潘廣瑞(綜述)，趙　暉(審校)

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外一科，昆明 650000)

?

抗菌肽在腫瘤方面的研究進(jìn)展

潘廣瑞△(綜述)，趙暉※(審校)

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外一科，昆明 650000)

摘要：抗菌肽是天然免疫系統(tǒng)中的一種小分子多肽，其相對分子質(zhì)量小、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、水溶性好，而且結(jié)構(gòu)簡單、功能諸多?？咕某哂袕V譜抗菌活性外，還有抗真菌、抗病毒、抗腫瘤及促進(jìn)創(chuàng)傷修復(fù)等作用。目前大部分化療藥物往往同時(shí)抑殺腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞，因此關(guān)于抗菌肽抑殺腫瘤細(xì)胞的探討成為目前研究的熱點(diǎn)。近年研究發(fā)現(xiàn)，抗菌肽抑制腫瘤細(xì)胞作用的機(jī)制各異。

關(guān)鍵詞：腫瘤；抗菌肽；LL-37

抗菌肽結(jié)構(gòu)簡單，功能較多，是機(jī)體天然免疫的重要組成部分，人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的抗菌肽包括防御素、cathelicidins及histatin。抗菌肽是由基因編碼和信使RNA模板翻譯的具有多種活性作用的多肽。哺乳動(dòng)物中，巨噬細(xì)胞、噬中性粒細(xì)胞、上皮細(xì)胞、角化細(xì)胞和肥大細(xì)胞等均能表達(dá)抗菌肽。由于種間特異性，不同抗菌肽的表達(dá)方式也各不相同。一些抗菌肽具有強(qiáng)烈的直接殺菌特性，在生理相關(guān)條件下，多數(shù)抗菌肽的直接抗菌活性是受抑制的。隨著研究的逐步深入，人們開始關(guān)注抗菌肽的抗腫瘤活性。目前，抗腫瘤化療藥物大多會(huì)損傷正常細(xì)胞，引起嚴(yán)重的不良反應(yīng)，甚至導(dǎo)致耐藥性[1]?？咕臉O有可能成為新一代抗腫瘤藥物，目前關(guān)于其抗腫瘤作用的研究已成為熱點(diǎn)。現(xiàn)對抗菌肽的生物學(xué)特性及其抗腫瘤相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1抗菌肽LL-37的生物學(xué)特征

人類抗菌肽(human cathelicidin antimicrobial peptide，hCAP)-18是人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的cathelicidin家族的唯一成員，其相對分子質(zhì)量為18 000的陽離子多肽，本身不具有生物學(xué)活性，只有被加工處理后才形成活性多肽LL-37[2]。hCAP-18廣泛分布于各種上皮細(xì)胞(如皮膚、口腔、舌、食管、結(jié)腸、宮頸、肺、附睪等)內(nèi)，在機(jī)體非特異性天然免疫中發(fā)揮重要作用。LL-37最早發(fā)現(xiàn)于骨髓，一般認(rèn)為中性粒細(xì)胞是其主要的合成場所。LL-37以無活性的前體形式貯存，主要貯存在中性粒細(xì)胞的胞質(zhì)顆粒內(nèi)，其前體肽hCAP-18主要由骨髓內(nèi)中幼粒細(xì)胞和晚幼粒細(xì)胞合成，外周血成熟的中性粒細(xì)胞無hCAP-18的合成功能[3]。機(jī)體感染或炎癥時(shí)，在絲氨酸蛋白酶3和其他蛋白水解酶的作用下釋放出有活性的LL-37，參與宿主的防御反應(yīng)[2]。LL-37含有37個(gè)氨基酸殘基，N端前兩個(gè)殘基為亮氨酸，序列為LLGDFFRKSKEKIGKEFKRIVQRIKDFL- RNLVPRTES，相對分子質(zhì)量為4500，帶有6個(gè)正電荷[4]。N端疏水性很高，分子的中央部分(殘基13～34)形成典型的雙親性α螺旋結(jié)構(gòu)[5]。Li等[6]發(fā)現(xiàn)，LL-37 N端的1～12堿基片段沒有活性，而C端13～37片段不僅可以殺傷大腸埃希菌，而且可以殺傷對藥物敏感和耐藥的腫瘤細(xì)胞。LL-37在體內(nèi)和體外均可以促進(jìn)創(chuàng)傷愈合，Carretero等[7]報(bào)道，LL-37可以促進(jìn)表皮細(xì)胞再生和肉芽組織形成，從而促進(jìn)創(chuàng)傷愈合。

