蜂毒肽的抗癌作用及其机制

陈伊凡 胡福良 编译

（浙江大学动物科学学院，杭州310058）

蜂毒肽的抗癌作用及其机制

陈伊凡 胡福良 编译

（浙江大学动物科学学院，杭州310058）

癌症是危害人类健康的“头号杀手”。目前，全世界每年死于癌症的人数高达近1000万。尽管现代医学飞速发展，放疗、化疗等新的治疗手段不断涌现，但癌症对人类健康仍然很致命，癌症患病及死亡人数仍在逐年增加。因此，仍然需要继续探索全新的抗癌药物和治疗方式。研究表明，从蛇、蝎子、海胆、珊瑚、蜘蛛、蜜蜂等动物（包括昆虫）身上获得的毒性物质具有杀死癌细胞的功能。蜂毒，尤其是蜂毒肽的抗癌作用及其机制研究越来越受到人们的关注。本文对近年来国外学者在蜂毒肽的抗癌作用及其机制方面的研究进展作一介绍，旨在为蜂毒的开发利用提供参考。

1.蜂毒肽

蜂毒是工蜂毒腺和副腺分泌出的具有芳香气味的一种透明毒液，贮存在毒囊中，蜇刺时由蜇针排出。蜂毒的化学成分极为复杂，是含有多种活性肽的复杂混合物，包括蜂毒肽、蜂毒明肽、安度拉平、肥大细胞脱颗粒肽等。此外，它也包括磷酸酶A-2（PLA2）、透明质酸酶、生物活性胺和和非肽成分，如脂类、碳水化合物、游离氨基酸等，都含有细胞活性。从20世纪30年代以来，蜂毒的化学成分和药理学活性一直是研究的热点。随着化学分离方法的进步及分子水平和细胞水平研究的深入，蜂毒在其组分结构与功能方面不断取得突破。

蜂毒肽（Melittin）是蜂毒的主要活性成分，约占干物质的50%。由纽曼（W.Neuman）和哈伯曼（E. Habermann）于1952年采用纸上电泳法首先从蜂毒中分离出来。蜂毒肽的化学分子式为C131H228N38O32，由26个氨基酸组成，分子量为2847.5 Da，有很强的溶血活性。其氨基酸序列为：Gly-Ile-Gly-Ala-Val-Leu-Lys-Val-Leu-Thr-Thr-Gly-Leu-ProAla-Leu-Ile-Ser-Trp-Ile-Lys-Arg-Lys-Arg-Gln-Gln。1971年，蜂毒肽已被人工合成，合成品的生物活性与天然品相同。

蜂毒肽是一种天然去垢剂，有着很大的表面张力。尽管它作为单体或四聚物时是水溶性的，但很容易破坏细胞膜，导致磷脂双分子层结构的瓦解。这种蜂毒肽诱导的膜在形态学上的改变可能是由于荷尔蒙分泌的诱导，造成膜蛋白聚集和膜电势的改变。此外，蜂毒肽能刺激各种不同的酶，包括G蛋白、蛋白激酶C、腺苷酸环化酶、磷脂酶C和D。蜂毒肽在蜜蜂毒腺内通常呈四聚物形式，而在细胞裂解时呈现单体。蜂毒肽四聚物能引起神经末梢去极化，从而产生痛觉。蜂毒肽还能增强PLA2的活性，并且对活细胞具有多样化的作用。研究表明，蜂毒肽对造血系统相关细胞包括淋巴细胞、T细胞和红细胞具有细胞毒性，对肠细胞也有毒性。此外，蜂毒肽能影响细胞的代谢功能并破坏质膜造成酶系统的变化；另一方面，它的细胞溶解性也可能与合并成细胞膜的磷脂双分子层有关。

2.蜂毒肽的抗癌作用

早在1950年，Havas就报道了蜂毒的抗癌效果。McDonald等（1979）调查了接触蜂毒的养蜂人的死亡率。结果发现，那些因为职业原因接触蜂毒的养蜂人癌症死亡率略低于正常人群，而患肺癌的死亡率远远低于正常人群，其他疾病的死亡率则基本一致，这一结果表明了蜂毒潜在的抗癌作用。之后，大量研究证明了蜂毒的抗癌作用并鉴定出其主要功效成分为蜂毒肽。蜂毒肽对癌细胞的毒性机理包括细胞周期变更、细胞增殖和生长抑制作用、诱导细胞凋亡和坏死等。

