岩藻多糖在肿瘤治疗中的作用

王莹莹，张振坤，李 亚，任邑昆，关方霞，马珊珊

郑州大学生命科学学院 郑州 450001

目前，恶性肿瘤是世界范围内人类死亡的主要原因之一。尽管医学研究取得了巨大进步，化疗、放疗、手术及联合疗法等被用来治疗肿瘤[1]，但这些疗法均有严重的副作用。从植物和藻类等天然来源获得的多糖具有抗癌特性，其多功能结构也允许它们可与抗癌药物结合使用[2-3]。

岩藻多糖是一种来源于海洋的硫酸盐多糖，主要存在于各种褐藻(例如海带、墨角藻、裙带菜等)细胞壁基质中[4]。在一些海洋无脊椎动物如海胆[5]、海参[6]中也发现有多种形式的岩藻多糖。一方面岩藻多糖的化学组成不尽相同，除了主要成分岩藻糖和硫酸酯外，还含有其他单糖(甘露糖、半乳糖、葡萄糖等)和糖醛酸，有些还具有乙酰基和蛋白质。另一方面岩藻多糖的结构十分复杂，不同种类岩藻多糖的结构也不相同，并且由不同方法提取得到的岩藻多糖结构也可能不同。在东亚地区，含有岩藻多糖的褐藻被普遍用作食材和药材来食用[7]。岩藻多糖具有多种生物和药物学活性，包括抗癌[8]、抗微生物[9]、抗病毒[10]、抗炎[11]和抗凝血活性[12]等。作为一种天然聚合物，岩藻多糖对癌细胞有直接和间接的抑制作用，比其他传统的癌症治疗方法更安全[13]。本文就岩藻多糖的抗肿瘤作用进行综述。

1 岩藻多糖在多种肿瘤中的治疗作用

1.1岩藻多糖与乳腺癌上皮间质转化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)是癌症转移的重要过程。 在EMT过程中，癌细胞会失去上皮细胞的特性，例如极性和细胞黏附性，随后获得间充质样细胞的形态和迁移能力。一旦癌细胞停止表达上皮标记物，如上皮细胞钙黏蛋白(E-cadherin)，便开始表达间充质标记物，如神经型钙黏蛋白(N-cadherin)和波形蛋白(Vimentin)[14]。研究[15-16]表明，EMT现象会增强乳腺癌细胞的迁移和侵袭能力，并且与乳腺癌的发生、浸润和远处植入关系密切。

He等[17]发现经岩藻多糖处理的大鼠血清可通过调节E-cadherin的表达，有效抑制乳腺癌MCF-7细胞增殖，诱导癌细胞凋亡，抑制癌细胞迁移；提示岩藻多糖可抑制乳腺癌细胞EMT，促进癌细胞凋亡并抑制肿瘤转移。Li等[18]的研究发现岩藻多糖可通过下调缺氧诱导因子1α(HIF-1α)信号通路的表达,抑制乳腺癌细胞的EMT和迁移。

1.2岩藻多糖与胰腺癌Delma等[19]通过离子交换色谱法从海洋褐藻中分离出岩藻多糖的5种组分，并对其在人胰腺癌细胞系中的抗肿瘤特性进行研究。结果显示这5种岩藻多糖组分均可以浓度和时间依赖性方式抑制胰腺癌细胞的增殖，并通过激活Caspase依赖的内源性和外源性凋亡途径，诱导胰腺癌细胞凋亡；进一步的机制研究显示岩藻多糖可以抑制NF-κB信号通路并促进肿瘤抑制因子p53的表达，从而通过靶向p53-NF-κB环路，诱导胰腺癌细胞凋亡。该研究表明岩藻多糖对胰腺癌具有显著的抗肿瘤活性。

1.3岩藻多糖与肝癌肝癌细胞因表达多药耐药基因而对化疗药物不敏感，这是肝癌化疗的重要障碍之一。越来越多的证据表明lncRNA参与了肝癌的发生发展。LncRNA HULC可促进肝癌的发生和转移[20-21]，NEAT1可促进肝癌细胞的增殖[22]，而p21可抑制肝癌的侵袭和转移[23]。有研究[24]检测了岩藻多糖处理后HepG2细胞中lncRNA的差异表达，结果显示岩藻多糖可以抑制Saf并增强p21的表达，降低HULC和NEAT1表达，上调SNHG1和Malat1表达；可抑制HepG2细胞的活性，诱导细胞凋亡；提示岩藻多糖可能通过调控多种lncRNA的表达，发挥抗肝肿瘤作用。Arumugam等[25]的研究结果也表明，岩藻多糖可浓度依赖性抑制HepG2细胞增殖、迁移和细胞周期进展，作用机制可能与细胞DNA损伤诱导的细胞凋亡密切相关。

