乳鐵蛋白抗腫瘤作用及機(jī)制研究進(jìn)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(dòng)物的乳汁中，也分布在其他分泌液(淚液、精液、膽汁、關(guān)節(jié)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(xué)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(lái)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(jié)構(gòu)

乳鐵蛋白是1種鐵結(jié)合糖蛋白，屬于轉(zhuǎn)鐵蛋白家族，相對(duì)分子質(zhì)量約為80 kDa，大約由700個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成[2]，乳鐵蛋白中含有N-環(huán)和C-環(huán)2個(gè)同源球狀域。N-環(huán)對(duì)應(yīng)于肽鏈中的第1～333個(gè)氨基酸殘基，而C-環(huán)與第345～692個(gè)氨基酸殘基對(duì)應(yīng)，這2個(gè)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(zhì)，等電點(diǎn)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(jí)結(jié)構(gòu)，apo-lactoferrin的特點(diǎn)是有1個(gè)“開(kāi)放式”的N-環(huán)和1個(gè)“封閉式”的C-環(huán)，而holo-lactoferrin 2個(gè)環(huán)都是“封閉式”的。每個(gè)乳鐵蛋白分子能可逆地結(jié)合2個(gè)鐵、鋅、銅或其它金屬離子，2個(gè)結(jié)合位點(diǎn)分別位于2個(gè)蛋白球狀域中。每個(gè)金屬離子結(jié)合6個(gè)配體，其中4個(gè)來(lái)自肽鏈中的配體(2個(gè)酪氨酸殘基、1個(gè)組氨酸殘基和1個(gè)天冬氨酸殘基)，另2個(gè)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(fù)合物，它對(duì)鐵的親和力比運(yùn)鐵蛋白高出300倍。當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)炎癥時(shí)，在弱酸性介質(zhì)中，乳鐵蛋白對(duì)鐵的親和力增加。這種特性有利于鐵從運(yùn)鐵蛋白轉(zhuǎn)移至乳鐵蛋白中，因?yàn)檠装Y產(chǎn)生乳酸和其他有機(jī)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(gè)鐵原子)。研究表明，乳鐵蛋白不僅涉及鐵、鋅和銅離子的轉(zhuǎn)運(yùn)，而且能夠調(diào)節(jié)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(jié)合能力，甚至可能增加其結(jié)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(nèi)外，特別是當(dāng)濃度很高時(shí)。研究發(fā)現(xiàn)，在生理?xiàng)l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(zhì)的濃度，而多聚合形式的形成則受到Ca2+濃度的影響。當(dāng)Ca2+濃度為10-10～10-11g/mol時(shí)，乳鐵蛋白主要以單體形式存在；而當(dāng)Ca2+濃度提高到10-9～10-10g/mol后，乳鐵蛋白單體轉(zhuǎn)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(jié)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(xì)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(duì)體外培養(yǎng)的鼻咽癌細(xì)胞生長(zhǎng)特性的影響。待鼻咽癌細(xì)胞生長(zhǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)，用不同濃度的hLF作用于鼻咽癌細(xì)胞24 h，再加入噻唑藍(lán)MTT，繼續(xù)培養(yǎng)4 h，觀察hLF處理前后細(xì)胞的變化。MTT實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xiàn)劑量依賴(lài)。顯微鏡下可見(jiàn)，空白對(duì)照組癌細(xì)胞密集成片生長(zhǎng)，如鋪路卵石狀，細(xì)胞膜圓潤(rùn)，細(xì)胞間界限清楚，并隱約可見(jiàn)細(xì)胞核；經(jīng)hLF處理的各組細(xì)胞形態(tài)發(fā)生明顯的改變，隨hLF濃度增加，細(xì)胞從正常的增殖旺盛的貼壁生長(zhǎng)，逐漸表現(xiàn)為生長(zhǎng)緩慢，黏附力降低，細(xì)胞內(nèi)顆粒逐漸增多，且透明度降低，立體感較差，細(xì)胞形態(tài)完整性受損?？梢?jiàn)，人乳鐵蛋白對(duì)鼻咽癌細(xì)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(xué)預(yù)防劑，可抑制舌癌細(xì)胞增殖。Mckeown等[5]認(rèn)為乳鐵蛋白對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)，乳鐵蛋白對(duì)口腔鱗癌細(xì)胞增殖的抑制作用越強(qiáng)。Sakai等[6]研究了牛乳鐵蛋白對(duì)口腔鱗狀細(xì)胞癌的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)牛乳鐵蛋白可以通過(guò)誘導(dǎo)口腔癌細(xì)胞的凋亡來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。

