抗腫瘤海洋生物活性物質的研究進展

齊相薇，張湘寧，黃培春

(廣東醫學院病理生理學教研室，廣東湛江524023)

抗腫瘤海洋生物活性物質的研究進展

齊相薇，張湘寧，黃培春*

(廣東醫學院病理生理學教研室，廣東湛江524023)

海洋占地球表面積的大約四分之三，那里棲息的生物物種構成的生物學與化學的多樣性，使海洋有可能成為抗腫瘤藥物的來源，因此，從海洋中尋找和開發抗腫瘤藥物是一個前途廣闊的新領域。近十幾年來，已從不同的海洋生物中分離鑒定了許多結構新穎的抗腫瘤活性物質，這些藥物表現出的抑制增殖和誘導細胞凋亡能力，對已有的抗癌藥物而言，極大補充了它們的作用，顯示出誘人的研究開發前景。本文擬結合國內外文獻報道闡述從海洋動物、海洋植物和海洋微生物抗腫瘤活性物質的研究開發進展。

抗腫瘤活性物質；海洋動物；海洋植物；海洋微生物

海洋覆蓋著地球表面積的71%，是生命的發源地，所以海洋生物資源豐富、種類繁多、數量龐大，占地球生物物種的80%以上。海洋環境包括高壓，低溫，無光照，局部低溫，高鹽等生命極限環境以及營養分布不均等，生態環境非常復雜多樣。因此生活在這種惡劣環境下的海洋生物，在適應這種極端特殊環境的同時，在長期的進化中形成了自己獨特的代謝和生理功能，并能產生陸地生物所沒有的代謝產物。腫瘤是現代社會威脅人類健康的重要疾病，從海洋生物及其代謝產物中篩選和提取具有特異化學結構的天然活性物質成為抗腫瘤藥物開發的重要來源。近年來海洋生物抗腫瘤研究已漸成熱點，發現獨特來源的各種各樣的海洋生物具有強大的抗腫瘤活性，其中一些混合物已經進入了臨床試驗[1-2]。本文結合國內外文獻從海洋動物、海洋植物及海洋微生物抗腫瘤活性物質的研究開發進展作一綜述。

1 海洋動物

地球上已知的生物種類有70%屬于動物界，從已進行較多研究的海洋動物來看海綿(Callyspongia aerizusa)、海鞘等海洋無脊椎動物是抗腫瘤活性物質的重要來源。目前從海綿、海鞘中就已篩選分離到十幾種抗腫瘤新藥，此外從鯊魚、苔蘚動物、海兔、棘皮動物、裸鰓動物、海葵等中也同樣發現了許多具有潛在實用價值的抗腫瘤活性物質。

抗腫瘤藥物Aplidin是一種來自于海洋具有抗多發性骨髓瘤活性的混合物，它是一種環狀的縮酚酸肽，來自地中海背囊類動物Aplidium[3]。Aplidin在臨床范圍內有強大的對抗多發性骨髓瘤細胞系和多發性骨髓瘤細胞的活性，其中包括對傳統或新穎耐藥細胞也有相同的效果。盡管細胞因子和細胞粘附介質與骨髓微環境的相互作用使多發性骨髓瘤細胞對傳統的治療方法(地塞米松或細胞毒素的化療等等)不敏感[4-5]，但Aplidin在多發性骨髓瘤與骨髓基質細胞的聯合培養模式中能夠克服這些保護因素。此外Aplidin與已知的治療多發性骨髓瘤的藥物包括硼替佐米有協同作用。在體外臨床評價的Aplidin在幾個小時就可以導致細胞死亡。它的作用是通過p38的激活和增殖基因和抗凋亡基因的抑制和凋亡基因的上調來實現的。Aplidin在老鼠模型體內同樣也具有抗多發性骨髓瘤的活性。Aplidin在臨床前體內外的研究中都具有抗多發性骨髓瘤的活性,加上它良好的安全性使它為臨床研究提供了基礎。

