吴品庚 曾宇 | 甘露糖的抗肿瘤作用

3.2.1 Src

Xie等[34]采用网络药理学、生物信息学分析和实验验证相结合的方法证明，类固醇受体辅激活因子(steroid receptor coactivator，Src)是胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)中甘露糖的关键靶标。甘露糖通过抑制Src表达抑制PDAC生长。研究进一步揭示了甘露糖以剂量依赖性方式显著抑制PDAC细胞中由Src调节的p-STAT3、CyclinD1、PI3K和p-AKT的表达水平下调，并显著抑制患者源性异种移植瘤组织中CCND1、AKT1和MMP1的mRNA表达。Src是一种非受体酪氨酸激酶，在胰腺癌等多种癌症中过表达，促进肿瘤发生过程[35]。在高达70%的PDAC病例中Src表达异常，并与PDAC患者的临床预后不良相关[36]。Src在PDAC中的主要功能是通过激活各种信号通路促进肿瘤进展。因此，通过甘露糖抑制Src，进而阻断多种促进PDAC进展的信号通路发挥功能，值得进一步研究。

3.2.2 TFE3/EGFR信号轴

表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)是一种跨膜受体，属于表皮生长因子受体家族。单链EGFR与其配体结合后使受体二聚化，通过酪氨酸激酶活性激活受体自身磷酸化，触发一系列信号转导途径[37]。研究发现，甘露糖处理导致转录因子E3(transcription factor binding to IGHM enhancer，TFE3)表达增强，促进溶酶体生物合成、EGFR降解，从而抑制非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)生长。体内外实验中，甘露糖对肿瘤生长的抑制效果均与奥希替尼相似[38]。酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitor，TKI)是NSCLC的一线治疗药物，可以进入细胞内，作用于EGFR家族，阻断激酶受体自身磷酸化，产生抑癌效果。该研究中的奥希替尼为第三代TKI靶向药，选择性高、毒性小、临床效果良好。甘露糖通过溶酶体途径促进EGFR降解，与TKI药理机制类似，且在体内外实验中取得相似效果，提示甘露糖对NSCLC治疗具有重要意义。

3.2.3 HIF-1信号通路

在放化疗和放化疗甘露糖治疗的两组三阴性胶质母细胞瘤小鼠模型中，后者显著延长了小鼠的生存时间。分析显示，低氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)是两组之间唯一显著改变的信号通路。经甘露糖处理后HIF-1α和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表达下调，脯氨酰羟化酶结构域2(prolyl hydroxylase domain 2，PHD2)表达上调。用PHD2抑制剂molidustat可以逆转甘露糖对HIF-1α和VEGF的调节作用[39]。多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme，GBM)的标准治疗是手术后进行替莫唑胺同步放疗，但对患者的生存获益有限[39]。该研究发现，替莫唑胺同步放疗联合甘露糖显著抑制肿瘤生长，对临床治疗具有潜在价值。从分子角度而言，HIF-1主要由HIF-1α和HIF-1β两个亚基组成。缺氧时，HIF-1α与HIF-1β结合，激活一系列靶基因转录表达[40]。因此，应进一步研究甘露糖对HIF-1通路相关分子的作用，明确其抗GBM机制，以寻找甘露糖抗肿瘤的新靶点。

3.2.4 RNF185/IDH2信号轴

异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase，IDH)是三羧酸循环的限速酶，按催化特性可分为NADP+依赖型的IDH1和IDH2，以及NAD+依赖型的IDH3。IDH1和IDH2突变与肿瘤的发生发展密切相关[41]。环指蛋白185(ring finger protein 185，RNF185)是一种E3泛素连接酶，在蛋白质的泛素化和蛋白酶体降解中发挥重要作用[42]。在乳腺癌细胞中，IDH2蛋白通过泛素化-蛋白酶体途径被降解，而甘露糖通过上调RNF185促进上述降解过程。此外，甘露糖还可以抑制NADPH的产生，从而使肿瘤细胞对促氧化剂BSO处理更敏感。甘露糖通过以上两种机制抑制乳腺癌细胞的生长。IDH2已被鉴定为乳腺癌的预后标志物和潜在治疗靶点[43]。所以，靶向IDH2的研究具有一定临床意义。如前文所述，甘露糖能影响肿瘤葡萄糖代谢的关键酶，进而影响三羧酸循环。而IDH是三羧酸循环的限速酶之一。因此，该研究是“甘露糖干扰葡萄糖代谢机制”的补充。

3.2.5 PI3K/AKT信号通路

Wang等[44]发现，甘露糖可抑制NSCLC细胞增殖，其机制与抑制磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3-kinase/Akt kinase，PI3K/AKT)信号通路激活有关。PI3K/AKT通路是一种细胞内信号转导途径，在响应细胞外信号、调节细胞代谢存活中发挥关键作用，可导致肿瘤生长、转移和化疗耐药[45]。过度激活的PI3K/AKT通路引起EGFR表达异常，是NCSLC对TKI产生获得性耐药的机制之一[44]。因此，该研究中甘露糖抑制AKT活性与前文所述甘露糖降解EGFR形成机制互补。

