南极大藻（*Sarcopeltis skottsbergii*）脂肪酸的免疫治疗与抗肿瘤潜力

《Marine Biotechnology》：Immunotherapeutic and Antitumoral Potential of Fatty Acids from Subantarctic Macroalgae (Sarcopeltis skottsbergii)

　　

免疫治疗已成为癌症治疗的关键策略，通过调动机体免疫系统识别并清除肿瘤细胞。寻找能够增强免疫应答同时选择性靶向癌细胞的新型化合物仍是当前研究的重要方向。本研究调查了来源于南极大藻*Sarcopeltis skottsbergii*的脂肪酸的免疫治疗和抗肿瘤潜力。通过体外实验评估了这些脂肪酸对HCC1954（乳腺癌）、HL-60（白血病）和CHO（非肿瘤）细胞系的细胞毒性效应。MTT检测结果显示，这些脂肪酸对HCC1954和HL-60细胞系具有显著的增殖抑制作用（生长抑制率分别为52%和57.9%），而对CHO细胞未观察到细胞毒性。荧光检测（LIVE/DEAD）也证实了其细胞毒性。此外，对J774A.1巨噬细胞系和小鼠脾细胞原代培养物进行的实时荧光定量PCR分析显示，白细胞介素IL-4、IL-6、IL-10、IL-12、IL-17、TNF-α和IFN-γ的表达增加，这些细胞因子在免疫系统中发挥关键作用，表明存在一种平衡的免疫应答，既能缓解过度炎症又能促进直接的抗肿瘤活性。这些发现表明*S. skottsbergii*的脂肪酸能够调节免疫应答，参与肿瘤的免疫调节。对非肿瘤细胞无细胞毒性、选择性抑制癌细胞生长以及免疫激活的特性相结合，凸显了*S. skottsbergii*脂肪酸作为癌症治疗辅助手段的前景。这些结果强调了海洋来源天然化合物在开发创新抗癌免疫治疗策略方面的价值。

## 研究背景与问题提出

海洋天然产物因其生物活性成分而产生的药理学效应，长期以来吸引着科学界的关注。大藻（macroalgae，即海藻）作为光合海洋生物，依据色素组成可分为红藻（Rhodophyta）、褐藻（Ochrophyta）和绿藻（Chlorophyta）三大门类。在极端环境压力下，海洋生物会产生适应性反应，进而生物合成多种具有显著药理活性的次级代谢产物，包括抗氧化、抗炎、抗病毒、免疫调节及抗癌等活性。海洋生态系统中的次级代谢产物具有独特的结构和化学特征，这在陆生植物来源的天然产物中较为罕见。尽管近年来对大藻化学成分的研究取得了实质性进展，但关于智利南极大藻脂肪酸（FA）或脂质含量变化的文献仍存在明显空白，该领域的认识尚不完整。

大藻的脂肪酸组成因物种、地理位置、季节、发育阶段和环境条件等因素而呈现显著变异性。南极亚区域（48°36'至56°S；66°25'至75°40'W）拥有世界上最广阔的亚南极环境代表——麦哲伦地区，该区域共有391种大藻类，分属75种绿藻、86种褐藻和230种红藻。红藻门（Rhodophyta）藻类能够产生大量多不饱和脂肪酸（PUFAs），如花生四烯酸（20:4n-6，AA）和二十碳五烯酸（20:5n-3，EPA）。高含量的必需n-3多不饱和脂肪酸对维持人体健康具有重要作用，尤其在降低心脏病、炎症过程和癌症风险方面。