Ecteinascidin 743是一種分離自加勒比海的海鞘Turbinata的四氫異喹啉生物堿，具有非常強大的抗腫瘤活性，目前已進入對卵巢癌、乳腺癌、子宮內膜癌、前列腺癌和兒科癌癥治療Ⅱ/Ⅲ期臨床試驗。Ecteinascidin 743能夠對DNA小溝中的鳥嘌呤殘基進行選擇性的烷基化作用，能與核蛋白發生相互作用，并且可以顯著提高腫瘤細胞的p53表達水平，是一種有效的有絲分裂拮抗劑。其對L1210白血病細胞和小鼠P388細胞的IC50分別為0.000 9 μg/ml和0.003 8 μg/ml，在臨床試驗中表現出很好的療效[6-7]。

MML(Meretrix meretrix linnaeus)是通過層析方法從海洋生物文蛤體內分離出的一種新的抗腫瘤蛋白質。這種高度提純的MML是一種大分子蛋白質。MML在體外對一些癌細胞包括人肝癌細胞BEL-7402乳腺癌細胞MCF-7和大腸癌細胞HCT116都有顯著的細胞毒性。可是發現它對NIH3T3和人良性乳腺腫瘤MCF-10A無抑制作用。這些說明MML對腫瘤細胞的抑制作用通過增加細胞膜的通透性和抑制微管的聚合來實現的[8]。

BA-TPQ是海洋海綿動物Makaluvamine中新發現的具有抗腫瘤活性的物質，在體內外對很多癌細胞系都具有抗癌活性，包括乳腺癌和前列腺癌的老鼠移植瘤都具有很強的抑制作用。BA-TPQ表現出來的強大抗癌活性是通過多種作用機制來實現的，包括對MDM2蛋白的抑制，誘導DNA的損傷反應，誘導內質網的應激反應[9]。盡管一Makaluvamine類似物被報道是通過抑制拓撲異構酶的活性來達到其抗腫瘤活性的，但BA-TPQ是通過多種途徑導致細胞周期的阻滯和細胞凋亡[10]。盡管這種活性物質十分有效但在大鼠上表現出了全身毒性(表現為體重減輕)，尤其是在高劑量10 mg/kg，每星期給藥三次連續給藥數周時。但是低劑量組(1 mg/kg和5 mg/kg)卻是有效的。

Lamellarin是一族最初從海洋無脊椎動物體內分離到的六環吡咯生物堿，具有抗腫瘤活性[11]。它們通過多個靶向機制誘導凋亡性的細胞死亡，包括抑制拓撲異構酶、與DNA發生相互作用和對線粒體的直接效應。它們能抑制數個與癌癥有關的蛋白激酶，如周期蛋白依賴性激酶(CDK)、雙特異性酪氨酸磷酸化活化的激酶1A、酪蛋白激酶1、糖原合成酶激酶-3和PIM-1 lamellarin。對蛋白激酶的效應與其對細胞死亡作用之間存在良好的相關性，提示對特異性激酶的抑制作用可能與細胞毒性有關。結構與功能的關系提示了優化激酶抑制活性的幾條途徑[12]。

對海綿的乙酸乙酯組分進行生物學分析引導的組分分離，得到七種新的細胞毒性肽：Callyaerins A-F(1-6)與H(8)。以廣泛的1D和2D核磁共振和質譜結構測得它們的結構。所有成分皆為含5～9個氨基酸的環系統和2～5個氨基酸側鏈的環形肽。一種不尋常的(Z)-2,3二氨基丙烯酸單體提供了環閉合的模板，并構成肽鏈間的連接。所有肽鏈都有3個乃至更多個脯氨酸殘基，這些混合物在抗菌分析和使用各種腫瘤細胞(L5178Y、HeLa、PC12)的細胞毒性分析均表現出生物學活性。E(5)和H(8)在L5178細胞系還表現出強烈的活性作用，其半數有效量(IC50)分別為0.39 microM和0.48 microM，另一方面，A(1)對白色念珠菌具有強烈的抑制作用[13]。

