黄芪多糖双向抗肿瘤作用机制的研究进展

石丽霞，李 科，秦雪梅

（山西大学中医药现代研究中心地产中药功效物质研发与利用山西省重点实验室，山西太原030006）

目前，肿瘤已经成为全球范围内死亡率最高的疾病之一。我国肿瘤疾病的发病形势十分严峻，发病率与病死率均呈现明显的上升趋势，严重威胁着人们的身体健康和生活质量［1］。肿瘤是指机体在各种致瘤因子作用下，局部组织细胞增生所形成的新生物，而中医学认为肿瘤的形成是由于机体正气不足，外邪内侵，邪气踞之所致，因此，运用中医扶正培本法采用中药对肿瘤的治疗有着十分重要的意义［2］。

黄芪为豆科植物蒙古黄芪Astragalus memeranaceus（Fisch.）Bge.Var.mongholicus（Bge.）Hsiao 或膜荚黄芪Astragalus.membranaceus（Fisch.）Bge.的根，始载于《神农本草经》，列为上品，性味甘微温，归脾肺经，具有补气健脾、升阳举陷、益卫固表、利尿消肿、托毒生肌的功效，古有“补药之长之说”，其作为扶正固本主药能提高机体免疫功能，调节人体脏腑气血平衡［3］。本品主要含有苷类、多糖类、黄酮类、生物碱类、氨基酸和微量元素等多种化学成分［4-5］，其中黄芪多糖（astragalus polysaccharides，APS）作为主要化学成分之一，在抗肿瘤方面具有显著的药理活性，在临床肿瘤治疗中发挥越来越重要的作用，引起了国内外医学界的高度重视。然而，APS 抗肿瘤作用机制研究还存在一些问题，目前APS 研究主要集中在对肿瘤细胞的直接杀伤或者从不同方面正向促进机体免疫功能，而“阴阳平衡”从侧面暗示着抗肿瘤过程是一个动态平衡过程，只关注正向提高免疫功能，并不能从根本解决机体的“不平衡”状态，达不到抗肿瘤的最佳效果，因此曹雪涛院士提出了免疫抑制性因素对抗肿瘤的重要性［6］。肿瘤免疫编辑理论阐述了免疫系统和肿瘤细胞之间的相互作用与复杂关系，并将其分为免疫清除、免疫均衡和免疫逃逸3 个阶段。扶正抗癌法是中医治疗肿瘤的重要法则之一，基于肿瘤免疫编辑理论，临床在肿瘤早、中、晚期不同阶段运用扶正抗癌法的权重亦不相同［7］。研究表明，免疫系统不仅具有抗肿瘤效应，同时又具有促进肿瘤产生发展的双重作用。但是在免疫清除阶段，免疫系统会对肿瘤细胞产生固有免疫应答及适应性免疫应答，前者发挥了第一线的抗肿瘤作用，如果不能阻止肿瘤的发生发展，则后者将发挥其特异性抗肿瘤作用而保证机体的健康。在机体抗肿瘤免疫应答的作用下，许多肿瘤仍然能在机体内进行生长，并发生一定的恶性转移，这表明肿瘤细胞能够通过某种机制突破免疫防线逃避宿主免疫系统的攻击，产生有效的抗肿瘤免疫应答，促进肿瘤的发展转移，我们称之为免疫逃逸。免疫逃逸期机体免疫系统的免疫耐受形态已经形成，这不仅降低了免疫系统清除癌细胞的能力，还为肿瘤逃逸提供了一定条件［8-10］。本研究将针对APS 在抗肿瘤方面的文献进行研究分析，对其在双向抗肿瘤方面的具体作用机制进行综述，为深入研究APS 的临床应用提供参考。

1 APS 直接靶向肿瘤细胞的发生和转移

1.1 抑制肿瘤细胞的增殖

肿瘤细胞是一种无限增殖、异常分化的细胞，而增殖是肿瘤浸润和转移的基础，因此抑制其无限增殖在肿瘤治疗中具有重要地位。郑学芝等［11］通过不同浓度APS 与结肠癌细胞共培养，利用MTT 法检测细胞增殖抑制率，发现50 μg/mL 以上浓度APS 对体外培养的COLO205 人结肠癌细胞株生长具有显著抑制作用，抑制率大于30.0%，并呈量效和时效关系，说明APS 可以直接抑制肿瘤的增殖。

