中药多糖对肿瘤微环境的作用

申力

1.黑龙江中医药大学 哈尔滨 150040 2.中国中医科学院中医基础理论研究所

肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）[1-2]，维持着肿瘤细胞周围的低氧、低营养、低PH值[3]，由癌细胞、细胞外基质、周围血管、其他非恶性肿瘤细胞和相关信号因子等组成。这种微环境与细胞之间相互作用，可促进癌细胞生长和迁移[4]。研究表明，恶性肿瘤进展和转移不依赖于癌细胞自主机制，而是受TME调控[5]，实体瘤细胞的生长可影响邻近细胞行为[6]，TME中包含的多种免疫细胞、生长因子、成纤维细胞等可作为化学引导物刺激其他细胞迁移进入TME[7]；低氧、酸性环境以及对免疫细胞的抑制，可形成免疫逃逸[8]，使癌细胞获得耐药性[9]；缺氧环境刺激血管畸形生长、改变基质结构，帮助肿瘤增殖和迁移[10]。目前，改善TME的治疗手段已经在增强药物递送和抗癌方面显示出相当潜力[2]。

中药多糖是由醛糖或酮糖通过糖苷键连接形成的天然大分子化合物，存在于一切细胞膜结构中，参与细胞的各种活动[11]，具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、免疫调节等功能[12]。研究发现，具有抗肿瘤活性的多糖主要来自动物多糖、植物多糖和微生物多糖。如蜈蚣多糖、黄芪多糖、灵芝多糖等[13]，除直接杀伤肿瘤细胞外，还可通过调节免疫、增效减毒等方式发挥抗肿瘤作用。近年来，中药多糖对肿瘤微环境的改善越来越受到重视。本文通过在中国知网（China National Knowledge Infrastructure,CNKI）、万方、维普、Pubmed、Web of Science数据库中输入关键词“中药多糖（Chinese medicine polysaccharide）”“肿瘤微环境（tumor microenvironment）”，检索并对文献内容进行总结，探讨中药多糖对TME的影响以及调节方式，以期为相关药物的研发和恶性肿瘤的治疗提供思路。

1 直接杀伤癌细胞

癌细胞是TME的重要组成部分，恶性肿瘤释放多种信号因子，促使TME形成。恶性肿瘤的两大标志是肿瘤不受控制的增殖能力与抵抗细胞死亡的能力，研究表明，可调控的程序性死亡——坏死性凋亡，与肿瘤发生发展关系密切，在肿瘤细胞发生发展的过程中，坏死性凋亡常常受到抑制[14]。目前认为细胞凋亡主要通过两条途径，即死亡受体途径（外源性途径）和线粒体途径(内源性途径)，而诱导肿瘤细胞凋亡主要依赖于后者。抑癌基因是一类能够抑制细胞过度生长增殖、调控和遏制肿瘤形成的基因，目前已发现10余种。P53是最常见的突变肿瘤抑制因子，目前已知其与调节增殖、衰老和凋亡的转录因子有关，突变的P53基因，足以引起至少一半的常见癌症[15-16]。中药多糖可直接影响恶性肿瘤的生长，改变其生物膜细胞特性，影响细胞内信号传导途径、抗自由基，诱导肿瘤细胞凋亡，调控相关基因表达[16]。体外实验结果表明，中药多糖可抑制多种人癌细胞系增殖，包括胃癌、肠癌、食管癌、肺癌、乳腺癌、黑色素瘤等，停滞肿瘤细胞周期，诱导癌细胞凋亡或阻碍其分化[17-20]。褐藻多糖、黑芝麻多糖、富硒灵芝多糖、当归多糖、红花多糖等可通过下调survivin表达、调节Caspase蛋白酶活性、调节B淋巴细胞瘤-2基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）和 Bax表达、调控抑癌基因 P53途径、激活线粒体途径等方式，诱导肿瘤细胞凋亡[18]。

2 活化免疫细胞

在TME中，癌细胞释放信号因子，对相关免疫细胞产生抑制作用[19]，获得免疫逃逸而增殖的癌细胞又可促进TME，形成恶性循环。巨噬细胞受癌细胞“劫持”，由具有抗肿瘤活性的 M1亚型向支持癌细胞的M2亚型分化[20-22]，高比例的免疫抑制性巨噬细胞及其细胞因子，还可诱使淋巴细胞向肿瘤保护性亚型分化[21-23]；癌细胞通过免疫检查点干扰自然杀伤细胞(natural killer cell，NK)受体和配体的识别结合[22-25]，并抑制淋巴细胞功能，促进其凋亡[23]，降低淋巴细胞对肿瘤的浸润，致使相应的免疫治疗失败[24]；肿瘤组织中浸润的树突状细胞（dendritic cell，DC）多不成熟，所分泌的免疫抑制性细胞因子，有助于癌细胞免疫逃逸[25]。中药多糖可激活免疫细胞，逆转TME免疫逃逸[26]。

