多糖的免疫调节与抗肿瘤作用的研究现状
雷林生
(南方医科大学药学院药物研究所)
多糖是多聚糖 (polysaccharides)的简称,由十个以上的单糖基通过糖苷键连接而成。2~9个单糖基通过糖苷键连接而成的聚糖称作低聚糖或寡糖(oligosaccharides)。由一种单糖组成的多糖称作均多糖(homosaccharide),由两种以上单糖组成的多糖称作杂多糖(heterosaccharide)。多糖广泛存在于生物体内,或以其本身或以糖蛋白或糖脂的形式存在。其主要功能是形成生物的支持组织(如:纤维素、甲壳素等)、贮存养料(如:淀粉、糖原等)、信息储存和信号识别(如:组织生长的调控、免疫调控)等。
特别是20世纪50年代末发现真菌多糖具有抗肿瘤活性以后,人们对各种多糖成分展开了广泛的研究。60年代以来日本学者对许多不同来源的多糖类物质进行了抗肿瘤筛选与结构研究,成功的例子有香菇多糖、裂褶菌多糖,它们被开发作为临床治疗肿瘤病人的辅助药物。80年代以后国内学者也对多糖类成分展开了广泛的研究。灵芝多糖、云芝多糖也广泛用作保健药品和辅助治疗药物。
免疫调节作用是多糖类物质最基本的作用,该调节方式主要通过以下几个途径实现:直接或间接激活巨噬细胞(MФ)、NK细胞和T、B淋巴细胞;促进细胞因子的生成与分泌;激活补体系统;促进抗体产生等。
大部分多糖均有抗肿瘤作用,目前认为以(1→3)-β-D-葡聚糖和以(1→4)-β-D葡聚糖占优势的多糖具有明显的抗肿瘤活性。至于多糖的抗肿瘤机制一直认为是通过增强免疫功能而介导的,但其具体过程并不清楚。除甘露聚糖作用于甘露糖受体以外,大多数多糖作用的受体是什么也没有明确的答案。直至20世纪末期,多糖的抗肿瘤机制及作用的受体才逐渐被揭示出来。以下分别从不同的角度来讨论多糖免疫调节与抗肿瘤的研究进展。
1 β-葡聚糖作用于补体受体3介导抗肿瘤效应 1999 年Yan J 等发表了一篇题为:“特异性生物调节剂β-葡聚糖在抗体引导下利用白细胞补体3受体识别和杀伤肿瘤”的文章[1] ,该文从受体水平揭开了酵母β-葡聚糖抗肿瘤作用的部分面纱。其作用机制简述如下:巨噬细胞、NK细胞、中性粒细胞上存在补体3受体 (CR3),该受体含有两个功能结构域(domain),其一与补体3裂解片断iC3b结合,称作iC3b结合位点;另一结构域与β-葡聚糖结合,称作凝集素(lectin)结合位点。针对肿瘤特异性抗原或相关抗原的抗体与肿瘤细胞结合后,暴露补体结合部位,从而激活补体经典活化途径,补体3(C3)被裂解为C

Fig 1. Illustration of anti-tumor mechanism for polysaccharides.
CR3: complement receptor type 3.
