肿瘤的防治作用研究进展
肖春华
云南施普瑞生物工程有限公司 650106
【摘要】论述了钝顶螺旋藻中重要的生理活性物质多糖和藻蓝蛋白抗肿瘤和调节免疫的作用。笔者通过介绍及分析国内、外关于螺旋藻体内外抗肿瘤、促进造血、化疗有效减毒、抗辐射等研究的最新进展，从而提出了螺旋藻多糖和藻蓝蛋白对肿瘤的防治作用可能是多阶段、多种作用的综合效应的观点。
【关键词】螺旋藻多糖、藻蓝蛋白、抗肿瘤、促进造血、化疗减毒
钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)为蓝藻门，颤藻纲，螺旋藻属，是含有极丰富营养成分和有抗肿瘤、抗辐射及调节免疫功能的耐卤藻类。是目前非常具有开发前途的保健食品和药品的新资源。近年大量的研究表明，螺旋藻中抗肿瘤和调节免疫作用的生理活性物质主要是多糖(PSP)[1]和藻蓝蛋白(PC) [2] [3]。
螺旋藻多糖是一种酸性杂多糖，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组成，基本无毒，分子量约为2.95万。[4]
目前国内外研究的螺旋藻多糖的提取纯化大都利用其不溶于醇、醚、酮等有机溶剂的理化特性，采用不同浓度的有机溶剂或柱色谱得到不同级分的多糖，以最后纸色谱呈现条带或柱色谱是现单峰作为纯度的鉴定标准，分离纯化时所用的溶剂过酸或偏碱常常会使多糖复合体降解，用不同类型凝胶作为分离介质或洗脱液的收集部分不同，其多糖组成也往往不同,因此在药理研究工作方面目前仍大多采用复合成分的螺旋藻多糖. [5] [6]
藻胆蛋白(phycobiliprotein,PBP)是存在于某些藻类(主要是红藻、蓝藻)的藻胆体〔phycobilisome, PBS)中的一类捕光色素复合蛋白，按光谱特性可把藻胆蛋白分为:藻蓝蛋白(phycocyanin, PC)、别藻蓝蛋白(allophycocyanin,APC)和藻红蛋白(phycoerythrin. PE)等，均溶于水。藻胆蛋白由脱辅基蛋白和藻蓝素通过一个或两个硫醚键共价连接而成.这种连接状态对紫外线很敏感.一般认为在藻胆体内.藻蓝蛋白以(αβ)3,和(αβ)6存在，而别藻蓝蛋白只以(αβ)3存在，藻蓝蛋白六聚体(αβ)6由两个（αβ)3组成，且聚集态越高，其捕获和传递光能的能力越强，从结构特点可以看出藻蓝蛋白的光敏性最强。[7] [8] [9] [10] [11]
螺旋藻还含有丰富的β胡萝卜素和α生育酚，前者在体内可转化为维生素A，属于维甲类天然抑癌药物。这三者在体内均具有突出的抗氧化作用，保护体内的生物活性物质不被氧化，抑制微核的形成，且维甲类物质可促进和诱导异常增值细胞分化为正常细胞，并可提高骨髓造血干细胞对CSF的敏感性，促进造血和免疫增强作用。[12]
此外，螺旋藻含有50-70%的优质蛋白质、维生素及矿物质等多种营养素对肿瘤病人具有良好的营养作用，非常有利于机体的恢复。
一、螺旋藻体外抗肿瘤研究
1、螺旋藻多糖对体外肿瘤细胞的抑制作用:
刘力生等[13] 研究发现螺旋藻多糖(PSP)(200mg/kg)可显著抑制小鼠骨肉瘤180细胞的增殖和抑制腹水型肝瘤细胞DNA,RNA和蛋白质的合成，抑制作用在3一24h内随时间的延长而提高.并通过对不同癌细胞的半抑制剂量(ID50 )的计算分析说明不同的癌细胞对螺旋藻多糖的敏感性不一样，且对DNA的抑制始终比RNA和蛋白质高，即螺旋藻多糖对癌细胞增殖的抑制主要是通过抑制DNA合成起作用，主要属于代谢抑制。张以芳等研究也发现螺旋藻多糖对体外培养的肺癌细胞、人白血病淋巴细胞及胃癌细胞均具有杀伤抑制作用。
于红等[14]在体外分别以浓度为2.5mg/ L 、5mg/ L 、10mg/ L 、20mg/ L 、40mg/ L 的PSP作用于Hela 癌细胞及人肝癌细胞HepG2 48h和72h 。发现随药物浓度及培养时间的增加,细胞存活率逐渐降低,抑制率逐渐增加,以PSP(40 mg/ L) 作用72h 最为显著。而上述各浓度组PSP 对人二倍体成纤维细胞（正常体细胞）无明显作用。PSP作用24～48h后,Hela细胞出现明显的形态学改变,提示PSP对Hela细胞具有明显的直接杀伤或抑制作用。流式细胞仪分析结果表明,PSP对Hela 细胞存在周期特异性,能使细胞DNA损伤,发生G1期阻滞。
因胰岛素样生长因子（IGFs）与某些肿瘤细胞的自身分泌及旁分泌生长调节有关，阎博民等发现:不同浓度的PSP均可抑制人肝癌细胞株HepG2中IGF-2mRNA的表达，从而能够抑制IGF-2的分泌导致的肝癌细胞的自主性生长。[15]
2、藻胆蛋白对体外肿瘤细胞的抑制作用:
藻蓝蛋白作为藻胆蛋白的一种，具有捕光作用即光敏效应，正被开发为光敏剂用于辅助激光治癌。早在1988年，Morcos等[16]用0.25mg/mL的藻蓝蛋白处理培养小鼠骨髓瘤细胞，再经激光辐照.发现细胞存活率仅为15%，而单纯采用激光辐照细胞存活率为69%。蔡心涵[17]等发现癌细胞存活率随藻蓝蛋白浓度增加而递减。具有良好的浓度剂量效应，且发现对癌细胞具有一定的杀伤作用。采用流式细胞技术检测He1a细胞所处的细胞周期，初步认为这种抑制机制为藻蓝蛋白使HeLa细胞由合成期(S)或分裂期(M)向G1期转变和积聚，细胞DNA合成衰减。
二、螺旋藻体内抗肿瘤研究
于红等[14]观察了PSP对右前腋窝皮下种入S-180肉瘤的昆明小鼠的作用，观察PSP对荷瘤小鼠的抑制作用、脾淋巴细胞转化、NK细胞活性及外周血白细胞等方面的影响。发现PSP在50～200mg/kg的剂量范围对小鼠S2180肉瘤,均有一定的抑制作用,实验结果平均抑瘤率在31.7%～53.6%之间,其中高剂量抑制作用较强。同时对荷瘤小鼠具有明显增加脾指数和胸腺指数的作用,并不伴有降低体重或其他毒副作用,PSP具有明显升高小鼠外周血白细胞的功能,而对正常小鼠白细胞水平无明显影响。PSP 具有明显促进荷瘤小鼠脾淋巴细胞转化作用, 并有较好的剂量效应关系。PSP能促进荷瘤小鼠脾N K细胞对靶细胞的细胞毒作用 ,荷瘤对照组小鼠脾NK细胞活性明显低于正常对照组。
机体的免疫功能与肿瘤的发生发展有密切关系。其中由T细胞介导的细胞免疫起着更重要的作用, T细胞的激活是发挥细胞免疫效应的重要条件;NK细胞是细胞免疫中的非特异性成分,是一类在早期肿瘤免疫机制中起重要作用的效应细胞,处于机体抗肿瘤的第一道防线。于红等的研究证实了PSP具有良好抗肿瘤效果：首先是对两个主要免疫学器官脾脏和胸腺的增重作用,呈剂量依赖性关系。其次各剂量组PSP均可诱导体外小鼠淋巴细胞转化,对荷瘤小鼠体内NK细胞活性亦有明显促进作用。提示PSP可通过全面调节机体的免疫力,刺激T细胞、NK细胞等功能来达到控制和杀灭肿瘤细胞的目的。
