乳鐵蛋白抗腫瘤作用及機制研究進展

李一丁 趙先英 賀 建綜述 劉毅敏審校

乳鐵蛋白(lactoferrin，LF)主要存在于哺乳動物的乳汁中，也分布在其他分泌液(淚液、精液、膽汁、關節液、唾液、胰液、鼻腔分泌液、羊水等)中。乳鐵蛋白具有多種生物學活性，如抗氧化，抗真菌活性、抗病毒活性，抗微生物活性等，近年來研究表明，乳鐵蛋白還具有抗腫瘤作用[1]。

1 乳鐵蛋白的基本結構

乳鐵蛋白是1種鐵結合糖蛋白，屬于轉鐵蛋白家族，相對分子質量約為80 kDa，大約由700個氨基酸殘基構成[2]，乳鐵蛋白中含有N-環和C-環2個同源球狀域。N-環對應于肽鏈中的第1～333個氨基酸殘基，而C-環與第345～692個氨基酸殘基對應，這2個域的2端由一段短鏈α-螺旋相連接[3]。

乳鐵蛋白屬于堿性蛋白質，等電點為8.7。它以富含鐵形式(holo-lactoferrin)和不含鐵形式(apo-lactoferrin)存在。兩者有不同的三級結構，apo-lactoferrin的特點是有1個“開放式”的N-環和1個“封閉式”的C-環，而holo-lactoferrin 2個環都是“封閉式”的。每個乳鐵蛋白分子能可逆地結合2個鐵、鋅、銅或其它金屬離子，2個結合位點分別位于2個蛋白球狀域中。每個金屬離子結合6個配體，其中4個來自肽鏈中的配體(2個酪氨酸殘基、1個組氨酸殘基和1個天冬氨酸殘基)，另2個是碳酸根或碳酸氫根離子。

乳鐵蛋白與鐵元素形成紅色的復合物，它對鐵的親和力比運鐵蛋白高出300倍。當機體出現炎癥時，在弱酸性介質中，乳鐵蛋白對鐵的親和力增加。這種特性有利于鐵從運鐵蛋白轉移至乳鐵蛋白中，因為炎癥產生乳酸和其他有機酸的積累常常造成組織的pH降低。人乳中乳鐵蛋白的飽和鐵濃度為10%～30%(100%代表所有的乳鐵蛋白分子中含有2個鐵原子)。研究表明，乳鐵蛋白不僅涉及鐵、鋅和銅離子的轉運，而且能夠調節這些離子的吸收量。溶液中鋅和銅離子的存在并不影響乳鐵蛋白的鐵結合能力，甚至可能增加其結合能力。

乳鐵蛋白在血漿和分泌液中存在不同的聚合物形式，從單體形式到四聚體形式。乳鐵蛋白更傾向于以聚合物的形式存在于體內外，特別是當濃度很高時。研究發現，在生理條件下以四聚體乳鐵蛋白為主。

乳鐵蛋白的低聚合形式主要取決于蛋白質的濃度，而多聚合形式的形成則受到Ca2+濃度的影響。當Ca2+濃度為10-10～10-11g/mol時，乳鐵蛋白主要以單體形式存在；而當Ca2+濃度提高到10-9～10-10g/mol后，乳鐵蛋白單體轉化成為四聚體。一般血液中乳鐵蛋白處于單體和四聚體之間，單體和四聚體均存在。乳鐵蛋白的許多功能特性取決于其單體形式，如其單體可以緊密地結合DNA。

2 乳鐵蛋白抗腫瘤作用

2.1 抗鼻咽癌

人乳鐵蛋白可以抑制鼻咽癌細胞(nasopharyngeal carcinoma cells，CNE)的增殖。李志沭等[4]研究了重組人乳鐵蛋白(rhLF)對體外培養的鼻咽癌細胞生長特性的影響。待鼻咽癌細胞生長至對數生長期時，用不同濃度的hLF作用于鼻咽癌細胞24 h，再加入噻唑藍MTT，繼續培養4 h，觀察hLF處理前后細胞的變化。MTT實驗結果顯示，濃度為5×10-3～40×10-3g/L的hLF均顯著抑制CNE體外增殖，且呈現劑量依賴。顯微鏡下可見，空白對照組癌細胞密集成片生長，如鋪路卵石狀，細胞膜圓潤，細胞間界限清楚，并隱約可見細胞核；經hLF處理的各組細胞形態發生明顯的改變，隨hLF濃度增加，細胞從正常的增殖旺盛的貼壁生長，逐漸表現為生長緩慢，黏附力降低，細胞內顆粒逐漸增多，且透明度降低，立體感較差，細胞形態完整性受損。可見，人乳鐵蛋白對鼻咽癌細胞的增殖有抑制作用。

2.2 抗口腔癌

乳鐵蛋白作為新的口腔腫瘤的化學預防劑，可抑制舌癌細胞增殖。Mckeown等[5]認為乳鐵蛋白對口腔鱗癌的作用是變化的，隨著乳鐵蛋白的濃度增大和作用時間的延長，乳鐵蛋白對口腔鱗癌細胞增殖的抑制作用越強。Sakai等[6]研究了牛乳鐵蛋白對口腔鱗狀細胞癌的作用，結果發現牛乳鐵蛋白可以通過誘導口腔癌細胞的凋亡來抑制腫瘤細胞的生長。