2抗菌肽與腫瘤的關(guān)聯(lián)

近年來，越來越多的研究證實(shí)抗菌肽與腫瘤之間存在著聯(lián)系，Gambichler等[8]報(bào)道，基底細(xì)胞癌患者腫瘤組織中人類β防御素1的表達(dá)水平明顯降低，而人類β防御素2信使RNA的表達(dá)水平比正常對照組顯著升高，提示抗菌肽可能在基底細(xì)胞癌的發(fā)病過程中起重要作用。hCAP-18/LL-37在多種乳腺癌細(xì)胞中強(qiáng)烈表達(dá)，而在鄰近間質(zhì)沒有表達(dá)，其可能促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的生長[9]。Coffelt等[10]報(bào)道，hCAP-18/LL-37在卵巢癌及基質(zhì)細(xì)胞中高水平表達(dá)，而在正常卵巢組織中局部表達(dá)；重組的LL-37刺激可使卵巢癌細(xì)胞增殖，提示LL-37對卵巢癌可能有促進(jìn)作用。此外，von Haussen等[11]通過建立動(dòng)物模型發(fā)現(xiàn)，LL-37可以促進(jìn)肺癌的生長。但Chuang等[12]報(bào)道，LL-37聯(lián)合免疫佐劑可以增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞的增殖和活性，抑制卵巢癌。總之，抗菌肽與腫瘤之間存在著某種關(guān)聯(lián)，但抗菌肽究竟是促進(jìn)腫瘤發(fā)生還是抑制腫瘤發(fā)生，各研究報(bào)道意見不一。

3抗菌肽抑制腫瘤的證據(jù)

Wu等[13]研究發(fā)現(xiàn)，LL-37在胃癌中低表達(dá)，可以抑制胃癌生長，阻止G1期向S期的轉(zhuǎn)變。Ren等[14]報(bào)道，LL-37對結(jié)腸癌細(xì)胞有明顯的抑制作用，而對正常的成纖維細(xì)胞有較小的影響；LL-37在正常結(jié)腸黏膜中高表達(dá)，但在結(jié)腸癌組織中低表達(dá)，其對結(jié)腸癌同樣起抑制作用。Suttmann等[15]報(bào)道，合成抗菌肽天蠶素A和天蠶素B對膀胱癌的增殖和生存有抑制作用，而對良性的纖維母細(xì)胞幾乎無影響。Wang等[16]選取了12種人腫瘤細(xì)胞并以人臍靜脈平滑肌細(xì)胞作為對照，研究抗菌肽temporin-1Cea的抗腫瘤活性，結(jié)果顯示，temporin-1Cea對不同的腫瘤細(xì)胞均有劑量依賴的細(xì)胞毒性，而對人臍靜脈平滑肌細(xì)胞無明顯作用。

4抗腫瘤機(jī)制

抗菌肽的抗腫瘤機(jī)制相比其抗菌機(jī)制較為復(fù)雜。目前，普遍認(rèn)同的抗菌肽抗腫瘤機(jī)制包括：①在腫瘤細(xì)胞膜上形成穿膜孔道，致使細(xì)胞死亡；②作用于細(xì)胞骨架使其結(jié)構(gòu)紊亂；③作用于線粒體，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；④抑制DNA合成，影響細(xì)胞增殖；⑤影響免疫效應(yīng)進(jìn)而殺死細(xì)胞。

4.1對細(xì)胞膜的破壞作用與正常細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和特性均發(fā)生了改變。主要表現(xiàn)為：①腫瘤細(xì)胞表面負(fù)電荷增加；②細(xì)胞膜流動(dòng)性增大；③腫瘤表面存在微絨毛結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞膜表面積增大[17]。常見抗菌肽大部分為陽離子抗菌肽，腫瘤的上述改變均有利于抗菌肽作用的發(fā)揮。因此，對細(xì)胞膜的破壞作用是抗菌肽抗腫瘤機(jī)制中最重要的一步。Slaninová等[18]研究發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)抗菌肽濃度達(dá)到或超過其半抑制率值時(shí)，才能大量并迅速進(jìn)入腫瘤細(xì)胞發(fā)揮殺傷作用?？梢?，抗菌肽需要達(dá)到一定臨界值后才能破壞細(xì)胞膜并進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮殺傷作用。

