β-葡聚糖在抗肿瘤免疫应答中的研究进展①

徐冬勤 张晓航 戚春建

(南京医科大学附属常州市第二人民医院中心实验室、肿瘤研究所,常州213164)



β-葡聚糖在抗肿瘤免疫应答中的研究进展①

徐冬勤 张晓航 戚春建

(南京医科大学附属常州市第二人民医院中心实验室、肿瘤研究所,常州213164)

肿瘤免疫治疗是继肿瘤手术、化疗、放疗之后的一种重要的辅助治疗方法，具有特异性强、抗瘤谱广、毒副反应轻等优点。近几十年来，β-葡聚糖作为天然的生物效应调节剂被广泛应用于肿瘤免疫治疗的研究。目前，临床应用最为常见的β-葡聚糖有酵母葡聚糖、香菇多糖、云芝多糖、裂殖菌多糖、燕麦葡聚糖等。这些不同β-葡聚糖的来源、结构、水溶性和分子量影响其诱导免疫应答的强度和类型[1]。目前，已鉴定出的β-葡聚糖受体有四种：补体受体3(CR3，CD11b/CD18，αMβ2-整合蛋白，Mac-1)[2]、乳糖神经酰胺(LacCer)[3]、清道夫受体(SRs)[4]和树突状细胞相关性C型植物血凝素1(Dectin-1)[5]。本文论述了β-葡聚糖的来源和结构、受体识别、免疫调节及抗肿瘤作用机制，为抗肿瘤免疫治疗开发天然免疫增强剂提供新思路。

1 β-葡聚糖的来源及结构

β-葡聚糖的结构具有多样性，根据糖苷键连接线性链的类型不同，主要有β-(1,3)、β-(1 ,4)、β-(1,6)等几种形式。这些结构上的差异可能会影响β-葡聚糖的提取和生物活性，目前的研究发现仅有β-(1,3)键具有免疫刺激活性和抗肿瘤效应[6]。除了键类型和分支的差异，β-葡聚糖可根据水溶性不同分为颗粒性和可溶性葡聚糖。

1.1 颗粒性β-葡聚糖 全葡聚糖颗粒(Whole glucan particle，WGP)，是酿酒酵母菌细胞高度纯化产生的球形颗粒，直径约2～6 μm，其结构主要是β-(1,3)组成主链和连接有β-(1,6)分支。它的提取方法是在最适的时间、温度下，在碱性溶液中去除酵母菌细胞壁的甘露聚糖和蛋白成分，同时保存细胞壁碱不溶性葡聚糖的完整性。酵母多糖(Zymosan)是酿酒酵母菌细胞的另一种粗提取物，经过胰蛋白酶煮沸处理，剩下的由多糖、蛋白质、脂质和无机元素成分组成不溶性颗粒。WGP可经口服摄入，研究表明，口服WGP能被胃肠道的巨噬细胞吞噬后输送至脾、淋巴结和骨髓，经进一步加工被降解成小片段，这些小片段可结合到粒细胞表面受体CR3。此外，在生物学研究中，WGP被用在动物模型中研究其抗肿瘤效应和作为输送载体和佐剂。已有研究表明，WGP可诱导巨噬细胞活化共刺激分子如CD80、CD86、MHCⅡ、CD40和CD69；产生促炎症因子如IL-6、TNF-α和IL-12；以及产生趋化因子MCP-1(单核细胞趋化蛋白1)，依赖MyD88和Syk信号[7]。

1.2 可溶性β-葡聚糖 β-葡聚糖在水溶液中呈现三种典型构象：三螺旋、单螺旋和无规则线团，其中三螺旋为构象相对稳定的高级结构。WGP不溶于水的特性，限制了它在临床上的应用。因此，采用不同的方法制备生成了水溶性葡聚糖。PGG-葡聚糖[聚-(1-6)-β-D-吡喃葡萄糖基-(1,3)-β-D-吡喃葡萄糖-葡聚糖]，是一种可溶性β-葡聚糖聚合物，从WGP高度纯化而成，具有三螺旋构象，中等分子量大小(150 kD)，其结构由β-(1,3)主链组成并有β-(1,6)分支侧链。中性可溶性葡聚糖(NSG)也来源于WGP。Li等[8]报道可溶性β-葡聚糖PGG可经静脉给药，并能被巨噬细胞捕获，但不依赖CR3，经加工、消化分解成具有生物活性可溶性小片段，活化Syk和磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)，启动中性粒细胞CR3介导杀伤CR3调理的肿瘤细胞。

