螺旋藻抗腫瘤組分的研究進展

張軍，鄒寧，孫東紅，曲青梅，李小慧

（魯東大學生命科學學院，山東煙臺264000）

螺旋藻抗腫瘤組分的研究進展

張軍，鄒寧*，孫東紅，曲青梅，李小慧

（魯東大學生命科學學院，山東煙臺264000）

螺旋藻營養豐富，可以補充人體蛋白質和維生素，現多以片劑和保健飲料出現，長久以來并未發現它有何毒副作用。此外，其中的多糖、藻藍蛋白及蛋白酶解多肽的生物活性亦受到廣泛關注。本文綜述了螺旋藻多糖、藻藍蛋白及蛋白酶解多肽的抗腫瘤作用及其機理。

螺旋藻多糖；藻藍蛋白；螺旋藻蛋白酶解多肽；抗腫瘤；機理

螺旋藻屬于藍藻門、顫藻目、顫藻科、節旋藻屬，是一種古老的原核生物，廣泛存在于海水、半咸水、淡水中，它有高含量蛋白質及其他均衡的營養物質且易被人體消化[1]，被聯合國農糧組織推薦為“全球人類最理想產品”。為了開發新的生物資源，近年來人們逐漸將更多的關注投入到海洋生物研究中，研究發現，螺旋藻有增強機體免疫力、抗輻射、調節血壓等作用，其含有的抗腫瘤的生物活性物質更吸引的人們的廣泛關注。

1 螺旋藻抗腫瘤組分研究

1.1 螺旋藻多糖抗腫瘤研究

螺旋藻多糖是一類酸性多組分混合物，溶于水，分子量一般在12 kDa～1 000 kDa間，由主要由鼠李糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖、葡萄糖醛酸、木糖、巖藻糖等組成等單糖通過糖苷鍵連成。

關于PSP抗腫瘤功能的研究有很多。陳宏碩等[2]對小鼠接種H22肝癌細胞，用1 000 mg/kg·d螺旋藻多糖給小鼠灌胃，抑瘤率可達到74.53%。劉娟妮等[3]試驗螺旋藻胞內多糖（IPS）和胞外多糖（EPS）對HALE細胞的體外抑制作用發現：IPS在80 μg/mL達到最高作用效果，抑制率為47.92%；EPS在100 μg/mL達到最高作用效果，抑制率為42.95%。也有一些研究硫酸酯化修飾了的螺旋藻多糖（SPSP）的抗腫瘤作用：盛玉清[4]研究PSP和SPSP在體外對多種腫瘤細胞的細胞毒作用及體內對小鼠腫瘤的抑制作用。研究發現PSP 在 100 μg/mL～200 μg/mL 的濃度對 KB、SGC-7901和K562有一定抑制作用，但都小于15%；濃度為50 μg/kg的SPSP對小鼠S180肉瘤具有顯著的抑制作用，抑瘤率為32.7%，100 mg/kg對小鼠HPES肝癌具有顯著的抑制作用，抑瘤率為35.5%。另外，也有研究螺旋藻多糖與其他物質進行復合后的抗腫瘤作用，如徐小娟等[5]將螺旋藻多糖（PSP）與銀杏葉提取物（GBE）按不同比例復合，并用不同濃度的復合制劑分別對腫瘤細胞，發現復合螺旋藻多糖對人乳腺癌MB-231細胞均有不同程度的抑制作用，復合組優于單一成分組，將人乳腺癌MB-231細胞阻滯于G0/G1期，抑制腫瘤細胞的有絲分裂。其中PSP∶BE＝1∶2（μg/mL）高劑量組作用腫瘤細胞72 h時，對其抑制率達60.13%。

1.2 藻藍蛋白抗腫瘤作用研究

螺旋藻蛋白（Phy cocyanin，PC）是一種存在于紅藻和藍藻細胞內的光合輔助色素，能高效捕獲光能，其分子量一般在30 kDa左右，由2個亞基組成，肽鏈上共價結合1個開鏈的四吡咯環輔基。分離純化的水溶藻藍蛋白在溶液中呈藍色并發出紫色熒光。在波長620 nm具有特異吸收峰。可以A620/A280表示其純度[6]。