3.2.6 ERK信号通路

Wang等[44]在研究中还发现，甘露糖对NSCLC的抑制作用还与其阻碍细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase，ERK)激活有关。ERK是RAF-MEK-ERK信号通路的关键组成部分，其激活促进肿瘤发生发展。临床上现有多种针对该通路的抑制剂，这为甘露糖抗肿瘤药物的研究提供了理论依据。

3.2.7 AMPK信号通路

Zhang等[46]在三阴性乳腺癌(triple negative breast cancer，TNBC)中发现，甘露糖通过激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)，使细胞程序性死亡配体-1(programmed cell death ligand-1，PD-L1)在S195处磷酸化，导致PD-L1糖基化异常和蛋白酶体降解，抑制肿瘤生长。AMPK是调节能量代谢的关键分子，具有促癌和抗癌的双重作用[47]。AMPK通路主要调控哺乳动物的蛋白质代谢、脂质代谢、糖类代谢以及自噬和线粒体稳态，几乎包含生命体的整个生理代谢过程。因此，除了甘露糖通过AMPK通路作用于PD-L1外，其他与AMPK有关的代谢机制也具有研究价值。

3.2.8 Slit/Robo信号通路

甘露糖可以降低TNBC细胞的葡萄糖摄取量，抑制肿瘤增殖，增加Slit2和Robo1的表达[48]。Slit是一种细胞外分泌蛋白，包括3种亚型——Slit1-3。Slit受体蛋白Robo家族是一种单次跨膜蛋白，包括4个成员——Robo1-4。Slit/Robo通路作为神经导向因子参与神经轴突导向、神经细胞形态分化等过程，也具有增强或减弱肿瘤增殖的作用[49]。在不同肿瘤细胞或组织中，Slit/Robo表达水平不一。甘露糖是否通过其发挥作用，有待深入研究。

甘露糖抗肿瘤机制的潜在靶点及通路如图1所示。

图1 甘露糖抗肿瘤机制的潜在靶点及通路

3.3 免疫调节

免疫细胞功能的激活及活性维持有助于提高免疫系统识别、杀伤肿瘤细胞的能力[9]。甘露糖通过抑制TNBC组织中程序性死亡受体1(programmed cell death protein 1，PD-1)表达，提高T细胞的免疫和杀伤性[46]。在口腔鳞癌中，甘露糖还可逆转骨髓源性抑制细胞活化并促进CD8+ T细胞增殖，发挥抑癌作用[50]。在结直肠癌小鼠模型中，口服甘露糖可缓解结肠炎并减少结肠炎相关肿瘤发生，但对抑制肿瘤细胞的恶性程度和肿瘤诱导剂诱导的上皮细胞恶性转化影响有限[51]。在肿瘤细胞与巨噬细胞的体外共培养模型中，甘露糖通过抑制肿瘤细胞乳酸盐的产生，抑制肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages，TAMs) M2表型的极化。以上研究说明，甘露糖可以参与免疫调节以发挥抗癌作用。

3.4 氧化应激

氧化应激是指机体在需要清除体内老化细胞或遭受各种有害刺激时，体内高活性分子如活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen species，RNS)产生过多，氧化程度超出氧化物清除能力，氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤。高活性分子以矛盾的方式影响癌症演变，既可促进肿瘤形成与发展，也可因细胞毒性导致癌细胞死亡，这取决于其浓度高低[52]。髓过氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)是宿主防御中分泌的高度氧化的促炎酶，可以在肿瘤免疫微环境中被释放[53]。甘露糖通过增加胶质瘤微环境中MPO的活性和氧化应激，将宿主免疫反应转向肿瘤抑制，减缓胶质瘤生长[54]。甘露糖抑制前列腺癌细胞的增殖并促进凋亡[55]。细胞内甘露糖的积累降低了线粒体膜电位，增加了线粒体和细胞内ROS水平，减少了三磷酸腺苷产生。甘露糖处理后的前列腺癌细胞线粒体形态发生变化，线粒体裂变蛋白1(fission 1，FIS1)表达下调，凋亡因子Bax和Bak表达升高。以上证据表明，甘露糖能使肿瘤细胞发生氧化应激而抑制其生长。

