生物活性肽抗癌活性及其作用机制研究进展

李 宁 石爱民 刘红芝 刘 丽 胡 晖 王 强

（中国农业科学院农产品加工研究所/农业部农产品加工综合性重点实验室 北京100193）

随着物理、化学、生物等学科的不断发展、融合及其各类技术在癌症治疗领域的应用，癌症治疗已取得一定效果，然而仍存在手术、放、化疗法伴有毒副作用，长期使用可致癌细胞出现多重耐药性，对人体健康细胞造成不可逆损伤，药物利用度低，细胞特异性差等诸多不足[1]。当今社会中，癌症患者的数量及其死亡率仍在持续增多，致死人数约占所有死亡人数的1/8，已成为影响人类健康的首要问题，给社会带来严重的社会及经济问题[2]。具有高特异性、高效性、低毒性的抗癌药物及具有抗癌活性的产品成为研究的热点。

生物活性肽（biologically active peptides，生物活性肽）是一类天然存在于动、植物和微生物等生物体内，或动、植物蛋白质经蛋白酶酶解，以及人工化学合成或用生物工程方法获得，具有多种特殊生理活性的多肽类物质，是蛋白质中20 种天然氨基酸以酰胺键组成的从二肽到复杂线性、环形结构低分子肽或多肽类物质的总称[3-4]。生物活性肽具有多种生理功能，其活性随着氨基酸组成的不同以及氨基酸排列顺序不同而发生改变。现有研究表明，生物活性肽的抗增殖、抗微管蛋白和细胞毒性等生理活性，使得它们具有抗癌潜能，这在癌症治疗中有所贡献[5-6]。

由于生物活性肽本身的不稳定性，且在制剂方式、贮存和体内代谢过程中受到各种因素的影响而变性失活，使其应用受到极大阻碍。如何利用不同的运载体系提高其生物利用度，也是目前关注的热点。本文搜集、整理、分析国内外相关文献318 篇，重点论述生物活性肽的概念、抗癌活性、作用机理及生物利用度提升等4 个方面，以期为生物活性肽在抗癌领域的应用提供指导。

1 生物活性肽概述

生物活性肽作为一种蛋白资源的利用方式，不仅具有易消化、吸收的营养特点，而且具有抗氧化、抗菌、抗癌、降血压和提高人体免疫力等生理功能[7]。其相对分子质量在蛋白质和游离氨基酸之间，可避免游离氨基酸之间的吸收竞争，具有独特的吸收机制，更容易被机体吸收利用，在医药、保健品、食品基料等方面具有很大的发展潜力，已成为当前国际抗癌药物及具有抗癌活性的产品。

1.1 生物活性肽的分类

生物活性肽分类方法多种多样，以性质分类可分为天然生物活性肽和制备生物活性肽；以原料属性可分为动物源生物活性肽、植物源生物活性肽以及海洋生物活性肽。

本文根据生物活性肽的来源将其分为4 大类：

1） 天然肽类[8]指天然存在于动、植物和海洋生物体内，经直接提取法（抽提、分离纯化、精炼）得到的一类生物活性肽，主要包括提取自动物脏器或内分泌腺分泌的肽类激素[9]，如蜂毒素、促生长激素释放激素、蛇毒素等，该类生物活性肽多由于其细胞毒性，致肿瘤细胞凋亡，最终达到抗癌作用。该类方法存在制造成本较高，产品纯度低，资源浪费严重，有机试剂食用量大等问题，使其在生物活性肽的提取制备中并不常见。

2） 酶解肽类 酶解肽类已成为保健及健康食品添加的主流，采用动物、植物以及海洋生物等蛋白质经单一或复合蛋白酶等在其最适条件下水解制得，它们包括花生肽、大豆肽、玉米肽以及各类畜产肽和水产肽等[10]。该类生物活性肽由于其制备特异性较强，通过不同酶种类或多酶偶联等技术，可有效控制肽链长度、氨基酸序列等，使该类生物活性肽的抗癌机理不尽相同。

3） 发酵肽类 指微生物在特定温度、pH、空气组成等条件下发酵代谢过程中产生的生物活性肽，现已研发出200 多种微生物发酵肽类，多具有抗癌、抗菌活性，例如杆菌肽、放线菌素和争光霉素等[11]，该类生物活性肽与酶解肽类相似，然而特异性及酶解可控性相对较差。

4） 人工合成活性肽类 在已知多肽氨基酸的组成和序列的前提下，采用生物工程或化学全合成方法进行人工合成。例如王强等[12]合成KLYMRP 花生短肽，并确定其与降血压之间的构效关系。

1.2 生物活性肽的生理功能

自1975年Hughes[13]首先报道从动物组织中发现了具有类吗啡活性的Met-脑啡肽和Leu-脑啡肽以来，学者们已从动物、植物和微生物中分离出多种生物活性肽，见表1。