2.1 巨噬细胞 党参多糖、商陆多糖[27]等，可通过与Toll样受体(toll-like receptors，TLRs)结合，恢复巨噬细胞的吞噬功能。TLRs/MAPK/NF-κB通路是影响调节巨噬细胞免疫作用的重要途径，中药多糖与TLRs特异性结合后，激活丝裂素活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPKs）和核因子 κ-轻链增强子激活的 B 细胞（nuclear factor κ-light-chain-enhancer of activated B Cells，NF-κB），可释放多种细胞因子调节巨噬细胞，激活先天性免疫及适应性免疫，杀伤癌细胞[28]。

2.2 自然杀伤细胞 枸杞多糖[29]、猴头多糖、牛膝多糖等可提高NK细胞活性，刺激NK细胞增殖，并提高其他免疫细胞抗癌效应，灵芝多糖能通过整合素消除黑色素瘤细胞和纤维原之间的黏附，打破癌细胞对NK细胞的免疫壁垒[30]。

2.3 淋巴细胞 柴胡果胶多糖[31]、仙茅多糖、当归多糖[32]等能促进淋巴细胞有丝分裂、增殖、成熟，活化T、B细胞，提高细胞、体液免疫功能[33-34]。云芝多糖可刺激人外周淋巴细胞从G1期进入S期，明显增加CD4+细胞，升高CD4+/CD8+比值[34]。云芝多糖治疗由肿瘤或药物所致的T细胞功能下降，已广泛应用于日本[35]。

2.4 DC细胞 猪苓多糖、茯苓多糖、当归多糖等可通过诱导DC细胞成熟、分化，使之发挥抗原呈递功能，与T细胞和B细胞结合，激活NK细胞，上调肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素-1β（Interleukin-1β，IL-1β）等细胞因子，逆转肿瘤细胞的免疫抑制环境[36-38]。

3 抑制肿瘤增殖和转移

3.1 调节炎症介质 炎症和炎性调节分子在TME形成中发挥重要作用，与癌细胞的上皮间质样转化（epithelial-mesenchymal transition,EMT）关系密切。恶性肿瘤可以改变某些炎症细胞类型，使其从抑制转为促进[37]，并释放信号分子，使受其调控的多种炎性因子高表达，激活髓样来源的抑制性细胞、肿瘤相关巨噬细胞，直接抑制相关免疫细胞功能，刺激更多免疫抑制性分子的分泌，形成TME恶性循环[38]。巴戟天多糖、云芝多糖[39]、香菇多糖[40]等均可通过升高TNF-α、IL-2、IL-6水平，降低IL-10水平等方式拮抗肿瘤细胞对炎症因子表达的干扰作用，进而增强免疫细胞功能，逆转TME，抑制癌细胞生长和转移。

3.2 保护细胞外基质 细胞外基质（extracellular matrix，ECM）可指导细胞生长、存活、迁移和分化，并调节血管发育和免疫功能，在TME中，被破坏的ECM发挥着维持癌细胞增殖、无限复制、促进肿瘤局部血管增生、帮助肿瘤细胞侵袭和转移、逃避生长抑制因子刺激等作用[41-42]。黄芪多糖[42]、红花多糖[43]、红豆杉多糖、金钟柏多糖[44]等可下调基质金属蛋白酶（matrix metalloprotinases，MMPs）或上调金属蛋白酶组织抑制剂（tissue inhibitor of metalloprotinases，TIMPs）水平，减少肿瘤细胞对ECM的降解，逆转TME，抑制癌细胞浸润、扩散和转移。

3.3 调节成纤维细胞 成纤维细胞主要负责ECM的合成，帮助创伤愈合。组织学研究表明，肿瘤属于“不愈合的伤口”[45-46]，因而在伤口愈合、生成血管过程中，适应性的ECM重塑和上皮增生便有助肿瘤发展，形成TME[46][47]。癌症相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）既可分泌多种生长因子，直接刺激肿瘤细胞生长，还可以通过表达MMPs增强ECM对肿瘤生长的促进作用[48]，并降低细胞毒性CD8+T细胞肿瘤的杀伤[49]。研究表明，夏枯草多糖[50]可抑制碱性成纤维细胞生长因子的表达，进而抑制乳腺癌CAFs的生长和迁移；黄精多糖可选择性抑制前列腺CAF生长，而不抑制正常成纤维细胞生长[51]；竹荪多糖可下调α-平滑肌肌动蛋白表达，抑制前列腺癌CAFs功能，逆转TME[52]。

