生物活性肽抗癌活性及其作用機制研究進展

李 寧 石愛民 劉紅芝 劉 麗 胡 暉 王 強

（中國農業科學院農產品加工研究所/農業部農產品加工綜合性重點實驗室 北京100193）

隨著物理、化學、生物等學科的不斷發展、融合及其各類技術在癌癥治療領域的應用，癌癥治療已取得一定效果，然而仍存在手術、放、化療法伴有毒副作用，長期使用可致癌細胞出現多重耐藥性，對人體健康細胞造成不可逆損傷，藥物利用度低，細胞特異性差等諸多不足[1]。當今社會中，癌癥患者的數量及其死亡率仍在持續增多，致死人數約占所有死亡人數的1/8，已成為影響人類健康的首要問題，給社會帶來嚴重的社會及經濟問題[2]。具有高特異性、高效性、低毒性的抗癌藥物及具有抗癌活性的產品成為研究的熱點。

生物活性肽（biologically active peptides，生物活性肽）是一類天然存在于動、植物和微生物等生物體內，或動、植物蛋白質經蛋白酶酶解，以及人工化學合成或用生物工程方法獲得，具有多種特殊生理活性的多肽類物質，是蛋白質中20 種天然氨基酸以酰胺鍵組成的從二肽到復雜線性、環形結構低分子肽或多肽類物質的總稱[3-4]。生物活性肽具有多種生理功能，其活性隨著氨基酸組成的不同以及氨基酸排列順序不同而發生改變?，F有研究表明，生物活性肽的抗增殖、抗微管蛋白和細胞毒性等生理活性，使得它們具有抗癌潛能，這在癌癥治療中有所貢獻[5-6]。

由于生物活性肽本身的不穩定性，且在制劑方式、貯存和體內代謝過程中受到各種因素的影響而變性失活，使其應用受到極大阻礙。如何利用不同的運載體系提高其生物利用度，也是目前關注的熱點。本文搜集、整理、分析國內外相關文獻318 篇，重點論述生物活性肽的概念、抗癌活性、作用機理及生物利用度提升等4 個方面，以期為生物活性肽在抗癌領域的應用提供指導。

1 生物活性肽概述

生物活性肽作為一種蛋白資源的利用方式，不僅具有易消化、吸收的營養特點，而且具有抗氧化、抗菌、抗癌、降血壓和提高人體免疫力等生理功能[7]。其相對分子質量在蛋白質和游離氨基酸之間，可避免游離氨基酸之間的吸收競爭，具有獨特的吸收機制，更容易被機體吸收利用，在醫藥、保健品、食品基料等方面具有很大的發展潛力，已成為當前國際抗癌藥物及具有抗癌活性的產品。

1.1 生物活性肽的分類

生物活性肽分類方法多種多樣，以性質分類可分為天然生物活性肽和制備生物活性肽；以原料屬性可分為動物源生物活性肽、植物源生物活性肽以及海洋生物活性肽。

本文根據生物活性肽的來源將其分為4 大類：

1） 天然肽類[8]指天然存在于動、植物和海洋生物體內，經直接提取法（抽提、分離純化、精煉）得到的一類生物活性肽，主要包括提取自動物臟器或內分泌腺分泌的肽類激素[9]，如蜂毒素、促生長激素釋放激素、蛇毒素等，該類生物活性肽多由于其細胞毒性，致腫瘤細胞凋亡，最終達到抗癌作用。該類方法存在制造成本較高，產品純度低，資源浪費嚴重，有機試劑食用量大等問題，使其在生物活性肽的提取制備中并不常見。

2） 酶解肽類 酶解肽類已成為保健及健康食品添加的主流，采用動物、植物以及海洋生物等蛋白質經單一或復合蛋白酶等在其最適條件下水解制得，它們包括花生肽、大豆肽、玉米肽以及各類畜產肽和水產肽等[10]。該類生物活性肽由于其制備特異性較強，通過不同酶種類或多酶偶聯等技術，可有效控制肽鏈長度、氨基酸序列等，使該類生物活性肽的抗癌機理不盡相同。