1.2 诱导肿瘤细胞的凋亡

细胞凋亡是为维持内环境稳定，基因控制细胞主动消亡的过程，肿瘤的产生和发展受到多种凋亡调控蛋白的控制。李蓉等［12］研究发现，APS 诱导肿瘤细胞凋亡的主要途径为调节Bcl-2 家族基因蛋白的表达促进细胞凋亡，上调可以诱导细胞发生凋亡的蛋白酶通过内源性途径和外源性途径诱导细胞凋亡，抑制核转录因子-κB（transcription fautor-κB，NF-κB）的活化引起靶基因表达抑制癌细胞增殖促进凋亡，抑制凋亡相关蛋白的表达预防肿瘤逆转录的发生，抑制有丝分裂原激活蛋白激酶MAPK 信号通路，影响端粒酶活性，升高细胞内Ca2+浓度诱导细胞凋亡等。

1.3 调控癌细胞周期生长

细胞周期可以分为4 个阶段：G1期、S 期、G2期和M 期，因此人们希望通过调控细胞周期来阻止癌细胞的增殖，从而抑制肿瘤的转移。李杨等［13］研究发现，APS 阻断了Lewis 肺癌细胞的S 期，导致肺癌细胞凋亡。孙舒玉等［14］研究表明，APS 能阻滞S180肉瘤细胞于G1期，使S 期细胞减少，从而明显的抑制癌细胞的增殖，促进细胞凋亡。同样，大多数研究都证实了APS 可以阻滞癌细胞于G1期，从而延缓癌细胞的进程［15-18］。

2 APS 提高机体免疫功能

免疫器官是以淋巴组织为主的器官，其中中枢免疫器官是免疫细胞分化和成熟的场所，外周免疫器官是成熟T 细胞和B 细胞定居的场所，其相关指数的表达在抗肿瘤过程中发挥着重要作用。Li Jin 等［19］研究发现，糖PSP 和APS 联合使用辅助阿霉素化疗艾氏腹水癌（EAV）时，PSP+APS可显著增加CD3+和CD4+T 淋巴细胞的百分比，此外，PSP+APS 可以恢复免疫抑制的免疫效应，如白细胞亚群、脾脏中白细胞介素-2（interleukin-2，IL-2）/白细胞介素-2 受体（interleukin-2 receptor，IL-2R）的表达和胸腺指数。

机体免疫系统中的免疫细胞对机体免疫稳态的维持起着关键的作用，APS 能诱导免疫细胞的增殖与活化，并促进细胞因子的产生，以调节机体细胞免疫和体液免疫功能，进而维持机体生理平衡。荆雪宁［20］经体内外实验研究表明，APS 可以诱导树突状细胞（dendritic cell，DC）逐渐成熟，并刺激同种异体T 淋巴细胞增殖活化，且APS 诱导的DC 肿瘤疫苗对荷瘤小鼠具有抗肿瘤效果，延长荷瘤小鼠的生存时间，提示APS 可增强机体抗肿瘤免疫功能。在之后的研究中也证实了APS 确实可以诱导DC 成熟，在体内发挥较好的抗肿瘤作用，提示其在肿瘤生物治疗方面具有较好的前景［21］。

3 APS 调节肿瘤免疫逃逸过程

3.1 APS 对肿瘤微环境的调节

肿瘤微环境是指肿瘤在生长的过程中，与肿瘤的发生发展和转移密不可分的局部稳态环境，是肿瘤细胞生长的“培养皿”，为肿瘤的生长发展提供高代谢营养物质，同样在机体免疫逃逸、避开免疫监视过程中发挥重要作用［22］。在该环境中包括肿瘤细胞、免疫细胞、炎性细胞、成纤维细胞和间质干细胞等。此外，还存在一些肿瘤细胞和炎症细胞的分泌物，如细胞因子、趋化因子、转录因子、免疫分子和降解酶等，共同促进肿瘤生长、迁移和侵袭。肿瘤在特定条件下，与分泌物相互作用，形成促进免疫抑制的肿瘤微环境，促进肿瘤生长和快速迁移。APS 可通过靶向调控肿瘤微环境的细胞、细胞因子及细胞外基质，增强机体免疫功能，抑制肿瘤微环境的炎症反应，诱导肿瘤细胞凋亡，达到抗肿瘤效果［23］。

3.1.1 APS 对细胞分泌物的影响 血管的形成由促进和抑制新血管的形成因子二者共同调节，血管内皮生长因子（vascular endothcial growth factor，VEGH）作为新血管形成的促进因子，直接作用于微血管的内皮细胞，诱导新生血管的形成，其过量表达会诱导肿瘤细胞的分裂、增生和转化［24］。雷琰等［25］发现APS 能够提高非小细胞肺癌患者的临床疗效，显著改善血常规水平，减轻放疗不良反应，其机制可能与降低外周血中VEGF 的表达有关。徐静雯等［26］得出了相同的结论，APS 可以减轻胃癌前病变PLGC 大鼠的胃黏膜损伤，对控制PLGC 进展有积极的作用，其作用机制也与下调模型大鼠的VEGF 蛋白表达有关。

