- 果膠的抗腫瘤活性研究進展
- 發(fā)布時間： 2019/5/14 點擊次數(shù)：4909
- 果膠的抗腫瘤活性研究進展李英華 1 ，朱 威 1，2＊＊（1. 復旦大學上海市第五人民醫(yī)院 上海 200240；浙江大學工業(yè)技術研究院 杭州 310029）摘 要：本文通過查閱近年來果膠抗腫瘤活性研究的相關文獻，對近年來果膠改善腫瘤效果以及果膠和部分抗腫瘤藥物之間的相互作用進行總結，并分析果膠與體內半乳糖凝集素-3 在抗腫瘤中的作用，對果膠抗腫瘤機制進行探討。同時指出果膠抗腫瘤研究的發(fā)展趨勢，為果膠的抗腫瘤研究提供參考依據(jù)。關鍵詞：果膠 抗腫瘤 活性研究 綜述doi: 10.11842/wst.2014.02.042 中圖分類號：R285.5 文獻標識碼：A果膠來源于植物界的一種富含半乳糖醛酸的 酸性雜多糖，為植物細胞壁的結構成分，被 FAO/WHO 食品添加劑聯(lián)合委員會推薦為食品添加劑[1]。由于 果膠具有卓越的凝膠性和乳化穩(wěn)定性而使其成為 食品工業(yè)中一種重要的添加劑，在食品工業(yè)中可用 作增稠劑、膠凝劑等。在制藥工業(yè)中可單獨或與其他賦形劑合用配制軟膏、膜劑、栓劑、微囊等藥物制劑[2]。藥理學研究表明果膠作為可溶性膳食纖維具有抗腹瀉、抗癌、治療糖尿病等功效[3~5]，越來越多的學者將目標轉向研究果膠的抗腫瘤效果，發(fā)現(xiàn)低分子果膠可作為體內半乳糖凝集素-3（Galectin-3）配體的競爭性抑制劑，阻止腫瘤的形成與發(fā)展[6~8]。通過大量查閱國內外文獻和專利查閱的基礎上，筆者對果膠抗腫瘤的研究概況進行綜述。1 文獻與專利的分布情況通過對 Google、Sciencedirect、維普數(shù)據(jù)庫、中國 知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫及中國知識產權局等常用專業(yè)數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)站進行果膠與抗腫瘤關鍵詞的搜索。在維普與中國知網(wǎng)上搜索到關于果膠抗腫瘤的相關文獻13篇，其中 3 篇期刊論文，10 篇學位論文。中國知識產 權局搜到的關于抗腫瘤果膠相關專利 5 項。國內關于果膠抗腫瘤的研究課題組主要集中于廣州醫(yī)學院、東北師范大學、天津大學、西北大學、第四軍醫(yī)大學、浙江大學及浙江省農科院等[9~11]。我國關于果膠抗腫瘤的研究始于 2005 年，主要集中于柑橘低分子 果膠和人參 果膠對腫 瘤的作用方 面。在 Sci－encedirect 上搜到關于果膠抗腫瘤相關論文 103 篇，Google 上搜到相關論文、專利以及書目共 16 500 余條。國外關于抗腫瘤的研究課題組主要集中于美國和日本，美國于 1993 年就有關于低分子果膠抗腫瘤的專利，近 20 年來國外關于果膠抗腫瘤的研究取得了飛速進步，已有大型制藥企業(yè)將果膠應用于制備靶向抗腫瘤藥物方面，其中果膠阿霉素已進入臨床前階段[12~15]。2 果膠來源果膠物質以原果膠、果膠、果膠酸的形態(tài)廣布 于植物界，高等植物與低等植物中皆含有，主要存在于相鄰細胞壁的中間層，起著連接細胞和天然屏障的作用。相比之下，在根、莖、葉、果實等器官中，以果實中果膠的含量最高，如山楂、蘋果、柑桔等果實中含量頗豐[2]此外，胡蘿卜的肉質根、向日葵的 花盤、芒果渣、甜菜廢粕、蠶沙、西瓜皮、甘薯、沙棘等中也含有豐富的果膠。不同植物中的果膠含量見表 1。