癌症是一种以细胞不受控制生长为特征的多因素疾病，严重时可发生转移。基于肿瘤特征和分期，临床治疗常采用手术、化疗、放疗和免疫治疗等综合方案，主要目标是在消除肿瘤细胞的同时尽量减少对正常细胞的损伤，但严重的副作用往往难以避免。天然产物因具有预防或抑制肿瘤进展和恶性的潜力，可减少传统疗法的副作用而备受关注。肿瘤免疫学的发展揭示了免疫系统与正常及恶性细胞之间的紧密相互作用，为免疫监视概念奠定了基础。细胞因子作为肿瘤微环境中免疫细胞与非免疫细胞间关键相互作用的介导者，已成为当前免疫治疗策略中的相关靶点和生物标志物。鉴于此，评估*Sarcopeltis skottsbergii*脂肪酸对这些细胞因子的调节作用，可更全面评估其免疫调节潜力。

## 研究目的与技术路线

本研究旨在评估*Sarcopeltis skottsbergii*脂肪酸的抗肿瘤和免疫调节活性，采用肿瘤和正常细胞系以及原代培养物进行实验。研究使用的主要关键技术方法包括：从麦哲伦地区蓬塔阿雷纳斯市麦哲伦海峡采集的*S. skottsbergii*配子体阶段样本，经干燥、粉碎后，采用Bligh-Dyer法进行脂质提取，并通过皂化-甲基化处理后进行气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析脂肪酸组成；采用MTT比色法测定细胞增殖抑制率，并通过LIVE/DEAD荧光探针法（Calcein AM和EthD-1染色）在共聚焦显微镜下验证细胞存活状态；运用实时荧光定量PCR（real-time PCR）技术，以β-actin为内参基因，检测J774A.1巨噬细胞系及BALB/c小鼠脾细胞原代培养物中IL-4、IL-6、IL-10、IL-12、IL-17、TNF-α和IFN-γ等细胞因子的基因表达水平；建立BALB/c小鼠体外给药模型，通过皮下注射200 μg/mL脂肪酸提取物，于21天后再次给药，共44天后采集脾脏进行脾细胞原代培养及后续分子检测。

## 研究结果

**大藻化学成分分析**：*S. skottsbergii*的宏量分子组成分析显示，其总干生物量中糖含量为19.73%，蛋白质含量为8.65%，脂质提取物含量为0.48%。脂肪酸组成以饱和脂肪酸（SFA，50.29%）为主，单不饱和脂肪酸（MUFA）占15.30%，多不饱和脂肪酸（PUFA）占34.41%。其中两种重要的PUFAS尤为突出：n-3系列的二十碳五烯酸（EPA，C20:5n-3）和n-6系列的花生四烯酸（AA，C20:4n-6）。该研究使用的生物量于2018年12月（亚南极夏季）采集，所述脂质成分反映了该季节*S. skottsbergii*的生理状态。

**脂肪酸对肿瘤细胞的增殖抑制作用**：通过MTT检测评估*S. skottsbergii*脂肪酸对白血病（HL-60）和乳腺癌（HCC1954）细胞的细胞毒活性。在50至250 μg/mL浓度范围内，24小时暴露后，最大抑制效果为HL-60细胞18.8%、HCC1954细胞52%；48小时暴露后，HL-60细胞抑制率增至57.9%，HCC1954细胞略降至45.5%。对非肿瘤CHO细胞在最大测试浓度（250 μg/mL）下，48小时暴露后的抑制率仅为17.14%，显示无显著细胞毒性。LIVE/DEAD荧光检测进一步证实了上述结果：荧光图像显示*S. skottsbergii*脂肪酸显著降低了HL-60和HCC1954细胞的存活率，处理组死细胞数量较对照组明显增加（HL-60：对照组56.6 vs 处理组256.3；HCC1954：对照组33.5 vs 处理组174），差异具有统计学意义（p < 0.05或p < 0.01）。

**细胞因子基因表达分析**：在J774A.1巨噬细胞中，250 μg/mL脂肪酸暴露48小时后，IL-4、IL-6、IL-12和IL-17的基因表达水平较对照组显著升高。在源自BALB/c小鼠的原代脾细胞培养物中，200 μg/mL脂肪酸刺激后，IL-4、IL-6、IL-10、IL-12、TNF-α和IFN-γ的表达量均较阴性对照组增加。研究特意选择了对非肿瘤CHO细胞无毒性或抑制趋势的200 μg/mL浓度用于脾细胞实验，以最小化对原代免疫细胞的潜在非特异性细胞毒效应。