4.2對腫瘤細(xì)胞骨架的破壞作用細(xì)胞骨架是指真核細(xì)胞中的蛋白纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它不僅在維持細(xì)胞形態(tài)、承受外力、保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性方面起重要作用，而且還參與許多重要的生命活動(dòng)。王芳等[19]從細(xì)胞骨架入手，對抗菌肽CM4進(jìn)行研究，認(rèn)為癌細(xì)胞的細(xì)胞骨架和核骨架受到損傷。但抗菌肽CM4對正常人白細(xì)胞不僅沒有損害，相反能刺激其生長[20]。

4.3作用于線粒體誘導(dǎo)凋亡線粒體富含帶負(fù)電的膜磷脂，而常見的抗菌肽大多帶正電，抗菌肽可以通過正負(fù)電荷的相互作用殺傷腫瘤細(xì)胞?？咕目梢允辜?xì)胞膜的通透性增加，并且增加鈣離子內(nèi)流，進(jìn)入胞內(nèi)的抗菌肽通過靜電作用接近線粒體，并且與鈣離子協(xié)同作用于通透性轉(zhuǎn)變孔道，使其開放，線粒體跨膜電位下降，腺苷三磷酸的合成與釋放受到干擾[21-22]。線粒體外膜的完整性和細(xì)胞色素的釋放是由蛋白質(zhì)的Bcl-2家族調(diào)節(jié)的，這些蛋白彼此能形成異種二聚體并和線粒體相互作用，在決定細(xì)胞命運(yùn)的過程中發(fā)揮重要作用。Bcl-2靠阻止線粒體間隙蛋白的釋放抑制凋亡，而Bax刺激細(xì)胞色素C從線粒體中釋放而導(dǎo)致凋亡。凋亡誘導(dǎo)因子在正常情況下，位于線粒體膜間隙，當(dāng)?shù)蛲鲂盘?hào)刺激時(shí)，從線粒體釋放到細(xì)胞質(zhì)，再轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核中，導(dǎo)致核固縮和DNA斷裂。核酸內(nèi)切酶EndoG是從線粒體釋放的能直接剪切DNA的另一種蛋白，其介導(dǎo)的細(xì)胞死亡不需要胱天蛋白酶的激活[23]。Ren等[14]研究發(fā)現(xiàn)，LL-37可以增加凋亡誘導(dǎo)因子和EndoG在細(xì)胞核中的表達(dá)，并降低其在細(xì)胞溶質(zhì)中的水平；LL-37可以通過激活胱天蛋白酶非依賴途徑抑制結(jié)腸癌細(xì)胞。

4.4對DNA的破壞作用抗菌肽作用于腫瘤細(xì)胞后使其DNA裂解成碎片，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。Aarbiou等[21]報(bào)道，α-防御素和LL-37可以誘導(dǎo)肺癌A549細(xì)胞DNA斷裂而發(fā)揮抗腫瘤作用。劉忠淵等[24]研究了新疆家蠶抗菌肽與DNA的相互作用及其對DNA結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)抗菌肽可以與DNA雙螺旋的凹槽結(jié)合，并插入DNA序列中，使堿基對排列紊亂，最終導(dǎo)致堿基對斷裂，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，提示抗菌肽可以通過作用于腫瘤細(xì)胞的染色質(zhì)而發(fā)揮殺傷作用。

4.5對免疫系統(tǒng)的作用抗菌肽是機(jī)體免疫系統(tǒng)的組分，在機(jī)體天然免疫和獲得性免疫中發(fā)揮重要作用?？咕木哂屑?xì)胞趨化作用，能趨化單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和T細(xì)胞等，增強(qiáng)抗原呈遞細(xì)胞對腫瘤抗原的攝取和呈遞能力[25]。Davidson等[26]發(fā)現(xiàn)，抗菌肽LL-37可以提高樹突狀細(xì)胞的內(nèi)吞能力、增強(qiáng)吞噬受體的表達(dá)并提高協(xié)同刺激因子的表達(dá)等，影響后續(xù)免疫應(yīng)答。Ma等[27]建立了急性淋巴細(xì)胞性白血病的小鼠模型，通過研究發(fā)現(xiàn)，接種人類β防御素2的小鼠可顯著減少白血病的病理變化，加強(qiáng)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞的活性，促進(jìn)白細(xì)胞介素12和干擾素γ的產(chǎn)生。