1.4岩藻多糖与宫颈癌内质网在蛋白质组装、蛋白质折叠和钙稳态维持中起着重要作用[26]。研究[27]表明，岩藻多糖通过调节与内质网应激相关的级联反应诱导乳腺癌细胞和结直肠癌细胞的凋亡。Niyonizigiye等[28]的研究结果显示，岩藻多糖可剂量依赖性地抑制HeLa细胞的增殖，但不会影响正常细胞HaCaT和HEK-293的增殖；岩藻多糖通过上调Bip/GRP78、CHOP表达，可诱导内质网应激关键组分的磷酸化，启动未折叠蛋白响应机制，诱导细胞凋亡。

1.5岩藻多糖与结肠癌活性氧(reactive oxygen specie，ROS)在细胞增殖、信号传导和氧化防御机制中发挥重要作用[29]。与正常细胞相比，癌细胞对高水平ROS更敏感[30]。因此，任何增加ROS水平的化合物都可能引起癌细胞线粒体的损伤，并最终诱导细胞凋亡[31]。Narayani等[32]的研究结果显示，从灰叶马尾藻中提取的岩藻多糖可剂量依赖性地抑制Caco-2细胞的生长，增加ROS的生成并增加线粒体膜的渗透性，发挥抗肿瘤作用。

1.6岩藻多糖与口腔鳞癌Zhang等[33]发现岩藻多糖通过增加口腔鳞癌细胞中Bax/Bcl-2比值诱导细胞凋亡，并通过下调MMP-9和MMP-2的表达抑制口腔鳞癌细胞的迁移和侵袭能力，有效治疗口腔鳞癌。进一步的生物信息学预测和细胞生物学实验[33]结果表明岩藻多糖可以促进口腔鳞癌细胞中circFLNA的表达，进而介导与细胞生长、凋亡、迁移和侵袭相关的关键蛋白的表达。该结果表明岩藻多糖可能是通过靶向circFLNA来治疗口腔鳞癌的潜在天然药物。

1.7岩藻多糖与恶性胶质瘤恶性胶质瘤是一种预后较差的脑肿瘤，采用多模式治疗后不可避免地会复发。Liao等[34]的研究发现，褐藻中的寡聚葡聚糖(oligo-fucoidan，OF)可显著抑制恶性胶质瘤细胞U87MG和GBM8401的增殖；进一步的机制研究显示OF能够下调DNA甲基转移酶(DNMT)1、3A和3B的表达，降低p21甲基化水平，促进P21蛋白的表达和细胞凋亡；另外，OF与Decitabine(一种DNMT抑制剂)联合使用可以协同抑制U87MG细胞的增殖和分化；提示岩藻多糖可以作为一种潜在的补充途径用于胶质瘤的表观遗传学治疗。

1.8岩藻多糖与子宫肉瘤、子宫内膜癌Bobiński等[35]以人皮肤成纤维细胞作为对照，评估发现岩藻多糖可显著降低子宫肉瘤ESS-1细胞和子宫平滑肌瘤SK-UT-1、SK-UT-1B细胞的活力，阻滞细胞周期，并诱导细胞凋亡。程序性细胞死亡配体1(PD-L1)在逃避宿主免疫监视过程中发挥重要作用。 Teruya等[36]的研究结果表明，低相对分子质量岩藻多糖提取物(LMF)可影响纤维肉瘤细胞HT1080中PD-L1/PD-L2的表达，抑制细胞生长，但对人正常二倍体成纤维细胞TIG-1的生长没有影响；说明LMF差异性调节正常细胞和癌细胞中PD-L1的表达；LMF可以用作治疗PD-L1高表达癌症的替代性补充剂。

2 岩藻多糖抗肿瘤作用的分子机制

岩藻多糖的抗肿瘤作用分子机制主要有阻滞细胞周期、诱导细胞凋亡、抑制血管生成、抑制细胞转移、激活免疫系统以及调节细胞信号传导通路等。本文主要介绍其在肿瘤血管生成、细胞信号传导通路调节中的作用机制。

2.1岩藻多糖与血管生成血管生成在肿瘤进展和转移过程中有重要作用，阻断肿瘤血管生成已成为肿瘤治疗的有效手段[37-38]。促血管生成分子有血管内皮生长因子(VEGF)、bFGF、IL-8和PAI-1等[39-40]。Chen等[40]的研究表明岩藻多糖可以抑制VEGFR2/Erk/VEGF信号通路，发挥抗血管生成作用，抑制非小细胞肺癌的迁移。Ou等[41]的研究发现源自鼠尾藻的岩藻多糖可抑制HUVEC细胞中MMP-2活性和VEGF/HIF-1α信号通路，从而抑制血管生成，并进一步抑制肺癌细胞A549的迁移和增殖。有研究[42]发现岩藻多糖可限制骨肉瘤血管生成，且这与VEGF和基质衍生因子-1表达降低有关。 进一步研究[43-44]发现，高相对分子质量岩藻多糖具有抗血管生成作用，而低相对分子质量岩藻多糖和分离的岩藻多糖具有促血管生成作用。这些矛盾的结果表明岩藻多糖对肿瘤血管生成的影响还需要进一步研究。