王雷等[7]研究了重組人乳鐵蛋白對口腔癌細胞周期及周期因子表達的影響。待Tca8113口腔舌癌細胞生長至對數生長期，用不同濃度的rhLF作用于Tca8113口腔舌癌細胞24 h，加入MTT，繼續培養4 h，顯微鏡下觀察。MTT法實驗顯示，隨著重組人乳鐵蛋白作用濃度的增加，Tca8113細胞在細胞周期中的分布發生了明顯的變化，G0/G1期細胞數逐漸增加，S和G2/M期細胞數逐漸減少。除0.5 g/300 L外，其他濃度的LF均抑制Tca8113細胞增殖。Wolf等[8]研究發現，重組人乳鐵蛋白通過阻斷細胞從G0到G1期的轉化來抑制腫瘤細胞的增殖。重組人乳鐵蛋白對鼠的頭頸部鱗狀細胞癌HNSCC增殖具有抑制作用并呈現劑量依賴性，對正常細胞無抑制作用。

2.3 抗食管癌

重組人乳鐵蛋白可以抑制食管癌細胞的增殖及腫瘤的血管發生。李志沭等[9]研究了重組人乳鐵蛋白對食管癌細胞體外增殖的影響。待Eca-109人食管癌細胞生長至對數生長期，用不同濃度的hLF作用于Eca-109人食管癌細胞24 h，加入MTT，繼續培養4 h，顯微鏡下觀察。MTT實驗顯示，濃度為5×10-3～40×10-3g/L的rhLF均顯著抑制人食管癌細胞Eca-109體外增殖，且呈現劑量依賴，最大劑量rhLF對細胞增殖的抑制率達57.8%。正常情況下細胞增殖與凋亡之間保持動態平衡，這種平衡是維持多細胞生物自身穩定的重要因素，這種動態平衡的打破被認為是增加癌可能的標志。此研究表明，rhLF可以抑制食管癌細胞的增殖，促進其凋亡，為保持正常細胞生長的平衡狀態提供可能。Norrby等[10]的研究也認為乳鐵蛋白可以抑制腫瘤的血管發生。乳鐵蛋白在體外具有抗上皮細胞增殖的活性并且可以強烈抑制血管內皮生長因子介導的血管發生。

2.4 抗卵巢癌

人乳鐵蛋白(hLF)可以有效抑制卵巢癌細胞的體外增殖。卵巢癌患者的死亡率居婦科惡性腫瘤疾病之首位，5年生存率僅25%～30%，其治療手段主要以手術為主，化療為輔。仇志琴等[11]就人乳鐵蛋白對體外培養的、不同來源的卵巢癌細胞是否具有抑制作用進行了研究。待SKOV3人卵巢癌細胞生長至對數生長期，用不同濃度的hLF作用于SKOV3人卵巢癌細胞24 h，加入MTT，繼續培養4 h，顯微鏡下觀察。MTT實驗顯示，濃度為6.25～50.00 μg/mol的hLF均顯著抑制3株卵巢癌細胞的增殖，且呈劑量依賴關系，其中對SKOV3的抑制率最為顯著。經過hLF作用的各株卵巢癌細胞，在細胞形態學上發生了明顯的改變，不僅增殖力受到抑制，而且發生了較明顯的凋亡。結果表明，人乳鐵蛋白能夠有效地抑制癌細胞的增殖，同時對正常細胞無顯著抑制作用。

2.5 抗其他癌癥

Bezault等[12]將LF注射到腫瘤體內，發現實體瘤的體積明顯減小，且腫瘤體積的減小與LF干預天數相關。Varadhaehary 等[13]的研究表明口服rhLF能部分或完全阻止乳腺癌生長，同時200 mg/kg的rhLF可以抑制頭頸鱗狀細胞癌(SCCVII)的生長。有些學者[14，15]研究證實，乳鐵蛋白通過抑制腫瘤細胞增殖從而抑制腫瘤的發展。Hirofumi的研究表明，牛乳鐵蛋白的特別序列能與 DNA相結合，從而影響其轉錄活性。胃蛋白酶酶解產物中有這種能與DNA相結合的肽，與DNA結合后加快了轉錄的速度，從而引起淋巴細胞增殖。研究發現，乳鐵蛋白的抗頭頸部腫瘤作用是通過抑制腫瘤細胞增殖實現的。Kanyshkova等[16]發現乳鐵蛋白的異構體具有DNA酶、RNA酶、ATP酶、磷酸酶和淀粉酶的活性，體內研究認為，乳鐵蛋白異構體的酶活性具有細胞毒性和誘導腫瘤細胞發生細胞凋亡的作用。近幾年的研究發現，人乳鐵蛋白可以抑制頭頸部鱗狀細胞癌，它是通過直接的細胞毒作用以及系統性的免疫調節作用來實現的[8]。Mckeown等[5]研究認為大劑量或長時間作用的乳鐵蛋白均可以誘導細胞死亡。

綜上所述，乳鐵蛋白可預防和治療多種腫瘤，還未發現其嚴重不良反應。因此，乳鐵蛋白是1種非常具有實用價值的抗腫瘤藥物，它既能作為抗腫瘤藥用于多種腫瘤的治療，也能作為免疫調節劑應用于腫瘤的輔助治療，乳鐵蛋白有望成為新一代的抗腫瘤藥物。

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