2 海洋植物

在遼闊富饒的海洋里，除了生活著形形色色的動物外，還有種類繁多千姿百態的海洋植物。海洋植物為了防御動物捕食者、微生物侵襲者與其他植物競爭者，形成了紛繁復雜的防御機制，從而成為一個龐大的毒性化學物質資源庫，從中篩選細胞毒性的抗腫瘤活性物質的潛力巨大。

藻類(Fucoidan)是一種具有抗血栓、抗炎和抗腫瘤等活性的硫酸多糖。Lee等[14]在小鼠JB6 C141細胞中研究了該分子通過抑制表皮生長因子受體的磷酸化，從而抑制瘤細胞惡性轉化的活性。結果提示，來自Laminaria guryanovae的該分子對于EGF誘導的EGFR磷酸化具有強大的抑制效應。Fucoidan還能明顯地抑制EGF誘導的表皮生長因子(ERK)和應激活化蛋白激酶(JNK)磷酸化。EGF誘導的原癌基因(c-fos)和c-jun轉錄活性被Fucoidan抑制，導致EGF誘導的激活蛋白-1(AP-1)和細胞轉化被抑制。這些結果提示，Fucoidan通過抑制EGFR磷酸化發揮化學預防作用。Fucoidan在HT-29和HCT116細胞以劑量依賴的方式誘導活細胞的減少和細胞凋亡的發生，同時增加切割的Caspase-8、Caspase-9、Caspase-7和Caspase-3、DNA修復酶(PARP)的水平。X-連鎖凋亡蛋白抑制物(XIAP)和生存素水平在處理細胞中降低。Fucoidan還能增加線粒體的通透性，以及細胞色素C和促凋亡蛋白Smac/Diablo從線粒體中釋放，增加Bak蛋白和截斷的Bid蛋白水平。除此以外，Fucoidan能誘導腫瘤壞死因子相關的凋亡誘導配體(TRAIL)、Fas蛋白和死亡受體5(DR5)水平升高。Caspase-8和Caspase-9的抑制物能抑制Fucoidan誘導的細胞凋亡，而Caspase-8的抑制物則抑制Fucoidan誘導的Bid、Caspase-9、Caspase-3和PARP的切割。這些結果提示，Fucoidan在人類結腸癌細胞HT-29和HCT116能通過死亡受體和線粒體途徑誘導細胞凋亡，有望成為結腸癌預防的藥物[15]。

DAEB是一種從腸滸苔屬里提取分離的具有抗癌活性的多糖物質，包括戊單糖、木糖、半乳糖和葡萄糖。它的分子量為46.8 kD，連續10 d給小鼠口服，腫瘤的抑制率分別為61.17%、67.65%和70.59%，但沒有發現直接的細胞毒性。當DAEB以100 mg/kg、200 mg/kg和400 mg/kg的劑量給藥時，DAEB治療組的脾和胸腺的重量(P＜0.01)，腫瘤壞死因子(TNF-α)水平都會相對增加。同時發現DAEB能明顯的刺激淋巴細胞的增值，尤其是刀豆蛋白A誘導的淋巴細胞增殖表現為劑量依賴性。腹膜內巨噬細胞吞噬作用增強，一氧化氮和腫瘤壞死因子的增多。它的抗腫瘤活性可能與它的免疫效應增強有關[16]。Phycocyanin (C-PC)是從藍綠藻提取出來的一種具有抗腫瘤活性和抗炎活性的活性物質。C-PC是無毒性的蛋白質，包括a-型和b-型亞基，以單體、三聚體或六聚體的形式存在。C-PC的a-型和b-型亞基不具有任何明顯的序列同源性。通過對大腸桿菌表達的C-PC的b-型亞基進行分析，發現重組C-PC的b-型亞基(C-PC/b)具有抗腫瘤活性。C-PC/b不同的癌細胞系表現出明顯的增值抑制和凋亡。通過研究發現C-PC/b是通過與膜相關β-微管蛋白和甘油三磷酸脫氫酶(GAPDH)的相互作用致使微管蛋白和激動蛋白解聚，Caspase-3和Caspase-8的活性增強，最終導致細胞周期阻滯在G0/G1期。此外，核的GAPDH水平明顯減少致使細胞周期不能進入S期[17]。