王雷等[7]研究了重組人乳鐵蛋白對(duì)口腔癌細(xì)胞周期及周期因子表達(dá)的影響。待Tca8113口腔舌癌細(xì)胞生長(zhǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，用不同濃度的rhLF作用于Tca8113口腔舌癌細(xì)胞24 h，加入MTT，繼續(xù)培養(yǎng)4 h，顯微鏡下觀察。MTT法實(shí)驗(yàn)顯示，隨著重組人乳鐵蛋白作用濃度的增加，Tca8113細(xì)胞在細(xì)胞周期中的分布發(fā)生了明顯的變化，G0/G1期細(xì)胞數(shù)逐漸增加，S和G2/M期細(xì)胞數(shù)逐漸減少。除0.5 g/300 L外，其他濃度的LF均抑制Tca8113細(xì)胞增殖。Wolf等[8]研究發(fā)現(xiàn)，重組人乳鐵蛋白通過(guò)阻斷細(xì)胞從G0到G1期的轉(zhuǎn)化來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。重組人乳鐵蛋白對(duì)鼠的頭頸部鱗狀細(xì)胞癌HNSCC增殖具有抑制作用并呈現(xiàn)劑量依賴(lài)性，對(duì)正常細(xì)胞無(wú)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(xì)胞的增殖及腫瘤的血管發(fā)生。李志沭等[9]研究了重組人乳鐵蛋白對(duì)食管癌細(xì)胞體外增殖的影響。待Eca-109人食管癌細(xì)胞生長(zhǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，用不同濃度的hLF作用于Eca-109人食管癌細(xì)胞24 h，加入MTT，繼續(xù)培養(yǎng)4 h，顯微鏡下觀察。MTT實(shí)驗(yàn)顯示，濃度為5×10-3～40×10-3g/L的rhLF均顯著抑制人食管癌細(xì)胞Eca-109體外增殖，且呈現(xiàn)劑量依賴(lài)，最大劑量rhLF對(duì)細(xì)胞增殖的抑制率達(dá)57.8%。正常情況下細(xì)胞增殖與凋亡之間保持動(dòng)態(tài)平衡，這種平衡是維持多細(xì)胞生物自身穩(wěn)定的重要因素，這種動(dòng)態(tài)平衡的打破被認(rèn)為是增加癌可能的標(biāo)志。此研究表明，rhLF可以抑制食管癌細(xì)胞的增殖，促進(jìn)其凋亡，為保持正常細(xì)胞生長(zhǎng)的平衡狀態(tài)提供可能。Norrby等[10]的研究也認(rèn)為乳鐵蛋白可以抑制腫瘤的血管發(fā)生。乳鐵蛋白在體外具有抗上皮細(xì)胞增殖的活性并且可以強(qiáng)烈抑制血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子介導(dǎo)的血管發(fā)生。

2.4 抗卵巢癌

人乳鐵蛋白(hLF)可以有效抑制卵巢癌細(xì)胞的體外增殖。卵巢癌患者的死亡率居?jì)D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(shù)為主，化療為輔。仇志琴等[11]就人乳鐵蛋白對(duì)體外培養(yǎng)的、不同來(lái)源的卵巢癌細(xì)胞是否具有抑制作用進(jìn)行了研究。待SKOV3人卵巢癌細(xì)胞生長(zhǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，用不同濃度的hLF作用于SKOV3人卵巢癌細(xì)胞24 h，加入MTT，繼續(xù)培養(yǎng)4 h，顯微鏡下觀察。MTT實(shí)驗(yàn)顯示，濃度為6.25～50.00 μg/mol的hLF均顯著抑制3株卵巢癌細(xì)胞的增殖，且呈劑量依賴(lài)關(guān)系，其中對(duì)SKOV3的抑制率最為顯著。經(jīng)過(guò)hLF作用的各株卵巢癌細(xì)胞，在細(xì)胞形態(tài)學(xué)上發(fā)生了明顯的改變，不僅增殖力受到抑制，而且發(fā)生了較明顯的凋亡。結(jié)果表明，人乳鐵蛋白能夠有效地抑制癌細(xì)胞的增殖，同時(shí)對(duì)正常細(xì)胞無(wú)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(nèi)，發(fā)現(xiàn)實(shí)體瘤的體積明顯減小，且腫瘤體積的減小與LF干預(yù)天數(shù)相關(guān)。Varadhaehary 等[13]的研究表明口服rhLF能部分或完全阻止乳腺癌生長(zhǎng)，同時(shí)200 mg/kg的rhLF可以抑制頭頸鱗狀細(xì)胞癌(SCCVII)的生長(zhǎng)。有些學(xué)者[14，15]研究證實(shí)，乳鐵蛋白通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞增殖從而抑制腫瘤的發(fā)展。Hirofumi的研究表明，牛乳鐵蛋白的特別序列能與 DNA相結(jié)合，從而影響其轉(zhuǎn)錄活性。胃蛋白酶酶解產(chǎn)物中有這種能與DNA相結(jié)合的肽，與DNA結(jié)合后加快了轉(zhuǎn)錄的速度，從而引起淋巴細(xì)胞增殖。研究發(fā)現(xiàn)，乳鐵蛋白的抗頭頸部腫瘤作用是通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞增殖實(shí)現(xiàn)的。Kanyshkova等[16]發(fā)現(xiàn)乳鐵蛋白的異構(gòu)體具有DNA酶、RNA酶、ATP酶、磷酸酶和淀粉酶的活性，體內(nèi)研究認(rèn)為，乳鐵蛋白異構(gòu)體的酶活性具有細(xì)胞毒性和誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞凋亡的作用。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，人乳鐵蛋白可以抑制頭頸部鱗狀細(xì)胞癌，它是通過(guò)直接的細(xì)胞毒作用以及系統(tǒng)性的免疫調(diào)節(jié)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的[8]。Mckeown等[5]研究認(rèn)為大劑量或長(zhǎng)時(shí)間作用的乳鐵蛋白均可以誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。

綜上所述，乳鐵蛋白可預(yù)防和治療多種腫瘤，還未發(fā)現(xiàn)其嚴(yán)重不良反應(yīng)。因此，乳鐵蛋白是1種非常具有實(shí)用價(jià)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(diào)節(jié)劑應(yīng)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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