5抗菌肽在抗腫瘤方面的應(yīng)用

目前關(guān)于抗菌肽的研究主要集中在動(dòng)物的藥效學(xué)水平，還沒有抗菌肽作為抗腫瘤藥物進(jìn)行臨床研究的報(bào)道。抗菌肽可以直接作為藥物發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。Gomesin是從蜘蛛紅細(xì)胞中分離出的抗菌肽，體外對黑色素瘤細(xì)胞B16F10-Nex2及多種人類腫瘤細(xì)胞有直接的細(xì)胞毒性，可用于局部皮下治療鼠黑色素瘤，使腫瘤生長減慢[28]?？咕某旧砭哂锌鼓[瘤作用外，還可以聯(lián)合其他藥物發(fā)揮作用，尤其對于耐藥腫瘤細(xì)胞的治療有明顯優(yōu)勢。天蠶素A與氟尿嘧啶、阿糖胞苷等多種化療藥物有協(xié)同作用[29]。LL-37聯(lián)合免疫佐劑可以增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞的增殖和活性，抑制卵巢癌[11]。

6小結(jié)

抗菌肽對腫瘤細(xì)胞具有高毒性，而對正常細(xì)胞低毒性或者無毒性?？咕目鼓[瘤機(jī)制主要通過殺傷細(xì)胞膜，也可能通過多種途徑發(fā)揮殺傷作用，抑制腫瘤生長?？咕莫?dú)特的抗腫瘤機(jī)制以及在選擇性和耐藥性方面的優(yōu)勢，使其在抗腫瘤方面有良好的應(yīng)用前景。但是，抗菌肽對乳腺癌、卵巢癌、肺癌等有促進(jìn)作用。相信隨著研究的深入，抗菌肽有望成為新一代抗腫瘤藥物或輔助治療藥物。

參考文獻(xiàn)

[1]Smith LL,Brown K,Carthew P,etal.Chemoprevention of breast cancer by tamoxifen:risks and opportunities[J].Crit Rev Toxicol，2000，30(5):571-594.

[2]Sφrensen OE，F(xiàn)ollin P，Johnsen AH，etal.Human cathelicidin，hCAP-18，is proceased to the antimicrobial peptide LL-37 by extracellular cleavage with proteinase 3[J].Blood，2001，97(12)：3951-3959.

[3]Sφrensen O,Arnljots K,Cowland JB,etal.The human antibacterial cathelicidin,hCAP-18,is synthesized in myelocytes and metamyelocytes and localized to specific granules in neutrophils[J].Blood，1997，90(7):2796-2803.

[4]Agerberth B，Charo J，Werr J，etal.The human antimicrobial and chemotactic peptides LL-37 and alpha-defensins are expressed by specific lymphocyte and monocyte populations[J].Blood，2000,96(9)：3086-3093.

[5]Koczulla R，von Degenfeld G，Kupatt C，etal.An angiogenic role for the human peptide antibiotic LL-37/hCAP-18[J].J Clin Invest,2003,111(11)：1665-1672.

[6]Li X,Li Y,Han H,etal.Solution structures of human LL-37 fragments and NMR-based identification of a minimal membrane-targeting antimicrobial and anticancer region[J].J Am Chem Soc，2006，128(17):5776-5785.

[7]Carretero M,Escámez MJ,García M,etal.In vitro and in vivo wound healing-promoting activities of human cathelicidin LL-37[J].J Invest Dermatol，2008，128(1):223-236.

[8]Gambichler T,Skrygan M,Huyn J,etal.Pattern of mRNA expression of beta-defensins in basal cell carcinoma[J].BMC Cancer，2006，6:163.

[9]Heilborn JD,Nilsson MF,Jimenez CI,etal.Antimicrobial protein hCAP18/LL-37 is highly expressed in breast cancer and is a putative growth factor for epithelial cells[J].Int J Cancer，2005，114(5):713-719.

[10]Coffelt SB,Waterman RS,Florez L,etal.Ovarian cancers overexpress the antimicrobial protein hCAP-18 and its derivative LL-37 increases ovarian cancer cell proliferation and invasion[J].Int J Cancer，2008，122(5):1030-1039.

[11]von Haussen J,Koczulla R,Shaykhiev R,etal.The host defence peptide LL-37/hCAP-18 is a growth factor for lung cancer cells[J].Lung Cancer，2008，59(1):12-23.

[12]Chuang CM,Monie A,Wu A,etal.Treatment with LL-37 peptide enhances antitumor effects induced by CpG oligodeoxynucleotides against ovarian cancer[J].Hum Gene Ther，2009，20(4):303-313.

[13]Wu WK，Sung JJ，To KF，etal.The host defense peptide LL-37 activates the tumor-suppressing bone morphogenetic protein signaling via inhibition of proteasome in gastric cancer cells[J].J Cell Physiol，2010，223(1)：178-186.

[14]Ren SX，Cheng AS，To KF，etal.Host immune defense peptide LL-37 activates caspase-independent apoptosis and suppresses colon cancer[J].Cancer Res， 2012，72(24):6512-6523.

