冰岛刺参抗癌物质Frondoside A 的研究进展

徐梦豪，侯召华，林荣芳，高云龙，赵祥忠

〔齐鲁工业大学（山东省科学院）食品科学与工程学院，山东 济南 250353〕

海参（Sea cucumber）有 1 200 多种，在亚洲食用历史悠久，尤其是在中国、日本和南亚[1-2]，其富含的海参多糖、多肽、蛋白质、皂苷及海参磷脂等物质在抗癌、抗氧化、提高免疫力和降血脂等方面功能显著[3-6]。冰岛刺参（Cucumaria frondosa）又称叶瓜参、红极参、红筋参，属于棘皮动物门（Echinodermata）海参纲（Holothuroidea）枝手目（Dendrochirota）瓜参科（Cucumariidae）海洋动物[7]，主要生长于大西洋北部，海水温度常年保持在4 ℃左右，冰岛、挪威及俄罗斯等国家都有分布。冰岛刺参中富含多种多肽、多糖及三萜糖苷等活性成分，其中三萜糖苷类化合物具有广泛的生物学作用，如抗肿瘤、抗真菌、溶血、细胞抑制、促凋亡和免疫调节等活性[8]。近些年，冰岛刺参中三萜糖苷的抗癌作用引起广大研究学者的关注。

癌症是致死率最高的人类疾病之一。目前，批准的癌症治疗药物约60% 为天然药物[9-11]，其中主要为植物性成分，而天然海洋化合物及类似物发展空间巨大，有望成为下一个开发热点[12-13]。已从海洋生物中分离出多种具有功能活性的化合物，以原料或添加剂的形式制作成保健品、功能性食品、特殊医学用途配方食品以及药品。许多海洋动植物中存在的天然产物具有抗诱变和抗致癌作用，并可通过预防或延缓癌症的发展而抑制一个或多个致癌阶段。海洋是发现新的先导化合物以开发新的抗癌药物和预防癌症的营养食品的来源地[14]。

1952 年Nigrelli[15]研究发现，海参皂苷对肿瘤细胞生长具有抑制作用，经过数十年的研究，从各种海参中提取的三萜糖苷类化合物已被证实具有抗癌活性[16-20]。糖苷是由糖基和三萜或甾体苷元组成的物质，冰岛刺参富含三萜类糖苷物质[21]，从冰岛刺参中提取的Frondoside A 是一种特殊的三萜糖苷，研究表明在体外和体内均可抑制肿瘤的生长[22-25]。Frondoside A 通过多种方式阻止癌症的发展，它在广泛的实体恶性肿瘤和白血病中显示出强大的抗癌作用，尽管这种化合物抗肿瘤活性的确切机制尚未完全阐明[26-27]，但也受到了特别的关注。

本文综述了国内外对Frondoside A 抗癌作用的最新研究，以期为FrondosideA开发和利用提供理论基础。

1 Frondoside A 的结构与提取方法

Frondoside A 是一种水溶性或脂溶性三萜类糖苷，分子量为1 334 Da，在糖苷配基的C-16 处带有乙酰氧基，是一种羊毛甾烷衍生物（图1）。Frondoside A属于戊糖苷，木糖为第三个单糖残基，3-O-甲基葡萄糖为末端单糖残基，并且在第一个糖残基上连接有一个硫酸根基团。Frondoside A 与其结构最接近的Cucumarioside A2-2（图 2）（来自 Cucumaria japonica）在糖苷配基C-16 的官能团和碳水化合物链中的第3 个碳水化合物基团不同。同样来自于冰岛刺参的Frondoside B（图3）和Frondoside C（图4）的浓度稍高，分别有2个和3 个硫酸盐基团，与Frondoside A 中的1 个相比，还有一些其他较小的结构差异。

图1 Frondoside A 的结构Fig. 1 Structure of Frondoside A

图2 Cucumarioside A2-2 的结构Fig.2 Structure of Cucumarioside A2-2

图3 Frondoside B 的结构Fig. 3 Structure of Frondoside B

图4 Frondoside C 的结构Fig. 4 Structure of Frondoside C

Frondoside A 主要存在于冰岛刺参的表皮中，Frondoside A 的产率约为0.1%[28]。现已从冰岛刺参中分离和纯化得到高纯度Frondoside A。将冷冻干燥的冰岛刺参粉末溶解在氯仿/甲醇中，氮气吹干；水/乙酸乙酯萃取，水相过柱进行纯化，得到高纯度Frondoside A。

