抗菌肽在肿瘤方面的研究进展

潘广瑞(综述)，赵　晖(审校)

(昆明医科大学第一附属医院泌尿外一科，昆明 650000)



抗菌肽在肿瘤方面的研究进展

潘广瑞△(综述)，赵晖※(审校)

(昆明医科大学第一附属医院泌尿外一科，昆明 650000)

摘要：抗菌肽是天然免疫系统中的一种小分子多肽，其相对分子质量小、热稳定性强、水溶性好，而且结构简单、功能诸多。抗菌肽除具有广谱抗菌活性外，还有抗真菌、抗病毒、抗肿瘤及促进创伤修复等作用。目前大部分化疗药物往往同时抑杀肿瘤细胞和正常细胞，因此关于抗菌肽抑杀肿瘤细胞的探讨成为目前研究的热点。近年研究发现，抗菌肽抑制肿瘤细胞作用的机制各异。

关键词：肿瘤；抗菌肽；LL-37

抗菌肽结构简单，功能较多，是机体天然免疫的重要组成部分，人体内发现的抗菌肽包括防御素、cathelicidins及histatin。抗菌肽是由基因编码和信使RNA模板翻译的具有多种活性作用的多肽。哺乳动物中，巨噬细胞、噬中性粒细胞、上皮细胞、角化细胞和肥大细胞等均能表达抗菌肽。由于种间特异性，不同抗菌肽的表达方式也各不相同。一些抗菌肽具有强烈的直接杀菌特性，在生理相关条件下，多数抗菌肽的直接抗菌活性是受抑制的。随着研究的逐步深入，人们开始关注抗菌肽的抗肿瘤活性。目前，抗肿瘤化疗药物大多会损伤正常细胞，引起严重的不良反应，甚至导致耐药性[1]。抗菌肽极有可能成为新一代抗肿瘤药物，目前关于其抗肿瘤作用的研究已成为热点。现对抗菌肽的生物学特性及其抗肿瘤相关机制的研究进展进行综述。

1抗菌肽LL-37的生物学特征

人类抗菌肽(human cathelicidin antimicrobial peptide，hCAP)-18是人体内发现的cathelicidin家族的唯一成员，其相对分子质量为18 000的阳离子多肽，本身不具有生物学活性，只有被加工处理后才形成活性多肽LL-37[2]。hCAP-18广泛分布于各种上皮细胞(如皮肤、口腔、舌、食管、结肠、宫颈、肺、附睾等)内，在机体非特异性天然免疫中发挥重要作用。LL-37最早发现于骨髓，一般认为中性粒细胞是其主要的合成场所。LL-37以无活性的前体形式贮存，主要贮存在中性粒细胞的胞质颗粒内，其前体肽hCAP-18主要由骨髓内中幼粒细胞和晚幼粒细胞合成，外周血成熟的中性粒细胞无hCAP-18的合成功能[3]。机体感染或炎症时，在丝氨酸蛋白酶3和其他蛋白水解酶的作用下释放出有活性的LL-37，参与宿主的防御反应[2]。LL-37含有37个氨基酸残基，N端前两个残基为亮氨酸，序列为LLGDFFRKSKEKIGKEFKRIVQRIKDFL- RNLVPRTES，相对分子质量为4500，带有6个正电荷[4]。N端疏水性很高，分子的中央部分(残基13～34)形成典型的双亲性α螺旋结构[5]。Li等[6]发现，LL-37 N端的1～12碱基片段没有活性，而C端13～37片段不仅可以杀伤大肠埃希菌，而且可以杀伤对药物敏感和耐药的肿瘤细胞。LL-37在体内和体外均可以促进创伤愈合，Carretero等[7]报道，LL-37可以促进表皮细胞再生和肉芽组织形成，从而促进创伤愈合。

