水蛭治疗恶性肿瘤的研究进展

林岳岩 张锡流

广西中医药大学第一附属医院病理科，广西南宁 530023

水蛭，俗名“蚂蝗”，作为中国传统药材，是具有破血逐瘀药效的虫类药，主要用于血瘀闭经、跌仆损伤等疾病。水蛭素作为水蛭的提取物，其药理作用主要有抗凝血、抑制血栓形成、抗血小板聚集、抗细胞凋亡、抗肿瘤、抗纤维化、抗炎、促进周围神经再生、促进及抗新生血管的双重作用等，其中以抗凝血、抑制血栓形成、抗肿瘤等作用较为突出。近20年来，越来越多的研究证明[9-12，21-23]，水蛭不光在抗凝血上收效显著，也在抗肿瘤、诱导癌细胞凋亡以及防止肿瘤转移上有着良好功效和研究前景。本研究对水蛭及其有效活性成分在治疗恶性肿瘤方面的机制和作用进行较为全面的综述，同时提出一些新的假设，为治疗恶性肿瘤提供参考。

1 水蛭（leech）

《神农本草经》[1]中：“水蛭，味咸，平。主逐恶血、瘀血、月闭、破血瘕积聚、无子、利水道，生池泽。”其在中国各地广泛分布，于我国北纬32～38°的水田及湖河中常见，生长在不同地域的水蛭其生活习性与药用价值不尽相同，亦有吸血水蛭与非吸血水蛭之分，而学者们将水蛭唾液的提取物称之为水蛭素，是其发挥各种作用的主要成分[2]。

2 水蛭素（hirudin）的作用

2.1 抗凝血

水蛭素作为水蛭抗肿瘤治疗的主要物质，拥有直接抑制肿瘤生长和增殖、诱导肿瘤细胞凋亡、抗凝血作用和抗血小板聚集的作用。随着研究的进展发现[3]，水蛭素中主要能够发挥抗凝与抗血栓作用的原因是由水蛭唾液腺中分泌出的一种酸性多肽，这种多肽不仅结构稳定性良好[多肽N端含有相互作用的半胱氨酸（cys），形成了3个二硫键]，且能与凝血酶特异性结合，竞争性抑制凝血酶与纤维蛋白原的结合过程，在有很好的溶栓、抗凝作用之外，还可以在一定程度上降低血液的黏稠度[4-7]。正是水蛭素相对坚固的结构和天然的抗凝血酶特性，这种凝血酶抑制过程独立于抗凝血酶Ⅲ，使其相较于临床抗凝血药物——肝素，水蛭素能够更精确的剂量控制，更有利于控制剂量减少副作用，且不会有血小板减少症出现[8]。

2.2 抑制肿瘤细胞增殖和诱导肿瘤细胞凋亡

肿瘤的形成是一个极其复杂的过程，其是细胞生长与增殖的调控发生严重紊乱的结果所导致。实验证实[9]水蛭提取物能在体外人肝癌细胞（human hepatocellular carcinomas，HepG2）细胞中，有直接抑制细胞增殖及诱导凋亡的作用。且在后续的实验中[10]，证实了水蛭提取物可能够通过抑制肝癌HepG2细胞DNA甲基化转移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）表达参与抑制肿瘤细胞增殖。虽然对于DNMT1的抑制远弱于对照组（5-Aza-cdR组），但其抑制DNMT3a、DNMT3b作用则明显优于对照组。研究表明[11]，一些肿瘤抑制基因的功能障碍，并非基因结构改变所致，可能由于该基因的启动子过甲基化且这些过甲基化的启动子具有肿瘤的特异性所导致。水蛭素能通过某种方式影响肝癌HepG2细胞DNA甲基转移酶的表达，改变这种基因启动子过甲基化的状态，从而恢复肿瘤抑制基因功能，重新调控肿瘤增殖。