3.4 调节血管系统 TME中异常的血管系统导致肿瘤低氧、低PH微环境[53]，静息血管感受到来自缺氧环境的血管生成信号，从现有脉管系统生成结构混乱的分支，这些不均匀管腔通常是渗漏的，导致TME中血流、营养及药物分布不均，反过来又会增加缺氧，促进肿瘤发展[54]，其异常血管的增生与转化生长因子β-纤连蛋白轴增强外周-内皮细胞结合相关[55]。云芝多糖、虫草多糖等能上调抑制肿瘤血管形成的TNF，当归多糖、党参多糖、猪苓多糖等可上调同样具有抑制作用的干扰素（interferon，IFN），调节 CAF，进而改善TME，抑制癌细胞生长[56]。

4 讨论与总结

TME的形成有赖于癌细胞释放的信号因子对免疫细胞、正常组织细胞的异常刺激，缺氧、低营养、酸性环境有利于肿瘤细胞免疫抑制和耐药性的形成[57-58]。中药多糖可拮抗肿瘤细胞释放的异常信号，改善局部缺氧、低营养、酸性环境，逆转TME。这种作用体现在3个方面：（1）直接杀伤癌细胞，调控基因表达，阻断增殖分化，诱导细胞凋亡；（2）活化免疫细胞，解除肿瘤细胞对巨噬细胞、NK细胞、T细胞、B细胞、DC细胞的抑制，恢复免疫系统功能，识别和清除癌细胞；（3）阻断肿瘤细胞发展和迁移途径，通过调节TIMPs、MMPs、TNF、IFN 等表达水平，抑制 CAFs活性，进而修复ECM、纠正肿瘤组织内血管混乱生长，破坏TME形成的条件。中药多糖的作用往往体现于多方面，除直接杀伤外，还可同时从不同角度修正TME。如海带多糖可同时增加IL-2、TNF-α水平、降低VEGF水平[58]，龙葵多糖可上调TNF-α、IFN-γ和IL-4水平，活化T细胞、NK细胞、巨噬细胞[59]。

中药多糖抑制TME的优势主要体现在3个方面：（1）多糖广泛存在于动、植物及微生物中，来源充足，成分较安全；（2）多糖作用靶点多而全面，可通过多种途径抑制TME形成和发展；（3）除单一中药多糖外，在中医理论指导下，中药复方中的多糖以及其中不同的应用可能对TME具有更佳的抑制作用。

然而，由于多糖组分中单糖的种类繁多，连接形式千差万别，导致多糖结构极其复杂，生物活性多样，构效关系没有固定规律，因此给研究带来了一定困难。目前认为其活性与分子结构、溶解度、粘度、分子量等相关，中药多糖在细胞表面可能存在特定的结合受体。当前研究中药多糖对TME的影响存在以下6个问题：（1）多项研究表明中药多糖具有抗肿瘤疗效，但是对具体作用通路和机制的研究仍显不足，对不同抑癌基因的调控仍待研究；（2）中药多糖如何影响TME中巨噬细胞的分化，在T、B细胞分化和细胞间相互影响中的作用机制，对免疫检查点PD-1/PD-L1（programmed death 1，PD-1/PD-1 ligand，PD-L1）的作用方面仍缺乏相关研究，需要实验数据支持；（3）诱导DC细胞增殖成熟可能是通过促进有丝分裂实现，但其具体机制仍待进一步验证；（4）中药多糖对TME中免疫细胞以及相关信号因子的调节方面多为动物实验，欠缺临床研究资料；（5）多糖分离提纯较困难，且结构复杂，质量标准不易控制；（6）不同种类中药多糖对TME作用有所不同，对中药多糖的共同特性研究或按作用机制的分类仍未明确。

中药多糖在抑制癌细胞增殖、阻断相关基因表达途径、恢复免疫系统功能、遏制癌细胞转移方面发挥着重要作用。随着现代分子生物学发展和中药多糖作用机制研究的深入，借助先进技术对多糖进行研究和开发，具有广阔前景。天然提纯或人工合成更加高效低毒的中药多糖有望在抗肿瘤治疗中取得更佳效果，推动医学理论和临床发展。