陳新美等[7]通過MTT法測定螺旋藻蛋白對肝癌細胞SMMC-7721和喉癌細胞HEp-2的生長抑制作用，螺旋藻蛋白酶解肽抗腫瘤作用研究，發現藻藍蛋白質量濃度低于100 mg/L時。對細胞的生長抑制作用隨螺旋藻藻藍蛋白提取物濃度的提高而明顯增強。其生長抑制率由1.83%增至27.31%。郝瑋[8]研究藻藍蛋白單獨及協同環磷酰胺對昆明小鼠S180移植瘤的抑制作用，在50 mg/kg～100 mg/kg劑量范圍內，藻藍蛋白對S180腫瘤均有顯著抑制作用，試驗結果示平均抑瘤率在36.36%～41.41%之間。其中小劑量藻藍蛋白的抑瘤作用最為明顯，與中高劑量的作用相比差異有顯著性。李冰等[9]利用小鼠對鈍頂螺旋藻藻藍蛋白的抗腫瘤免疫活性進行了研究發現：喂食螺旋藻蛋白的小鼠體內的瘤塊，在直徑與重量上都與對照組有顯著性差異。Elena Georgieva Gardeva等[10]研究了藻藍蛋白對倉鼠骨髓瘤細胞作用，發現在100 μg/mL的濃度處理24 h，抑制率達到51.4%。并發現凋亡的細胞與其細胞內含銅與鋅超氧化物歧化酶、含錳超氧化物歧化酶及少量過氧化氫酶的作用有關。此外，在以5 mg/kg的量喂食倉鼠可延長其生命，抑制腫瘤的生長與轉移。

1.3 螺旋藻蛋白酶解肽抗腫瘤研究

螺旋藻多肽現在多以酶解法獲取，有諸多對這些多肽生物活性的研究，如周麗麗[11]研究了藻藍蛋白酶解產物抑制肥胖相關酶的活性，發現當酶解產物濃度達到10 mg/mL時，胰脂肪酶抑制率為62.15%，α-淀粉酶抑制率為46.89%。當濃度上升到15 mg/mL時體外模擬人體膽汁膠束中膽固醇溶解度的抑制率達到57.09%。還有對其抗氧化、降血壓的活性研究[12-13]。

范敏[14]研究了藻藍蛋白和其胰蛋白酶酶解產物對體外人宮頸癌Hela細胞的作用，發現兩者對該腫瘤細胞生長有抑制作用，當藻藍蛋白的濃度達到100mg/L時，其抑制率可達29.9%，酶解時間為1、2 h的酶解產物的抗腫瘤活性明顯高100 mg/L的藻藍蛋白。張博超[15]研究了不同酶水解螺旋藻蛋白的不同分子量水解液對人乳腺癌細胞（MCF-7）和肝癌細胞（HepG-2）體外生長抑制作用。結果顯示：當藥物終濃度均1 mg/mL時，胰蛋白酶水解產物5 kDa～10 kDa多肽對人乳腺癌細胞（MCF-7）和肝癌細胞（HepG-2）體外生長抑制率分別為45.19%、23.5%。另外該酶解產物分離純化得到的的3個組分對人乳腺癌細胞（MCF-7）的體外生長抑制率分別為86%、98%和6%。對肝癌細胞（HepG-2）體外生長抑制率分別為76%、95%和8%。

2 螺旋藻抗腫瘤組分機制研究

2.1 螺旋藻抗腫瘤組分對腫瘤細胞的直接抑制作用

螺旋藻抗腫瘤組分可以使腫瘤細胞發生細胞周期阻滯、誘導細胞凋亡。如孫遠征[16]用螺旋藻多糖的兩組分SPS2和SPS5分別處理HeLa細胞后發現，隨著這兩組分的濃度增高，處于G0～G1期細胞的百分比增高，分別高至75.85%和78.69%，并通過免疫組化發現SPS2處理的細胞的P21和FAS蛋白表達提高，而PcNA、P53、Bcl-2蛋白表達顯著降低。結合相關文獻分析認為是這幾種蛋白的異常表達最終阻斷了NDA的復制，實現G1期停滯。而HLea細胞凋亡可能是通過加強FAS的表達并同時抑制Bcl-2的表達來完成的。B.Li等[17]研究發現藻藍蛋白可以激活促凋亡基因，抑制抗凋亡基因的表達，隨后促進細胞凋亡信號的轉導，從而導致腫瘤細胞凋亡。在體外試驗中，藻藍蛋白處理的腫瘤細胞內幾種天冬氨酸蛋白水解酶被激活，表明藻藍蛋白誘導的腫瘤細胞凋亡是天冬氨酸蛋白水解酶依賴性的。同時藻藍蛋白的處理也導致線粒體中的的可觸發細胞凋亡機制的細胞色素C釋放到細胞質基質中。Karnati R.Roy等[18]研究了藻藍蛋白對阿霉素敏感型和阿霉素耐受型肝癌細胞的抑制作用，分析凋亡的阿霉素耐受型肝癌細胞發現：細胞色素C被釋放，Caspase 3被激活，PARP聚合酶裂解。這些結果證明在藻藍蛋白處理下，抗凋亡基因表達受抑制，凋亡基因表達增強。