2抗菌肽与肿瘤的关联

近年来，越来越多的研究证实抗菌肽与肿瘤之间存在着联系，Gambichler等[8]报道，基底细胞癌患者肿瘤组织中人类β防御素1的表达水平明显降低，而人类β防御素2信使RNA的表达水平比正常对照组显著升高，提示抗菌肽可能在基底细胞癌的发病过程中起重要作用。hCAP-18/LL-37在多种乳腺癌细胞中强烈表达，而在邻近间质没有表达，其可能促进乳腺癌细胞的生长[9]。Coffelt等[10]报道，hCAP-18/LL-37在卵巢癌及基质细胞中高水平表达，而在正常卵巢组织中局部表达；重组的LL-37刺激可使卵巢癌细胞增殖，提示LL-37对卵巢癌可能有促进作用。此外，von Haussen等[11]通过建立动物模型发现，LL-37可以促进肺癌的生长。但Chuang等[12]报道，LL-37联合免疫佐剂可以增强自然杀伤细胞的增殖和活性，抑制卵巢癌。总之，抗菌肽与肿瘤之间存在着某种关联，但抗菌肽究竟是促进肿瘤发生还是抑制肿瘤发生，各研究报道意见不一。

3抗菌肽抑制肿瘤的证据

Wu等[13]研究发现，LL-37在胃癌中低表达，可以抑制胃癌生长，阻止G1期向S期的转变。Ren等[14]报道，LL-37对结肠癌细胞有明显的抑制作用，而对正常的成纤维细胞有较小的影响；LL-37在正常结肠黏膜中高表达，但在结肠癌组织中低表达，其对结肠癌同样起抑制作用。Suttmann等[15]报道，合成抗菌肽天蚕素A和天蚕素B对膀胱癌的增殖和生存有抑制作用，而对良性的纤维母细胞几乎无影响。Wang等[16]选取了12种人肿瘤细胞并以人脐静脉平滑肌细胞作为对照，研究抗菌肽temporin-1Cea的抗肿瘤活性，结果显示，temporin-1Cea对不同的肿瘤细胞均有剂量依赖的细胞毒性，而对人脐静脉平滑肌细胞无明显作用。

4抗肿瘤机制

抗菌肽的抗肿瘤机制相比其抗菌机制较为复杂。目前，普遍认同的抗菌肽抗肿瘤机制包括：①在肿瘤细胞膜上形成穿膜孔道，致使细胞死亡；②作用于细胞骨架使其结构紊乱；③作用于线粒体，诱导细胞凋亡；④抑制DNA合成，影响细胞增殖；⑤影响免疫效应进而杀死细胞。

4.1对细胞膜的破坏作用与正常细胞相比，肿瘤细胞细胞膜的结构和特性均发生了改变。主要表现为：①肿瘤细胞表面负电荷增加；②细胞膜流动性增大；③肿瘤表面存在微绒毛结构，使细胞膜表面积增大[17]。常见抗菌肽大部分为阳离子抗菌肽，肿瘤的上述改变均有利于抗菌肽作用的发挥。因此，对细胞膜的破坏作用是抗菌肽抗肿瘤机制中最重要的一步。Slaninová等[18]研究发现，只有当抗菌肽浓度达到或超过其半抑制率值时，才能大量并迅速进入肿瘤细胞发挥杀伤作用。可见，抗菌肽需要达到一定临界值后才能破坏细胞膜并进入细胞发挥杀伤作用。

4.2对肿瘤细胞骨架的破坏作用细胞骨架是指真核细胞中的蛋白纤维网络结构，它不仅在维持细胞形态、承受外力、保持细胞内部结构的有序性方面起重要作用，而且还参与许多重要的生命活动。王芳等[19]从细胞骨架入手，对抗菌肽CM4进行研究，认为癌细胞的细胞骨架和核骨架受到损伤。但抗菌肽CM4对正常人白细胞不仅没有损害，相反能刺激其生长[20]。

4.3作用于线粒体诱导凋亡线粒体富含带负电的膜磷脂，而常见的抗菌肽大多带正电，抗菌肽可以通过正负电荷的相互作用杀伤肿瘤细胞。抗菌肽可以使细胞膜的通透性增加，并且增加钙离子内流，进入胞内的抗菌肽通过静电作用接近线粒体，并且与钙离子协同作用于通透性转变孔道，使其开放，线粒体跨膜电位下降，腺苷三磷酸的合成与释放受到干扰[21-22]。线粒体外膜的完整性和细胞色素的释放是由蛋白质的Bcl-2家族调节的，这些蛋白彼此能形成异种二聚体并和线粒体相互作用，在决定细胞命运的过程中发挥重要作用。Bcl-2靠阻止线粒体间隙蛋白的释放抑制凋亡，而Bax刺激细胞色素C从线粒体中释放而导致凋亡。凋亡诱导因子在正常情况下，位于线粒体膜间隙，当凋亡信号刺激时，从线粒体释放到细胞质，再转位到细胞核中，导致核固缩和DNA断裂。核酸内切酶EndoG是从线粒体释放的能直接剪切DNA的另一种蛋白，其介导的细胞死亡不需要胱天蛋白酶的激活[23]。Ren等[14]研究发现，LL-37可以增加凋亡诱导因子和EndoG在细胞核中的表达，并降低其在细胞溶质中的水平；LL-37可以通过激活胱天蛋白酶非依赖途径抑制结肠癌细胞。