3 海洋微生物

近年來的研究表明，海洋微生物用于具有強大的藥理活性而成為生物活性復合物嶄新而豐富的來源。據認為，這些微生物具有尚未發現的治療效應[18]。對于海洋微生物成分的評價顯示，許多種類并非單純的細胞毒性物質，而是能夠靶向特異性的細胞與生化過程，因而能夠用作抗菌、抗癌和抗炎藥物[19-20]。許多海洋天然產物都具有在癌細胞中誘導凋亡的活性，來自鏈霉菌的Straptochlorin對癌細胞表現為選擇性的細胞毒性[21-22]，而其發揮功能的機制尚待闡明。

Streptochlorin是一種來自海洋鏈霉菌屬的小分子活性物質，具有抗腫瘤、抗血管生成活性的作用。Streptochlorin能以劑量和時間依賴的方式，在U937細胞凋亡。其作用的可能機制是：(1)下調抗凋亡基因Bcl-2和上調促凋亡基因Bax和FasL；(2)調控降低線粒體膜電位(MMP)；(3)半胱氨酸蛋白酶的活化和降解聚(ADP-核糖)聚合酶和磷脂酶C-C1的蛋白質。此外，Streptochlorin誘導的細胞毒性效應和凋亡特性，可被Caspase-3的抑制物z-DEVD fmk明顯地抑制，證實了Caspase-3在此過程中的重要作用。Bcl-2的過表達也能通過抑制MMP的降低、Caspase激活而逆轉Streptochlorin誘導的生長抑制效應，并有效地減弱對Streptochlorin的凋亡反應。但是，Bcl-2的過表達，并不能降低Streptochjlorin誘導的FasL表達水平的升高。這些結果證實，在U937細胞，Stretochlorin的促凋亡效應由Caspase活化和線粒體介導[23]。

PCC是一種從鏈霉菌屬SY-103代謝物通過反相高效液相色譜法提純的具有細胞毒性的活性物質，引起人白血病細胞生長抑制和凋亡。PCC作用機制可能與蛋白酶Caspase-3激活的和抗凋亡Bcl-2蛋白下調有關。可是當在U937細胞的Bcl-2過表達時，PCC所引起的Caspase-3的激活和凋亡明顯減少。研究者們還發現PCC處理過的細胞Akt的活性被抑制，LY294002對PCC敏感可以引起凋亡同時也對PI3K或Akt抑制劑敏感引起凋亡，說明PCC是通過下調Akt的信號傳導引起的凋亡[24]。

Streptokordin與4種已知化合物Nonactic acid、Dilactone、Trilactone、Nonactin是Jeong等[25]從海洋鏈霉菌KORDI-32的發酵液中分離到一種新的嘧啶類化合物，其中Streptokordin對7種人類腫瘤細胞有明顯的細胞毒性，但對細菌、真菌的生長無抑制作用。

Marinomycins A-D(1-4)是Kwon等從一種新的海洋放線菌Marinispora中分離得到4個新的抗腫瘤抗生素。Marinomycins A-D對耐藥的細菌性病原體具有顯著的抗微生物活性；同時發現對NCI 60株人癌細胞系中的6種黑色素瘤細胞有選擇性的細胞毒活性[26]。

Lucentamycins A-D(1-4)是Cho等從一株海洋放線菌Nocardiopsis lucentensis CNR-712中分離到4個新的含3-甲基-4-乙醛脯氨酸多肽。Lucentamycins A和B在體外對人結腸癌HCT-116細胞有顯著的細胞毒作用[27]。