目前，真正具有工業(yè)生產價值的果膠來源于柑 桔類（包括葡萄柚、橙、蘆柑、胡柚、檸檬、柑桔等）果皮、蘋果榨汁廢渣、糖用甜菜渣、豆腐柴和蠶沙等，其中最有提取價值的首推柑桔類果皮。甜菜渣果膠在第二次世界大戰(zhàn)時已有生產，但由于存在著大量 的中性糖側鏈，分子量相對較低，富乙酸酯化，在食品添加劑應用中被認為內在質量較差。3 果膠的分類各種果膠物質之間的重要差別是它們的溶解性能、分子結構、甲酯含量和酯化程度，其代表性結構見圖 1。因此果膠按照溶解性能可分為水溶性果膠和水不溶性果膠；按分子量的大小分為低分子果膠和高分子果膠；按提取后是否經過結構改造分為提取果膠和改性果膠。一般商業(yè)果膠按照酯化程度，分為低酯果膠和高酯果膠，低酯果膠還包括酰胺化果膠和改性果膠。果膠的酯化度是指甲酯化的半乳糖醛酸基占總半乳糖醛酸基的百分比，即果膠中平均每 100 個半乳糖醛酸基位 C6 上以甲酯化形式存在的個數(shù)，叫DE 值或 DM 值。3.1 高甲氧基果膠高 甲 氧 基 果 膠（High Methoxyl Pectins or High Ester Pectins，HMP）即 高 酯 果 膠 ，其 半 乳 糖 單 元 通 常有超過 50%的被酯化，即 DE 值＞50%，其 DM 值在 7.0% ~ 16.3%之間。高 酯果 膠 不 與 Ca2 +發(fā)生反應，其 凝膠機 制 是 由 于 果 膠 分 子 間 疏 水 鍵 以 及氫鍵的相互 作 用 ， 形 成 凝 膠 依 賴 于 酸 的 含 量、果 膠的種類、濃度和可溶性固含物的含量。3.2 低甲氧基果膠低 甲 氧 基 果 膠 （Low Methoxyl Pectins or Low Easter Pectins，LMP） 被 酯 化 的 半 乳 糖 單 元 不 超 過 50%，即 DE 值＜50%，DM 值＜7.0%。低甲氧基果膠可與 Ca2+ 形成凝膠。LMP 凝膠機制則是由于果膠分子上游離梭基較多，能和二價或多價金屬陽離子形成交聯(lián)結構，同時起到中和果膠內影響分子間結合的陰離子的作用。它形成凝膠的強度取決于果膠濃度、種類、可溶性固形物含量、pH 范圍、緩沖液濃度和Ca2+ 的含量。低酯果膠對二價金屬離子的螯合特性被應用在醫(yī)藥排除重金屬方面。3.3 酰胺化果膠當果膠在脫酯過程中以氨取代酸，酯化的基團則會被酰胺基所取代，形成酰胺果膠。酰胺化度（Degree of Amid -action，DA）是指羧基基團處于酰胺形式的百分數(shù)。多數(shù)商品低酯果膠都是酰胺化，典型的 DA 值在 15%~22%間。酰胺化果膠能在較 高溫度下凝膠化，幾乎不需要Ca2 +，因此低甲氧基酰胺果膠的凝膠特性類受 Ca2 +濃度影響更小。3.4 改性果膠改 性 果 膠 （Modified Pectin，MP） 是 通 過 調 整 pH，利用酸、堿和酶等技術水解天然果膠而獲得的 一種分子量更小、酯化度更低、無分支的果膠多糖，分子量降低至 20 000 以下。與天然果膠相比，MP 單糖組分沒有根本的變化，更富含半乳糖醛酸、鼠李糖和木糖；并且具有比天然果膠更多的生理功能，其分子量降低也使改性果膠更容易被機體吸收而進入血液循環(huán)。目前市場上出現(xiàn)的果膠均為改性柑桔果膠（Modified Citrus Pectin，MCP）。據(jù)研究人員 發(fā)現(xiàn)：改性柑桔果膠具有較強的粘附功能，它特異地殺傷已突變細胞，使突變細胞在未形成之前即被清除；同時阻止突變細胞間的聚集及突變細胞粘附到鄰近的細胞和組織，因此具有良好的抗腫瘤性能[7]。圖 1 果膠的代表性結構