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

根据生物活性肽的功能特性开发的功能性产品也越来越多，应用范围也越来越广，涉及生活的多个方面，如表2所示。

生物活性肽卓越的功能特性，使其应用范围涉及食品、药品、保健品、化妆品等多个领域。随着生物活性肽研究的深入，其功能特性逐渐被开发，成为多领域研究的热点。

表2 商业化生物活性肽产品Table 2 Commercial bioactive peptide products

2 生物活性肽抗癌特性研究进展

癌症死亡人数逐渐上升到疾病致死人数的第2 位，患病人数达1 490 万人，死亡人数820 万。如何预防癌症、治疗癌症已成为该领域研究的热点。

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动物、植物以及微生物代谢中，动物源抗癌肽多取自动物内脏或分泌腺，属于肽类生长激素。除此之外，还有学者以血液、动物组织蛋白为原料，通过专一性酶解得到抗癌肽，属组织激肽。

植物源抗肿瘤活性肽主要从小麦、大豆、核桃等植物种子中提取，如葛锡娟等[27]以大豆为原料，通过酶解值得大豆抗癌肽，IC50为0.47 mg/mL。分离组分得到平均相对分子质量为6 723 u 的组分，IC50为0.37 mg/mL，具有明显抗癌特性。提取自植物种子中的露那辛，其分子质量为4 800 u，由43个氨基酸组成，研究表明，其具有显著抗癌特性，小鼠实验表明，露那辛试验组与对照组相比，皮肤瘤发生率降低70%，显示出其对肿瘤的突出抑制作用[28]。

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

2.2 生物活性肽二级结构对抗癌特性的影响

随着生物活性抗癌肽研究的深入，学者们发现，不同来源的具有抗癌功能的生物活性肽具有相似的结构特征，如含有精氨酸、赖氨酸和组氨酸的主要氨基酸成分[29]。氨基酸数量通常为5～40，二级结构通常为α-螺旋、β-折叠；多为呈阳离子小分子肽类；既具有亲脂性又具有亲水性的两亲性结构等[30-32]。

2.2.1 α-螺旋抗癌肽 α-螺旋抗癌肽广泛存在于自然界中，研究表明该结构可有效杀死多种癌症细胞，并与生物活性肽抗癌特性存在直接关系[33-34]。高捷[35]由鹰嘴豆酶解分离纯化得到氨基酸序列为RQSHFANAQP 的肽段CPe-III 的二级结构中存在66%的α-螺旋结构，同时存在疏水性、亲水性残基并带有正电荷，使其成为阳离子两亲性生物活性肽，决定了该肽段对于癌细胞的杀伤能力，采用高剂量饲喂较对照组肿瘤质量下降50%[35]。LehmannJan 等[36]从非洲爪蟾（Xenopuslaevis）中分离得到的Magainin，对卵巢癌、黑色素瘤以及淋巴癌具有显著的体外灭杀活性，在裸鼠皮下移植肿瘤模型中局部注射，可完全杀伤肿瘤。同时，动物实验表明其可显著抑制小鼠肿瘤的生长，提高患病小鼠的存活率，平均存活时间达21 d。有报道显示，从澳洲蛙类提取的Aurein 和Citropin，体外可抑制、灭杀90%以上的肿瘤细胞[37-38]。多数具有α-螺旋结构的生物活性多肽是以诱导细胞凋亡、坏死及特定周期阻泄途径对肿瘤产生抑制、杀死作用。

2.2.2 β-折叠抗癌肽 从动植物中提取、酶解得到的具有抗癌特性的生物活性肽多具有β-折叠结构，且其结构相对复杂，折叠程度差别较大，结构单元多样[39]。脯氨酸抗菌肽、哺乳动物、植物、昆虫等防御素均为β-折叠型抗癌肽，其序列中含有的半胱氨酸使其分子内形成二硫键，在稳定构象和防止水解方面具有独特的保护机制，使其在人体代谢途径中相对稳定，最大限度地发挥功效。从魁蚶中提取的J2-C3，其二级结构中β-折叠结构为26%，体外实验证实该肽段具有强烈的选择性抗癌活性，通过氨基酸分析、模拟，得到其序列组成中含有大量Glx、Lys、Asx，其对A549 和HepG2细胞生长具有强烈的抑制作用[40]。

具有抗癌活性的生物活性肽中，α-螺旋和β-折叠结构扮演着主要角色，现有研究表明，少数具有线性结构或杂合环状的生物活性肽也具有抗癌活性，如猪小肠中分离的肽段对于HLF 肝癌细胞具有强烈的抑制活力[41]。