3） 發酵肽類 指微生物在特定溫度、pH、空氣組成等條件下發酵代謝過程中產生的生物活性肽，現已研發出200 多種微生物發酵肽類，多具有抗癌、抗菌活性，例如桿菌肽、放線菌素和爭光霉素等[11]，該類生物活性肽與酶解肽類相似，然而特異性及酶解可控性相對較差。

4） 人工合成活性肽類 在已知多肽氨基酸的組成和序列的前提下，采用生物工程或化學全合成方法進行人工合成。例如王強等[12]合成KLYMRP 花生短肽，并確定其與降血壓之間的構效關系。

1.2 生物活性肽的生理功能

自1975年Hughes[13]首先報道從動物組織中發現了具有類嗎啡活性的Met-腦啡肽和Leu-腦啡肽以來，學者們已從動物、植物和微生物中分離出多種生物活性肽，見表1。

表1 生物活性肽生理功能及其特點Table 1 Physiological functions and characteristics of bioactive peptides

根據生物活性肽的功能特性開發的功能性產品也越來越多，應用范圍也越來越廣，涉及生活的多個方面，如表2所示。

生物活性肽卓越的功能特性，使其應用范圍涉及食品、藥品、保健品、化妝品等多個領域。隨著生物活性肽研究的深入，其功能特性逐漸被開發，成為多領域研究的熱點。

表2 商業化生物活性肽產品Table 2 Commercial bioactive peptide products

2 生物活性肽抗癌特性研究進展

癌癥死亡人數逐漸上升到疾病致死人數的第2 位，患病人數達1 490 萬人，死亡人數820 萬。如何預防癌癥、治療癌癥已成為該領域研究的熱點。

2.1 生物活性肽抗癌特性

具有抗癌特性的生物活性肽一般多存在于動物、植物以及微生物代謝中，動物源抗癌肽多取自動物內臟或分泌腺，屬于肽類生長激素。除此之外，還有學者以血液、動物組織蛋白為原料，通過專一性酶解得到抗癌肽，屬組織激肽。

植物源抗腫瘤活性肽主要從小麥、大豆、核桃等植物種子中提取，如葛錫娟等[27]以大豆為原料，通過酶解值得大豆抗癌肽，IC50為0.47 mg/mL。分離組分得到平均相對分子質量為6 723 u 的組分，IC50為0.37 mg/mL，具有明顯抗癌特性。提取自植物種子中的露那辛，其分子質量為4 800 u，由43個氨基酸組成，研究表明，其具有顯著抗癌特性，小鼠實驗表明，露那辛試驗組與對照組相比，皮膚瘤發生率降低70%，顯示出其對腫瘤的突出抑制作用[28]。

表3 生物活性肽抗癌活性[26]Table 3 Anti-cancer activity of bioactive peptide

2.2 生物活性肽二級結構對抗癌特性的影響

隨著生物活性抗癌肽研究的深入，學者們發現，不同來源的具有抗癌功能的生物活性肽具有相似的結構特征，如含有精氨酸、賴氨酸和組氨酸的主要氨基酸成分[29]。氨基酸數量通常為5～40，二級結構通常為α-螺旋、β-折疊；多為呈陽離子小分子肽類；既具有親脂性又具有親水性的兩親性結構等[30-32]。