2.2岩藻多糖与信号传导肿瘤相关信号传导通路有很多，本文着重介绍岩藻多糖与PI3K/AKT、ERK和Caspase信号通路的关系。

PI3K/AKT信号通路是多种细胞功能的核心，其在肿瘤细胞中常表达上调。上调PI3K/AKT通路可抑制肿瘤细胞死亡并增强其迁移能力[45-54]。岩藻多糖可在细胞水平抑制PI3K/AKT通路的磷酸化，诱导结肠癌细胞和膀胱癌细胞的凋亡，并抑制端粒酶活性[55-56]。

在多种恶性肿瘤细胞中，细胞外信号调节激酶(ERK)通路蛋白常常过度磷酸化并表达上调。研究[57-59]表明，岩藻多糖可降低人类淋巴瘤细胞中ERK1/2蛋白的磷酸化水平，降低肺癌细胞中活性ERK1/2表达水平，从而降低ERK活性，抑制细胞增殖。岩藻多糖对肿瘤细胞的生长抑制作用可部分归因于对ERK1/2的负调控。

细胞凋亡可通过外源性(细胞质)途径和内源性(线粒体)途径触发，Caspase通路在这两种凋亡途径中均发挥核心作用。岩藻多糖可分别激活肿瘤细胞中外源性和内源性凋亡途径中两个最具特征的分子Caspase-8和Caspase-9[60]。研究[60-61]显示，极低剂量(20 mg/L)的岩藻多糖可激活人结肠癌细胞中Caspase-3和Caspase-7的表达，发挥抗肿瘤作用；然而对于T细胞白血病细胞，需要高浓度(3 g/L)的岩藻多糖才能达到相同效应。Yamasaki-Miyamoto等[62]的研究表明，用Caspase-8抑制剂预处理可完全阻断岩藻多糖介导的乳腺癌细胞MCF-7的凋亡。

3 岩藻多糖联合生物纳米材料的抗肿瘤作用

近年来，自组装的高分子纳米颗粒因其功能的多样性，引起了人们对其药物传递和生物医学应用方面的极大兴趣。岩藻多糖已被应用于诊断、药物输送和再生医学的纳米系统中[63-64]。

Chu等[65]将透明质酸和岩藻多糖分别用作前列腺癌细胞CD44分子和肿瘤脉管系统中P-选择素的靶向剂，从而建立了双重靶向肿瘤的纳米系统，通过包裹表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)和姜黄素(CU)，达到共同递送EGCG和CU的目的；与EGCG/CU组合溶液相比，负载EGCG/CU的纳米颗粒被更多地摄取到前列腺癌细胞中，抗肿瘤效果更显著；动物实验结果表明，负载EGCG/CU的纳米颗粒可显著抑制原位肿瘤的生长，而不会引起其他器官的损伤，具有安全有效性。总体而言，EGCG和CU共同递送的双重靶向纳米颗粒系统极大地改善了前列腺癌的治疗效果。

Wang等[66]用自组装的方法制备了有序、生物相容性好、球形且大小均匀的新型聚电解质给药系统——PAH/Fucoidan-MTX纳米颗粒，用于肿瘤的治疗。PAH/Fucoidan-MTX纳米颗粒可实现药物的持续释放，有效抑制MCF-7和HeLa细胞的生长。Oliveira等[67]制备了岩藻多糖/壳聚糖纳米颗粒，用于递送抗肿瘤药物吉西他滨，该纳米颗粒对人乳腺癌细胞的毒性增加，但对内皮细胞的毒性未增加。

Jang等[68]发现涂有岩藻多糖的硫化铜纳米颗粒不仅可作为载体增强细胞内岩藻多糖的递送，而且还可作为光热剂在体外有效消融多种癌细胞(例如HeLa/A549和K562)；其还可在808 nm二极管激光照射下诱导细胞凋亡，说明该纳米系统可以将岩藻多糖介导的抗癌作用与近红外光诱导的高热作用相结合，联合诱导癌细胞凋亡。

Shin等[69]的研究证实岩藻多糖包被的二氧化锰纳米颗粒(Fuco-MnO2-NP)在H2O2存在的条件下可有效生产O2，并在低氧条件下显著抑制人胰腺癌细胞中HIF-1的表达，增加放射治疗引起的DNA损伤，逆转低氧诱导的放射抵抗；在BxPC3异种移植小鼠模型中，与单独放射治疗相比，Fuco-MnO2-NP联合放射治疗获得了更显著的肿瘤生长延迟；研究结果表明，Fuco-MnO2-NP可以通过缺氧调节和血管生成调节的双重作用增强放射治疗的效果，在放射性耐药胰腺癌的治疗中具有巨大的应用潜力。

4 展望

岩藻多糖是一种很有前途的生物聚合物，具有天然的抗肿瘤特性、良好的药物传递特性和主动靶向性，可用于多种肿瘤的治疗。岩藻多糖对健康细胞没有副作用，具有良好的安全性。作为一种天然聚合物，岩藻多糖在药用前需要进行大量处理，所提聚合物的结构在很大程度上取决于其来源。因此，今后对其来源、相对分子质量、提取方法等需进行重点研究和开发，建立岩藻多糖提取的标准化体系，同时加强临床试验研究，从而为岩藻多糖在肿瘤临床治疗中的应用提供更有力的依据。