藻蓝蛋白抗肿瘤活性及作用机制研究进展

韩敏敏，唐振洲，米顺利，陈显强，钟振国，谢金玲，高程海，张 玲

（1.广西中医药大学中医药科学实验中心，广西 南宁 530200；2.广西中医药大学海洋药物研究院，广西 南宁 530200）

据世界卫生组织统计数据显示，2018年恶性肿瘤的发生率在全球范围内已呈居高不下的增长趋势，严重威胁到人类的生命健康［1］。目前我国恶性肿瘤的死亡率稳居世界首位［2］，其中由呼吸系统和消化系统引起的恶性肿瘤的死亡率居高不下［3］。因此，研制出高效、低毒的抗肿瘤药物是近年来天然药物研究的热点。近年来发现，许多海洋生物尤其藻类，其体内含有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗艾滋病以及对心脑血管系统有保护作用的多种生物活性成分［4］。藻蓝蛋白是从螺旋藻、蓝藻、念珠藻等藻类植物中提取的生物活性化合物，其营养丰富，能够提供人体所需的蛋白质和维生素。藻蓝蛋白是一种捕光色素蛋白，属于藻胆蛋白的一种，主要由α 和β 两种亚基组成，天然状态下大多数以杂聚体的形式存在。研究表明，藻蓝蛋白除了能够高效捕获光能外，还具有抗肿瘤［5］、抗辐射［6］、抗氧化［7］、抗炎［8］、神经保护［9］、提高机体免疫系统功能以及抑制溶血［10-11］等作用。其中抗肿瘤作用表现突出，有极大开发成药物的潜力［12-13］。本文结合国内外相关研究背景，对藻蓝蛋白的抗肿瘤作用及其调控机制研究进行综述，为藻蓝蛋白的研发提供参考依据。

1 体外抗肿瘤活性

国内外已有相关文献报道，藻蓝蛋白具有直接抑制体外肿瘤细胞的活性。多项研究表明，藻蓝蛋白对多种肿瘤细胞具有不同程度的抑制作用，如肺癌、肝癌、乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、前列腺癌和黑色素瘤等。郝帅等［14］对非小细胞肺癌H460 细胞进行体外培养，研究结果发现，与对照组（0 µmol/L 藻蓝蛋白）相比，随着藻蓝蛋白处理浓度的增加，细胞存活率出现浓度依赖性下降，当用4.8 µM 和9.6 µM 浓度的藻蓝蛋白处理肺癌细胞后能够导致细胞存活率发生极显著降低（P＜0.01）。RAVI 等［15］研究表明，藻蓝蛋白能够抑制乳腺癌MDA-MB-231 细胞的增殖，且其浓度与抑制作用呈剂量依赖性。另外，为进一步确定藻蓝蛋白对癌细胞转化特性的抑制作用，进行了克隆试验。结果表明，与对照组相比，藻蓝蛋白处理后的细胞集落形成数明显减少（P＜0.0001），表明其对MDA-MB-231 细胞生长产生了明显的抑制作用。YING 等［5］采用CCK-8 法检测藻蓝蛋白对卵巢癌SKOV-3 细胞生长的影响，发现藻蓝蛋白对其抑制作用呈时间和剂量依赖性效应；随后采用PI单染法检测藻蓝蛋白对SKOV-3 细胞周期分布的影响，结果表明，随着藻蓝蛋白处理浓度的不断增加，G2/M 期细胞比例相应增加，G0/G1 期细胞比例下降，S 期细胞周期无明显变化，说明藻蓝蛋白可导致SKOV-3 细胞G2/M 期阻滞，进而导致细胞凋亡。此外，藻蓝蛋白对体外培养的宫颈癌HeLa 细胞［16］、血液性肿瘤细胞K - 562［17］、人类黑色素瘤细胞A375［18］均有不同程度的抑制增殖作用。此外，有研究表明，藻蓝蛋白能够在体内和体外抑制胰腺癌（PDA）细胞的增殖，且藻蓝蛋白浓度与其抗肿瘤活性呈正相关，预示着藻蓝蛋白具有一定抗肿瘤活性潜力［19］。