3 生物活性肽抗癌特性作用机理

生物活性肽的结构决定了其生理活性，具有抗癌活性的生物活性肽在结构上存在α-螺旋和β-折叠以及线性结构或杂合环状的差异，表现出两亲和正电性。从这些共同特性出发，结合文献研究，综述生物活性肽的抗癌作用机制。

肿瘤细胞表面呈负电荷，带有正电荷的生物活性肽通过静电吸附的形式与靶细胞膜吸附、结合，生物活性肽的两亲性结构中，疏水基团与靶细胞疏水基团结合，破坏靶细胞磷脂层，形成肽-磷脂复合分子，此时，生物活性肽的亲水基团与胞膜结合制造跨膜通道，使生物活性肽分子进入靶细胞内部，打破靶细胞原有蛋白和脂质排列顺序，同时靶细胞膜的通道可使胞内物质外溢，渗透压稳定被破坏，进而导致细胞破裂或凋亡，从而起到抗癌作用[42-43]。

图1 诱导癌细胞凋亡抗癌作用机理[29]Fig.1 The anticancer mechanism of inducing apoptosis of cancer cells[29]

Roshan S 等[44]以HepG2 肝癌细胞为靶细胞进行研究，发现试验中采用的生物活性成分通过进入细胞，调整渗透压，抑制器生长，使其凋亡，验证了上述作用机理。ZhangL 等[45]的研究同样是生物活性成分进入细胞内部，诱导线粒体凋亡，最终导致癌细胞凋亡，验证了上述作用机理。Xiulan Su等[46]从免疫的山羊肝脏中分离和纯化的抗肿瘤活性肽（ACBP），在建立的MGC-803 的胃癌细胞模型中，ACBP 对癌症细胞的增殖有显著的抑制效果，24 h 的抑制效果达到58.6%，而且增殖抑制作用具有持续性，48 h 后抑制率为69.7%。究其原因，是因为ACBP 可以诱导Bax 蛋白以及caspases过度表达，从而发挥抗肿瘤的作用。

不同来源、不同提取、制备方式的生物活性肽具有不同的作用机制，除上述诱导癌细胞凋亡方式外，诱导细胞周期停滞，抑制肿瘤干细胞，抑制血管生成等方式也逐渐被学者们揭示[33]，这些作用机理都具有靶向性和特异性，如图2所示。

诱导癌细胞周期停滞主要是通过生物活性肽跨膜运动，直接进入细胞内部，与癌细胞内Bcl-2、p53、Bax 等过度表达组分特异性结合，阻碍整个细胞的代谢途径，使癌细胞凋亡。

图2 抗癌作用机理其他方式[29]Fig.2 Other mechanisms of anticancer action[29]

4 生物活性肽抗癌运载体系

生物技术的不断革新，加快了其在跨学科领域的应用。生物活性肽类药物、功能食品等产品逐渐增多，然而这类产品在胃肠道中易变性、易降解，稳定性差，口服利用度低，只能采用注射方式应用。频繁的给药以及给药后局部浓度过高等等问题限制了生物活性肽的发展及应用。

脂质体是磷脂分散于水中形成的含有1 层或多层有序排列的磷脂双分子层并包封有一定体积的内水相的类球状的封闭囊泡。脂质体用作药物载体，具有保护药物活性，体内可降解，控制药物的释放，低药物毒性，靶向性，生物相容性，具有其它药物递送系统无可比拟的优点。

4.1 脂质体的类型及其特点

脂质体囊泡的大小决定脂质体内循环的半衰期。粒径的大小和双层的数量影响脂质体中制剂的包封量等。不同类型的脂质体的特点如表4所示。

表4 脂质体结构及其特点Table 4 Structure and characteristics of liposomes

脂质体的粒径及其分布决定了在体内运行及吸收的方式。大单式脂质体和多室脂质体粒径较大，易被吞噬性细胞所摄取，而粒径介于50～100 nm 的小单室脂质体可以躲避网状内皮系统的吞噬作用。

脂质体的类型决定了脂质体的包封率、载样量及其稳定性。根据待载成分的特性及实际用途，选择相应的脂质体结构及类型，进而确定脂质体的制备方法，以确保得到最佳用途的脂质体制剂。生物活性肽具有良好的水溶性，制备单层脂质体及多层脂质体无法达到较好的包封率。渗透率及突释现象使得生物活性肽在体内的释放不理想。多囊脂质体95%以上的水性成分，较高的包封率（90%）及稳定性，成为生物活性肽类的药物载体的研究热点。

