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螺旋藻對腫瘤的防治作用研究進展

時間:2016-04-19 來源:原創

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腫瘤的防治作用研究進展

肖春華

云南施普瑞生物工程有限公司 650106


【摘要】論述了鈍頂螺旋藻中重要的生理活性物質多糖和藻藍蛋白抗腫瘤和調節免疫的作用。筆者通過介紹及分析國內、外關于螺旋藻體內外抗腫瘤、促進造血、化療有效減毒、抗輻射等研究的最新進展,從而提出了螺旋藻多糖和藻藍蛋白對腫瘤的防治作用可能是多階段、多種作用的綜合效應的觀點。


【關鍵詞】螺旋藻多糖、藻藍蛋白、抗腫瘤、促進造血、化療減毒


鈍頂螺旋藻(Spirulina platensis)為藍藻門,顫藻綱,螺旋藻屬,是含有極豐富營養成分和有抗腫瘤、抗輻射及調節免疫功能的耐鹵藻類。是目前非常具有開發前途的保健食品和藥品的新資源。近年大量的研究表明,螺旋藻中抗腫瘤和調節免疫作用的生理活性物質主要是多糖(PSP)[1]和藻藍蛋白(PC) [2] [3]。

螺旋藻多糖是一種酸性雜多糖,由 L-鼠李糖、D-木糖、D-葡萄糖、D-半乳糖、D-阿拉伯糖和葡糖醛酸組成,基本無毒,分子量約為2.95萬。[4]

目前國內外研究的螺旋藻多糖的提取純化大都利用其不溶于醇、醚、酮等有機溶劑的理化特性,采用不同濃度的有機溶劑或柱色譜得到不同級分的多糖,以最后紙色譜呈現條帶或柱色譜是現單峰作為純度的鑒定標準,分離純化時所用的溶劑過酸或偏堿常?;崾茍嗵歉春咸褰到?,用不同類型凝膠作為分離介質或洗脫液的收集部分不同,其多糖組成也往往不同,因此在藥理研究工作方面目前仍大多采用復合成分的螺旋藻多糖. [5] [6]

藻膽蛋白(phycobiliprotein,PBP)是存在于某些藻類(主要是紅藻、藍藻)的藻膽體〔phycobilisome, PBS)中的一類捕光色素復合蛋白,按光譜特性可把藻膽蛋白分為:藻藍蛋白(phycocyanin, PC)、別藻藍蛋白(allophycocyanin,APC)和藻紅蛋白(phycoerythrin. PE)等,均溶于水。藻膽蛋白由脫輔基蛋白和藻藍素通過一個或兩個硫醚鍵共價連接而成.這種連接狀態對紫外線很敏感.一般認為在藻膽體內.藻藍蛋白以(αβ)3,和(αβ)6存在,而別藻藍蛋白只以(αβ)3存在,藻藍蛋白六聚體(αβ)6由兩個(αβ)3組成,且聚集態越高,其捕獲和傳遞光能的能力越強,從結構特點可以看出藻藍蛋白的光敏性最強。[7] [8] [9] [10] [11]

螺旋藻還含有豐富的β胡蘿卜素和α生育酚,前者在體內可轉化為維生素A,屬于維甲類天然抑癌藥物。這三者在體內均具有突出的抗氧化作用,?;ぬ迥詰納锘钚暈鎦什槐謊躉?,抑制微核的形成,且維甲類物質可促進和誘導異常增值細胞分化為正常細胞,并可提高骨髓造血干細胞對CSF的敏感性,促進造血和免疫增強作用。[12]

此外,螺旋藻含有50-70%的優質蛋白質、維生素及礦物質等多種營養素對腫瘤病人具有良好的營養作用,非常有利于機體的恢復。


一、螺旋藻體外抗腫瘤研究


1、螺旋藻多糖對體外腫瘤細胞的抑制作用:

劉力生等[13] 研究發現螺旋藻多糖(PSP)(200mg/kg)可顯著抑制小鼠骨肉瘤180細胞的增殖和抑制腹水型肝瘤細胞DNA,RNA和蛋白質的合成,抑制作用在3一24h內隨時間的延長而提高.并通過對不同癌細胞的半抑制劑量(ID50 )的計算分析說明不同的癌細胞對螺旋藻多糖的敏感性不一樣,且對DNA的抑制始終比RNA和蛋白質高,即螺旋藻多糖對癌細胞增殖的抑制主要是通過抑制DNA合成起作用,主要屬于代謝抑制。張以芳等研究也發現螺旋藻多糖對體外培養的肺癌細胞、人白血病淋巴細胞及胃癌細胞均具有殺傷抑制作用。

于紅等[14]在體外分別以濃度為2.5mg/ L 、5mg/ L 、10mg/ L 、20mg/ L 、40mg/ L 的PSP作用于Hela 癌細胞及人肝癌細胞HepG2 48h和72h 。發現隨藥物濃度及培養時間的增加,細胞存活率逐漸降低,抑制率逐漸增加,以PSP(40 mg/ L) 作用72h 最為顯著。而上述各濃度組PSP 對人二倍體成纖維細胞(正常體細胞)無明顯作用。PSP作用24~48h后,Hela細胞出現明顯的形態學改變,提示PSP對Hela細胞具有明顯的直接殺傷或抑制作用。流式細胞儀分析結果表明,PSP對Hela 細胞存在周期特異性,能使細胞DNA損傷,發生G1期阻滯。

因胰島素樣生長因子(IGFs)與某些腫瘤細胞的自身分泌及旁分泌生長調節有關,閻博民等發現:不同濃度的PSP均可抑制人肝癌細胞株HepG2中IGF-2mRNA的表達,從而能夠抑制IGF-2的分泌導致的肝癌細胞的自主性生長。[15]


2、藻膽蛋白對體外腫瘤細胞的抑制作用:

藻藍蛋白作為藻膽蛋白的一種,具有捕光作用即光敏效應,正被開發為光敏劑用于輔助激光治癌。早在1988年,Morcos等[16]用0.25mg/mL的藻藍蛋白處理培養小鼠骨髓瘤細胞,再經激光輻照.發現細胞存活率僅為15%,而單純采用激光輻照細胞存活率為69%。蔡心涵[17]等發現癌細胞存活率隨藻藍蛋白濃度增加而遞減。具有良好的濃度劑量效應,且發現對癌細胞具有一定的殺傷作用。采用流式細胞技術檢測He1a細胞所處的細胞周期,初步認為這種抑制機制為藻藍蛋白使HeLa細胞由合成期(S)或分裂期(M)向G1期轉變和積聚,細胞DNA合成衰減。


二、螺旋藻體內抗腫瘤研究

于紅等[14]觀察了PSP對右前腋窩皮下種入S-180肉瘤的昆明小鼠的作用,觀察PSP對荷瘤小鼠的抑制作用、脾淋巴細胞轉化、NK細胞活性及外周血白細胞等方面的影響。發現PSP在50~200mg/kg的劑量范圍對小鼠S2180肉瘤,均有一定的抑制作用,實驗結果平均抑瘤率在31.7%~53.6%之間,其中高劑量抑制作用較強。同時對荷瘤小鼠具有明顯增加脾指數和胸腺指數的作用,并不伴有降低體重或其他毒副作用,PSP具有明顯升高小鼠外周血白細胞的功能,而對正常小鼠白細胞水平無明顯影響。PSP 具有明顯促進荷瘤小鼠脾淋巴細胞轉化作用, 并有較好的劑量效應關系。PSP能促進荷瘤小鼠脾N K細胞對靶細胞的細胞毒作用 ,荷瘤對照組小鼠脾NK細胞活性明顯低于正常對照組。

機體的免疫功能與腫瘤的發生發展有密切關系。其中由T細胞介導的細胞免疫起著更重要的作用, T細胞的激活是發揮細胞免疫效應的重要條件;NK細胞是細胞免疫中的非特異性成分,是一類在早期腫瘤免疫機制中起重要作用的效應細胞,處于機體抗腫瘤的第一道防線。于紅等的研究證實了PSP具有良好抗腫瘤效果:首先是對兩個主要免疫學器官脾臟和胸腺的增重作用,呈劑量依賴性關系。其次各劑量組PSP均可誘導體外小鼠淋巴細胞轉化,對荷瘤小鼠體內NK細胞活性亦有明顯促進作用。提示PSP可通過全面調節機體的免疫力,刺激T細胞、NK細胞等功能來達到控制和殺滅腫瘤細胞的目的。