[15]Suttmann H,Retz M,Paulsen F,etal.Antimicrobial peptides of the Cecropin-family show potent antitumor activity against bladder cancer cells[J].BMC Urol，2008，8:5.

[16]Wang C,Li HB,Li S,etal.Antitumor effects and cell selectivity of temporin-1CEa,an antimicrobial peptide from the skin secretions of the Chinese brown frog(Rana chensinensis)[J].Biochimie，2012，94(2):434-441.

[17]Gazit E,Lee WJ,Brey PT,etal.Mode of action of the antibacterial cecropin B2:a spectrofluorometric study[J].Biochemistry，1994，33(35):10681-10692.

[18]Slaninová J,Mlsová V,Kroupová H,etal.Toxicity study of antimicrobial peptides from wild bee venom and their analogs toward mammalian normal and cancer cells[J].Peptides，2012，33(1):18-26.

[19]王芳，張雙全，戴祝英.抗菌肽CM4組分對K562癌細(xì)胞染色質(zhì)DNA斷裂作用的SCGE研究[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，1998,25(1)：64-67.

[20]賈紅武，張雙全，戴祝英.抗菌肽CM4抗K562癌細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)觀察[J].動(dòng)物學(xué)研究，1997,18(2)：258-264.

[21]Aarbiou J,Tjabringa GS,Verhoosel RM,etal.Mechanisms of cell death induced by the neutrophil antimicrobial peptides alpha-defensins and LL-37[J].Inflamm Res，2006，55(3):119-127.

[22]Risso A,Braidot E,Sordano MC,etal.BMAP-28,an antibiotic peptide of innate immunity,induces cell death through opening of the mitochondrial permeability transition pore[J].Mol Cell Biol，2002，22(6):1926-1935.

[23]Liu PL,Chen YL,Chen YH,etal.Wood smoke extract induces oxidative stress-mediated caspase-independent apoptosis in human lung endothelial cells:role of AIF and EndoG[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2005，289(5):739-749.

[24]劉忠淵,徐濤,鄭樹濤，等.新疆家蠶抗菌肽Cecropin-XJ與細(xì)菌DNA相互作用的光譜研究[J].光譜學(xué)與光譜分析,2008,28(3):612-616.

[25]Rossi LN,Vassella F,Bajc O，etal.Benign migraine-like syndrome with CSF pleocytosis in children[J].Dev Med Child Nenrol,1985,27(2):192-198.

[26]Davidson DJ,Currie AJ,Reid GS,etal.The cationic antimicrobial peptide LL-37 modulates dendritic cell differentiation and dendritic cell-induced T cell polarization[J].J Immunol，2004，172(2):1146-1156.

[27]Ma XT,Xu B,An LL,etal.Vaccine with beta-defensin 2-transduced leukemic cells activates innate and adaptive immunity to elicit potent antileukemia responses[J].Cancer Res，2006，66(2):1169-1176.

[28]Rodrigues EG,Dobroff AS,Cavarsan CF,etal.Effective topical treatment of subcutaneous murine B16F10-Nex2 melanoma by the antimicrobial peptide gomesin[J].Neoplasia，2008，10(1):61-68.

[29]Hui L,Leung K,Chen HM.The combined effects of antibacterial peptide cecropin A and anti-cancer agents on leukemia cells[J].Anticancer Res，2002，22(5):2811-2816.

Research Progress of Antibacterial Peptides in the TumorPANGuang-rui,ZHAOHui.(DepartmentOneofUrologySurgery，KunmingMedicalUniversityFirstAffiliatedHospital,Kunming650000，China)

Abstract：Antibacterial peptide is a kind of small molecular peptide in the natural immune system.It has small molecular weight,good thermal stability and is water soluble.In spite of simple structure,it has many functions.Besides its broad spectrum antibacterial activity,it also possesses additional functions including antifungal,antiviral,antitumor and promoting wound healing.At present,most of the chemotherapeutic drugs could kill tumor cells as well as normal cells,therefore,the discussion about antibacterial peptides killing tumor cells is becoming a hot spot in current research field.It′s discovered in recent years that the mechanisms of antibacterial peptides inhibiting tumor cell functions are all different.

Key words:Tumor; Antimicrobial peptide; LL-37

收稿日期：2014-10-29修回日期：2015-02-27編輯：鄭雪

基金項(xiàng)目：云南省科技廳基金(2014FB031)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.18.020

中圖分類號(hào)：R730.59

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2084(2015)18-3318-03