2 β-葡聚糖的免疫调节功能

2.1 颗粒性β-葡聚糖的免疫调节功能 我们的研究发现[9]口服酵母来源的颗粒性β-葡聚糖，通过dectin-1途径活化DC和巨噬细胞。尽管水溶性β-葡聚糖能结合到DC和巨噬细胞，但并不活化它们。比较颗粒性和水溶性葡聚糖的研究发现，仅有颗粒性葡聚糖如WGP、酵母多糖能经dectin-1依赖途径活化固有免疫细胞，Goodridge等[10]发现颗粒性葡聚糖能通过dectin-1途径刺激骨髓来源巨噬细胞和DCs分泌TNF-α、IL-6以及产生活性氧(ROS)，还能提高他们的吞噬功能。另外，酿酒酵母来源的β-(1,3)-葡聚糖颗粒包裹抗原能诱导小鼠较强的体液免疫和细胞免疫应答，使颗粒性葡聚糖可能成为疫苗的载体工具[11]，从酿酒酵母分离出的颗粒性葡聚糖还可诱导小鼠创伤后巨噬细胞分泌TNF-α。Hino等[12]发现巨噬细胞能吞噬不溶性β-葡聚糖颗粒，产生ROS将其裂解为片段释放出胞，具有水溶性，经dectin-1信号活化巨噬细胞发挥生物活性。近来的研究发现[10]，β-葡聚糖通过与免疫细胞上的dectin-1相互作用发挥免疫效应的过程中，存在着一种新的模型——“吞噬突触”形成，即颗粒性β-葡聚糖诱导dectin-1受体相互聚集接触，通过helmITAm、dectin-1胞内区和多种酶活化下游信号。可溶性β-葡聚糖虽能与dectin-1相结合形成dectin-1突触，但不能将CD45和CD148从dectin-1聚集区排除掉，因而不能进行有效的信号转导。

2.2 可溶性β-葡聚糖的免疫调节功能 由于可溶性β-葡聚糖与颗粒性β-葡聚糖分子量、结构等的不同，因此他们的功能也不尽相同。香菇多糖的LC-1片段可溶于水，主要由(1,3)和(1,6)-β-葡聚糖构成，对腹腔内种植肿瘤的小鼠具有抗肿瘤效应[13]。Gaullier等[14]报道，健康老人口服香菇来源水溶性β-葡聚糖6周后，外周血中B细胞的数量增加，而NK细胞的数量无明显影响。Masuda等[15]发现，从灰树花高度纯化的可溶性β-(1,3)(1,6)-葡聚糖，通过dectin-1非依赖ERK和p38 MAPK途径能快速诱导巨噬细胞产生GM-CSF。随后，产生的GM-CSF又能增强巨噬细胞增殖和dectin-1表达，通过Syk途径介导TNF-α产生。另外，Lee等[16]研究发现，水溶性昆布多糖(laminarin)刺激RAW264.7巨噬细胞产生大量细胞内钙离子、H2O2，明显促进MCP-1、血管内皮生长因子(VEGF)、白血病抑制因子(LIF)和G-CSF水平。

3 β-葡聚糖的抗肿瘤作用机制

3.1 CR3依赖性细胞介导的细胞毒作用(CR3-DCC) CR3是最先在固有免疫细胞发现的β-葡聚糖受体，属β2整合素家族成员，在中性粒细胞、单核细胞、NK细胞上大量表达。CR3为异源二聚体膜糖蛋白，由CD11b与CD18通过非共价键连接所构成，又称Mac-1、αMβ2-整合蛋白、CD11b/CD18。Ross等[17]发现，未经调理酵母多糖能直接与CR3受体相结合，增强巨噬细胞、中性粒细胞吞噬作用和呼吸爆发[18]。同时发现，可溶性β-葡聚糖活化中性粒细胞或NK细胞表面的CR3受体，暴露CBRM1/5活化表位，引发依赖蛋白酪氨酸激酶的Ⅰ区构象改变，介导iC3b覆盖的肿瘤细胞的吞噬作用和细胞杀伤效应[19]。整合素参与的信号传递方向有“由内向外”及“由外向内”两种形式，免疫细胞时iC36-调理的肿瘤细胞的细胞毒反应(CR3-DCC)即为“由外向内”信号。自β-葡聚糖被发现以来关于可溶性或颗粒性(1,3)-β-葡聚糖联合抗肿瘤单克隆抗体作为辅助治疗已有大量研究报道[20-22]。使用抗肿瘤mAb联合β-葡聚糖给药可激活补体，加强iC3b对肿瘤细胞的调理作用，提高抗肿瘤效应，有望成为抗肿瘤辅助治疗的新策略[23]。