2.3 影响肿瘤血管生成

吴秋玲等[12]通过实验，选用S180可移植性肿瘤细胞株，制造小鼠移植肿瘤模型用以试验水蛭、斑蝥对肿瘤的作用与机制，研究发现，水蛭、斑蝥分别对肿瘤血管生成的具有抑制作用，其通过影响鸡胚绒毛囊膜（chick chorioallantoic membrane，CAM）新生血管的数量和面积，以及通过降低S180肉瘤组织中血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor receptor，VEGF）、基质金属蛋白酶 -9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）的表达降低S180组织中微血管密度（MVD）与抑制血管内皮细胞的增殖来抑制肿瘤血管生成。李小菊等[13]用氯化钴模拟化学缺氧的实验，以MTT法观察水蛭含药血清对EA.Hy926细胞的增殖抑制作用，结果显示水蛭含药血清可能通过改善肿瘤缺氧微环境抑制、影响肿瘤血管生成发挥抗肿瘤作用，其机制可能是通过降低缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）蛋白水平和mRNA的表达，以及降低由HIF-1α所介导的靶基因VEGFmRNA的表达来实现的。有研究发现，肿瘤微环境中的微生物组是肿瘤发生发展的另一潜在因素[14]。此外，超过18%的癌症与感染微生物密切相关，在发病机制中发挥着关键作用[15-16]。VEGF是一种具有高度特异性的促血管内皮细胞生长因子，参与许多血管生成依赖性疾病的进展，其中包括癌症以及糖尿病视网膜病变等，其在体外可促进血管内皮细胞生长，在体内则诱导血管增生，尤其是在低氧环境下，VEGF能与内皮细胞膜上VEGF受体结合，引起受体的自身磷酸化，从而激活MAPK，实现VEGF的有丝分裂原特性，诱导内皮细胞增生。由此可知，减少VEGF的表达、缓解细胞低氧环境，能从一定程度上影响肿瘤血管的增殖速度进而实现对肿瘤增殖的控制。影响肿瘤新生血管生长的因子有许多种，可以通过分别观察水蛭素对于不同因子的影响及其结果，尝试发现新的研究思路与方向。基质金属蛋白酶（MMPs）是一种依赖锌的蛋白水解金属酶[17]。MMP-9是基质金属蛋白酶最复杂的形式之一。MMP-9具有降解细胞外基质（ECM）成分的能力，并在其病理生理功能中发挥重要作用。MMP-9的过表达和失调与多种疾病有关。因此，调控和抑制MMP-9是对抗包括癌症在内的各种疾病的重要治疗手段。MMP-9抑制剂可作为抗癌药物。到目前为止，没有选择性MMP-9抑制剂通过临床试验。本文主要就MMP-9的结构、活化、功能和抑制因子等方面进行综述。一些高活性或选择性的MMP-9抑制剂已经被讨论，这有助于探索MMP-9抑制剂的结构意义。这项研究对于未来设计新的强效和选择性的MMP-9抗肿瘤抑制剂提供帮助。

2.4 抑制肿瘤转移

发生转移是大部分恶性肿瘤的特点，指恶性肿瘤从原发部位通过侵入淋巴管、血管或体腔，迁移到其他部位并继续生长的过程。前文已提及[3-7]水蛭素具有抗血小板聚集和抗凝血的作用，凝血酶在这一过程促进血小板聚集，并将纤维蛋白原转化为纤维蛋白。在癌症患者中，由于凝血系统广泛且过度的激活，直接导致凝血酶的大量产生。在临床中，约有90%的恶性肿瘤患者，其血液具有高凝状态[18]，已有数据证实肿瘤细胞能够促进血小板的活化[19]，且这种状态能一定程度上促使恶性肿瘤的转移[20]。而具有特异性抑制凝血酶功效的水蛭素则能在解除高凝状态的同时，不产生显著的不良反应，这一作用能为抗肿瘤的化学治疗和防止肿瘤转移提供新的手段[21]。近两年对于含水蛭经方的数据挖掘也显示，水蛭素及其配伍中草药在治疗肿瘤的过程中拥有共同的靶蛋白F2（凝血因子Ⅱ），对于肿瘤起抑制作用[22]。此外肿瘤微环境的细胞外基质中存在大量的可溶性或固定的凝血酶，这些凝血酶在一定程度上参与并介导肿瘤细胞的侵袭、细胞外基质降解、以及血管形成和组织的重建。凝血酶受体家族PARs介导凝血酶部分细胞的生物学效应[23]。水蛭素能影响并降低血液的高凝状态，从而减少肿瘤转移的发生。郑展等[24]也通过研究解毒中药重楼配伍活血中药水蛭对肺癌小鼠肺转移灶和血黏度的影响发现：含水蛭药剂能显著抑制小鼠模型的肺癌转移率，其机制可能与改善血黏度有关。

3 讨论

综上所述，水蛭主要成分中的水蛭素可通过调控肿瘤基因表达、影响恶性肿瘤患者血液中的部分生长因子含量、解除血液高凝状态等方式治疗恶性肿瘤。这一系列调控细胞周期的作用可能主要依赖于作用于PI3K/AKT通路[13]，近年来的研究表明[25-26]，PI3K/AKT信号通路参与了肿瘤进展的多个过程，包括细胞增殖、转移和凋亡。由此提示，水蛭与PI3K/AKT信号通路及其相关代谢产物与肿瘤增殖的相关性将成为以后探究水蛭治疗恶性肿瘤的主要研究方向。

除调控细胞周期外，引起血液高凝状态的凝血酶浓度对于肿瘤的增殖和转移是呈双向性的，一方面在低浓度的时候能够促进肿瘤内皮细胞增殖和血液高凝促进转移，而高浓度的时候则会引导肿瘤细胞凋亡。水蛭素又是否能与这种双向性影响有一定的相互作用性，值得研究。长期以来对于水蛭的研究，大都是研究水蛭素对凝血酶有何影响，从而判断其是否有抑制肿瘤转移的能力，而肿瘤的转移形式并不止局限于单一方式，多数癌症除经血液途径的转移外，还伴有淋巴转移等多种方式。未来可尝试研究水蛭对于抑制肿瘤淋巴结转移的效果，试探究水蛭抗肿瘤的新能力。肿瘤产生的机制复杂繁琐，现代医学临床对于肿瘤的治疗具有理论上的局限性，单一通路治疗肿瘤一旦产生耐药性，将预示着治疗的停止。结合中药的“多成分、多通路、多靶点”理念，可以拓宽临床视野，发现新的还未被学者关注的相关通路和靶点，即不只把目光放在水蛭素这单一成分对于肿瘤的产生的影响，也可探究水蛭这一药材整体或是含水蛭组方对于抑制恶性肿瘤各方面的效果。