β-葡聚糖的抗肿瘤作用机制及其免疫治疗宫颈癌的研究进展△

杨楠，马守叶，马昕芸，杨蕊，章婷婷，刘会玲

1 甘肃中医药大学第一临床医学院，兰州 730000

2 甘肃省人民医院妇科，兰州 730000

3 甘肃省医学检验临床医学研究中心，兰州 730000

宫颈癌是临床常见的妇科恶性肿瘤，是全球女性的第四大恶性肿瘤[1]。全球癌症统计数据显示，每年约60 万例女性被诊断为宫颈癌，其中约30 万例死于宫颈癌[2]。近年来随着早期宫颈癌筛查的普及和疫苗接种率的提高，早期宫颈癌患者的5 年生存率较前有所提高，但晚期和复发性宫颈癌患者的病死率并未明显降低[3]。早期宫颈癌的治疗方式包括手术、化疗和放疗，但晚期和复发性宫颈癌的治疗选择有限。肿瘤免疫治疗具有特异性高、生物活性广泛、不良反应轻等优点，为宫颈癌的治疗提供了新思路。本文对β-葡聚糖的抗肿瘤作用机制及其免疫治疗宫颈癌的研究进展进行综述。

1 β-葡聚糖的来源及结构

β-葡聚糖是一种单独由葡萄糖单体组成的高聚物，来源于不同的植物，如燕麦、大麦、谷类、藻类等，还存在于真菌及细菌的细胞壁中[4]。不同来源的β-葡聚糖在某些性质上是不同的，如分子量、链长、分支、α或β异构体及溶解能力等，这些结构的差异对β-葡聚糖的活性有很大影响[5]。β-葡聚糖通常是由β-（1，3）、β-（1，4）、β-（1，6）-糖苷键连接而成的葡萄糖分子，β-（1，3）-糖苷键一般构成主链，β-（1，4）和β-（1，6）-糖苷键一般构成支链[6]。除糖苷类型和分支结构的差异，β-葡聚糖根据其生理特性可分为不溶性β-葡聚糖和可溶性β-葡聚糖。

不溶性β-葡聚糖通常是一类不溶于水或碱溶液的葡萄糖聚合物，呈颗粒状，易与受体结合，从而激活相应的信号转导通路。从酵母细胞壁中提取的碱不溶性β-（1，3）-葡聚糖呈电中性，其中含有少量β-（1，6）支链，由于该多糖是多羟基聚合物，分子内羟基间的相互作用明显，因此该类多糖形成了致密的三螺旋结构，其不溶于水，稍溶于二甲亚砜，呈聚集颗粒状[7]。可溶性β-葡聚糖在水溶液中会形成三螺旋结构、单螺旋结构及无规则卷曲结构，这是由于其侧链在水溶液中构象不同，其中三螺旋结构是构象相对稳定的高级结构，β-葡聚糖的特定构象是其作为免疫调节剂至关重要的组成部分，并且结构越复杂，其免疫调节作用和抗肿瘤活性越强[8]。

2 β-葡聚糖的受体

β-葡聚糖发挥抗肿瘤作用主要依赖于细胞表面的β-葡聚糖与其受体之间的相互作用，以及此作用如何使这些高聚物对细胞产生影响并产生一系列生物化学改变。目前，临床对补体受体3（complement receptor 3，CR3）、乳糖神经酰胺（lactosylceramide，LacCer）、选择性清道夫受体和树突状细胞相关C 型凝集素-1（dendritic cell associated C-type lectin-1，Dectin-1）的研究较多，β-葡聚糖利用其不同化学结构与这些受体之间的亲和力来触发不同的宿主反应[9]。

CR3 是β2整合素家族成员，是由两条非共价链（CD11b/CD18）组成的异源二聚体跨膜糖蛋白，主要分布于巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞及自然杀伤（nature killer，NK）细胞等免疫细胞中[10]。β-葡聚糖与CD11b 的凝集素样位点和重叠的Ⅰ型结构域高亲和力结合，双重识别是触发免疫调节系统并导致细胞毒性的必要条件，这依赖于补体灭活C3b（inactivated-C3b，iC3b）和β-葡聚糖在CR3 上的同时结合[10-11]。CR3 还能够识别被单克隆抗体标记并被iC3b 包被的肿瘤细胞，其与β-葡聚糖结合可以激活补体依赖的细胞毒作用来裂解肿瘤细胞[12]。抗肿瘤单克隆抗体联合β-葡聚糖可激活补体并加强iC3b 对肿瘤细胞的调节作用，从而提高抗肿瘤效应，有望成为抗肿瘤辅助治疗的新策略。