3.2 诱导髓源抑制细胞分化和抗原递呈细胞活化 髓源抑制细胞(MDSC)属髓系来源的一群异质细胞，具有免疫抑制活性，参与肿瘤细胞的免疫逃逸，损坏机体的抗肿瘤免疫功能。Tian等[24]首先发现，颗粒性葡聚糖WGP通过dectin-1信号途径介导M-MDSC分化为更为成熟的CD11c+F4/80+Ly6Clow群细胞，MDSC的抑制能力显著下降。给荷瘤小鼠口服WGP能减少MDSC数量，增加DC和巨噬细胞的浸润，激发CTL和Th1应答，引起肿瘤显著消退。Tian等[25]还发现WGP通过dectin-1信号诱导DC活化并表达GITRL，抑制调节性T细胞(Treg)的免疫抑制功能，促进效应性T细胞的增殖，抑制肿瘤生长。Albeituni等[26]发现，口服WGP治疗荷瘤小鼠能明显减少脾脏中MDSC的百分比。临床研究发现，术前用WGP处理非小细胞肺癌患者，MDSC的百分比呈明显下降的趋势。我们最新的研究发现[27]，颗粒性葡聚糖能刺激人单核细胞来源DC高表达CD11c、CD86、CD40和HLA-DR，高水平分泌促炎因子IL-6、TNF-α，增强特异性CTL应答能力。

3.3 免疫佐剂 葡聚糖作为免疫佐剂主要是通过增强疫苗抗原的免疫原性或调节免疫应答类型。Donadei等[28]设计β-葡聚糖的受体dectin-1结合靶蛋白抗原合成疫苗，通过皮肤接种使dectin-1受体与皮肤DC结合能力增强，提高机体的抗体滴度，增强疫苗的免疫原性。Li等[29]研究发现硫酸化凝胶多糖(Curdlan sulfate，CS3)可抑制HepG2细胞和HepaRG细胞感染乙型肝炎病毒(HBV)，同时给小鼠使用CS3和HBsAg能明显增加脾脏巨噬细胞和DC的流动性，增加特异性CD4+和CD8+细胞的数量，促进脾细胞的增殖。CS3作为疫苗佐剂，能提高HBsAg特异性抗体的滴度，高表达IFN-γ和低表达IL-4，说明CS3能倾向性诱导Th1应答。Smet等[30]报道微粒型β-葡聚糖可作为黏膜抗原疫苗的良好载体，可被人肠上皮细胞系(Caco-2和HT-29细胞)内化且对细胞活力无影响，不仅能促进促炎性细胞因子IL-23p19、IL-8、IL-17，抑制TGF-β生成，还诱导OVA特异性CD4+T增殖和促进OVA特异性IgA、SIgA分泌。

4 结语

β-葡聚糖是一种新兴安全有效的生物效应调节剂，可通过结合各种免疫细胞的PPR引发免疫防御的一系列级联反应，调节固有免疫和适应性免疫应答。由于β-葡聚糖的种类繁多、结构复杂、生物活性广泛，其不同来源、结构与功能之间的关系还需要进一步深入研究。目前，通过制备葡聚糖衍生物来改变葡聚糖的物理化学特性，可获取有利的活性功能，为抗肿瘤免疫治疗提供新策略。

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[收稿2015-11-06 修回2015-12-03]

(编辑 倪 鹏)

10.3969/j.issn.1000-484X.2016.11.032

①本文受国家自然科学基金项目(81272323)、江苏省自然科学基金项目(BK2011244)、常州市科技支撑计划(CE20125019，CE2012024)和常州市卫生局重大项目(ZD201303)资助。

徐冬勤(1989年-)，女，在读硕士，主要从事肿瘤免疫学的基础和临床研究，E-mail：15195965682@163.com。

及指导教师：戚春建(1978年-)，男，博士，研究员，博士生导师，主要从事肿瘤免疫学等方面的研究，E-mail：qichunjian@njmu.edu.cn。

R392.11

A

1000-484X(2016)11-1715-03