蝎毒多肽的抗肿瘤作用机制

范红波，黄欣媛

(1.湖北职业技术学院 医学基础部，湖北 孝感 432000；2.湖北工程学院 生命科学技术学院，湖北 孝感 432000)

癌症是复杂的系统性疾病，传统的化疗和放疗由于靶向性不佳，对健康组织的毒性较大，因此需开发出新的疗法，其中颇具前景的方式是采用具有生物活性的天然产物，它们具有靶向性较好和副作用较少的优点[1]。蝎毒(Scorpion Venom)是一种具有抗癌作用的天然产物，主要由多种小分子肽和一些蛋白质和组成，前者是其主要的药用活性成分，称之为蝎毒多肽，一般有20～80个氨基酸残基，分子内通常含2～4个二硫键。平均每种蝎毒中约含70余种蝎毒多肽，具有很强的多态性。离子通道通常在癌细胞中失调或过表达，在癌症的发展和侵袭中起至关重要的作用。蝎毒多肽能靶向作用于离子通道，阻断、修饰或调节离子通道的活性，发挥出诱导癌细胞凋亡，抑制癌细胞增殖、侵袭、迁移和血管生成等多种抗癌活性。

1 癌细胞的离子通道

癌细胞的增殖、粘附和侵袭与离子通道息息相关，这些过程是通过离子通道调节细胞形态和体积的变化而发生的。

离子通道在许多癌症中失调或过表达，与细胞的癌变密切相关。例如，电压门控K+通道(Kv)、Ca2+激活的K+通道(Kca)以及电压门控Na+通道(VGSC)的Nav1.5、Nav1.6、Nav1.7亚型在胶质瘤、乳腺癌、结肠癌、前列腺癌等多种癌症中过表达[2-3]。电压门控Ca2+通道在乳腺癌、肝癌、胃癌、卵巢癌和胶质瘤中过表达，将这些肿瘤细胞中的Ca2+通道沉默后能够抑制细胞的增殖[4]。此外，胶质瘤特异性的Cl-通道的表达会随着细胞周期的进程而改变，用以调节胶质母细胞瘤的侵袭性[5]。这些结果说明离子通道可以作为癌症的特异性治疗靶点。

2 蝎毒多肽的抗癌作用

蝎毒是由多肽和蛋白质、无机盐、杂环组分等组成的复杂混合物，主要活性成分是能靶向作用于离子通道的蝎毒多肽，具有修饰、调节或阻断Na+、K+、Cl-和Ca2+通道的功能[6]。而肿瘤的发生发展和离子通道息息相关，因此，蝎毒多肽在抗肿瘤方面发挥了重要作用，其作用机制可综述如下。

2.1 增殖抑制和诱导细胞凋亡

已发现蝎毒多肽能抑制多种癌细胞系的增殖，主要的机制是诱导癌细胞凋亡，以及抑制DNA合成，将细胞阻滞于Go/G1期。例如：从Buthustumulus蝎子中分离出来的蝎毒多肽Iberiotoxin(IbTX)，可抑制Ca2+激活的K+通道KCNMA1(Kca1.1，BK)来降低宫颈癌HeLa细胞和卵巢癌A2780细胞的增殖[7]。来自Androctonuscrassicauda、Androctonusbicolor、Leiurusquinquestriatus、Odontobuthusdoriae和Rhopalurusjunceus的蝎毒全液减少了人的脑、乳腺、结肠、直肠、肺、子宫颈和喉癌细胞系的增殖，主要通过增加凋亡基因bax的表达、降低抗凋亡基因bcl的表达，上调bax/bcl的比率，以及增加caspase-3、8、9的活性并诱导凋亡配体Fas-L的表达来实现[8-13]。而来自Androctonusbicolor和Androctonuscrassicauda的蝎毒多肽能下调癌细胞的周期蛋白基因表达，分别将细胞阻滞于S期、Go/G1期[8，14]。Li等[15]发现一组来自Androctonusmauritanicus蝎毒多肽是潜在的抗癌肽，尤其是蝎毒多肽Gonearrestide通过调节细胞周期检查点蛋白的表达，对人结肠癌细胞系HCT116表现出极佳的抗增殖活性。动物试验也有类似的结果，如来自Androctonusamoreuxi的蝎毒能减少Ehrlich腹水癌模型小鼠的肿瘤大小，并且增加了荷瘤小鼠的存活率[16]；以及来自Leiurusquinquestriatus的蝎毒多肽下调了小鼠皮肤癌细胞生长相关细胞因子Ki-67、NF-kB、Cox-2、Bcl-2、VEGF和促炎症细胞因子TNF-α和IL-6的表达，从而降低了小鼠的皮肤癌发生率[17]。