4.4对DNA的破坏作用抗菌肽作用于肿瘤细胞后使其DNA裂解成碎片，最终导致细胞死亡。Aarbiou等[21]报道，α-防御素和LL-37可以诱导肺癌A549细胞DNA断裂而发挥抗肿瘤作用。刘忠渊等[24]研究了新疆家蚕抗菌肽与DNA的相互作用及其对DNA结构的影响，发现抗菌肽可以与DNA双螺旋的凹槽结合，并插入DNA序列中，使碱基对排列紊乱，最终导致碱基对断裂，DNA双螺旋结构松散，提示抗菌肽可以通过作用于肿瘤细胞的染色质而发挥杀伤作用。

4.5对免疫系统的作用抗菌肽是机体免疫系统的组分，在机体天然免疫和获得性免疫中发挥重要作用。抗菌肽具有细胞趋化作用，能趋化单核细胞、中性粒细胞、树突状细胞和T细胞等，增强抗原呈递细胞对肿瘤抗原的摄取和呈递能力[25]。Davidson等[26]发现，抗菌肽LL-37可以提高树突状细胞的内吞能力、增强吞噬受体的表达并提高协同刺激因子的表达等，影响后续免疫应答。Ma等[27]建立了急性淋巴细胞性白血病的小鼠模型，通过研究发现，接种人类β防御素2的小鼠可显著减少白血病的病理变化，加强细胞毒性T淋巴细胞和自然杀伤细胞的活性，促进白细胞介素12和干扰素γ的产生。

5抗菌肽在抗肿瘤方面的应用

目前关于抗菌肽的研究主要集中在动物的药效学水平，还没有抗菌肽作为抗肿瘤药物进行临床研究的报道。抗菌肽可以直接作为药物发挥抗肿瘤效应。Gomesin是从蜘蛛红细胞中分离出的抗菌肽，体外对黑色素瘤细胞B16F10-Nex2及多种人类肿瘤细胞有直接的细胞毒性，可用于局部皮下治疗鼠黑色素瘤，使肿瘤生长减慢[28]。抗菌肽除本身具有抗肿瘤作用外，还可以联合其他药物发挥作用，尤其对于耐药肿瘤细胞的治疗有明显优势。天蚕素A与氟尿嘧啶、阿糖胞苷等多种化疗药物有协同作用[29]。LL-37联合免疫佐剂可以增强自然杀伤细胞的增殖和活性，抑制卵巢癌[11]。

6小结

抗菌肽对肿瘤细胞具有高毒性，而对正常细胞低毒性或者无毒性。抗菌肽抗肿瘤机制主要通过杀伤细胞膜，也可能通过多种途径发挥杀伤作用，抑制肿瘤生长。抗菌肽独特的抗肿瘤机制以及在选择性和耐药性方面的优势，使其在抗肿瘤方面有良好的应用前景。但是，抗菌肽对乳腺癌、卵巢癌、肺癌等有促进作用。相信随着研究的深入，抗菌肽有望成为新一代抗肿瘤药物或辅助治疗药物。

参考文献

[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，Follin 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，张双全，戴祝英.抗菌肽CM4组分对K562癌细胞染色质DNA断裂作用的SCGE研究[J].生物化学与生物物理进展，1998,25(1)：64-67.

[20]贾红武，张双全，戴祝英.抗菌肽CM4抗K562癌细胞的超微结构观察[J].动物学研究，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]刘忠渊,徐涛,郑树涛，等.新疆家蚕抗菌肽Cecropin-XJ与细菌DNA相互作用的光谱研究[J].光谱学与光谱分析,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编辑：郑雪

基金项目：云南省科技厅基金(2014FB031)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.18.020

中图分类号：R730.59

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)18-3318-03