4.2 多囊脂质体制备方式及其产品

由于多囊脂质体的特殊结构，仅有复乳法可制备多囊脂质体，一般流程：根据不同需求，将不同处方用量的胆固醇、磷脂、甘油三酯溶于氯仿或其它有机溶剂中形成油相，随后将含有待包载药物的内水相与油相混合，高速分散得到W/O 乳液，迅速加入外水相（等渗）混合，震荡制得W/O/W 复乳，最后，旋转蒸发或通入氮气除去有机溶剂，制得多囊脂质体。其中，初乳化速度、初乳时间、复乳化速度称为多囊脂质体的制备工艺参数，决定了多囊脂质体的形成及其粒径；而磷脂类型、浓度，胆固醇类型、浓度、油脂比等称为多囊脂质体的处方参数，这些参数影响包封率、稳定性、缓释时间等。如选用饱和磷脂（12～18 碳）时，包封率可由0.2%增加到56.9%。中性脂质存在于多囊脂质体磷脂骨架的缝隙，起支撑作用，同时控制脂质体的释放速率，长效缓释药物一般采用三油酸甘油酯，而短效药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释放速率对比试验中，当三油酸甘油酯浓度增加时，释放速率随之减慢，同浓度的三辛酸甘油酯的释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，结果表明：全部采用三油酸甘油酯时，释放时间可达48h，累计释放率约85%，而随着三辛酸甘油酯比例的增加，释放速率加快，全部采用三辛酸甘油酯的释放时间不足12 h[48]。

随着多囊脂质体制备技术的不断完善，SkyePharma 公司将该技术开发平台命名为Depo-Foam（泡沫储库技术）。目前上市的3 款产品分别为阿糖胞苷多囊脂质体（DepoCytR，SkyePharma）、硫酸吗啡多囊脂质体（DepoDurR，SkyePharma）、布比卡因多囊脂质体（ExparelR，Pacira），3 款产品均为注射剂型，通过血液运载到达靶点，实现缓释及各自药物功效。

除以上上市药物外，多囊脂质体得到多种需要实现体内缓释的药物研究者的青睐，如抗癌、麻醉剂、抗菌、黄酮类、抗病毒、阵痛等。

5 展望

现有癌症治疗方式的诸多缺点和对人体的伤害，使寻找癌症预防和治疗新方法、新药剂迫在眉睫。具有抗癌特性的生物活性肽由具有毒副作用小，不产生耐药性，特异性强等优点，已成为癌症治疗研究领域的热点。

5.1 生物活性肽及其功能活性方面

我国蛋白资源丰富，为生物活性肽的提取、制备提供了优越的先决条件，然而，目前研究生物活性肽提取、制备范围较窄，局限性较大，造成蛋白资源的严重浪费。如何合理、高效利用植源性、陆生动物源性、海洋生物等天然蛋白资源，开发生物活性肽，值得关注。不同排列组合的氨基酸顺序使生物活性肽具有不同的功能活性。以20 种构成蛋白质的氨基酸为基本单元，进行排列组合，可形成多达1.05×1026个不同的生物活性肽，待开发的功能资源非常广泛。以现有研究为基础，开发更多具有不同功能活性的生物活性肽，揭晓不同组成的构效关系势在必行。

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，受到多领域专家学者的青睐。随着其抗肿瘤活性研究的不断深入，生物活性肽已成为抗肿瘤药物研究的新宠，然而其作为抗肿瘤药物，发挥作用还存在一些问题。如大分子多肽类药物进入人体可能会产生机体的免疫应答，生物活性多肽独特的吸收机制导致无法专一作用于靶细胞；通过胃肠道降解，半衰期短，口服吸收差等。如何解决上述问题，通过提高生物活性肽的抗肿瘤效率，降低生产陈本；通过化学修饰或运载体系的搭建，增强抗癌生物活性多肽稳定性、缓释性等是未来研究的重点。

5.3 生物活性肽靶向运载体方面

多囊脂质体研究至今有20 多年的历史，且有工业化生产。作为缓释运载体系，同时具有水溶性药物包封率高、载药量大等卓越性质，多囊脂质体的应用日益广泛。然而，多囊脂质体的长效稳定性，粒径相对较大不宜静脉注射，多为悬浊液不利于保存和运输等问题，严重制约了多囊脂质体的发展和应用。通过研究多囊脂质体的制备工艺、处方工艺或对多囊脂质体进行修饰，可解决上述制约多囊脂质体发展和应用的问题，充分发挥多囊脂质体的优势，扩充其应用领域。

综上所述，生物活性肽可作为新的抗癌制剂，而多囊脂质体可作为运载体，使生物活性肽到达患处，实现长效缓释。通过研究生物活性肽的包载浓度、多囊脂质体的制备工艺、处方工艺、靶向运载修饰，进一步提高多囊脂质体包载生物活性肽的包封率、缓释速度、稳定性以及靶向性，达到有效抑制、治疗癌症的目的，减少患癌几率以及癌症患者的痛苦，为人类的健康发展作出贡献。