结
因此,作者认为β-葡聚糖与CR3的凝集素结合位点结合后使巨噬细胞、NK细胞、中性粒细胞处于预激活化状态(primed state),然后通过iC3b作为纽带,使效应细胞和靶细胞结合在一起,从而杀伤靶细胞。其证据是:β-葡聚糖介导的细胞毒性可被抗CR3抗体抑制,而对缺乏CR3受体的淋巴细胞不起作
用,在加入多糖前,用抗
CR3抗体处理淋巴细胞,可阻止受体的激活;在加入多糖后再加入抗CR3抗体,则能阻止激活的CR3与iC3b靶细胞的结合。根据这一原理,Cheung等[2]在裸鼠身上接种人神经母细胞瘤,然后用抗神经节苷脂的抗体和大麦β-葡聚糖进行联合治疗,其中β-葡聚糖灌胃,抗体静脉注射。结果发现,抗神经节苷脂的抗体能明显增强大麦β-葡聚糖的抗肿瘤作用。作者进一步研究发现[3],不管抗体针对何种抗原(如:神经节苷酯抗原GD2、GD3、分化抗原CD20、表皮生长因子受体、HER2),不管接种何种肿瘤(如:神经母细胞瘤、黑色素瘤、淋巴癌、表皮样癌、乳腺癌),也不管接种在何处(皮下、全身),β-葡聚糖与抗体的协同抗肿瘤作用均存在,而且,(1→3),(1→4)-β-D-葡聚糖的作用要优于(1→3),(1→6)-β-D-葡聚糖。如果小鼠白细胞上缺乏补体3受体(CD11b(-/-)), 或者小鼠缺乏补体3成分,这种协同作用消失。值得注意的是,在去除粒细胞的小鼠身上观察不到这种协同作用[4]。可见CR3是β-葡聚糖抗肿瘤的受体基础之一,而粒细胞是其效应细胞之一。这些结果充分证明这一假说的普遍意义。2 多糖作用于Toll样受体介导免疫效应 虽然以上提到的β-葡聚糖的抗肿瘤机制是通过CR3介导的,但并不能认为是唯一的机制,也不能排除免疫调节作用的参与。近年来,有很多研究发现多糖的免疫调节作用与Toll样受体有关。如:桔梗根多糖通过Toll样受体4激活巨噬细胞[5];刺五加多糖通过Toll样受体激活B细胞和巨噬细胞[6];红花多糖通过Toll样受体4激活转录因子NF-κ B 诱导巨噬细胞合成细胞因子[7] 。
Toll受体是在研究果蝇胚胎发育过程中发现的,与果蝇的背腹侧分化有关。后来又发现Toll受体在果蝇抗真菌、细菌等病原感染中亦发挥重要作用。之后在高等动物及人类也发现类似果蝇的Toll受体同源基因,命名为Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)。近年对TLRs的研究十分广泛和深入,到目前为止TLRs家族至少有10名成员被发现[8]。其中TLR2和TLR4与炎症及免疫调节关系密切,TLR4的配体主要是细菌内毒素(LPS)中的类脂A 和脂壁酸(lipoteichoic acid)[9]。 TLR2的配体较广泛,包括肽聚糖、脂蛋白、脂多肽、阿糖甘聚糖脂、酵母多糖等[10]。
人们之所以把多糖的抗肿瘤作用归结为免疫调节作用所致,其中的理由之一是多数多糖可以诱导和促进巨噬细胞分泌肿瘤坏死因子α(TNF-α)。虽然发现多糖促进TNF-α的产生与Toll样受体有关,但结论并不一致,如:酵母多糖通过TLR2 激活转录因子NF-κB,进而起动TNF-α基因转录,促进TNF-α的产生;而红花多糖被证明是通过TLR4激活NF-κB,最后促进TNF-α的产生;也有报道剌五加多糖既可通过TLR2又可通过TLR4激活NF-κB。造成这些结果不一致的原因之一可能是由于多糖本身结构的复杂性所致,不同来源的多糖其单糖组成、糖苷键的连接均有细微的区别。
