黄芪多糖靶向肿瘤微环境的抗肿瘤作用机制

★ 陆婷婷柯玲玲

(1.安徽中医药大学 合肥 230031；2.南京中医药大学 南京 210023)

肿瘤微环境[1]有别于正常细胞生长的内环境，复杂而多样化，主要由肿瘤细胞、周围基质组织结构中各种细胞，如免疫细胞、炎性细胞等，还有细胞外基质、微血管等组成，其独特的低氧、低PH、低营养和及多种生长因子并存与肿瘤发生发展密切相关。肿瘤细胞和肿瘤微环境之间的动态平衡关系与Stephen Paget[2]提出的关于肿瘤生长的“种子与土壤”假说不谋而合。黄芪为扶正固本主药，能够提高机体免疫功能，调人体脏腑气血阴阳平衡。实验研究表明[3-4]，黄芪主要活性成分黄芪多糖具有抗病毒、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、抗辐射、抗应激等作用，它改变传统直接抑制杀死肿瘤细胞的方式，通过提高机体免疫功能，影响肿瘤微环境发挥抗肿瘤作用。

1 黄芪多糖对肿瘤微环境中细胞的调节

1.1 对肿瘤相关巨噬细胞的影响 肿瘤相关巨噬细胞(TAM)[5-6]是肿瘤微环境中一类特殊的炎症细胞群体，它在肿瘤进展和肿瘤免疫抑制的过程中扮演着重要的角色。TAM主要分为M1和M2两型，在大多数的肿瘤免疫抑制和免疫逃逸过程中TAM以M2型存在，M2型巨噬细胞参与间接抗炎症反应，通过分泌VEGF，加速肿瘤血管快速生成，并促进转移前肿瘤微环境的形成，为肿瘤的生长、发展、转移以及组织的重塑修复奠定基础。此外，M2型巨噬细胞能影响Treg特异性转录因子，促进 IL-10 分泌增多，增强肿瘤细胞增殖和迁移的能力。周丽菁等[7]发现黄芪多糖联合巨噬细胞共同存在一个体外培养体系对乳腺癌细胞增殖、迁移有明显的抑制作用，其机制主要是黄芪多糖干扰细胞周期的进程，使得处于G0/G1期细胞明显增多，而G2/M期和S期的细胞明显减少，进而促进细胞的凋亡。

1.2 对NK细胞和LAK细胞的影响 自然杀伤细胞(NK)是抗体依赖细胞介导的细胞毒作用的主要效应细胞；LAK细胞是生物体内存在的非特异性的免疫杀伤细胞，在体外除对正常细胞外，对NK敏感的、不敏感的靶细胞以及自身和同种异体肿瘤都有广泛的杀伤作用。黄芪多糖[8]可以增强白血病细胞活性，并进一步提升白血病细胞对NK 细胞杀伤活性的敏感性。实验以HL-60 细胞作为黄芪多糖干预的靶细胞，通过基因和蛋白两个水平观察白血病细胞表面 MICA 的表达变化。黄芪多糖可降低LAK细胞坏死和凋亡细胞的体积密度[9]，其机制可能与其在LAK细胞攻击Hela细胞的过程和免疫攻击过程有关，并对所有参与其过程的细胞及细胞坏死过程中释放的各种介质和细胞因子具有保护作用，降低细胞坏死数量，减少细胞凋亡现象，并提高IL-2 /LAK细胞的活性，增强黄芪多糖的抗肿瘤作用。

1.3 对T细胞及其分泌产物的影响 T细胞在机体免疫调节过程中占有重要地位，主要分为Th1和Th2两种亚型。黄芪多糖体外可定向诱导脐血单核细胞分化为树突状细胞，大量增殖的树突状细胞受到刺激后增强对同种异体的T淋巴细胞的刺激能力，并随着增殖的数量越多，发挥的作用越强，呈正相关性[10]。另外黄芪多糖还可以显著提高正常及受MTX免疫抑制小鼠外周血血清中 CD3+、CD4+百分含量和 CD4+/CD8+比值，降低 CD8+百分含量[11]。但在肝癌肿瘤微环境中CD4+、CD25+、Treg细胞的数量受Foxp3 mRNA的表达限制，黄芪多糖通过肝癌肿瘤环境中的细胞因子、基质的失衡修复作用诱导Foxp3 mRNA的表达抑制，阻碍SDF-1在肝癌肿瘤微环境中的Treg细胞的募集，降低Treg细胞发生的免疫抑制作用[12]。