Mufson等（1979）研究发现，蜂毒肽可能进入磷脂双分子层，表现出表面活性。蜂毒肽能导致磷脂质酰基的破坏，增加磷脂酶对磷脂水解的敏感性，增强磷脂中释放的花生四烯酸合成前列腺素的过程。

Hait等（1985）首次发现了蜂毒肽对癌细胞的体外抑制作用。他们发现蜂毒肽是钙调蛋白抑制剂，可以抑制人类白血病细胞的增长和集落生成。Lee和Hait (1985)也注意到了蜂毒肽对星形细胞瘤细胞的生长抑制作用。Lazo等（1985）在白血病细胞中也观察到了一个类似的机制。他们还发现蜂毒肽增强了人粒细胞巨噬细胞和红细胞样干细胞的博来霉素毒性。Lee和Hait（1985）研究还发现蜂毒肽的细胞毒性作用是与钙调蛋白的拮抗作用成比例的。这些研究支持了钙调蛋白的药理作用，即作为蜂毒肽抗恶性细胞增殖作用的细胞内靶点。

Killion和Dunn（1986）研究发现白血病细胞比正常小鼠脾脏细胞和骨髓细胞对蜂毒肽更敏感，原因是骨髓细胞膜上碳水化合物的结合位点数量很大。这些结合位点在成年脾细胞中趋于减少，而在变成肿瘤后几乎消失，从而使肿瘤细胞对于蜂毒肽更敏感。Zhu等（1991）观察到蜂毒肽在一定浓度下抑制肿瘤细胞如肺癌细胞的增殖，但并不会阻止正常细胞的生长。这些细胞反应的差异表明，正常细胞和肿瘤细胞之间信号通路的激活是不同的。蜂毒肽已经被证明对培养中的Ras致癌基因表达水平高的成纤维细胞尤其有效，它也增强了Ras致癌基因转化细胞的PLA2活性，导致选择性摧毁这些细胞。这些结果显示，蜂毒肽增强PLA2活性可以成为蜂毒肽细胞毒性对抗肿瘤细胞的目标。

研究证明蜂毒肽的细胞毒性对细胞坏死和凋亡都有效。蜂毒肽能导致血管平滑肌细胞核和肝癌细胞的凋亡。相反，蜂毒肽能造成大鼠胸腺细胞、小鼠骨骼肌细胞、胃肠肿瘤细胞的坏死，而坏死主要发生在红细胞、类淋巴母细胞、淋巴细胞和大鼠肺泡细胞中。

3.蜂毒肽抗癌作用的机制

昆虫产生的绝大多数裂解肽，包括从蜂毒中分离的肽，具有两性分子属性，它们通过造成缺陷、破坏或气孔形成，扰乱细胞膜双分子层的完整性。由此产生脂质双分子层的开放将导致跨膜电化学梯度的崩溃。与正常细胞较低膜电位相比，肿瘤细胞膜有一个很高的膜电位。因此，与正常细胞相比，裂解肽在肿瘤细胞中更大程度选择性破坏膜结构。蜂毒肽能够在各种肿瘤细胞中诱导细胞周期阻滞、增长抑制、凋亡和坏死。它对人类肝细胞瘤和神经胶质瘤细胞系产生明显的生长抑制和细胞毒性。在肝癌和骨肉瘤细胞株中，蜂毒肽通过上调线粒体膜蛋白7A6和Fas蛋白的表达诱导凋亡。

Moon等（2008）研究表明，蜂毒肽通过上调Bax和半胱天冬酶e-3激活和下调Bcl-2的凋亡蛋白（IAP）家族抑制剂，诱导白血病细胞凋亡；蜂毒肽诱导人白血病细胞凋亡的关键调节因子Bcl-2和半胱天冬酶-3是通过蛋白激酶信号通路控制的；蜂毒肽抑制体外前列腺癌可能与核因子-κappa B（NF-κB）/半胱天冬酶信号调节的凋亡细胞死亡诱导机制有关。蜂毒肽还通过半胱天冬酶-3、半胱天冬酶-9和多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶的裂解诱导人肝癌细胞凋亡，但不包括半胱天冬酶-8，因为它可以被钙螯合剂1,2-双(邻氨基苯)乙烷-N,N,N',N'-四乙酰酸钾盐和活性氧族（ROS）抑制剂N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC）阻断。这表明，蜂毒肽诱导的半胱天冬酶-3、半胱天冬酶-9和聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶的活性是由钙流入和ROS产生初始化的。此外，蜂毒肽诱导的人肝癌细胞凋亡作用，抵抗肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配合基（TRAIL）诱导的细胞死亡是由钙离/钙调素依赖蛋白激酶（CaMKII），转化成生长因子beta-激活的激酶-1（TAK1），和c-Jun氨基端激酶(JNK)/p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）造成的。蜂毒肽还增强了人肝癌细胞中TRAIL的凋亡作用，其机制是通过激活CaMKII-TAK1-JNK/p38信号通路，抑制IκBɑ激酶（IKK）-NF-κB通路。