2.2.1 α-螺旋抗癌肽 α-螺旋抗癌肽廣泛存在于自然界中，研究表明該結構可有效殺死多種癌癥細胞，并與生物活性肽抗癌特性存在直接關系[33-34]。高捷[35]由鷹嘴豆酶解分離純化得到氨基酸序列為RQSHFANAQP 的肽段CPe-III 的二級結構中存在66%的α-螺旋結構，同時存在疏水性、親水性殘基并帶有正電荷，使其成為陽離子兩親性生物活性肽，決定了該肽段對于癌細胞的殺傷能力，采用高劑量飼喂較對照組腫瘤質量下降50%[35]。LehmannJan 等[36]從非洲爪蟾（Xenopuslaevis）中分離得到的Magainin，對卵巢癌、黑色素瘤以及淋巴癌具有顯著的體外滅殺活性，在裸鼠皮下移植腫瘤模型中局部注射，可完全殺傷腫瘤。同時，動物實驗表明其可顯著抑制小鼠腫瘤的生長，提高患病小鼠的存活率，平均存活時間達21 d。有報道顯示，從澳洲蛙類提取的Aurein 和Citropin，體外可抑制、滅殺90%以上的腫瘤細胞[37-38]。多數具有α-螺旋結構的生物活性多肽是以誘導細胞凋亡、壞死及特定周期阻泄途徑對腫瘤產生抑制、殺死作用。

2.2.2 β-折疊抗癌肽 從動植物中提取、酶解得到的具有抗癌特性的生物活性肽多具有β-折疊結構，且其結構相對復雜，折疊程度差別較大，結構單元多樣[39]。脯氨酸抗菌肽、哺乳動物、植物、昆蟲等防御素均為β-折疊型抗癌肽，其序列中含有的半胱氨酸使其分子內形成二硫鍵，在穩定構象和防止水解方面具有獨特的保護機制，使其在人體代謝途徑中相對穩定，最大限度地發揮功效。從魁蚶中提取的J2-C3，其二級結構中β-折疊結構為26%，體外實驗證實該肽段具有強烈的選擇性抗癌活性，通過氨基酸分析、模擬，得到其序列組成中含有大量Glx、Lys、Asx，其對A549 和HepG2細胞生長具有強烈的抑制作用[40]。

具有抗癌活性的生物活性肽中，α-螺旋和β-折疊結構扮演著主要角色，現有研究表明，少數具有線性結構或雜合環狀的生物活性肽也具有抗癌活性，如豬小腸中分離的肽段對于HLF 肝癌細胞具有強烈的抑制活力[41]。

3 生物活性肽抗癌特性作用機理

生物活性肽的結構決定了其生理活性，具有抗癌活性的生物活性肽在結構上存在α-螺旋和β-折疊以及線性結構或雜合環狀的差異，表現出兩親和正電性。從這些共同特性出發，結合文獻研究，綜述生物活性肽的抗癌作用機制。

腫瘤細胞表面呈負電荷，帶有正電荷的生物活性肽通過靜電吸附的形式與靶細胞膜吸附、結合，生物活性肽的兩親性結構中，疏水基團與靶細胞疏水基團結合，破壞靶細胞磷脂層，形成肽-磷脂復合分子，此時，生物活性肽的親水基團與胞膜結合制造跨膜通道，使生物活性肽分子進入靶細胞內部，打破靶細胞原有蛋白和脂質排列順序，同時靶細胞膜的通道可使胞內物質外溢，滲透壓穩定被破壞，進而導致細胞破裂或凋亡，從而起到抗癌作用[42-43]。

圖1 誘導癌細胞凋亡抗癌作用機理[29]Fig.1 The anticancer mechanism of inducing apoptosis of cancer cells[29]

Roshan S 等[44]以HepG2 肝癌細胞為靶細胞進行研究，發現試驗中采用的生物活性成分通過進入細胞，調整滲透壓，抑制器生長，使其凋亡，驗證了上述作用機理。ZhangL 等[45]的研究同樣是生物活性成分進入細胞內部，誘導線粒體凋亡，最終導致癌細胞凋亡，驗證了上述作用機理。Xiulan Su等[46]從免疫的山羊肝臟中分離和純化的抗腫瘤活性肽（ACBP），在建立的MGC-803 的胃癌細胞模型中，ACBP 對癌癥細胞的增殖有顯著的抑制效果，24 h 的抑制效果達到58.6%，而且增殖抑制作用具有持續性，48 h 后抑制率為69.7%。究其原因，是因為ACBP 可以誘導Bax 蛋白以及caspases過度表達，從而發揮抗腫瘤的作用。