4 國內外研究現(xiàn)狀果膠抑制腫瘤的研究主要包括不同來源的果 膠對不同腫瘤的抗腫瘤效果及改性柑桔果膠抗腫瘤機理。4.1 原料來源目前真正有工業(yè)生產價值的果膠來源為柑橘果皮和蘋果榨汁廢渣。因此關于抗腫瘤果膠的來源主要集中于蘋果果膠和柑桔果膠的研究，特別是關于低分子柑桔果膠抗腫瘤活性的研究眾多，占果膠抗腫瘤相關研究的 97%以上。但也有部分科研工作者對人參果膠、甜菜果膠、西紅柿果膠、南瓜果膠、綠茶果膠的抗腫瘤活性等進行了實驗性研究[16~18]。范玉瑩[10]進行了人參果膠對細胞遷移的影響極的研究，結果發(fā)現(xiàn)人參果膠能特異性抑制 L-929 細胞的遷移，與對照組細胞相比，人參果膠對細胞遷移速度的****抑制可達 60％。其抑制作用不受血清的影響，說明人參果膠是血清依賴和血清非依賴兩種遷移途徑的抑制劑，并且發(fā)現(xiàn)富含聚半乳糖醛酸（HG）結構域的果膠級分對細胞遷移速度具有明顯的抑制作用，通過探討了人參果膠在細胞膜上的受體分子，結果發(fā)現(xiàn)人參 RG-Ⅰ型和 HG 型果膠對細胞遷移的影響并不是由 Galectin-3 介導，說明人參果膠和柑橘果膠的抗腫瘤機制不完全相似。徐厚巍[11]對低分子柑橘果膠殺傷結腸癌細胞過程中關鍵凋亡蛋白的活化進行了研究，發(fā)現(xiàn)低分子柑橘果膠不但對直腸癌肝轉移灶的形成有抑制作用，而且對于原發(fā)灶也有一定的限制作用，對結腸癌細胞株 SW116、 HCT116、HT -29、SW620、SW480 均 有 抑 制 作 用 ，且呈濃度依賴性，其中 HCT116 最敏感。低分子柑橘果膠可以誘導結腸癌細胞凋亡，其分子機制可能是活化內源性凋亡途徑中關鍵蛋白 Caspase-9，進而激活 Caspase-3 裂解 PARP 誘導細胞凋亡。張文博[9]發(fā)現(xiàn)改性柑桔果膠對宮頸癌和肝癌有一定的抑制活性，且改性果膠的甲氧基含量對其抗癌活性有一定影響。Tazawa K 等[16]研究了蘋果果膠對直腸癌的抑制活性，發(fā)現(xiàn)其能通過增強實驗小鼠的免疫功能，降低炎癥刺激從而有效阻止直腸癌的發(fā)生。Guess B W 等[13]發(fā)現(xiàn)柑橘改性果膠能夠抑制前列腺癌，改善前列腺癌患者的生活質量Tin W W 等[14]報道果膠具有抑制肺癌的效果，能夠有效防止肺癌惡化，并且認為半乳糖醛酸對于其抗癌有著重要的影響。4.2 改性柑桔果膠的抗腫瘤機理目前對于抑制腫瘤的種類研究主要集中于結腸癌、乳腺癌、宮頸癌、前列腺癌及肺癌等，而對于抗腫瘤機理的研究主要集中于柑桔果膠研究。多數(shù)科研工作者認為改性柑桔果膠的抗腫瘤作用機制 與腫瘤相關蛋白 Galectin-3 有關[17~19]。Galectin-3 是一種多功能蛋白，廣泛分布于正常細胞及腫瘤細胞，參與調節(jié)細胞生長與分化，與腫瘤的形成、發(fā)展 與轉移的全過程密切相關，其功能表達涉及腫瘤的侵襲與粘附、腫瘤新生血管的形成、細胞的凋亡調控及免疫識別等方面[20~22]。