4 展望

20世紀50年代以來，世界各國逐漸重視海洋生物藥物的開發和利用。近十多年來，已從不同的海洋生物中分離到許多新型的抗腫瘤天然藥物，發現其可通過抑制細胞的增殖分裂或誘導細胞凋亡的機制發揮抗腫瘤的作用。目前已有十幾種抗腫瘤療效高、毒性低的海洋生物天然藥物或其結構改造化合物進入臨床試驗，顯現出誘人的前景。本實驗室自1988年開始結合當地豐富的海洋資源優勢，進行了海洋抗腫瘤藥物的篩選與開發，從海洋生物中提取的抗腫瘤活性藥物，對多種惡性腫瘤尤其是鼻咽癌具有明顯抑制作用。現正選擇部分提取物組分，對其進行重點研究，以觀察其在體內外的抑制作用，同時探討其可能的作用機制，為進一步的試驗研究提供依據。但是，海洋生物抗腫瘤的研究還是處于初級階段。隨著分子生物學方法、高通量的新型篩選方法等新技術的普遍應用和藥物作用分子靶點等研究的深入，海洋生物抗腫瘤的研究乃至海洋藥物的開發和利用必將取得更快的進展。

[1]Rinehart KL.Antitumor compounds from tunicates[J].Med Res Rev,2000,20(1):1-27.

[2]O'Hanlon LH.Scientists are searching the seas for cancer drugs[J]. J Natl Cancer Inst,2006,98(10):662-663.

[3]Hideshima T,Richardson P,Chauhan D,et al.The proteasome inhibitor PS-341 inhibits growth,induces apoptosis,and overcomes drug resistance in human multiple myeloma cells[J].Cancer Res,2001, 61(7):3071-3076.

[4]Mitsiades CS,Ocio EM,Pandiella A,et al.Aplidin,a marine organism derived compound with potent antimyeloma activity in vitro and in vivo[J].Cancer Res,2008,68(13):5216-5225.

[5]Gilberto S,da Rocha AB,Robert GS,et al.Marine organisms as a source of new anticancer agents[J].Oncol,2001,2:221-225.

[6]Erba E,Bergamaschi D,Bassano L,et al.Ecteinascidin-743 (ET-743),a natural marine compound,with a unique mechanismof action[J].Eur J Cancer,2001,37:97-105.

[7]Rinehart KL.Antitumor compounds from tunicates[J].Int Med Res Rev,2000,20(1):525-528.

[8]Ning X,Zhao J,Zhang Y,et al.A novel anti-tumor protein extracted from Meretrix meretrix Linnaeus induces cell death by increasing cell permeability and inhibiting tubulin polymerization[J].Int J Oncol,2009,35(4):805-812.

[9]Ezell SJ,Li H,Xu H,et al.Preclinical pharmacology of BA-TPQ,a novel synthetic iminoquinone anticancer agent[J].Mar Drugs, 2010,8(7):2129-2141.

[10]Wang F,Ezell SJ,Zhang Y,et al.FBA-TPQ,a novel marine-derived compound as experimental therapy for prostate cancer[J].Invest New Drugs,2010,28(3):234-241.

[11]Cironi P,Albericio F,Alvarez M.Lamellarins:isolation,activity and synthesis[J].Progr Heterocycl Chem,2004,16:1-26.

[12]Bailly C.Lamellarins,from A to Z:a family of anticancer marine pyrrole alkaloids[J].Curr.Med.Chem.Anticancer Agents,2004,4 (4),363-378.

[13]Ibrahim SR,Min CC,Teuscher F,et al.New cytotoxic cyclic peptides from the Indonesian marine sponge Callyspongia aerizusa[J]. Bioorg Med Chem,2010,18(14):4947-4956.

[14]Lee NY,Ermakova SP,Zvyagintseva TN,et al.Inhibitory effects of fucoidan on activation of epidermal growth factor receptor and cell transformation in JB6 Cl41 cells[J].Food Chem Toxicol,2008,46 (5):1793-1800.

[15]Kim EJ,Park SY,Lee JY,et al.Fucoidan present in brown algae induces apoptosis of human colon cancer cells[J].BMC Gastroenterol,2010,10:96.