2 体内抗肿瘤活性

藻蓝蛋白不仅可以在体外抑制肿瘤细胞的生长增殖，而且在体内动物模型上也得到了证实。

1982年，IIJIMA 等［20］首次发现给注射肝癌细胞小鼠喂食藻蓝蛋白后可以提高小鼠生存率。李冰等［21］以S180荷瘤小鼠为实验动物模型，探讨了钝顶螺旋藻中藻蓝蛋白的抗肿瘤免疫效应。通过免疫酶标实验、定量溶血分光光度测定法、ELISA 等实验充分证明了藻蓝蛋白具有抗肿瘤免疫增强效应，且同等剂量的藻蓝蛋白抗肿瘤免疫增强效应优于空白对照组（P＜0.01）。ROY 等［22］采用体内实验来检测藻蓝蛋白对S-HepG2 和R-HepG2 细胞的生长增殖情况，结果表明藻蓝蛋白对S-HepG2和R-HepG2细胞的生长抑制率高达50%，且观察到经藻蓝蛋白处理后S-HepG2 和R-HepG2 细胞增殖呈剂量依赖性下降。王碧荣等［23］研究发现甜菜碱和藻蓝蛋白二者联合使用可更好地抑制肺癌A549 细胞增殖和减小肺癌荷瘤鼠的肿瘤体积。

3 藻蓝蛋白联合光动力疗法

光动力疗法的治疗原理为机体经一定时间的特定波长照射后，肿瘤组织能特异性摄取光敏成分，将吸收的光能转化给周围的氧分子，使之成为活性氧物质（ROS），破坏肿瘤细胞中的多种生物大分子，诱导肿瘤细胞早期和晚期凋亡进程，最终直接杀伤肿瘤细胞。

LI等［24］研究藻蓝蛋白介导的光动力治疗（PDT）在小鼠肿瘤模型和培养的MCF-7 细胞中的促凋亡机制。体外实验发现，藻蓝蛋白对MCF-7 细胞的增殖起到一定的生长抑制作用。体内实验发现，单纯氦氖激光治疗效果不明显。联合He-Ne 激光照射后，藻蓝蛋白治疗效果进一步增强，促进细胞凋亡信号转导。SUBRAMANIYAN等［25］研究发现，在625 nm激光照射下，藻蓝蛋白（C-PC）通过ROS 诱导产生细胞毒应激，并且激光处理后细胞出现凋亡的死亡现象，如细胞缩小、胞浆凝集、核分裂、凋亡小体的形成等。

4 藻蓝蛋白抗肿瘤作用机制研究

藻蓝蛋白抗肿瘤的作用机制主要通过以下几个途径实现：诱导肿瘤细胞凋亡，抑制肿瘤细胞的生长与增殖，增强自身机体免疫力抑制肿瘤细胞。

4.1 诱导肿瘤细胞凋亡细胞凋亡（apoptosis）又称程序性细胞死亡，指正常细胞在生理条件下受到多种基因调控的生理过程。已有相关报道表明，大量基因可以促进或抑制细胞凋亡［26-27］。细胞凋亡进程中有2 种基因发挥着调控作用，一是促凋亡基因（cell death genes，Ced），如p53 抑癌基因、Fas 和cmyc 癌基因等基因；二是抑凋亡基因，如bcl-2 基因家族。而藻蓝蛋白诱导肿瘤细胞凋亡的机理主要是通过调控促凋亡基因和抑凋亡基因的表达水平来诱导肿瘤细胞凋亡进程。

4.1.1 通过增强CD59 基因表达促凋亡CD59 是一种补体调节蛋白，与创伤、免疫紊乱和肿瘤的发生关系密切，能很好地保护血液细胞，同时能够抑制膜攻击复合物（MAC）的形成，进一步促进肿瘤细胞的免疫逃逸［28］。藻蓝蛋白可对含有CD59 基因的HeLa细胞发挥剂量依赖性的抗肿瘤作用［29-31］。李冰等［32］研究结果发现，藻蓝蛋白作为一种有丝分裂原，可与癌细胞表面的有丝分裂原受体相结合，使受体交联与蛋白激酶活化，促进细胞内CD59 蛋白的转录表达，诱导死亡结构域的激活，促进肿瘤细胞凋亡。

4.1.2 通过抑制选择性环氧合酶-2（COX-2）促凋亡在炎症和肿瘤细胞中COX - 2 表达活力较高［33-34］，COX-2 抑制剂可抑制肿瘤细胞的生长与增殖，以及阻滞肿瘤血管的生成和转移［35-38］，因此，COX-2 抑制剂可能是肿瘤治疗的新靶点。早前COX-2 抑制剂的抗癌活性被认为是通过减少COX-2 产物（如前列腺素）的形成，从而阻断COX-2 介导的前列腺素E2（PGE2）的生物合成［39-40］。 另外，COX-2抑制剂还能增强化疗药的细胞毒性以及对肿瘤细胞的放射敏感性。有研究表明，藻蓝蛋白能选择性抑制COX-2 活性来发挥促进肿瘤细胞凋亡的效果［41］。