劉力生等[13]發現螺旋藻多搪對體內移植性癌細胞的增殖有顯著的抑制作用.能提高帶瘤小鼠的存活率和存活天數,但螺旋藻多糖不能損傷癌細胞DNA的復制模板,不能直接殺傷癌細胞,因此帶瘤小鼠會逐漸死亡。而防治組對體內癌細胞增殖的抑制率卻高達91%,主要是因為螺旋藻多糖能夠顯著提高機體非特異性細胞免疫功能和特異性的體液免疫功能,增強機體的免疫力.間接地起到抗腫瘤作用。


三、螺旋藻抗腫瘤作用的臨床應用

曾波航等[18]研究螺旋藻多糖對白血病病人的治療效果時發現,在體外(10Oμg/mL)對正常人NK細胞活性無影響,但能不同程度提高初發、復發期病人外周血NK細胞活性、且在IL-2的激活下能提高白血病病人外周血 LAK 細胞活性。對處于緩解期急性白血病病人,螺旋藻多糖能使其NK細胞活性恢復正常,即螺旋藻多糖提高腫瘤病人NK細胞活性作用與機體帶瘤狀態有關,當腫瘤負荷?。ɑ航餛?時作用明顯,對腫瘤負荷低患者療效優于腫瘤負荷大的病人(初發、復發時),預示著螺旋藻多糖在腫瘤的預防和早期治療方面很有前景。


四、螺旋藻具有促進造血的作用

近10年來,越來越多的證據表明許多化療藥物通過啟動凋亡(或程序化細胞死亡)機制殺傷腫瘤細胞[19] 。由于目前臨床所用的抗癌藥物選擇性不高,在殺傷腫瘤細胞的同時對機體正常細胞也具有殺傷作用,特別對骨髓細胞等增殖旺盛的細胞殺傷作用明顯。而使用適當的細胞因子則可抑制其凋亡,因而產生了對造血系統的?;ぷ饔?。細胞因子阻止細胞死亡則是通過誘導抗凋亡蛋白Bcl-2表達等途徑實現的,在原始造血細胞,干細胞一般表現為低或無Bcl-2表達、高Bcl-XL表達,而祖細胞則表現為高Bc1-2表達。CTX在明顯抑制腫瘤生長的同時可抑制CFU-GM增殖及誘導骨髓細胞凋亡,明顯降低荷瘤小鼠血清中IL-1和IL-3含量,也使GM-CSF含量輕度減少;另外,化療還明顯抑制了荷瘤小鼠造血細胞Bcl-2表達。而PSP在不降低CTX的抗腫瘤作用同時則明顯促進CFU-GM增殖、減輕化療引起的骨髓細胞凋亡;此外,PSP還提升了血清中IL-1,IL-3和GM-CSF含量并上調了造血細胞Bc1-2表達。以上結果提示PSP促進了荷瘤小鼠化療后粒單系造血祖細胞增殖并抑制了骨髓造血細胞凋亡。總之,PSP通過促進內源性細胞因子的分泌間接上調抗凋亡蛋白Bc1-2表達可能是其促進造血細胞增殖并抑制其凋亡的分子機制之一。


五、螺旋藻對化療有增效減毒的作用

張洪泉等[20]的研究表明PSP12.5-50mg·kg-1 iv于S180、H22荷瘤小鼠,抑瘤率分別達到55%和51%,作用顯著。在S180、H22、C26、HepA荷瘤小鼠的治療中,PSP與CY、PDD、5-Fu配伍,可顯著抑制化療藥物引起的白細胞減少,并明顯增強其抑瘤效果。

化療藥阿霉素有心臟毒性。Mahmood Khan等[21]在使用阿霉素治療小鼠的同時使用PSP,發現單獨經阿霉素治療的小鼠,其死亡率較高(53%),而同時使用PSP的小鼠,死亡率降低(26%)。病理切片發現PSP可顯著改善阿霉素導致的心肌細胞損害。