[16]Jiao L,Li X,Li TB,et al.Characterization and anti-tumor activity of alkali-extracted polysaccharide from Enteromorpha intestinalis [J].Int Immunopharmacol,2009,9(3):324-329.

[17]Wang HZ,Liu YD,Gao XL,et al.The recombinant b subunit of C-phycocyanin inhibits cell roliferation and induces apoptosis[J]. Cancer Lett,2007,247(1):150-158.

[18]Schweder T,Lindequist U,Lalk M.Screening for new metabolites from marine microorganisms[J].Adv Biochem Eng Biotechnol, 2005,96:1-48.

[19]Proksch P,Edrada RA,Ebel R.Drugs from the seas-current status and microbiological implications[J].Appl Microbiol Biotechnol, 2002,59(2-3):125-134.

[20]Shin HJ,Jeong HS,Lee HS,et al.Isolation and structure determination of streptochlorin,an antiproliferative agent from a marine-derived Streptomyces sp.04DH110[J].J Microbiol Biotechnol,2007, 17(8):1403-1406.

[21]Choi K,Shin HJ,Lee HS,et al.Streptochlorin,a marine natural product,inhibits NF-κB activation and suppresses angiogenesis in vitro[J].J Microbiol Biotechnol,2007,17(8):1338-1343.

[22]Park C,Shin HJ,Kim GY,et al.Induction of apoptosis by streptochlorin isolated from Streptomyces sp.in human leukemic U937 cells[J].Toxicol In Vitro,2008,22(6):1573-1581.

[23]Jeong SY,Han MH,Jin CY et al.Apoptosis induction of human leukemia cells by Streptomyces sp.SY-103 metabolites through activation of caspase-3 and inactivation of Akt[J].Int J Mol Med,2010, 25(1):31-40.

[24]Xie G,Zhu X,Li Q,et al.SZ-685C,a marine anthraquinone,is a potent inducer of apoptosis with anticancer activity by suppression of the Akt/FOXO pathway[J].Br J Pharmacol,2010,159(3): 689-697.

[25]Jeong SY,Shin HJ,Kim TS,et al.Streptokordin,a new cytotoxic compound of the methylpyridine class from a marine-derived Streptomyces sp.KORDI-3238[J].J Antibiot(Tokyo),2006,59(4): 234-240.

[26]Kwon HC,Jensen PR,Fenical W.Marinomycins AD,antitumor-antibiotics of a new structure class from a marine actinomycete of the recently discovered genus"marinispora"[J].J Am Chem Soc,2006, 128(5):1622-1632.

[27]Cho JY,Williams PG,Kwon HC,et al.Lucentamycins AD,cytotoxic peptides from the marine-derived actinomycete Nocardiopsis lucentensis[J].J Nat Prod,2007,70(8):1321-1328.

Advances in research of antitumor bioactive substances from marine sources.

QI Xiang-wei,ZHANG Xiang-ning, HUANG Pei-chun.Department of Pathophysiology,Guangdong Medical College,Zhanjiang 524023,Guangdong,CHINA

Oceans and seas comprise approximately three quarter of the global surface,and the organisms dwelling there contribute to the biological and chemical diversity of the marine environment,which forms the source of antitumor drugs.The search and development of new drugs using the materials has become intriguing and promising.In the recent years,a number of antitumor bioactive substances with novel structure have been identified from marine organisms.Their potentials to inhibit cellular proliferation and to trigger apoptosis are complementary to the currently used anticancer drugs,thus warrant further pharmacologic investigation and clinical trials in the future.In the present review,advances and trends in the research and development of the drugs derived from marine animals,plant and microbes are to be discussed based on the findings of the available literatures.

Antitumor bioactive substances;Marine animal;Marine plant;Marine microbes

R730.53

A

1003—6350（2012）02—118—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2012.02.054

2011-08-31)

東莞市高等院校科研機構科技計劃項目(編號：200910815265、2008108101035）

齊相薇(1985—)，女，河北省滄州市人，碩士在讀。

*通訊作者：黃培春。E-mail：huangpc@gdmc.edu.cn