胞凋亡的发生，同时增加切割的Caspase-8、Caspase-9、Caspase-7和Caspase-3、DNA修复酶(PARP)的水平。X-连锁凋亡蛋白抑制物(XIAP)和生存素水平在处理细胞中降低。Fucoidan还能增加线粒体的通透性，以及细胞色素C和促凋亡蛋白Smac/Diablo从线粒体中释放，增加Bak蛋白和截断的Bid蛋白水平。除此以外，Fucoidan能诱导肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体(TRAIL)、Fas蛋白和死亡受体5(DR5)水平升高。Caspase-8和Caspase-9的抑制物能抑制Fucoidan诱导的细胞凋亡，而Caspase-8的抑制物则抑制Fucoidan诱导的Bid、Caspase-9、Caspase-3和PARP的切割。这些结果提示，Fucoidan在人类结肠癌细胞HT-29和HCT116能通过死亡受体和线粒体途径诱导细胞凋亡，有望成为结肠癌预防的药物[15]。

DAEB是一种从肠浒苔属里提取分离的具有抗癌活性的多糖物质，包括戊单糖、木糖、半乳糖和葡萄糖。它的分子量为46.8 kD，连续10 d给小鼠口服，肿瘤的抑制率分别为61.17%、67.65%和70.59%，但没有发现直接的细胞毒性。当DAEB以100 mg/kg、200 mg/kg和400 mg/kg的剂量给药时，DAEB治疗组的脾和胸腺的重量(P＜0.01)，肿瘤坏死因子(TNF-α)水平都会相对增加。同时发现DAEB能明显的刺激淋巴细胞的增值，尤其是刀豆蛋白A诱导的淋巴细胞增殖表现为剂量依赖性。腹膜内巨噬细胞吞噬作用增强，一氧化氮和肿瘤坏死因子的增多。它的抗肿瘤活性可能与它的免疫效应增强有关[16]。Phycocyanin (C-PC)是从蓝绿藻提取出来的一种具有抗肿瘤活性和抗炎活性的活性物质。C-PC是无毒性的蛋白质，包括a-型和b-型亚基，以单体、三聚体或六聚体的形式存在。C-PC的a-型和b-型亚基不具有任何明显的序列同源性。通过对大肠杆菌表达的C-PC的b-型亚基进行分析，发现重组C-PC的b-型亚基(C-PC/b)具有抗肿瘤活性。C-PC/b不同的癌细胞系表现出明显的增值抑制和凋亡。通过研究发现C-PC/b是通过与膜相关β-微管蛋白和甘油三磷酸脱氢酶(GAPDH)的相互作用致使微管蛋白和激动蛋白解聚，Caspase-3和Caspase-8的活性增强，最终导致细胞周期阻滞在G0/G1期。此外，核的GAPDH水平明显减少致使细胞周期不能进入S期[17]。

3 海洋微生物

近年来的研究表明，海洋微生物用于具有强大的药理活性而成为生物活性复合物崭新而丰富的来源。据认为，这些微生物具有尚未发现的治疗效应[18]。对于海洋微生物成分的评价显示，许多种类并非单纯的细胞毒性物质，而是能够靶向特异性的细胞与生化过程，因而能够用作抗菌、抗癌和抗炎药物[19-20]。许多海洋天然产物都具有在癌细胞中诱导凋亡的活性，来自链霉菌的Straptochlorin对癌细胞表现为选择性的细胞毒性[21-22]，而其发挥功能的机制尚待阐明。

Streptochlorin是一种来自海洋链霉菌属的小分子活性物质，具有抗肿瘤、抗血管生成活性的作用。Streptochlorin能以剂量和时间依赖的方式，在U937细胞凋亡。其作用的可能机制是：(1)下调抗凋亡基因Bcl-2和上调促凋亡基因Bax和FasL；(2)调控降低线粒体膜电位(MMP)；(3)半胱氨酸蛋白酶的活化和降解聚(ADP-核糖)聚合酶和磷脂酶C-C1的蛋白质。此外，Streptochlorin诱导的细胞毒性效应和凋亡特性，可被Caspase-3的抑制物z-DEVD fmk明显地抑制，证实了Caspase-3在此过程中的重要作用。Bcl-2的过表达也能通过抑制MMP的降低、Caspase激活而逆转Streptochlorin诱导的生长抑制效应，并有效地减弱对Streptochlorin的凋亡反应。但是，Bcl-2的过表达，并不能降低Streptochjlorin诱导的FasL表达水平的升高。这些结果证实，在U937细胞，Stretochlorin的促凋亡效应由Caspase活化和线粒体介导[23]。