1.4 对肿瘤相关成纤维细胞的影响 肿瘤相关成纤维细胞[13]是肿瘤基质中的主要细胞类型，在90%以上的上皮性肿瘤中，它选择性地产生一种丝氨酸蛋白酶，称为成纤维细胞活化蛋白。武有明等[14]研究发现黄芪多糖抑制肺癌微环境中肺癌细胞生长的同时促进骨髓间充质干细胞的增殖、分化，从而促进肿瘤相关成纤维细胞蛋白的表达，趋使向肿瘤相关成纤维细胞分化。赵丹威等[15]通过对黄芪多糖干预后的衰老人胚肺二倍体成纤维细胞和正常对照组在相同代数研究比较，发现两组细胞在形态有明显的差别，其机制可能是抑制β-半乳糖苷酶(SAβ-gal)活性，阻碍SAβ-gal表达，进而延缓HDF细胞衰老。

2 黄芪多糖对肿瘤微环境中细胞因子的调节

肿瘤微环境间质中除了大部分肿瘤细胞成分外，还包括肿瘤细胞和炎症细胞分泌的多种细胞因子，如血管内皮生长因子(VEGF)、肿瘤坏死因子(TNF)、粒细胞集落刺激因子(GM-CSF)等以及细胞外基质(ECM)，共同促进肿瘤生长、迁移和侵袭。研究表明黄芪多糖能刺激NF-κB蛋白水平增加，促进肿瘤微环境中TNF-α、GM-CSF等细胞因子的水平分泌，同时增加NO的生成[16]。NO的产生和诱导型一氧化氮合酶(INOS)的转录都有赖于核因子kappaB/rel(NF- kappaB/rel)的表达，采用体内注射黄芪多糖注射液能诱导B6C3F1小鼠腹腔巨噬细胞产生NO，其具体机制是APS通过激活位于iNOS基因启动子上的NF-kappaB/rel转录因子启动核因子 kappaB/rel(NF-kappaB/rel)的表达，促进一氧化氮的产生[17]。

2.1 对血管内皮生长因子的影响 血管形成是微血管内皮细胞的激活、增殖、迁移，重新形成新的血管和血管网的一系列连续复杂的过程，它的形成结果取决于促进和抑制新血管形成因子二者之间的协调平衡。VEGF[18]是作为参与微血管生成的促进因子，特异性地直接作用于微血管的内皮细胞，促进内皮细胞的增殖，诱导新生血管的生成。雷琰等[19]发现黄芪多糖能有效降低非小细胞肺癌患者外周血中VEGF的水平。其胶原成分能干预VEGF基因表达的核因子κB通路，而NF-κB信号通道活化是否受阻直接影响VEGF的转录，进而影响VEGF蛋白的表达及毛细血管的形成[20]。Manikandan P等[21]认为NF-κB蛋白异常激活与胃癌的发生及进展存在密切联系。经过黄芪多糖干预后的胃癌前病变的大鼠胃黏膜P65蛋白水平均明显降低，表明NF-κB蛋白异常激活现象得到改善，减少VEGF基因的表达进而抑制新生血管的生成[22]。

2.2 对肿瘤坏死因子的影响 肿瘤坏死因子机体经过细菌感染由巨噬细胞产生，或接触其他诱因后自发免疫源反应自然产生的一种细胞因子，是一类能直接作用肿瘤细胞，造成细胞死亡的细胞因子。其主要包括由单核-巨噬细胞分泌的TNF-α和由活化的T淋巴细胞分泌的TNF-β这两种类型，前者主要参与细胞免疫反应，后者主要参与淋巴器官的发展和淋巴微环境的维持。肿瘤坏死因子与干扰素协同作用可增强对肿瘤细胞的杀伤性。邱波等[23]认为黄芪多糖诱导的树突状细胞疫苗具有延缓荷瘤小鼠生命的功效，其途径与黄芪多糖诱导成熟的DC疫苗使荷瘤小鼠血清中抗肿瘤细胞因子TNF-α、IL-12增多，增强抗肿瘤作用密切相关。陈晓琳等[24]认为黄芪多糖确有明显增强TNF-α的生物活性，较高生物活性的TNF-α在调动机体免疫系统，参与机体免疫反应的同时，发挥其抗肿瘤作用。黄芪多糖不仅可以改善荷瘤小鼠体质量、脾指数、胸腺指数及巨噬细胞功能，还能抑制小鼠肝癌移植瘤的生长，激活宿主的免疫应，促进小鼠血浆中的 IL-2，IL-12和 TNF-α分泌，加强TNF对毛细血管内皮细胞的直接细胞毒作用[25]。

2.3 对粒细胞集落刺激因子的影响 粒细胞集落刺激因子[26]主要由血管内皮细胞、单核细胞和成纤维细胞合成分泌而成，以一种单位复合体式糖蛋白的形式存在血液，随着血液循环作用于骨髓，刺激中性粒细胞趋向成熟，从而促使成熟的粒细胞从骨髓释出，增强中性粒细胞趋化及吞噬功能。临床上经常使用集落刺激因子治疗使用化疗药物后引起的并发症之一“粒细胞减少症”，研究表明黄芪多糖联合粒细胞集落刺激因子治疗化疗后患者的骨髓影响比单一的黄芪多糖或者粒细胞集落刺激因子治疗效果强，统计学具有意义[27]。其结果提示黄芪多糖能够减少骨髓中成熟粒细胞表面CD62L表达，增加其释放到外周血频率。