2.2 螺旋藻組分對腫瘤細胞的間接抑制作用

螺旋藻抗腫瘤組分可增強機體免疫力以抑制腫瘤的生長。如杜玲[19]在研究鄂爾多斯高原堿湖鈍頂螺旋藻多糖（EPS）和非洲Chad湖鈍頂螺旋藻多糖（FSP）的抗腫瘤活性時發現，兩者均能抑制小鼠S180移植性腫瘤的生長，并且兩種多糖可以提高小鼠的胸腺和脾臟指數，提高荷瘤小鼠血清IL-2、TNF-α和IFN-γ水平，在體外兩多糖均能促進ConA誘導的荷瘤小鼠脾淋巴細胞的增殖反應。分析認為免疫調節可能是其抗腫瘤作用的機制之一。Tomohiro Hirahashi等[20]研究了螺旋藻提取物通過增強人體免疫力抑制腫瘤生長的機制，他們在體外用卡介苗細胞壁刺激服用螺旋藻提取物的受試人員的血細胞和未服用螺旋藻提取物人員的血細胞，發現前者產生的IL-12 p40產物更多（NK細胞的活性以IFN分泌量代表，而IFN的分泌是IL-12/IL-18依賴性的），且因卡介苗細胞壁充當了Toll樣受體的配體，推斷認為口服的螺旋藻提取物可能參與了血細胞Toll樣受體的信號轉導。并總結螺旋藻提取物在人體中直接作用于骨髓，直接或間接地作用于NK細胞。

3 總結與討論

螺旋藻多糖可以阻滯腫瘤細胞分裂周期、誘導細胞凋亡，同時可以增強機體免疫能力，提高機體對腫瘤的抵抗；藻藍蛋白通過調控凋亡基因和抗凋亡基因誘導腫瘤細胞凋亡，也可以增強機體免疫力。而對于螺旋藻蛋白酶解多肽的抗腫瘤機制還沒有確切的研究結果，其他一些抗腫瘤生物活性肽的作用機制已有研究，如海兔多肽[21]、南蛇勒蛋白肽[22]等。生物活性肽是可以被小腸直接吸收的，其吸收速度和營養價值均優于游離氨基酸[23]，即螺旋藻蛋白酶解肽在腫瘤患者的治療與營養補充方面都是有意義的，期望其作用機理能被盡快闡明。

腫瘤是危害人類健康的疾病之一，目前臨床的主要治療方法仍為手術切除、放療和化療，在殺傷腫瘤細胞的同時，對正常細胞也有損害，試驗證明，螺旋藻中抗癌物質對正常細胞無明顯細胞毒作用，能增強機體免疫能力，并且對放療藥物具有減毒作用[24]，另外螺旋藻培養條件溫和，所需培養基及活性物質的提取成本不高，因此螺旋藻具有相當的的腫瘤輔助性防治應用價值。