3 β-葡聚糖作用于Dectin-1介导免疫效应 最新报道β-葡聚糖的主要受体是树突状细胞相关C型凝集素-1(dendritic cell-associated C-type lectin-1, 缩写为Dectin-1)[11],而且介导了巨噬细胞的生物功能,包括产生TNF-α [12]。Dectin-1是由Ariizumi 等[13]利用消减克隆策略(subtractive cloning strategy)从小鼠树突状细胞系XS52的总mRNA中克隆到的一个新基因,其蛋白质产物主要表达在细胞膜上。按照基因核苷酸推算,该蛋白含有244个氨基酸,由三部分组成,胞浆区(氨基酸编号1-44 )、推定的跨膜区(氨基酸编号45-68)、胞外区(氨基酸编号69-244),并推测在胞外区含有一个碳水化合物识别结构域基序(carbohydrate recognition domain motif) (氨基酸编号119-244)。当初认为Dectin-1主要表达在树突状细胞上,后来研究发现在多种细胞上均有表达,尤其是在单核/巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞上表达密度高,在一些T细胞亚类也有低水平的表达。人类dectin-1基因位于第12号染色体p12.3至p13.2之间,与自然杀伤细胞基因复合体(NK gene complex: 12p13.1 to p13.2)相郊, 与小鼠Dectin-1的区别在于前者有两个剪接变异体(splice variant),而且主要在白细胞群体上表达[14,15,16]。
4 多糖作用的信号转导机制 除了多糖作用的受体是近年研究的热点外,多糖作用的细胞后信号转导机制亦是众多学者关注的问题。一般只是粗略地观察多糖作用后哪些信号分子发生了改变,如:香菇多糖升高脾细胞内的Ca++浓度、cAMP、cGMP等[17],而系统研究多糖受体相关的或功能相关的信号转导机制的报道较少。新近,台湾学者报道了灵芝多糖促进中性粒细胞吞噬和趋化作用的信号转导机制[18],证明与肌醇磷脂3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase)、Src家族酪氨酸激酶 (Src-family tyrosine kinase)、蛋白激酶C(PKC)、p38丝裂原激活的蛋白激酶(p38 MAPK)等有关,但并没有阐明是通过何种受体介导的。
以细菌脂多糖(LPS)作为配体研究Toll样受体的信号转导机制比较深入,已有多篇综述文章进行了详细介绍[10,19],在此仅简述如下:LPS通过TLR4介导的TNF-α的合成主要通过以下机制实现:LPS-LBP-CD14复合物与人单核吞噬细胞TLR4结合触发胞内级联信号传导反应,首先TLR4胞浆区段与一个叫做衔接子 (adapter)的蛋白MyD88相互作用,依次激活IL-1受体相关激酶 (IRAK)、肿瘤坏死因子受体相关因子-6 (TRAF6 )、NF-κB诱导激酶 (NIK)和αβ-IκB激酶,最终使IκB磷酸化而降解,激活的NF -κB移位入核内,启动免疫反应基因转录激活,其中包括TNF-α基因。
5 多糖免疫调节与抗肿瘤作用的相关性 有大量研究报道,不管是来自真菌还是海洋生物或植物的多糖均有免疫调节和抗肿瘤作用。大部分报道认为,多糖在体外没有直接的杀伤肿瘤细胞的作用,只有少部分研究发现某些多糖在体外有细胞毒效应。因此,不难想象在体外没有直接杀伤肿瘤细胞作用的多糖很可能通过体内的某种生理机制而介导抗肿瘤,最有可能的是通过免疫系统介导,因为这些多糖具有免疫增强作用。然而多糖的免疫抗肿瘤假说又找不到直接证据,为此,我们研究小组以灵芝多糖为代表研究了灵芝多糖免疫调节与抗肿瘤的相关关系。结果发现,灵芝多糖灌胃给药对小鼠S-180肉瘤的抑瘤率与血液中淋巴细胞总数、CD4+ /CD8+细胞、肿瘤组织淋巴细胞体密度呈正相关[20]。这一结果明显提示灵芝多糖的抗肿瘤作用机制之一是通过增加免疫细胞的数量,从而抑制肿瘤的生长,达到抗肿瘤的目的,从而为多糖的免疫抗肿瘤假说提供了新的证据。
总体上看,多糖研究远远落后于对核酸和蛋白质的研究,其主要原因是多糖的结构比核酸和蛋白质更为复杂,目前还没有简便而快速的方法对多糖进行测序,人工合成多糖也是一件复杂而又耗时的过程。不管怎么说,科学工作者们还是在克服重重困难,不断前行,目前已可以通过比较简单的手段合成寡糖[21]。可以相信,经过科学工作者的艰苦努力,多糖的研究将会有突破性的进展。
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