2 抗癌机理研究进展

2.1 Frondoside A抗癌总结

目前，Frondoside A 抗癌活性已在体内和体外试验上得到广泛验证。针对不同的癌症细胞，已经使用多种不同的方法测试了Frondoside A 对癌细胞的影响。这其中包括胰腺导管腺癌、乳腺癌、非小细胞肺癌、结肠癌、前列腺癌、宫颈癌、膀胱癌（过渡细胞）、伯基特淋巴瘤、恶性生殖细胞和急性白血病的研究[24，26，29-39]。结果汇总于表1。

表1 Frondoside A 抗癌作用的研究总结Table 1 A review of Frondoside A's anti-cancer effects

2.2 Frondoside A 对癌细胞生长及增殖的影响

Dyshlovoy 等[36]研究 Frondoside A 对人前列腺癌细胞系（PC-3、DU145、VCaP、22Rv1 和 LNCaP）的抗癌作用，Frondoside A 会使癌细胞活力降低并抑制癌细胞集落的形成，与其他细胞系相比，雄激素敏感性肿瘤细胞系对 Frondoside A 更为敏感（IC50 为 0.5～2.0 mol/L），体外研究表明，在PC-3 细胞系处理48 h 后，细胞停止周期生长，但在DU145 细胞系中却没有出现这种情况；体内研究证实了在异种移植模型中具有显著的肿瘤生长抑制作用，这与体外结果一致，在治疗过程中，未观察到小鼠体重的变化，也未出现小鼠死亡现象，但是，随着Frondoside A 浓度的升高，脾脏相较于空白组增大，在治疗组中观察到淋巴细胞增多和单核细胞增多，这可以用Frondoside A 的免疫调节作用来解释。Dyshlovoy 等[37]用 0.3～0.6 mol/L Frondoside A处理伯基特淋巴瘤细胞系，48 h 后细胞活力得到显著抑制，与Frondoside A 在其他实体瘤中的作用相比，伯基特淋巴瘤中IC50 要低得多。

如上所述，Frondoside A 对癌细胞生长及增殖具有显著抑制作用。Shemaili 等[40]将 Frondoside A 的活性与Frondoside B 和Frondoside C 进行了比较研究，结果发现，针对体外培养的 AsPC-1 和S2103 人胰腺癌细胞，Frondoside A 比结构很相似的Frondoside B能更加有效地减少存活癌细胞的数量，而三硫酸化的Frondoside C 对癌细胞活力基本没有影响。Janakiram等[34]应用从冰岛刺参中得到的 Frondanol A5 粗提物（除含Frondoside A 以外，还含有Frondoside B 等其他化合物）对大鼠结肠癌模型的治疗研究结果显示，Frondanol A5 对大鼠细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂21 基因的表达显著增加，并显示出Frondanol A5 对大鼠模型具有抑制癌细胞增殖的作用。Janakiram 等[19,35]在对沙门氏菌性息肉病小鼠模型的研究中发现，使用Frondanol A5 作为膳食补充剂可显著减少小肠肿瘤的增殖，并可减少大肠息肉的发生范围。