六、螺旋藻具有抗輻射的作用

·OH和o2- 自由基產生是輻射損傷生物學效應之一,SOD能有效清除o2-,起到防輻射作用,而螺旋藻多糖能顯著提高機體SOD活性,因此螺旋藻多糖具有較好抗輻射作用,它可用于減輕放射性治療對癌癥病人血細胞破壞,可作為癌癥病人進行放療和化療輔助治療藥物。[22]


七、螺旋藻對腫瘤的預防作用

螺旋藻多糖和藻膽蛋白作用于腫瘤發生的不同階段:腫瘤發生的過程涉及到正常細胞向腫瘤細胞轉變并增生,形成可用臨床和病理學方法檢出的腫瘤的整個過程,是正常細胞在多因素作用下經多階段的改變而形成的病變。其發生過程是多階段的至少包括激發、促進和演進3個階段。


1、 在腫瘤發生的激發階段起作用:

激發是腫瘤發生的第一階段。激發因子〔包括基因毒化學致痛物、生物因子或物理因子等)作用于靶細胞,在短時間內引起單個靶細胞遺傳物質的改變,經細胞分裂后,這種改變即被“固定”,變得對外源性激發因子更為敏感,更易向癌前病變以及癌轉變。這種激發細胞DNA的改變可通過細胞內一種核酸內切酶、DNA修復酶加以修復或經細胞凋亡清除部分激發細胞[22]。用核酸內切酶實驗和放射自顯影術證明螺旋藻多糖能通過提高核酸內切酶和DNA連接酶活性,增加輻照后的程序外DNA合成。

螺旋藻中的葡萄糖醛酸能預防紫外線誘發的DNA損傷。螺旋藻中的葡萄糖醛酸含量較高,可與致癌物結合而加速其從體內的排泄,這可能也是其腫瘤防治機制的一部分。藻藍蛋白亦能顯著減輕輻射對小鼠外周血細胞和骨髓細胞的損傷,加速外周血細胞和骨髓有形細胞的恢復,還可能作為一種穩定因子起到防治腫瘤的作用。


2、 在腫瘤發生的促進階段起作用:

促進是腫瘤形成過程的第二個階段。在內源性或外源性促癌因子的作用下,激發的細胞發生克隆性增生,并伴隨細胞表型的改變,形成可用各種方法檢出的病灶,而促癌因子可能是通過刺激激發細胞DNA復制或降低細胞凋亡的數量來促進激發細胞的克隆性擴增。將螺旋藻多糖從培養的腹水型肝癌細胞培養基中撤除后,癌細胞DNA合成的速度迅速恢復,說明螺旋藻多糖對瘤細胞增殖的抑制是通過抑制DNA合成完成的。但這種抑制是螺旋藻多糖獨自起作用還是作用于促癌因子起作用,尚不清楚。

藻藍蛋白除作為光敏劑外,其本身對腫瘤細胞的生也有明顯的抑制作用,但目前對該抑制作用是不是通過程序性死亡這機制來實現的還有不同的結論,而且藻藍蛋白抑制腫瘤細胞的生長是否是通過影響DNA和RNA的合成或以誘導腫瘤細胞內信息分子的改變來實現,還需進一步研究。


3、 在腫瘤發生的演進階段起作用:

演進是腫瘤發生的最后階段,在演進因子或完全致癌因子的作用下,癌前狀態的細胞其遺傳基因再次發生不可逆改變。并獲得一些新的生物學特性,如細胞染色體核型向異倍體轉變、具有相對自主的生長能力等,最后癌出現以致發生轉移。Morcoa等1992年研究發現藻藍蛋白能被腫瘤細胞選擇性吸收到細胞膜中,但對藻藍蛋白是否作用于演進因子或完全致癌因子還是直接作用于腫瘤細胞的遺傳基因還不太清楚,螺旋藻多糖是否也作用于兩種因子,尚有待深入研究。

總之,螺旋藻多糖和藻膽蛋白對腫瘤的防治作用可能是多階段的多種作用的綜合效應。  


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