低分子改性柑桔果膠可以作為體內 Galectin-3 的配體的競爭性抑制劑，封閉腫瘤細胞表面的 Galectin-3 位點，阻止腫瘤細胞的形成與發(fā)展[23，24]。關于低分子柑桔果膠抑制腫瘤主要通過以下幾個環(huán)節(jié)。4.2.1 控制腫瘤細胞的失巢凋亡，誘導細胞凋亡研究顯示，低分子改性柑桔果膠（LCP）影響人前列腺癌細胞 JAC-1 的細胞周期，下調其 cyclin-B 及 cdc2，使細胞積累于 G2/M 期，誘導產生凋亡。 MCP 可明顯抑制 Galectin -3 對失巢凋亡 的抵抗作用[25，26]。Jackson C L 等[27]研究證實 MCP 自身擁有誘導凋亡的能力，并能夠有效對抗 Galectin-3 的抗凋亡作用。在 MCP 誘導多發(fā)性骨髓瘤凋亡的實驗中， 凋亡信號被證明由 Caspase-8 傳遞至 Caspase-3[28]。4.2.2 抑制腫瘤細胞在轉移靶器官的著床腫瘤細胞在失巢后，通過循環(huán)抵達遠處靶器官，在其脈管系統(tǒng)中停留，在 Galetin-3 的作用下，轉移的腫瘤細胞與血管內皮細胞粘附著床。著床后，Galectin-3 與腫瘤相關T 抗原相互作用，先是介 導腫瘤細胞定位于血管內皮細胞，緊接著又促使腫瘤細胞之間同型聚集于著床點[29]。MCP 有強大的抗粘附特性，能有效干擾癌細胞之間的同型聚集及其與血管內皮細胞相粘附。Lehr J E 等[30]在體外實驗中對 11 種抗粘附小分子進行了測試，證實 MCP 最能夠阻斷前列腺癌細胞與骨髓內皮細胞相粘附。體內試驗中，MCP 抑制乳腺癌細胞和前列腺癌細胞在肺、骨組織中形成轉移瘤的有效率大于 90%。4.2.3 抑制腫瘤細胞的侵襲腫瘤細胞著床于靶器官后，在微血管內增殖，進而穿透血管壁，侵入實質形成轉移瘤。在正常細胞與腫瘤細胞之間，存在由基底膜和細胞外基質構成的屏障，其主要是一些結締組織成分的混合物，包括膠原、粘蛋白及蛋白多糖等。轉移的腫瘤細胞必須經過與細胞外基質間的一系列反應，才能夠侵襲成功，形成轉移瘤。Glinskii O V 等[31]通過體外試驗發(fā)現(xiàn)，MCP 成功抑制了人乳腺癌及口腔癌細胞穿過由內皮細胞構建的人工基底膜模型，并且這種抑制作用呈劑量依賴性。Sathisha U V 等[32]研究也證 實了 MCP 具有抑制癌細胞侵襲力的能力。4.2.4 抑制腫瘤細胞早期轉移的克隆數(shù)隨著腫瘤細胞停留在遠處器官并穿出血管，其中的絕大多數(shù)癌細胞面臨著凋亡，只有不到 2%的癌細胞存活，形成微轉移。早期細胞克隆的存活是形成有效轉移的關鍵。Nangia M P 等[33]研究認為，MCP 能 夠 明 顯 影 響 體 外 血 管 肉 瘤 細 胞 的 克 隆 形成，并認為這一機制可能與降低 Galectin-3 的抗凋亡能力有關。4.2.5 抑制腫瘤血管生成腫瘤生長與血管形成密切相關，新生血管生成能力是腫瘤侵襲性的標志。MCP 能影響人內皮細胞對Galectin-3 的趨化性，降低血管生成能力，并且這種抑制作用呈劑量依賴性。Nangia M P 等[33]體外實驗證明予以濃度 0.1%的MCP 即能完全抑制血管生成。Liu H Y 等[34]在體內實驗中證實口服 MCP 能阻斷多種腫瘤細胞的生成和轉移。