3.5 微生物组

肿瘤微环境(tumor micro-environment，TME)是对微生物生长具有吸引力的生态位。TME的特性导致不同肿瘤微生物组存在差异。某些微生物促进肿瘤发生，某些则通过充当免疫佐剂来辅助抗肿瘤免疫反应[56]。在口腔癌中，甘露糖可逆转抗生素诱导的肿瘤生长，但对肿瘤形成无抑制作用，其机制与影响口腔微生物组的组成和代谢有关[50]。Liu等[57]研究宫颈上皮内瘤变(cervical intraepithelial neoplasia，CIN)患者的微生物组特征发现，随着皮损级别的升高，乳酸菌和假单胞菌的比例呈下降趋势，加德纳菌、小杆菌和普雷沃菌的比例呈上升趋势。京都基因与基因组百科全书富集分析表明，高级别CIN的多种途径受抑制，包括果糖和甘露糖代谢。表明缺乏甘露糖可能通过影响阴道微生物组促进早期宫颈癌的发展。目前，甘露糖与肿瘤微生物组的研究较少，具体作用机制尚不明确，还需更多实验进行论证。

4 甘露糖抗肿瘤效应的潜在临床应用价值

4.1 增强化学治疗的疗效

化疗是恶性肿瘤治疗的一种常用方法，可单独或与其他治疗方法联合使用。甘露糖与顺铂组合通过上调促凋亡蛋白基因NOXA并下调抗凋亡因子Mcl-1和Bcl-XL的表达，激活骨肉瘤细胞凋亡的内在途径，促进细胞凋亡。甘露糖和阿霉素单独或联合治疗胰腺癌荷瘤裸鼠的研究发现，与单药治疗相比，联合治疗对小鼠的抑制作用更显著[14]。甘露糖可增加NSCLC对顺铂和卡铂的敏感性，增强化疗药抗癌疗效[44,58]。在结直肠癌细胞和动物模型中，甘露糖单独或与5-FU组合都能够下调磷酸戊糖途径、增强氧化应激，并诱导肿瘤细胞脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)损伤[59]。

4.2 增强放射治疗的疗效

放疗也是癌症患者的常规临床治疗方法之一，尤其是对于不适合手术的局部晚期和远处转移患者。甘露糖可以抑制食管鳞状细胞癌的增殖和葡萄糖代谢，并促进放疗诱导的细胞凋亡[60]。甘露糖还可使DNA损伤修复相关基因的mRNA不稳定，上调放疗诱导的DNA损伤，提高TNBC对放疗敏感性[46]。在三阴性胶质母细胞瘤小鼠模型中，甘露糖增强了替莫唑胺单药治疗和放疗合并替莫唑胺的疗效，延长了生存时间[40]。

4.3 增强免疫治疗的疗效

以抗PD-L1和PD-1抗体为代表的免疫检查点抑制剂单独或与化疗联合治疗多种类型癌症显示出良好的疗效[12]。甘露糖协同抗PD-1抗体能显著抑制TNBC细胞生长[46]。甘露糖通过诱导TNBC细胞PD-L1的异常糖基化和蛋白酶体降解，增强免疫治疗的功效。甘露糖和PD-L1阻断剂的组合可以显著抑制TNBC细胞的生长并延长荷癌小鼠的寿命[46]。

4.4 增强靶向治疗的疗效

靶向治疗是一种通过靶向药物作用于肿瘤相关特定分子靶点，干扰癌细胞生长从而达到治疗肿瘤目的的方法。甘露糖可以增加第一代TKIs伊马替尼、第三代TKIs普纳替尼对费城染色体阳性白血病细胞的细胞毒性[61]。然而，在普纳替尼和甘露糖联合给药组中观察到重度毒性，如实验组裸鼠体重减轻甚至死亡[61]。提示甘露糖与TKIs以及其他抗肿瘤方案联用时，应密切监测毒性反应，加强安全性评估。

以上证据表明，甘露糖在体内外可直接增强化疗、放疗、免疫治疗、靶向治疗的疗效，提示其作为抗肿瘤治疗药物具有良好前景(表1)。从大多数研究中可看出，甘露糖不具有强烈的杀伤毒性，而是在特定浓度范围内表现出对肿瘤生长的抑制性，对现有临床治疗方法起到增效作用。因此，认为甘露糖更适合作为抗肿瘤治疗的辅助性药物。

5 展望

甘露糖在多种恶性肿瘤中表现出直接抗癌作用，这种作用只需在细胞培养基或动物饮用水中补充适量甘露糖即可实现。甘露糖还在体内外增强了其他抗肿瘤治疗的疗效，如化疗、放疗、靶向治疗和免疫治疗。在肿瘤领域中，甘露糖除具有直接抗癌作用外，还能间接参与构建抗肿瘤药物递送系统，具有良好的应用前景[62]。甘露糖抗肿瘤效应的机制复杂多样，但尚处于起步阶段。未来应在更多类型肿瘤中明确甘露糖的抗癌效应，寻找新的作用靶点与通路。未来还应探索甘露糖作为一种常见的多功能糖类营养素应用于正常或癌症高风险人群，是否可起到预防癌症发生的作用。目前，甘露糖抗肿瘤领域的研究局限于细胞和动物模型，缺乏肿瘤相关临床实验。甘露糖应用于人体的给药方式、药物剂量、维持时间、检测方法等问题有待商榷。