不同來源、不同提取、制備方式的生物活性肽具有不同的作用機制，除上述誘導癌細胞凋亡方式外，誘導細胞周期停滯，抑制腫瘤干細胞，抑制血管生成等方式也逐漸被學者們揭示[33]，這些作用機理都具有靶向性和特異性，如圖2所示。

誘導癌細胞周期停滯主要是通過生物活性肽跨膜運動，直接進入細胞內部，與癌細胞內Bcl-2、p53、Bax 等過度表達組分特異性結合，阻礙整個細胞的代謝途徑，使癌細胞凋亡。

圖2 抗癌作用機理其他方式[29]Fig.2 Other mechanisms of anticancer action[29]

4 生物活性肽抗癌運載體系

生物技術的不斷革新，加快了其在跨學科領域的應用。生物活性肽類藥物、功能食品等產品逐漸增多，然而這類產品在胃腸道中易變性、易降解，穩定性差，口服利用度低，只能采用注射方式應用。頻繁的給藥以及給藥后局部濃度過高等等問題限制了生物活性肽的發展及應用。

脂質體是磷脂分散于水中形成的含有1 層或多層有序排列的磷脂雙分子層并包封有一定體積的內水相的類球狀的封閉囊泡。脂質體用作藥物載體，具有保護藥物活性，體內可降解，控制藥物的釋放，低藥物毒性，靶向性，生物相容性，具有其它藥物遞送系統無可比擬的優點。

4.1 脂質體的類型及其特點

脂質體囊泡的大小決定脂質體內循環的半衰期。粒徑的大小和雙層的數量影響脂質體中制劑的包封量等。不同類型的脂質體的特點如表4所示。

表4 脂質體結構及其特點Table 4 Structure and characteristics of liposomes

脂質體的粒徑及其分布決定了在體內運行及吸收的方式。大單式脂質體和多室脂質體粒徑較大，易被吞噬性細胞所攝取，而粒徑介于50～100 nm 的小單室脂質體可以躲避網狀內皮系統的吞噬作用。

脂質體的類型決定了脂質體的包封率、載樣量及其穩定性。根據待載成分的特性及實際用途，選擇相應的脂質體結構及類型，進而確定脂質體的制備方法，以確保得到最佳用途的脂質體制劑。生物活性肽具有良好的水溶性，制備單層脂質體及多層脂質體無法達到較好的包封率。滲透率及突釋現象使得生物活性肽在體內的釋放不理想。多囊脂質體95%以上的水性成分，較高的包封率（90%）及穩定性，成為生物活性肽類的藥物載體的研究熱點。

4.2 多囊脂質體制備方式及其產品

由于多囊脂質體的特殊結構，僅有復乳法可制備多囊脂質體，一般流程：根據不同需求，將不同處方用量的膽固醇、磷脂、甘油三酯溶于氯仿或其它有機溶劑中形成油相，隨后將含有待包載藥物的內水相與油相混合，高速分散得到W/O 乳液，迅速加入外水相（等滲）混合，震蕩制得W/O/W 復乳，最后，旋轉蒸發或通入氮氣除去有機溶劑，制得多囊脂質體。其中，初乳化速度、初乳時間、復乳化速度稱為多囊脂質體的制備工藝參數，決定了多囊脂質體的形成及其粒徑；而磷脂類型、濃度，膽固醇類型、濃度、油脂比等稱為多囊脂質體的處方參數，這些參數影響包封率、穩定性、緩釋時間等。如選用飽和磷脂（12～18 碳）時，包封率可由0.2%增加到56.9%。中性脂質存在于多囊脂質體磷脂骨架的縫隙，起支撐作用，同時控制脂質體的釋放速率，長效緩釋藥物一般采用三油酸甘油酯，而短效藥物采用三辛酸甘油酯[47]。在三油酸甘油酯和三辛酸甘油酯的釋放速率對比試驗中，當三油酸甘油酯濃度增加時，釋放速率隨之減慢，同濃度的三辛酸甘油酯的釋放速率是三油酸甘油酯的1.7 倍之多。另有研究采用混用不同比例的三油酸甘油酯和三辛酸甘油酯，結果表明：全部采用三油酸甘油酯時，釋放時間可達48h，累計釋放率約85%，而隨著三辛酸甘油酯比例的增加，釋放速率加快，全部采用三辛酸甘油酯的釋放時間不足12 h[48]。