肿瘤坏死因子（tumor nocrosis factor，TNF）是机体被细菌感染后由巨噬细胞所产生，能直接作用于肿瘤细胞，造成细胞死亡，主要包括由单核-巨噬细胞分泌的TNF-α 和由活化的T 淋巴细胞分泌的TNF-β 两种类型，前者主要参与细胞免疫反应，后者主要维持淋巴器官的发展和淋巴微环境的稳态［27］。陈晓琳［28］通过体内外实验说明人参皂苷单体1 和APS 的联合使用，可以提高肿瘤患者的生活质量，抵抗大剂量放化疗的不良反应，且TNF-α 处于低浓度时，二者的增效作用会显著增强。因此，APS 可作为TNF-α 的理想增效剂，为肿瘤患者提供治疗方案。

3.1.2 APS 对成纤维细胞的影响 肿瘤相关成纤维细胞（tumorassooiated fibroblasts，TAFs）是许多肿瘤类型的反应性基质中的主要细胞类型，许多先前的研究已经强调了TAFs 通过分泌各种生长因子，细胞因子，趋化因子和细胞外基质等促进肿瘤发展，促进癌细胞的侵袭性［29］。武有明等［30］研究发现，肺癌微环境中的骨髓间充质干细胞（bone marrow derived mesenchymal stem cells，BMSCs）细胞和TAFs 细胞形态和增值特性显著改变，加快肿瘤细胞的生长转移，实验证明50 mg/LAPS 可以抑制BMSCs 的异常改变，抑制肿瘤的发展。

3.1.3 APS 对相关酶的影响 细胞外调节蛋白激酶（extracellularregulated protein kinases，ERK），包括ERK1 和ERK2 两种，是将信号从表面受体传导至细胞核的关键，磷酸化激活的ERK1/2 由胞质转位到核内，参与细胞增殖与分化、细胞形态维持、细胞骨架的构建、细胞凋亡和细胞的癌变等多种生物学反应，在肿瘤侵袭转移中起关键性作用，在肿瘤浸润转移中的作用日益受到重视。王宏艳［31］发现不同剂量APS 处理HepG2后，细胞发生凋亡，且ERK1/2 表达下降，提示细胞的凋亡途径可能通过ERK1/2。此外，ERK1/2 是有丝分裂原激活蛋白激酶MAPK 家族的一员，因此，认为抑制MAPK 信号通路也可能是APS 抗肿瘤机制之一［32］。

3.2 APS 对负向免疫调控细胞的影响

研究表明，机体中存在一些负向免疫调控细胞，可以促进肿瘤免疫逃逸，主要包括调节性T细 胞（regulatory cell，Tregs）、髓源 抑 制 性 细 胞（myeloid derived suppressor cells，MDSCs）和肿瘤相关巨噬细胞（tumor associated macrophages，TAMs）。Tregs 是一个异质性的群体，肿瘤组织中的Tregs主要来源于骨髓、胸腺、外周血及淋巴结，可以通过分泌免疫抑制因子、分泌颗粒酶及穿孔素和干扰细胞代谢等多种机制在对抗肿瘤免疫应答过程中发挥免疫抑制作用和诱导免疫耐受作用，在肿瘤免疫逃逸中具有重要的作用［33-34］。MDSCs 具有强免疫抑制功能的未成熟细胞群，广泛存在于荷瘤小鼠的脾脏、血液及肿瘤组织或者肿瘤患者外周血及肿瘤组织中，该群细胞的存在贯穿肿瘤生长的整个过程，通过抑制免疫细胞的活性，使宿主对肿瘤的正常免疫应答受到抑制［35］。肿瘤相关巨噬细胞TAMs 是由巨噬细胞穿过血管内皮细胞浸润在肿瘤组织内，在肿瘤和微环境的诱导下，进一步分化成熟而发育的巨噬细胞，为肿瘤组织中数量较多的免疫细胞，为肿瘤的生长、发展、转移和组织的重塑修复奠定了基础［36］。APS 参与肿瘤免疫应答过程，可以改善患者的免疫耐受状态，维持机体的免疫功能的阴阳平衡，从而影响肿瘤的发生、发展、预后和转归，防止肿瘤免疫逃逸。