东亚钳蝎ButhusmartensiiKarsch(BmK)的蝎毒多肽可以减少慢性粒细胞白血病K562细胞的增殖，抑制BCR/ABL融合基因及P210(BCR/ABL)蛋白的表达，并通过抑制上游活化因子Shh和Gli1的表达来阻断Hedgehog通路的激活，进而抑制慢性粒细胞白血病的进展[18-19]。该组分中可能含有一种蝎毒肽BmK-AGAP，它由66个氨基酸残基组成，分子量7142Da，能与电压门控Na+离子通道结合，主要用于镇痛[20]，Kampo等[21]最近研究了BmK-AGAP对乳腺癌细胞系的作用机制。浓度为5～60 μmol/L的BmK-AGAP抑制人乳腺癌MCF-7和MDA-MB-231细胞系的增殖、集落形成、干细胞活性和上皮-间质转化(EMT)，降低了有关基因和蛋白质的表达，如与癌细胞增殖有关的PTX3；与干细胞活性相关的PTX3、Oct4、SOX2和Nanog；与EMT相关的PTX3、N-cadherin和Snail。

2.2 抑制肿瘤新生毛细血管的生成

驱动新血管形成的生长因子、血管内皮生长因子(VEGF)和成纤维细胞生长因子等在癌细胞中都是过表达的。蝎毒多肽能抑制VEGF的表达，从而发挥抗肿瘤作用[22]。例如，对Ehrlich腹水癌模型小鼠每两天一次腹腔注射Androctonusamoreuxi蝎毒(0.22 mg/kg)，30天后，检测到肿瘤体积减小，肿瘤组织中VEGF和增殖标志物Ki-67的表达下调，促凋亡基因caspase-3表达上调，腹膜荷瘤小鼠的生存率相对于对照组显著提高[16]。此外，动物实验表明，将Leiurusquinquestriatus的蝎毒液局部给药于DMBA+巴豆油诱导的皮肤癌模型小鼠皮损部位，降低了小鼠皮肤癌发生率和肿瘤多样性，这与肿瘤的分子标志物如Ki-67、NF-κB和VEGF的表达下调是相关的[17]，提示蝎毒具有体内抗癌潜力，可用于抗癌药物的开发。

氯毒素(chlorotoxin，ClTx)最初也是从Leiurusquinquestriatus中分离出来的一种长度为36个氨基酸的蝎毒多肽，能与神经胶质瘤细胞特异性结合并抑制其细胞膜上的Cl-通道，但不与健康的神经胶质细胞结合。与此类似，ClTx的结构类似物——合成肽TM601也能选择性地特异作用于神经胶质瘤细胞，而不结合于正常的神经元、星形胶质细胞或成纤维细胞[23]，临床上可用于神经胶质瘤的肿瘤显像[24]。体外和体内实验证明TM601能阻断肿瘤的血管生成，例如用TM601处理在鸡胚绒毛尿囊膜上生长的人SK-Mel黑色素瘤、PC-3前列腺癌和U87-MG胶质母细胞瘤等细胞，减少了鸡的肿瘤血管形成[25]；基质胶塞实验显示TM601能抑制肿瘤中VEGF和血小板衍生生长因子的表达，减少小鼠的肿瘤微血管计数。

2.3 抑制肿瘤侵袭和转移

从Androctonuscrassicauda、Androctonusbicolor和Leiurusquinquestriatus分离的蝎毒多肽能通过降低基质金属蛋白酶(MMP)的表达，和/或降低细胞迁移和侵袭标志物FAK的磷酸化水平来抑制乳腺癌和结直肠癌细胞[10]以及胃癌细胞[26]的侵袭和转移。另外，ClTx对胶质瘤细胞侵袭和迁移的抑制作用研究得较为详细。ClTx可抑制人脑胶质瘤细胞D54-MG和CCF-STTG-1的迁移和侵袭。胶质瘤细胞侵袭大脑依赖于其细胞膜上的Cl-通道，以及胞内(而不是正常脑细胞内)MMP的高表达。阻断MMP-2和降低Cl-通道表达能防止神经胶质瘤细胞收缩和分泌MMP-2至细胞外基质[27]。研究发现ClTx选择性地结合MMP-2，但不结合其他MMP亚型，这种结合形成ClTx-MMP2复合物，降低了MMP-2的活性，在胶质瘤细胞中与膜上的Cl-通道一起内化到小窝筏中，耗尽了可用的膜Cl-通道并降低了MMP-2的水平，从而抑制了胶质瘤向脑内的侵袭[28]。Dardevet等[27]的体外实验也表明，ClTx通过抑制MMP-2降低胶质瘤细胞在脑组织紧密的胞外空间中的迁移能力。