隨著多囊脂質體制備技術的不斷完善，SkyePharma 公司將該技術開發平臺命名為Depo-Foam（泡沫儲庫技術）。目前上市的3 款產品分別為阿糖胞苷多囊脂質體（DepoCytR，SkyePharma）、硫酸嗎啡多囊脂質體（DepoDurR，SkyePharma）、布比卡因多囊脂質體（ExparelR，Pacira），3 款產品均為注射劑型，通過血液運載到達靶點，實現緩釋及各自藥物功效。

除以上上市藥物外，多囊脂質體得到多種需要實現體內緩釋的藥物研究者的青睞，如抗癌、麻醉劑、抗菌、黃酮類、抗病毒、陣痛等。

5 展望

現有癌癥治療方式的諸多缺點和對人體的傷害，使尋找癌癥預防和治療新方法、新藥劑迫在眉睫。具有抗癌特性的生物活性肽由具有毒副作用小，不產生耐藥性，特異性強等優點，已成為癌癥治療研究領域的熱點。

5.1 生物活性肽及其功能活性方面

我國蛋白資源豐富，為生物活性肽的提取、制備提供了優越的先決條件，然而，目前研究生物活性肽提取、制備范圍較窄，局限性較大，造成蛋白資源的嚴重浪費。如何合理、高效利用植源性、陸生動物源性、海洋生物等天然蛋白資源，開發生物活性肽，值得關注。不同排列組合的氨基酸順序使生物活性肽具有不同的功能活性。以20 種構成蛋白質的氨基酸為基本單元，進行排列組合，可形成多達1.05×1026個不同的生物活性肽，待開發的功能資源非常廣泛。以現有研究為基礎，開發更多具有不同功能活性的生物活性肽，揭曉不同組成的構效關系勢在必行。

5.2 生物活性肽抗癌特性方面

生物活性肽卓越的功能特性，受到多領域專家學者的青睞。隨著其抗腫瘤活性研究的不斷深入，生物活性肽已成為抗腫瘤藥物研究的新寵，然而其作為抗腫瘤藥物，發揮作用還存在一些問題。如大分子多肽類藥物進入人體可能會產生機體的免疫應答，生物活性多肽獨特的吸收機制導致無法專一作用于靶細胞；通過胃腸道降解，半衰期短，口服吸收差等。如何解決上述問題，通過提高生物活性肽的抗腫瘤效率，降低生產陳本；通過化學修飾或運載體系的搭建，增強抗癌生物活性多肽穩定性、緩釋性等是未來研究的重點。

5.3 生物活性肽靶向運載體方面

多囊脂質體研究至今有20 多年的歷史，且有工業化生產。作為緩釋運載體系，同時具有水溶性藥物包封率高、載藥量大等卓越性質，多囊脂質體的應用日益廣泛。然而，多囊脂質體的長效穩定性，粒徑相對較大不宜靜脈注射，多為懸濁液不利于保存和運輸等問題，嚴重制約了多囊脂質體的發展和應用。通過研究多囊脂質體的制備工藝、處方工藝或對多囊脂質體進行修飾，可解決上述制約多囊脂質體發展和應用的問題，充分發揮多囊脂質體的優勢，擴充其應用領域。

綜上所述，生物活性肽可作為新的抗癌制劑，而多囊脂質體可作為運載體，使生物活性肽到達患處，實現長效緩釋。通過研究生物活性肽的包載濃度、多囊脂質體的制備工藝、處方工藝、靶向運載修飾，進一步提高多囊脂質體包載生物活性肽的包封率、緩釋速度、穩定性以及靶向性，達到有效抑制、治療癌癥的目的，減少患癌幾率以及癌癥患者的痛苦，為人類的健康發展作出貢獻。