[1] 孫雪雁,金勝昔,蔣加倫.浙江省螺旋藻開發前景[J].浙江農業科學,1997(4)：51-52

[2] 陳宏碩,李曉穎,馮鵬棉,等.螺旋藻多糖抗H22腫瘤作用研究[J].食品研究與開發,2014(5)：120-123

[3] 劉娟妮,王雪青,魏丹,等.螺旋藻多糖的積累與抗腫瘤作用的研究[J].海洋通報,2009(6)：41-45

[4]盛玉青.螺旋藻多糖硫酸酯的制備及其抗腫瘤和免疫活性的初步研究[D].南京：南京中醫藥大學,2006

[5] 徐小娟,張勇,唐超,等.復合螺旋藻多糖對人乳腺癌MB-231細胞株體外抗腫瘤作用研究[J].遼寧中醫藥大學學報,2012(10)：70-72

[6] 張成武,曾昭琪,張嬡貞.鈍頂螺旋藻藻膽蛋白的分離、純化及其理化特性[J].天然產物研究與開發,1996(2)：29-34

[7] 陳新美,王曉華.螺旋藻藻藍蛋白的穩定性及抗癌活性研究[J].氨基酸和生物資源,2006(1)：59-62

[8]郝瑋.藻藍蛋白對荷瘤小鼠免疫功能及S180腫瘤生長的影響[D].石家莊：河北醫科大學,2005

[9] 李冰,張學成,高美華,等.鈍頂螺旋藻藻藍蛋白和多糖的抗腫瘤免疫活性研究[J].中國海洋大學學報(自然科學版),2004(3)：396-402

[10]Gardeva E,Toshkova R,Yossifova L,et al.Antitumor activity of C-phycocyanin from Arthronema africanum(Cyanophyceae)[J].Brazilian Archives of Biology and Technology,2014,57(5)：675-684

[11]周麗麗.藻藍蛋白酶解條件優化及產物抑制肥胖相關酶活性的研究[D].天津：天津商業大學,2014

[12]楊磊,夏寧,滕建文,等.酶解螺旋藻泥制備活性肽的工藝條件優化研究[J].食品科技,2009(12)：244-249

[13]張瑩.鈍頂螺旋藻(Spirulina platensis)藻藍蛋白的酶解及酶解產物的生物活性研究[D].濟南：山東大學,2006

[14]范敏.鈍頂螺旋藻藻藍蛋白及其酶解產物的抗腫瘤活性研究[D].呼和浩特：內蒙古農業大學,2008

[15]張博超.螺旋藻抗腫瘤肽的分離及殼聚糖納米粒子復合物的制備[D].廣州：華南理工大學,2012

[16]孫遠征.鈍頂螺旋藻多糖及其抗腫瘤作用的研究[D].青島：中國海洋大學,2006

[17]Li B,Gao M-H,Zhang X-C,et al.Molecular immune mechanism of C-phycocyanin from Spirulina platensis induces apoptosis in HeLa cells in vitro[J].Biotechnology and Applied Biochemistry,2006,43(3)：155-164

[18]Roy K R,Arunasree K M,Reddy N P,et al.Alteration of mitochondrial membrane potential by Spirulina platensis C-phycocyanin induces apoptosis in the doxorubicinresistant human hepatocellularcarcinoma cell line HepG2[J].Biotechnology and Applied Biochemistry,2007,47(3)：159-167

[19]杜玲.鈍頂螺旋藻兩個生態種多糖的抗菌、抗腫瘤活性及其機理的研究[D].呼和浩特：內蒙古農業大學,2010

[20]Hirahashi T,Matsumoto M,Hazeki K,et al.Activation of the human innate immune system by Spirulina：augmentation of interferon production and NK cytotoxicity by oral administration of hot water extract of Spirulina platensis[J].International Immunopharmacology,2002,2(4)：423-434

[21]湯海峰,易楊華,姚新生,等.海洋抗腫瘤物質研究概況與展望[J].藥學服務與研究,2002(1)：7-16

[22]余旭亞,李濤,林連兵,等.南蛇勒蛋白對黑色素瘤細胞的抑制及分化作用[J].中國生化藥物雜志,2004(5)：294-296

[23]張延坤,張東祥.生物活性肽的抗腫瘤作用及其機理研究進展[J].中國生化藥物雜志,2006(6)：379-382

[24]劉曉梅,張洪泉.螺旋藻多糖對荷瘤小鼠化療后造血細胞增殖、凋亡及Bcl-2表達的影響[J].藥學學報,2002(8)：616-620

A Summary of the Document on Anticancer Activity of Spirulina Component

ZHANG Jun，ZOU Ning*，SUN Dong-hong，QU Qing-mei，LI Xiao-hui

（School of Life Science，Ludong University，Yantai 264000，Shandong，China）

Spirulina platensis has been used as a source of protein and vitamin supplements，and has been sold as a health drink or pills in tablet form without any undesirable effect on human.Futhermore，the biological activities of its polysaccharides，phycocyanin and proteolytic peptides also attract widespread attention.This article reviews the polysaccharide of spirulina platensis（PSP），phycocyanin and proteolytic peptides of anti-tumor effect and its mechanism.

PSP；phycocyanin；proteolytic peptides；anticancer activity；mechanism

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.052

張軍（1991—），男（漢），碩士，研究方向：生化與分子生物學。

*通信作者：鄒寧（1963—），男，教授，研究方向：海洋生物。

2015-08-10