2.3 Frondoside A 对癌细胞转移和侵袭的影响

癌症的发展与机体内对细胞转移和侵袭的限制有关，当癌症患者机体对癌细胞的转移限制失控，会导致大量癌细胞转移和侵袭正常细胞的生存空间。在这个过程中，基质金属蛋白酶9（MMP-9）会破坏正常细胞外基质[30]，从而使癌细胞能够侵入包括血管和淋巴管在内的相邻组织，促进癌症转移。Park 等[30]采用伤口愈合和基质胶侵袭测定法研究发现，Frondoside A 对人乳腺癌细胞的抗转移作用是通过抑制AP-1 和NFB 的 TPA 活化，以及降低 PI3K/Akt、ERK1/2 和 p38 MAPK 信号的 TPA 活化，从而抑制 MMP-9 的表达，降低了其分泌数量和酶活性。Attoub 等[32]将LNM 35肺癌细胞植入小鼠皮下建立试验小鼠癌症模型后，使用Frondoside A 对其进行治疗，采用高（1 mg/kg/d）、低（10g/kg/d）两个剂量组通过腹膜内给药，连续给药25d，结果显示，低剂量组小鼠淋巴结的平均重量与对照组相比降低了50%（P ＜0.05），高剂量组小鼠淋巴结的平均重量变化值与低剂量组一致。Dyshlovoy 等[36]将PC-3 和DU145 前列腺癌细胞组成的2 种异种移植物，分别植入2 组小鼠体内创建2 种癌症动物模型来研究Frondoside A 对前列腺癌细胞转移影响研究，结果表明，给药25 d 后，Frondoside A 可以显著减少 PC-3 模型的癌细胞向肺部转移的数量（P ＜0.01）；在DU145模型组中应用Frondoside A 给药25 d 后，小鼠的肺部中未发现癌细胞，并且小鼠血液中肿瘤细胞数量较给药前也明显减少（P=0.475）。

2.4 Frondoside A 诱导癌细胞凋亡的作用

Li 等[24]的研究表明，Bcl-2 基因家族的表达会抑制癌细胞的凋亡，抗癌药物的促癌细胞凋亡作用，就是通过减少Bcl-2 基因的抗凋亡蛋白的表达和增加促凋亡蛋白来实现的。细胞中半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶（caspase -3,-7,-9）会促进细胞的凋亡，多项研究发现Frondoside A 可以激活多种癌细胞系中caspase-3,-7,-9 的表达，促进癌细胞的凋亡[26，32，36]。Li 等[24]在研究人胰腺癌细胞系AsPC-1 时，使用Frondoside A 对癌细胞进行处理，治疗后增加了膜联蛋白V阳性细胞，起到了抑制癌细胞增殖和诱导凋亡的作用。通过蛋白印迹分析从处理过的细胞中提取的蛋白质，显示出与caspases-3,-7,-9 的活性形式相对应的条带增加。Park等[30]在关于人胰腺癌细胞系的研究中，通过蛋白印迹分析，Frondoside A 处理后的癌细胞中抗凋亡蛋白减少，Bcl-2 基因表达受到抑制，促凋亡蛋白Bax 显著增加，同时发现Frondoside A 激活了这些细胞系中的p53基因。Attoub 等[32]在人类肺癌 LNM35、A549 和 NCIH460 细胞系的研究中，癌细胞的凋亡通过sub-G1 期中细胞数量的增加得到证实，并且也由相同的caspases激活介导。Marzouqi 等[29]用不同浓度的Frondoside A处理人雌激素受体阴性乳腺癌细胞系（MDA-MB-231）24 h 后，p53 基因的表达水平较高，且呈剂量依赖性，这再次证实了Frondoside A 在该细胞系中诱导的cas-pase 依赖性凋亡。

2.5 Frondoside A 对肿瘤血管生成的影响

癌细胞由于具有无限增殖的特点，在其不断分裂增殖的过程中，体积会不断变大，最后变成较大的肿瘤组织块。此时的肿瘤组织还会继续分裂增殖，逐渐生成新的毛细血管网，从而不断地汲取机体内的养分。目前，已经有针对抗血管生成的靶向药，通过抑制肿瘤组织血管的生成，达到治疗癌症的目的。Attoub 等[32]在研究肺癌LNM35 细胞系异种移植物小鼠模型中发现，适量浓度Frondoside A 会抑制碱性成纤维细胞生长因子的表达，从而抑制新血管形成，这一结果证实了试验所观察到的肿瘤血管减少是由适量浓度的Frondoside A 复合作用所产生的，而不是单纯由细胞凋亡和死亡所致。因为肿瘤组织的血液供应对癌细胞生长至关重要，所以可通过抑制肿瘤新血管形成，有助于减缓癌细胞的生长，并且可作为抑制其扩散和转移一种治疗方式。