刘力生等[13]发现螺旋藻多搪对体内移植性癌细胞的增殖有显著的抑制作用.能提高带瘤小鼠的存活率和存活天数，但螺旋藻多糖不能损伤癌细胞DNA的复制模板，不能直接杀伤癌细胞，因此带瘤小鼠会逐渐死亡。而防治组对体内癌细胞增殖的抑制率却高达91%，主要是因为螺旋藻多糖能够显著提高机体非特异性细胞免疫功能和特异性的体液免疫功能，增强机体的免疫力.间接地起到抗肿瘤作用。
三、螺旋藻抗肿瘤作用的临床应用
曾波航等[18]研究螺旋藻多糖对白血病病人的治疗效果时发现，在体外(10Oμg/mL)对正常人NK细胞活性无影响，但能不同程度提高初发、复发期病人外周血NK细胞活性、且在IL-2的激活下能提高白血病病人外周血 LAK 细胞活性。对处于缓解期急性白血病病人，螺旋藻多糖能使其NK细胞活性恢复正常，即螺旋藻多糖提高肿瘤病人NK细胞活性作用与机体带瘤状态有关，当肿瘤负荷小（缓解期)时作用明显，对肿瘤负荷低患者疗效优于肿瘤负荷大的病人(初发、复发时)，预示着螺旋藻多糖在肿瘤的预防和早期治疗方面很有前景。
四、螺旋藻具有促进造血的作用
近10年来，越来越多的证据表明许多化疗药物通过启动凋亡(或程序化细胞死亡)机制杀伤肿瘤细胞[19] 。由于目前临床所用的抗癌药物选择性不高，在杀伤肿瘤细胞的同时对机体正常细胞也具有杀伤作用，特别对骨髓细胞等增殖旺盛的细胞杀伤作用明显。而使用适当的细胞因子则可抑制其凋亡，因而产生了对造血系统的保护作用。细胞因子阻止细胞死亡则是通过诱导抗凋亡蛋白Bcl-2表达等途径实现的，在原始造血细胞，干细胞一般表现为低或无Bcl-2表达、高Bcl-XL表达，而祖细胞则表现为高Bc1-2表达。CTX在明显抑制肿瘤生长的同时可抑制CFU-GM增殖及诱导骨髓细胞凋亡，明显降低荷瘤小鼠血清中IL-1和IL-3含量，也使GM-CSF含量轻度减少；另外，化疗还明显抑制了荷瘤小鼠造血细胞Bcl-2表达。而PSP在不降低CTX的抗肿瘤作用同时则明显促进CFU-GM增殖、减轻化疗引起的骨髓细胞凋亡；此外，PSP还提升了血清中IL-1，IL-3和GM-CSF含量并上调了造血细胞Bc1-2表达。以上结果提示PSP促进了荷瘤小鼠化疗后粒单系造血祖细胞增殖并抑制了骨髓造血细胞凋亡。总之，PSP通过促进内源性细胞因子的分泌间接上调抗凋亡蛋白Bc1-2表达可能是其促进造血细胞增殖并抑制其凋亡的分子机制之一。
五、螺旋藻对化疗有增效减毒的作用
张洪泉等[20]的研究表明PSP12.5-50mg·kg-1 iv于S180、H22荷瘤小鼠，抑瘤率分别达到55％和51％，作用显著。在S180、H22、C26、HepA荷瘤小鼠的治疗中，PSP与CY、PDD、5-Fu配伍，可显著抑制化疗药物引起的白细胞减少，并明显增强其抑瘤效果。
化疗药阿霉素有心脏毒性。Mahmood Khan等[21]在使用阿霉素治疗小鼠的同时使用PSP，发现单独经阿霉素治疗的小鼠，其死亡率较高（53%），而同时使用PSP的小鼠，死亡率降低（26%）。病理切片发现PSP可显著改善阿霉素导致的心肌细胞损害。