LacCer 含有丰富的中性鞘糖脂，高表达于人中性粒细胞和上皮细胞膜。Zimmerman 等[13]研究了酵母来源的β-葡聚糖与人白细胞之间的生化作用，证实了LacCer 是β-（1，3）-葡聚糖的受体。还有研究发现，LacCer 可在中性粒细胞膜上形成脂筏，与β-葡聚糖结合后激活Scr 家族激酶/磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphoinositide 3-hydroxy kinase，PI3K）信号转导通路，以此增强中性粒细胞的趋化性并促进细胞因子的分泌[14-15]。

选择性清道夫受体是预定模式识别受体的一部分，Vera 等[16]研究发现，β-（1，3）-葡聚糖可与CD5 胞外域结合，诱导丝裂原活化的蛋白激酶激活和细胞因子释放。

Dectin-1 是一种Ⅱ型跨膜蛋白受体，在中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞中的表达水平较高[11]。Dectin-1 具有胞外C 型凝集素样结构域折叠和包含免疫受体酪氨酸激活基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motif，ITAM）的胞质结构域，与β-葡聚糖结合后可诱导ITAM 磷酸化，这种跨膜信号的转导触发了不同的生物学效应，包括超氧化物的产生、调理吞噬作用的增强以及诱导细胞因子和趋化因子的产生[17]。β-葡聚糖可与Dectin-1 受体相互作用诱导脾酪氨酸激酶（spleen tyrosine kinase，Syk）磷酸化，随后Syk 活化形成用于细胞内化的吞噬体和成熟的吞噬溶酶体[18]。研究发现，β-葡聚糖可诱导巨噬细胞中肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α和白细胞介素（interleukin，IL）-6 的产生以及Dectin-1/Syk/核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信号通路的激活，从而产生明显的抗肿瘤活性[19]。Dectin-1 还与Toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）发挥协同作用，促进TNF-α、IL-6、IL-10 和IL-23 等细胞因子的产生和释放，从而产生免疫作用和抗肿瘤活性[17]。

3 β-葡聚糖的抗肿瘤作用机制

β-葡聚糖是一类来源广泛、不良反应小、免疫活性强的生物反应调节剂，自1958 年Brander 报道酵母细胞壁多糖具有抗肿瘤活性以来，国内外学者进行了大量研究，不同来源的β-葡聚糖的抗肿瘤作用已经在体外和基于动物的体内实验中进行了广泛研究，但基于人体的临床试验较少。

体外实验证实，不同来源的β-葡聚糖对人体的免疫细胞具有不同的免疫效力，酵母来源的β-葡聚糖通过Dectin-1 途径激活巨噬细胞和树突状细胞，激活的树突状细胞可促进辅助性T 细胞1（helper T cell 1，Th1）和细胞毒性T 淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）的启动和分化，表明酵母来源的β-葡聚糖通过补体激活途径显著增强了其抗肿瘤作用[20]。Yoon 等[21]探讨了从突变酿酒酵母中纯化的β-葡聚糖IS-2 的免疫刺激作用和抗肿瘤活性，结果显示，IS-2 可显著抑制黑色素瘤B16-BL6 细胞和结肠癌26-M3.1 细胞的生长和肺转移，增强脾细胞的增殖活性，刺激腹膜巨噬细胞产生多种细胞因子来抑制肿瘤细胞的生长和转移。Sadeghi 等[22]研究发现，白色念珠菌细胞壁来源的β-葡聚糖对Lewis 肺癌细胞（LL/2）具有剂量依赖性的细胞毒作用，其机制是β-葡聚糖对与Lewis 肺癌细胞（LL/2）转移相关的八聚体结合转录因子4（octamer-binding transcription factor 4，OCT4）和性别决定区Y 框蛋白2（sex determining region Y-box 2，SOX2）基因的表达具有抑制作用。