PCC是一种从链霉菌属SY-103代谢物通过反相高效液相色谱法提纯的具有细胞毒性的活性物质，引起人白血病细胞生长抑制和凋亡。PCC作用机制可能与蛋白酶Caspase-3激活的和抗凋亡Bcl-2蛋白下调有关。可是当在U937细胞的Bcl-2过表达时，PCC所引起的Caspase-3的激活和凋亡明显减少。研究者们还发现PCC处理过的细胞Akt的活性被抑制，LY294002对PCC敏感可以引起凋亡同时也对PI3K或Akt抑制剂敏感引起凋亡，说明PCC是通过下调Akt的信号传导引起的凋亡[24]。

Streptokordin与4种已知化合物Nonactic acid、Dilactone、Trilactone、Nonactin是Jeong等[25]从海洋链霉菌KORDI-32的发酵液中分离到一种新的嘧啶类化合物，其中Streptokordin对7种人类肿瘤细胞有明显的细胞毒性，但对细菌、真菌的生长无抑制作用。

Marinomycins A-D(1-4)是Kwon等从一种新的海洋放线菌Marinispora中分离得到4个新的抗肿瘤抗生素。Marinomycins A-D对耐药的细菌性病原体具有显著的抗微生物活性；同时发现对NCI 60株人癌细胞系中的6种黑色素瘤细胞有选择性的细胞毒活性[26]。

Lucentamycins A-D(1-4)是Cho等从一株海洋放线菌Nocardiopsis lucentensis CNR-712中分离到4个新的含3-甲基-4-乙醛脯氨酸多肽。Lucentamycins A和B在体外对人结肠癌HCT-116细胞有显著的细胞毒作用[27]。

4 展望

20世纪50年代以来，世界各国逐渐重视海洋生物药物的开发和利用。近十多年来，已从不同的海洋生物中分离到许多新型的抗肿瘤天然药物，发现其可通过抑制细胞的增殖分裂或诱导细胞凋亡的机制发挥抗肿瘤的作用。目前已有十几种抗肿瘤疗效高、毒性低的海洋生物天然药物或其结构改造化合物进入临床试验，显现出诱人的前景。本实验室自1988年开始结合当地丰富的海洋资源优势，进行了海洋抗肿瘤药物的筛选与开发，从海洋生物中提取的抗肿瘤活性药物，对多种恶性肿瘤尤其是鼻咽癌具有明显抑制作用。现正选择部分提取物组分，对其进行重点研究，以观察其在体内外的抑制作用，同时探讨其可能的作用机制，为进一步的试验研究提供依据。但是，海洋生物抗肿瘤的研究还是处于初级阶段。随着分子生物学方法、高通量的新型筛选方法等新技术的普遍应用和药物作用分子靶点等研究的深入，海洋生物抗肿瘤的研究乃至海洋药物的开发和利用必将取得更快的进展。

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Advances in research of antitumor bioactive substances from marine sources.

QI Xiang-wei,ZHANG Xiang-ning, HUANG Pei-chun.Department of Pathophysiology,Guangdong Medical College,Zhanjiang 524023,Guangdong,CHINA

Oceans and seas comprise approximately three quarter of the global surface,and the organisms dwelling there contribute to the biological and chemical diversity of the marine environment,which forms the source of antitumor drugs.The search and development of new drugs using the materials has become intriguing and promising.In the recent years,a number of antitumor bioactive substances with novel structure have been identified from marine organisms.Their potentials to inhibit cellular proliferation and to trigger apoptosis are complementary to the currently used anticancer drugs,thus warrant further pharmacologic investigation and clinical trials in the future.In the present review,advances and trends in the research and development of the drugs derived from marine animals,plant and microbes are to be discussed based on the findings of the available literatures.

Antitumor bioactive substances;Marine animal;Marine plant;Marine microbes

R730.53

A

1003—6350（2012）02—118—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2012.02.054

2011-08-31)

东莞市高等院校科研机构科技计划项目(编号：200910815265、2008108101035）

齐相薇(1985—)，女，河北省沧州市人，硕士在读。

*通讯作者：黄培春。E-mail：huangpc@gdmc.edu.cn