3.2.1 APS 对Tregs 的干预 中药多糖在抑制Tregs 参与的肿瘤免疫应答中，可以抑制Tregs 的数量并降低其活性，改善患者的免疫耐受状态，从而影响肿瘤的发生、发展、预后和转移。孙舒玉等［37］研究发现，APS 可以显著降低B16-F10 荷瘤小鼠脾脏中Treg 的比例，同时降低脾脏中转化生长因子（transforming growth factor β，TGF-β）和白细胞介素-10（interleukin-10，IL-10）中mRNA 的表达，最终抑制荷瘤小鼠肿瘤的生长。在肝癌肿瘤微环境中CD4+、CD25+和Tregs 细胞的数量受转录因子Foxp3 mRNA 表达的限制，APS 可以恢复肿瘤微环境中的细胞因子、基质的失衡修复作用，抑制Foxp3 mRNA 的表达，阻碍趋化因子-1（stormalcell derived factor-1，SDF-1）在肝癌肿瘤微环境中的Tregs 细胞募集，抑制Tregs 细胞的免疫抑制作用，增强基于免疫疗法抗肿瘤作用［38］。

3.2.2 APS 对MDSCs 的干预 中药多糖对免疫抑制细胞MDSCs 的作用在中医药抗肿瘤免疫方面具有不可忽视的地位，近年研究表明中药多糖主要通过减少MDSCs 细胞的数量，防止肿瘤免疫逃逸。柴旺［39］研究发现，APS 具有下调MDSC 的免疫抑制作用，其作用机制与减少Tregs 细胞的比例及其分泌的细胞因子相关。李程豪等［40］采用IL-6和TNF-α 模拟BMSCs 体外炎性微环境培养体系，并以APS 最佳药物浓度干预该体系，结果显示与炎性因子干预组相比，APS 能抑制炎性微环境中BMSCs 的异常改变。临床研究［发现APS 联合治疗组和对照组均可降低Tregs 和MDSCs 这两类免疫抑制细胞的比例，但联合治疗组降低幅度显著高于单用正常治疗方案组，表明APS 对宫颈癌患者的治疗主要通过降低免疫抑制细胞的数量来实现41］。

3.2.3 APS 对TAMs 的干预 多糖能促进抗肿瘤活性TAMs 的表型分化，根据巨噬细胞不同的功能特性，至少可将其分为2 种不同活化表型和功能特征的亚群：经典活化的巨噬细胞M1 型和替代性活化的巨噬细胞M2 型［42］。其中M2 型巨噬细胞表现为较低的抗原提呈能力，并可通过分泌抑制性细胞因子如IL-10，TGF-β 等下调机体免疫应答，通过分泌VEGF，加速肿瘤血管快速生成，促进肿瘤细胞的浸润和转移，为肿瘤发展奠定基础。江泽波等［43］研究发现猪苓多糖能降低M2 特异性指标CD206 的表达率，同时升高CD16/32，CD40 等M1特异性指标，表明猪苓多糖能逆转肿瘤相关巨噬细胞，提高机体免疫功能。目前关于APS 对肿瘤相关巨噬细胞的调节研究少之甚少，但是从其他中药多糖对TAMs 的调节机制可以为APS 的进一步探索提供良好的依据。

4 结 语

肿瘤免疫治疗经过长期的发展，已在多种肿瘤的治疗上发挥了很好的疗效，但是在探索恶性肿瘤治疗的道路上，我们仍有很大的进步空间。APS 具有广泛的药理学作用，近年来研究表明APS 在激活免疫反应增强机体抗肿瘤能力、临床化疗联合应用增强术后康复治疗效果、直接或间接降低肿瘤的发生和转移等方面具有独特优势，为肿瘤免疫治疗提供了新思路和新方法。

但是，目前对于APS 抗肿瘤的研究还存在一些问题：APS 对肿瘤免疫调节研究方面主要集中在体外的细胞实验，涉及临床研究较少，需进一步研究其临床价值；APS 结构复杂不易分离，质量标准难控制，对后续实验进展有一定的影响；APS 对肿瘤免疫逃逸方面的机制研究不够深入，具体调控机制尚不清楚，对其具体信号通路需要深入研究。因此，今后还需加强APS 影响免疫监视和逆转肿瘤免疫逃逸机制方面的研究，对APS 抗肿瘤机制的阐明，将极大地拓展中药多糖在临床上的使用。

综上所述，通过纠正免疫抑制因素的研究对进一步挖掘黄芪多糖在抗肿瘤方面的免疫平衡机制具有十分重要的意义。APS 既可以从多角度提高免疫应答水平，作用于机体维持中医传统理论的“动态平衡”，又可以在间接体现机体在抗肿瘤过程中维持机体免疫平衡的可控性。