基于动物的体内实验也证实了β-葡聚糖具有抗肿瘤活性。杨英来等[23]研究发现，酵母来源的β-葡聚糖通过上调凋亡蛋白胱天蛋白酶3（caspase 3）的表达，显著抑制S180 腹腔积液型荷瘤小鼠肿瘤的生长。Ohno 等[24]探讨真菌来源的β-葡聚糖OL-2的抗肿瘤活性，结果发现，OL-2 对S180 腹腔积液型和MH-134 腹腔积液型荷瘤小鼠具有明显的抗肿瘤活性，此外，该研究还探讨食用菌提取物中的多糖组分对ICR 小鼠S180 实体瘤的抑瘤作用。Ohno 团队的另两项研究还发现了来源于姬松茸提取物的β-葡聚糖对ICR 小鼠S180 腹腔积液型荷瘤小鼠的抗肿瘤活性[25-26]。抗肿瘤单克隆抗体是近年来新兴的肿瘤治疗方法，与化疗和放疗相比，其不良反应更少，这是因为抗肿瘤单克隆抗体对肿瘤细胞的影响较大，从而最大限度地减少了对周围正常组织的损伤[4]。Hong 等[12]探讨酵母来源的β-葡聚糖作为抗肿瘤单克隆抗体治疗的佐剂在C3/CR3 缺失小鼠中的作用，结果发现，酵母来源的β-葡聚糖可在骨髓中降解为较小的可溶性β-葡聚糖片段，从而被边缘化粒细胞的CR3 摄取，这些高聚物可以抑制被iC3b 调理化的肿瘤细胞的生长。β-葡聚糖作为一种补体系统激活剂可裂解肿瘤细胞，其作为抗肿瘤单克隆抗体主要通过补体依赖的细胞毒作用（complement dependent cytotoxicity，CDC）、抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（antibody dependent cell mediated cytotoxicity，ADCC）和CR3 依赖的细胞毒作用（CR3-dependent cellular cytotoxicity，CR3-DCC）3 种机制来杀伤肿瘤细胞。

β-葡聚糖基于人体临床试验的报道较少。Weitberg[27]研究证实，真菌来源的β-葡聚糖可以刺激免疫系统、增强造血功能、增强被调理化的肿瘤细胞的杀伤作用，还可以增加中性粒细胞的趋化性和黏附性，给予晚期恶性肿瘤化疗患者β-葡聚糖制剂，可发现其耐受性良好并且对患者的造血功能有益。Ostadrahimi 等[28]研究显示，酵母来源的β-葡聚糖可以与抗肿瘤药物联合使用，显著改善接受化疗的乳腺癌患者的生活质量，作为辅助化疗药物。表明β-葡聚糖可以作为抗肿瘤药物的佐剂，减少化疗药物的不良反应，提高患者的生活质量。

4 β-葡聚糖免疫治疗宫颈癌的研究进展

4.1 通过影响人乳头瘤病毒（human papilloma virus，HPV）感染发挥抗宫颈癌作用

宫颈癌发生发展的主要病因是HPV 感染，从宫颈癌预防的角度来讲，β-葡聚糖可通过抑制HPV 感染来延缓宫颈病变进展。Stentella 等[29]在回顾性病例对照研究中发现，羧甲基β-葡聚糖凝胶可以作为HPV 感染患者的辅助治疗药物，其在抑制宫颈上皮内瘤变（cervical intraepithelial neoplasia，CIN）进展中有效，因此在宫颈癌病变过程中具有预防作用。Scardamaglia 等[30]研究证实，β-葡聚糖治疗CIN 的疗效显著。Pietrantoni 等[31]研究表明，β-葡聚糖在HPV 感染和表皮修复过程中发挥重要作用。研究显示，β-葡聚糖功能辅料可辅助治疗合并HPV 感染的慢性宫颈炎患者，改善患者瘙痒、疼痛等不适症状，缓解阴道充血水肿，调整阴道分泌物性状，预防HPV 感染[32]。上述研究证实了β-葡聚糖对HPV 感染具有一定疗效，可在一定程度上预防宫颈癌的发生发展。