BmK的蝎毒多肽与ClTx的氨基酸序列有很高的同源性，称为BmKCTx。同ClTx一样，BmKCTx也表现出对癌细胞迁移的抑制作用。体外实验发现BmKCTx作为Cl-通道阻断剂与人脑胶质瘤细胞SHG-44结合并抑制其增殖，其有效作用浓度比对正常星形胶质细胞产生抑制作用时低29倍[29]，并通过拮抗MMP-2抑制大鼠胶质瘤细胞C6的侵袭和迁移[30]。

2.4 免疫调节作用

离子通道失调是癌症发生发展的一个重要因素，因此靶向它们将成为基于T细胞的癌症免疫治疗的独特工具[31]。如前所述，蝎毒多肽对免疫细胞的多种促炎症标志物如N-κB、TNF-α和IL-6等的表达水平具有调节作用[17,21,32-33]。在免疫细胞中，Ca2+是调节细胞内信号转导途径和淋巴细胞活化的重要第二信使，而Na+和K+等单价阳离子主要调节负的膜电位，间接控制着Ca2+的流动以及细胞的信号转导和激活。因此，蝎毒多肽调节或阻断离子通道会影响到免疫细胞中的信号转导，降低炎症细胞因子的表达，进而下调炎症向癌症的转化进程。

电压门控Na+离子通道Nav 1.5在乳腺癌中过表达并与肿瘤进展相关[34]，如前所述，来自BmK的镇痛肽BmK-AGAP通过抑制或结合于Nav1.5而下调PTX3表达，导致NF-κB和Wnt/β-catenin信号传导途径和炎症因子TNF-α的产生都减少，证明了Bmk-AGAP在治疗炎症诱导的癌症中的潜力[21]。同样，BmK中70 ～ 80 kDa的组分通过抑制IκBα的磷酸化和降解，以及抑制p65向细胞核易位这两条途径来抑制NF-κB的活化[35]。另外，电压门控K+离子通道Kv1.3在Th17淋巴细胞的活化、增殖和生成细胞因子的过程中起重要作用。从Centruroidesmargartatus分离的蝎毒肽Margatoxin(MgTx)能特异性阻断Kv1.3[36]，而动物实验表明Kv1.3的阻断能缓解模型小鼠的实验性自身免疫脑脊髓炎和糖尿病，另外，基因敲除的Kv1.3-/-小鼠对自身免疫糖尿病和类风湿性关节炎也有抗性[37]。由此可见，蝎毒多肽对免疫细胞和有显著的免疫调节作用，通过下调炎症细胞因子的表达来缓和炎症诱导癌症的进程，这一作用是调节肿瘤发生和生长的重要途径。

此外，蝎毒多肽还能调节免疫细胞的活性来抑制肿瘤的浸润生长。韩琛等[38]的动物实验表明蝎毒多肽可促进自然杀伤(NK)细胞向H22细胞的肝脏原位移植瘤中迁移，提高浸润到肿瘤组织中的NK细胞的比例，诱导穿孔素和颗粒酶B的产生，有助于NK细胞杀伤活性的恢复，从而增强对肿瘤细胞的清除。

3 小结与展望

综上所述，多方面的研究表明蝎毒多肽在抗肿瘤方面具有多种作用机制：一是通过诱导肿瘤细胞凋亡来抑制其增殖，而不影响健康细胞(如淋巴细胞)增殖能力；二是阻断癌细胞的侵袭和转移能力以及抑制血管生成；三是通过降低一些癌症中发生的炎症级联反应来调节免疫细胞功能。因此，蝎毒多肽调节癌症的发生、发展和迁移等多个方面，具有开发成癌症靶向治疗药的潜力。值得注意的是，体外细胞实验发现一些蝎毒全液对肿瘤细胞起抑制作用的浓度很高(IC50> 500 μg/mL)，而当使用纯化的蝎毒肽或基因工程重组蝎毒肽时，IC50浓度显著降低。特别的是，当用基因工程手段引入更多的阳离子氨基酸到重组蝎毒肽中时，它们比对应的天然蝎毒肽的抗增殖能力更强[39]，原因在于肿瘤细胞质膜的外表面上存在大量带负电荷的磷脂酰丝氨酸，能和蝎毒肽的阳离子氨基酸产生静电吸引力作用。因此，加强对蝎毒多肽的结构和功能的研究将有助于开发出具有更好效力的抗肿瘤蝎毒制剂。