4.2.6 細胞毒藥物增敏及化療藥物抵抗后的逆轉腫瘤細胞對抗腫瘤藥物產生耐藥是導致腫瘤化療失敗的主要因素，也是困擾腫瘤治療的關鍵性難題，多數(shù)患者化療一段時間后產生不同程度的藥物 抵 抗 性 。 Chauhan D 等[ 35 ] 通 過 實 驗 證 明 抑 制 Galectin-3 抗凋亡功能，MCP 能現(xiàn)狀增加血管肉瘤細胞對多柔比星所誘導凋亡的敏感性，增強多發(fā)性骨髓瘤細胞對地塞米松誘導凋亡的反應性，逆轉多發(fā)性骨髓瘤細胞對硼替佐米的耐藥性。這種作用在與鉑類、孢堿類、硼替佐米、阿霉素類等細胞毒藥物共同作用時均有體現(xiàn)。5 展望低分子果膠的抗腫瘤研究取得了一定的進展，但其抗腫瘤機制尚未明確，因此需要從以下 4 個方面進行深入探索：對于抗癌果膠的分子量變化和酯化度對抗腫瘤效果的影響尚未見報道，因此構效關系的研究可以加快抗腫瘤果膠在臨床上的應用進程；抗腫瘤果膠的研究主要集中于結腸癌、前列腺癌、肺癌、宮頸癌、乳腺癌、肺癌和骨髓癌等少數(shù)癌癥，而對于血癌、淋巴癌、胃癌、鼻咽癌等的研究較少，因此，如果拓寬抗腫瘤的范圍研究有助于擴大果膠的臨床應用范圍，造福更多癌癥患者；果膠抗腫瘤報道的來源有蘋果果膠、人參果膠、柑橘果膠等，而對于蠶沙果膠、向日葵盤果膠、豆腐柴果膠、南瓜果膠等的抗腫瘤效果尚未報道。若能夠發(fā)現(xiàn)不同來源的果膠抗腫瘤的特異性有所不同或者相同，可以增加抗腫瘤果膠的生產量，減少廢棄資源的浪費現(xiàn)象；果膠可以增進化療藥物化療過程中的敏感性，而關于低分子果膠和常見的抗腫瘤藥物是否存在協(xié)同、拮抗、相加或者相反的作用報道較少。因此，如果能夠探索出果膠和常見化療藥物的相互作用關系，將有利于拓展低分子果膠在抗癌臨床上的應用。綜上所述，低分子果膠在抗腫瘤藥物的開發(fā)方面有著巨大的優(yōu)勢，但將其作為臨床腫瘤治療的一線藥物，還需對其抗腫瘤機制進行進一步探索，低分子果膠的分子量、酯化度和來源對于其抗腫瘤效果的影響以及和抗腫瘤藥物相互作用關系需要進 一步研究。參考文獻1 周松.果膠綜合論述.安徽師專學報,1995(4)∶76~80.2 張學杰,郭科,蘇艷玲.果膠研究新進展.中國食品學報,2010,10(1)∶ 167~174.3 焦云鵬,徐偉,朱秀靈,等.低酯果膠的制備、應用和研究進展.四川工業(yè)學院學報,2004(4)∶57~58.4 Ellen G M, Nigel J B, Keith W W, et al. 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The analysis was made on the effect of pectin and Galectin-3 in tumor in order to discuss the anti-tumor mechanism of pectin. Finally, the development trend of anti-tumor study of pectin was pointed out to provide references.Keywords: Pectin, anti-tumor, activity study, review - 上一篇：果膠在癌癥治療中的應用
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