3 黄芪多糖对细胞外基质中金属基质蛋白酶的调节

肿瘤局部生长、浸润、转移依赖细胞外基质降解。金属基质蛋白酶(MMP)是降解细胞外基质的主要酶，通过ras基因激活，降解基底膜、细胞外基质，对肿瘤微环境进行重构，促进肿瘤细胞浸润、转移到周围组织及血管内，增强肿瘤血管生成作用。实验研究表明MMP-9(金属蛋白酶-9)、TIMP-1(金属基质蛋白酶抑制剂-1)对慢性阻塞性肺疾病或肺癌造成的肺组织损伤、肺纤维化等方面都具有重要作用，而黄芪多糖通过阻滞大鼠肺组织 MMP-9、TIMP-1 的表达,降低MMP -9/TIMP-1的比值来促进肺组织的修复和肺功能的改善[28]。

4 黄芪多糖抗肿瘤作用机制

4.1 抑制炎症反应 肿瘤微环境中的周围组织在炎症的刺激下，促使炎症细胞分泌大量的炎症介质，其介导各种信号通路增加受损组织相关蛋白的表达，从而促进周围受损组织修复作用。黄芪多糖通过对TLR4/NF-κB信息通路的抑制，阻碍TLR4 mRNA表达，降低NF-κB的活化，使得大鼠心肌细胞中IκBα的蛋白含量升高，炎症因子分泌减少，有效地抑制炎症反应，达到保护心肌细胞的作用[29]。分别采用黄芪多糖和党参多糖对慢性阻塞性肺疾病(COPD)的患者中的巨噬细胞干预的研究发现黄芪多糖能逆转COPD的炎症反应，可有效地降低血清中炎症因子TNF-α、IL-6水平[30]。

4.2 诱导肿瘤细胞凋亡 细胞凋亡是一种由基因引起细胞表面程序性死亡受体表达的过程。而肿瘤细胞的无限增殖、不易凋亡使得机体的正常发育、生理代谢出现紊乱。NF-κB(nuclear factor-κB)[31]对肿瘤细胞的发生、转移、侵袭和凋亡起着重要的作用，静息状态的NF-KB以无活性复合体的形式存在细胞浆中，不进行靶基因的表达，一旦受到因素刺激后，发生磷酸化的NF-κB通过降解作用，进入细胞核中，从而开启靶基因的表达。而黄芪多糖主要是通过降低NF-κB p65蛋白达到抗肿瘤作用[32]。现有研究表明人胃癌 SGC-7901 细胞移植瘤经过黄芪多糖干预之后，肿瘤体积及重量明显减轻，肿瘤结节体积缩小，肿瘤细胞数量明显减少，周围的肿瘤组织有了明显的好转[33]，这与黄芪多糖具有诱导肿瘤细胞凋亡的作用密切联系。

4.3 逆转化疗耐药性，增加化疗效果 化疗药物作用机制虽较为复杂，但占主导作用的是干扰或阻断细胞增殖和蛋白质的合成。从DNA合成、转录、复制到蛋白质的合成，再到有丝分裂，每一个环节的生化事件均有相应的药物阻断。黄芪多糖联合顺铂对 Lewis肺癌小鼠具有明显的抑瘤作用，小鼠肺癌的抑制作用越强与黄芪多糖浓度呈正相关性，其机制可能与阻碍VEGF表达、提高Endostatin蛋白表达及免疫功能有关[34]。此外，一项关于注射黄芪多糖对人肺腺癌细胞A549/DDP(顺铂)耐药逆转作用的研究结果显示，黄芪多糖能促进肿瘤细胞凋亡，主要是诱导增强A549/DDP 细胞对DDP的敏感性，逆转化疗耐药性[35]。

5 总结与展望

综上所述，肿瘤微环境是肿瘤细胞生长的“培养皿”，为肿瘤的生长发展提供高代谢营养物质，同样在机体免疫逃逸、避开免疫监视过程中发挥重要作用。黄芪多糖具有增强机体免疫功能，通过靶向调控肿瘤微环境的细胞、细胞因子及细胞外基质，抑制肿瘤微环境的炎症反应，诱导细胞凋亡以及逆转化疗耐药性，达到抗肿瘤效果。目前，被誉为“生物导弹”的分子靶向药物在临床肿瘤治疗中得到了广泛的应用，主要针对恶性肿瘤病理生理发生、发展的关键靶点进行治疗干预，实现抑制肿瘤细胞生长或促进凋亡的抗肿瘤作用。然而，部分多靶点的受体酪氨酸激酶抑制剂毒副作用较多，如若联合使用分子靶向药物和中医中药，点面结合，整体和局部同治，注重肿瘤微环境和靶点的双重调控，二者联动，有望为提高肿瘤的临床综合治疗疗效奠定坚实的基础。