4.1.3 通过升高活性氧自由基促凋亡高浓度的活性氧自由基可以诱导肿瘤细胞死亡，一般往往通过Caspase依赖途径激活细胞凋亡而导致［42-44］，且活性氧水平变化越大，ROS 抑制剂的抑制效果越明显。有研究报道，SUBRAMANIYAN 等［45］采用625 nm 的低强度激光照射处理乳腺癌细胞MDA-MB-231，结果发现随着处理时间的延长，藻蓝蛋白产生单线态氧自由基，导致细胞内活性氧（ROS）水平升高，并且通过ROS 诱导产生细胞毒性应激，根据浓度不同杀灭MDA-MB - 231乳腺癌细胞。 这与PARD⁃HASARADHI 等［46］认为自由基消除剂能够抑制藻蓝蛋白介导的AK-5肿瘤细胞的凋亡的结论相符。

4.1.4 通过影响细胞色素C促凋亡线粒体在细胞凋亡的发生中发挥着极其关键的作用，而线粒体中的细胞色素C（Cyt c）是一种重要的呼吸链蛋白，是生物氧化过程中电子传递的组成部分，可作为凋亡早期的判定标准［47］。早期有研究表明，线粒体释放的Cyt c 与细胞凋亡有关，并可诱导细胞凋亡进程。GANTAR 等［48］发现利用藻蓝蛋白介导的光动力疗法能有效抑制人肝癌HepG2 细胞的增殖，诱导活性氧产生与积聚，进一步导致线粒体损伤，最终使细胞色素C 释放到细胞质中，Caspase-3被活化并使细胞停滞在G2/M 期，最终导致细胞凋亡，这种凋亡有可能与线粒体释放细胞色素C 及Bcl-2 表达有关。

4.2 对细胞周期的影响THANGAM 等［49］通过荧光和相差显微镜观察，发现藻蓝蛋白可使人类结肠癌细胞HT29和人类腺癌肺泡基底上皮细胞A549细胞表现出典型的凋亡特征，如DNA 碎裂、核浓缩、膜起泡、细胞收缩。藻蓝蛋白在人肿瘤细胞中的应用可导致细胞周期阻滞在G0/G1期，阻断DNA合成，表明肿瘤细胞增殖受到限制。提示藻蓝蛋白诱导的细胞凋亡伴随着G0/G1 期的细胞周期阻滞，可能是藻蓝蛋白抑制肿瘤细胞增殖生长的主要机制之一。BASHA等［50］也发现了同样的结果。

4.3 通过增强自身机体免疫力来抑制肿瘤细胞藻蓝蛋白在体内可以通过调节机体免疫系统功能，增强机体的抗病能力，从而发挥抗肿瘤的效果［51-52］，预估藻蓝蛋白是通过增强和恢复机体的免疫网络功能来达到抑制肿瘤生长的目的。

5 结 语

近年来，从海洋生物中提取高效、低毒、不良反应小的抗肿瘤活性成分已成为国内外研究学者的科研热潮。藻蓝蛋白是一种无毒的天然食用蓝色素，其抗肿瘤活性的发现可为多种恶性肿瘤的治疗提供了重要的研究方向，为寻找高效、安全、靶向的肿瘤治疗手段提供了新的研究思路，具有良好的开发前景。目前的研究表明，藻蓝蛋白抗肿瘤的作用机制主要表现为诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞的生长与增殖以及通过增强自身机体免疫力抑制肿瘤细胞等。在藻蓝蛋白抗肿瘤作用机制的调控中，凋亡相关基因Bcl-2、Bax、Bcl-xl、Bad，迁移相关基因MMP9、MMP2，周期相关基因Cyclin E、Cdk2、P21、P27 等均证实了参与调控藻蓝蛋白的抗肿瘤过程，但这些相关基因不具特异性，并不能真实反映藻蓝蛋白其特异的调控规律，有待于进一步阐明机理。下一步应对藻蓝蛋白抗肿瘤活性与机制深入研究，为藻蓝蛋白的临床应用开辟更大的空间。