蜂毒肽对经十四烷酸佛波醇酯（PMA）诱导入侵肾脏癌细胞，诱导基质金属蛋白酶-9（MMP-9）的表达中表现出抑制作用，MMP-9在癌细胞入侵和新陈代谢中扮演了重要的角色。蜂毒肽通过阻断PMA刺激的活化剂蛋白-1（AP-1）和NF-κB活性，抑制MMP-9基因表达。蜂毒肽也可以抑制PMA诱导的ERK和JNK丝裂原，活化蛋白激酶磷酸化。Jo等（2012）也报道了蜂毒肽可以通过加速死亡受体表达，诱导细胞凋亡来抑制卵巢癌细胞。研究发现，死亡受体下游促凋亡蛋白（半胱天冬酶-3、半胱天冬酶-8和Bax）的表达也增加，但是JAK激酶（JAK2）和信号转导及转录激活蛋白(STAT3)的磷酸化和Bcl-2的表达，在蜂毒肽处理后被抑制。

体内试验结果表明，蜂毒肽在Balb/c裸鼠中产生显著的癌细胞生长抑制。采用肝癌细胞系和裸鼠模型，Liuet等（2008）研究发现蜂毒肽通过抑制Rac1依赖通路，降低细胞能动性和迁移性从而抑制肿瘤细胞的新陈代谢。这些研究结果说明，蜂毒肽也可以被用作化疗试剂抵来抗体内肿瘤。尽管蜂毒肽对裸鼠肝癌细胞系表现出抑制作用，但给予体内高剂量的蜂毒肽会产生副作用，尤其是肝损伤和溶血作用。因此，考虑到慢性肝损伤和肝功能损伤时肝癌细胞总会进化，蜂毒肽的临床应用需要谨慎。当然，可以通过对蜂毒肽链的修饰来避免或减少蜂毒肽引起的副作用。Zhao等（2006）通过对蜂毒肽中Val 5到Arg、Ala 15到Arg的突变以及Leu 15的缺失，显著降低了其副作用（溶血作用），但仍保留其抗菌活性。这可以成为一种可能解决方法使蜂毒肽的临床应用变得安全，同时又能保持其体内效能。

4.结语

蜂毒及其主要成分蜂毒肽对不同种类的癌细胞，如肾、肺、肝、前列腺、膀胱、胸和白血病细胞中都有很强的毒性作用。因此，蜂毒肽在肿瘤治疗领域的应用前景十分广阔。

蜂毒和蜂毒肽的作用机理是与PLA2、半胱天冬酶和基质金属蛋白酶破坏肿瘤细胞的活性相关的。蜂毒肽和荷尔蒙受体的结合与蜂毒肽基因治疗可能对一些肿瘤，如乳腺肿瘤和前列腺肿瘤的治疗有用。Ling等（2005）报道携带蜂毒肽基因的重组病毒在肝癌细胞，包括体外和体内的抑制作用，显示动物毒性基因可以被用于抗肿瘤试剂。与蜂毒肽相比，编码蜂毒肽的基因序列比较短（78bp），对于特定目标治疗，其合成和转染会相对较容易。因此，蜂毒肽作为两性蛋白可以在肿瘤治疗中扮演重要角色。蜂毒肽在抵抗表达高水平的Ras致癌基因培养基细胞中的活性更强。此外，蜂毒肽增加了PLA2在Ras致癌基因转化细胞的活性，导致了它们的选择性毁灭，而且这种通过蜂毒肽的PLA2超活化作用，可以成为蜂毒肽抗肿瘤细胞的一个重要途径。

蜂毒肽的裂解属性是一个很有吸引力的抗癌特性。尽管对肿瘤细胞有广泛的细胞毒性，蜂毒肽也会对正常细胞产生毒性，在临床应用之前，需要对蜂毒肽的注射途径、具体剂量及对正常细胞可能的副作用做更多的研究。并且，蜂毒肽的药理作用如果没有合适的传递物质就难以实现。这一方面可以通过静脉注射拥有能够安全传递大量蜂毒肽的蜂毒肽纳米颗粒加以克服；另一方面，可以用现有的化疗药物与蜂毒肽药物相结合，可以在化疗过程中使标准化疗药物的浓度降至最低。