4.2 作为生物免疫调节剂发挥抗宫颈癌作用

β-葡聚糖是一种已知的生物免疫调节剂，可以通过免疫调节作用来发挥抗肿瘤作用，包括其对T淋巴细胞、B 淋巴细胞、NK 细胞及抗原呈递细胞的免疫调节作用。因此，β-葡聚糖可通过调节固有免疫和适应性免疫来延缓宫颈癌进展。Sizofian（SPG）是一种来源于裂褶菌的β-葡聚糖，研究表明，SPG 通过增加T 淋巴细胞和朗格汉斯细胞的浸润而发挥作用，可以用于晚期宫颈癌的治疗，延长患者的生存期[33-34]。Nakano 等[35]也发现，SPG 通过免疫刺激增加肿瘤组织中朗格汉斯细胞计数、增强T 淋巴细胞反应，改善宫颈癌放疗的局部不良反应。Shimizu 等[36]研究也显示，SPG 不仅能增强宫颈癌盆腔淋巴结Th 细胞的功能，还可促进IL-2 分泌，因此，被认为是治疗宫颈癌有效的生物反应调节剂。Hasegawa 等[37]采用放疗联合SPG 治疗宫颈癌，结果发现，这种联合疗法不仅可以诱导巨噬细胞的细胞毒作用，还能增加NK 细胞活性。Okamura 等[38]研究也发现，SPG 联合放疗可以延长患者的生存期及复发时间，因为β-葡聚糖能迅速恢复放疗时破坏了的免疫功能。Ikeda等[39]研究发现，放疗联合SPG可以增强宫颈癌患者的免疫监视作用，通过与Dectin-1 结合发挥β-葡聚糖介导的抗肿瘤活性。另有研究发现，酵母来源的β-葡聚糖对宫颈癌细胞具有细胞毒作用，主要通过产生大量活性氧诱导宫颈癌细胞凋亡来发挥作用，且随着活性氧的产生可诱导肿瘤细胞DNA 断裂以及线粒体膜电位的破坏等形态学变化[40]。来源于食用菌双孢蘑菇中的β-葡聚糖可作为抗菌、抗氧化和抗肿瘤药物对宫颈癌Hela细胞发挥抑制作用，其同样通过产生大量活性氧来诱导肿瘤细胞凋亡，同时线粒体膜电位也破坏，被证明可以有效治疗宫颈癌[41]。这些研究证实了β-葡聚糖不但具有抑制宫颈癌细胞生长的潜力，还可以增强宫颈癌患者的免疫监视能力，改善放化疗不良反应，延长患者的生存期及复发时间，从而进一步改善患者的预后。

4.3 作为免疫佐剂发挥抗宫颈癌作用

β-葡聚糖可以作为免疫佐剂，增强抗原疫苗的免疫原性或调节免疫应答类型。Roopngam[42]发现，食用菌侧耳中的β-葡聚糖——PBG，作为一种具有免疫原性的佐剂可用于疫苗的研发，人树突状细胞表达平台证实，PBG 可通过人T 淋巴细胞发挥抗肿瘤作用，其可增加CTL 细胞、Th 细胞和γ干扰素（interferon-γ，IFN-γ）的释放来增强体液免疫及细胞免疫；此外在小鼠模型中，PBG 可提高HPV 的特异性免疫球蛋白G（immunoglobulin G，IgG）和抗体的水平，用PBG 处理T 淋巴细胞可以作为开发宫颈癌预防和治疗性疫苗的选择。目前在疫苗接种领域，使用天然材料制备抗原递送系统是一种新的趋势，β-葡聚糖具有低免疫原性、低毒、高免疫调节性和良好的生物相容性的优势，可单独或作为佐剂刺激各种免疫反应，是一种有前景的疫苗佐剂。不溶性β-葡聚糖作为药物递送系统是一种可行的选择，可溶性β-葡聚糖可作为新型水凝胶或与新型寡聚脱氧核苷酸复合物结合直接靶向免疫细胞递送系统，这是由于β-葡聚糖具有较大的抗原负载量，有递送相关抗原的可能性，还具有佐剂的功能[43]。羧甲基香菇来源的β-葡聚糖作为佐剂通过与介孔二氧化硅纳米颗粒结合，构建了高载药量和缓释药物递送系统，对宫颈癌Hela细胞具有显著的抗增殖作用，被认为是有潜力的药物化疗平台和递送技术[44]。β-葡聚糖在宫颈癌的预防、治疗和疫苗开发中有一定的潜力，但还需要进一步探讨这些方法在宫颈癌中的有效性。

5 小结与展望

β-葡聚糖种类繁多、结构复杂、生物活性广泛，其不同来源、结构和功能之间的关系还需要进一步深入研究。β-葡聚糖被认为是一种安全有效的生物反应调节剂，可以通过调节固有免疫和适应性免疫来发挥免疫调节作用和抗肿瘤活性。从宫颈癌预防角度出发，需要对β-葡聚糖影响HPV 感染的机制进行更多的研究，以揭示其在宫颈癌发生发展中的作用。研究β-葡聚糖的免疫调节机制，使其成为有前景的宫颈癌疫苗佐剂；研究β-葡聚糖对药物的靶向输送作用，可以为宫颈癌的治疗提供新的视角。β-葡聚糖在多项体内外实验和临床研究中被证实可能具有抗肿瘤活性。因此，需要对β-葡聚糖进行进一步研究，以证实其对宫颈癌细胞确实具有细胞毒作用，对正常细胞无毒性且具有将抗肿瘤药物靶向肿瘤部位的能力，从而为宫颈癌的预防和免疫治疗提供新策略。