## 讨论与结论

研究人员在讨论部分深入分析了*S. skottsbergii*脂肪酸的生物学意义。南极大藻因其生物活性和健康益处而著称，其多糖（如κ-卡拉胶和D-半乳聚糖）已被分离并研究抗肿瘤潜力。红藻门藻类的蛋白质含量通常低于褐藻和绿藻，脂质含量一般在1.5%至5%之间，而本研究中*S. skottsbergii*的脂质含量（0.48%）与文献报道的红藻低脂质特征相符，与*Mastocarpus stellatus*（0.39%）和*Gigartina pistillata*（0.57%）等红藻种类相近。

脂肪酸组成方面，棕榈酸（C16:0）以34.46%的浓度成为最主要的饱和脂肪酸。文献报道该脂肪酸具有抗乳腺癌、前列腺癌和结直肠癌的潜在活性。亚南极寒冷海域的大藻具有高PUFA产量的特点，这是藻类适应低温环境、维持膜流动性的机制。*S. skottsbergii*中PUFAS占34.43%，其中EPA和AA最为代表性。Hillyer等人的研究表明，海洋来源的n-3脂肪酸在缓解HER-2型乳腺癌方面效果显著优于植物来源的脂肪酸，这与本研究中观察到的HCC1954细胞（HER2+）的细胞毒性结果相印证。

在免疫调节机制方面，研究人员指出慢性炎症在肿瘤微环境中可促进肿瘤发展和进展。*S. skottsbergii*脂肪酸同时诱导调节性细胞因子（IL-4、IL-10）和促炎/抗肿瘤介质（IL-12、TNF-α、IFN-γ）的表达，显示出免疫调节效应而非单纯的促炎或抑炎作用。IL-4和IL-10虽常与抗炎和免疫抑制功能相关，但在适度水平下有助于限制过度免疫应答、保护健康组织；而IL-12可刺激淋巴细胞T和自然杀伤细胞（NK细胞）释放IFN-γ，TNF-α则能诱导靶细胞凋亡、激活抗原呈递细胞并刺激效应T细胞的活化与增殖。研究中TNF-α和IFN-γ的表达水平与IL-10相当或更高，表明促炎抗肿瘤效应未被免疫抑制所掩盖。

此外，n-3脂肪酸被认为可调节抗原呈递细胞（APCs）如巨噬细胞和树突状细胞的功能，进而影响T细胞应答。富含n-3脂肪酸的饮食可增加小鼠脾脏中CD4⁺和CD8⁺ T细胞的水平。

**研究结论**：本研究表明，来源于南极大藻*Sarcopeltis skottsbergii*的脂肪酸具有相关的抗肿瘤和免疫调节活性。该脂质提取物在体外和离体实验中促进了白血病和乳腺癌细胞增殖的选择性抑制，同时对非肿瘤CHO细胞未显示显著细胞毒性，提示了有利的选择性特征。同时，对与调节性和促炎性免疫应答相关细胞因子的调节，表明这些脂肪酸能够影响肿瘤相关免疫应答中的免疫信号通路。生物活性脂肪酸（包括EPA和花生四烯酸等PUFAS）的存在，进一步强化了南极大藻作为生物活性化合物来源的生物技术和药理学潜力。这些发现共同支持将*S. skottsbergii*脂肪酸作为未来抗癌和免疫调节策略的补充候选物，特别是作为与常规疗法相结合的辅助手段。尽管仍需额外的机制研究和体内研究以进一步阐明其分子靶点和治疗适用性，但本研究有助于扩展对海洋来源生物活性脂质的认识，并凸显了亚南极海洋环境作为具有潜在生物医学价值化合物来源的前景。该论文发表于《Marine Biotechnology》。