2.6 Frondoside A对多药耐药性（MDR）肿瘤的影响

癌症治疗领域中面临的主要问题是癌细胞会产生耐药性，这种现象称为多药耐药性。对于早期治疗中使用的药物，由于癌细胞逐渐产生的耐药性，会使其治疗效果打折扣，导致癌细胞不可控。癌细胞出现耐药性的机制有很多，其中包括癌细胞改变药物的代谢，体内解毒系统使药物失活以及渗透性糖蛋白（P-糖蛋白）的过度表达等[41-42]。P-糖蛋白的过度表达会将药物从细胞内转移至细胞外，使药物无法发挥正常作用，其活性可以通过荧光素染料的流量来测定，该染料通过扩散穿过细胞膜进入细胞。Menchinskaya 等[31]用Frondoside A（0.001～0.1g/mL）或Frondoside A 与胆固醇的复合物处理细胞，处理后的细胞内荧光水平升高，表明P-糖蛋白受到抑制。这也表明Frondoside A 可作为治疗MDR 癌症的一种选择。

2.7 Frondoside A与其它抗癌药物的协同作用

Shemaili等[39]在对无胸腺小鼠移植两种类型的人类胰腺癌细胞系AsPC-1 和S2013 的研究中表明，在接受安慰剂治疗的动物体内，肿瘤迅速生长，吉西他滨治疗组肿瘤均显著缩小。吉西他滨(4 mg/kg/dose)和Frondoside A(100g/kg/d)联合用药组，对比单一用药治疗组，治疗效果更加显著。研究者认为，联合用药组中的两种药剂成分都激活了细胞凋亡途径，两种药物的协同作用效果非常显著。Attoub 等[32]使用能抑制DNA 复制的顺铂与Frondoside A，在具有LMN35 肺癌细胞的小鼠异种移植模型中，实验进行到第10 d，顺铂治疗组的肿瘤大小降低了约40%，顺铂和Frondoside A（10g/kg·d）联合用药组将肿瘤生长的降低了68%（P ＜ 0.05）。Marzouqi 等[29]还发现 Frondoside A可增强紫杉醇在人乳腺癌 MDA-MB-231 细胞系异种移植物中的作用，紫杉醇与腹膜内注射FrondosideA（100g/kg·d）配合使用，可显着降低肿瘤体积和重量（P ＜0.001 和P ＜0.01）。治疗后检测肌酐水平和肝酶的变化，均未见毒性反应。此外，Dhaheri 等[43]利用沙利霉素对MDA-MB-231 细胞系抗生长作用的研究中，沙利霉素与Frondoside A 联合使用时，沙利霉素的使用效果也被增强。Sajwani 等[44]对CCRF-CEM，THP-1 和HL-60 急性白血病细胞系的研究中，Frondoside A 与长春新碱，天冬酰胺酶和泼尼松着3 种药物联合使用对CCRF-CEM和THP-1 细胞具有协同作用。

3 小结与展望

冰岛刺参是棘皮动物中常见的一类，受到地理环境以及当地食用习俗的影响，未得到过多的关注。近年来，随着冰岛刺参活性成分不断被研究，其具有的免疫、抗炎和抗癌等特性愈发受到关注。目前研究表明冰岛刺参中的Frondoside A 在所有固体恶性肿瘤、淋巴瘤和白血病细胞类型中均具有一定的抗癌作用。在动物试验中，Frondoside A 具有良好的耐受性，并且对骨髓、肝脏、肾脏或其他组织没有毒性，Frondoside A 作为一种天然物质，没有任何副作用，因此更安全。Frondoside A 的抗癌作用不是特异性的，这使其成为治疗多种类型恶性疾病的潜在药剂，Frondoside A 可以作为单一药物或与其他药物联合治疗广泛的恶性肿瘤，这种联合方法在未来针对癌症的治疗中是具有发展前景的。我国是养殖和食用海参大国，近年来冰岛刺参进口额度不断提高，冰岛刺参初加工制品逐渐被国人所认可。但是，国内对于冰岛刺参的研究还处于起步阶段，其综合利用程度远不如国产海参。探究冰岛刺参中所含有的Frondoside A 及其他天然活性成分，高效利用冰岛刺参，提高冰岛刺参附加值是未来的研究方向。