六、螺旋藻具有抗辐射的作用
·OH和o2- 自由基产生是辐射损伤生物学效应之一，SOD能有效清除o2-，起到防辐射作用，而螺旋藻多糖能显著提高机体SOD活性，因此螺旋藻多糖具有较好抗辐射作用，它可用于减轻放射性治疗对癌症病人血细胞破坏，可作为癌症病人进行放疗和化疗辅助治疗药物。[22]
七、螺旋藻对肿瘤的预防作用
螺旋藻多糖和藻胆蛋白作用于肿瘤发生的不同阶段:肿瘤发生的过程涉及到正常细胞向肿瘤细胞转变并增生，形成可用临床和病理学方法检出的肿瘤的整个过程，是正常细胞在多因素作用下经多阶段的改变而形成的病变。其发生过程是多阶段的至少包括激发、促进和演进3个阶段。
1、 在肿瘤发生的激发阶段起作用:
激发是肿瘤发生的第一阶段。激发因子〔包括基因毒化学致痛物、生物因子或物理因子等)作用于靶细胞，在短时间内引起单个靶细胞遗传物质的改变，经细胞分裂后，这种改变即被“固定”，变得对外源性激发因子更为敏感，更易向癌前病变以及癌转变。这种激发细胞DNA的改变可通过细胞内一种核酸内切酶、DNA修复酶加以修复或经细胞凋亡清除部分激发细胞[22]。用核酸内切酶实验和放射自显影术证明螺旋藻多糖能通过提高核酸内切酶和DNA连接酶活性，增加辐照后的程序外DNA合成。
螺旋藻中的葡萄糖醛酸能预防紫外线诱发的DNA损伤。螺旋藻中的葡萄糖醛酸含量较高，可与致癌物结合而加速其从体内的排泄，这可能也是其肿瘤防治机制的一部分。藻蓝蛋白亦能显著减轻辐射对小鼠外周血细胞和骨髓细胞的损伤，加速外周血细胞和骨髓有形细胞的恢复，还可能作为一种稳定因子起到防治肿瘤的作用。
2、 在肿瘤发生的促进阶段起作用:
促进是肿瘤形成过程的第二个阶段。在内源性或外源性促癌因子的作用下，激发的细胞发生克隆性增生，并伴随细胞表型的改变，形成可用各种方法检出的病灶，而促癌因子可能是通过刺激激发细胞DNA复制或降低细胞凋亡的数量来促进激发细胞的克隆性扩增。将螺旋藻多糖从培养的腹水型肝癌细胞培养基中撤除后，癌细胞DNA合成的速度迅速恢复，说明螺旋藻多糖对瘤细胞增殖的抑制是通过抑制DNA合成完成的。但这种抑制是螺旋藻多糖独自起作用还是作用于促癌因子起作用，尚不清楚。
藻蓝蛋白除作为光敏剂外，其本身对肿瘤细胞的生也有明显的抑制作用，但目前对该抑制作用是不是通过程序性死亡这机制来实现的还有不同的结论，而且藻蓝蛋白抑制肿瘤细胞的生长是否是通过影响DNA和RNA的合成或以诱导肿瘤细胞内信息分子的改变来实现，还需进一步研究。
3、 在肿瘤发生的演进阶段起作用:
演进是肿瘤发生的最后阶段，在演进因子或完全致癌因子的作用下，癌前状态的细胞其遗传基因再次发生不可逆改变。并获得一些新的生物学特性，如细胞染色体核型向异倍体转变、具有相对自主的生长能力等，最后癌出现以致发生转移。Morcoa等1992年研究发现藻蓝蛋白能被肿瘤细胞选择性吸收到细胞膜中，但对藻蓝蛋白是否作用于演进因子或完全致癌因子还是直接作用于肿瘤细胞的遗传基因还不太清楚，螺旋藻多糖是否也作用于两种因子，尚有待深入研究。
总之，螺旋藻多糖和藻胆蛋白对肿瘤的防治作用可能是多阶段的多种作用的综合效应。
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