马铃薯（Solanum tuberosum）和番茄（Solanum annuum）中壳聚糖结合凝集素的抗癌潜能的比较研究

《JOURNAL OF FOOD QUALITY》：A Comparative Study of the Anticancer Potential of Chitin-Binding Lectins From Solanum tuberosum and Solanum annuum

　　壳聚糖结合凝集素从马铃薯（S. tuberosum）和辣椒（S. annuum）中纯化并评估其体内抗Ehrlich ascites carcinoma（EAC）活性。STLs在4 mg/kg剂量下抑制肿瘤生长73.57%，且毒性更低（LC50=154.36 μg/mL），其作用机制涉及Bax和PARP基因上调及Bcl-2基因下调，诱导细胞凋亡。SALs抑制率为58.57%（4 mg/kg），但毒性较高（LC50=380.45 μg/mL）。两者均改善血象指标。中文摘要结束。

　　本研究聚焦于从两种茄科植物——马铃薯（*Solanum tuberosum*）和辣椒（*Solanum annuum*）中分离和表征具有壳聚糖结合能力的凝集素，并评估它们对小鼠模型中Ehrlich腹水癌（EAC）细胞的体内抗肿瘤活性。研究结果显示，这些凝集素表现出不同的特性，其中马铃薯凝集素（STL）在抑制肿瘤生长方面具有更高的效果，表明它们在癌症治疗中可能具有潜在的应用价值。

凝集素是一类广泛存在于植物、动物和微生物中的蛋白质，具有识别特定糖结构的能力。它们在细胞表面与糖基化蛋白、寡糖和糖脂等糖基化分子结合，参与多种生理过程，包括细胞凝集、抗肿瘤作用和免疫调节。一些植物凝集素还显示出毒性、抗菌和细胞凝集等特性，尽管它们通常具有较低的毒性，但某些凝集素与毒素具有相似的氨基酸序列，这提示它们在医学和生物技术领域可能具有重要的研究价值。近年来，研究人员对凝集素的抗癌特性表现出浓厚兴趣，因为它们能够诱导癌细胞凋亡、抑制细胞增殖、引发细胞毒性以及促进与凋亡相关的基因表达。

研究中采用的两种植物凝集素——STL和SAL——均通过亲和层析法从壳聚糖柱上纯化，显示出不同的结合特性和稳定性。STL的分子量范围为12至66千道尔顿，而SAL的分子量为16和66千道尔顿。这两种凝集素都表现出凝集活性，并且在不同温度和pH条件下具有一定的稳定性。STL对葡萄糖和N-乙酰-D-葡萄糖胺有较强的结合偏好，而SAL则对甘露糖、葡萄糖和甲基-α-D-半乳糖苷表现出较高的亲和力。此外，STL的活性依赖于金属离子，而SAL则表现出金属不依赖性，这表明它们在结构和功能上存在显著差异。

为了评估这些凝集素的毒性，研究使用了卤虫幼体（*Artemia salina*）致死实验，结果显示STL的LC50值为154.36 μg/mL，而SAL的LC50值为380.45 μg/mL。这表明STL比SAL更具毒性，可能在抗肿瘤治疗中具有更高的应用潜力。然而，需要注意的是，尽管STL的毒性较高，但其在体内的抗肿瘤效果同样显著，特别是在抑制EAC细胞增殖方面，STL在2和4 mg/kg/day剂量下分别抑制了57.85%和73.57%的肿瘤生长，而SAL在相同剂量下分别抑制了32.86%和58.57%。这些数据表明，STL在抗肿瘤活性方面优于SAL，可能成为更具前景的抗癌药物候选。

研究还通过DPPH自由基清除实验评估了这两种凝集素的抗氧化活性。结果显示，STL和SAL的抗氧化活性分别为32.92%和58.04%，而维生素C的抗氧化活性高达97.54%。尽管SAL的抗氧化能力较强，但STL的抗肿瘤效果更为突出。这种差异可能与其结合特性和细胞作用机制有关。

此外，研究通过观察EAC细胞的形态变化和检测凋亡相关基因的表达，进一步揭示了STL和SAL的抗肿瘤机制。在形态学分析中，STL和SAL处理后的EAC细胞显示出凋亡特征，包括细胞核的碎片化、膜结构的改变、染色质的浓缩以及凋亡小体的形成。这些变化通过光学显微镜和荧光显微镜得以观察。同时，通过PCR检测，发现STL处理后，Bax和PARP基因的表达显著上调，而Bcl-2基因的表达则被抑制。这种基因表达的变化支持了STL和SAL通过诱导凋亡来抑制肿瘤生长的机制。

在对血液参数的分析中，研究发现STL和SAL处理后的EAC小鼠的红细胞计数（RBC）和血红蛋白（Hb）水平均有所恢复，而白细胞计数（WBC）则有所下降。这些结果表明，凝集素的治疗不仅能够抑制肿瘤生长，还可能对小鼠的血液系统产生积极影响，改善其整体健康状况。这为它们在癌症治疗中的应用提供了更多依据。

研究还评估了STL和SAL对EAC小鼠肿瘤重量和平均生存时间的影响。结果显示，经过10天的治疗后，肿瘤重量显著减少，平均生存时间显著延长。这些数据进一步支持了凝集素在体内具有抗肿瘤作用的结论。

总体而言，本研究的发现表明，来自马铃薯和辣椒的壳聚糖结合凝集素具有潜在的抗癌活性。其中，STL表现出更强的抗肿瘤效果，可能在未来的癌症治疗中发挥重要作用。然而，还需要进一步研究它们的分子机制，以更好地理解它们如何诱导凋亡并抑制肿瘤生长。此外，研究还表明，这些凝集素在不同环境条件下表现出不同的稳定性，这可能影响其在实际应用中的选择和优化。

研究中还提到，凝集素的结合特性和稳定性是其在抗癌和免疫调节方面的重要特征。不同的结合特异性可能使其在不同的细胞类型和疾病状态下表现出不同的作用效果。例如，STL对葡萄糖和N-乙酰-D-葡萄糖胺的结合偏好可能使其更适用于某些特定的癌症类型，而SAL对甘露糖的偏好可能使其在其他类型的癌症治疗中更具优势。这种差异提示，在未来的药物开发中，可以根据不同的治疗需求选择合适的凝集素。

同时，研究也指出，尽管STL在抗肿瘤活性方面表现突出，但其较高的毒性可能需要进一步的优化和安全评估。相比之下，SAL虽然毒性较低，但其在碱性环境下的稳定性可能使其在某些应用场景中更具优势。此外，凝集素的抗氧化活性虽然不如维生素C强，但其在癌症治疗中的辅助作用仍不可忽视。

研究还涉及了对凝集素的化学稳定性的分析，包括其对尿素、EDTA和胍基乙酸（Guanidine HCl）等变性剂的反应。STL在这些变性剂存在下表现出一定的稳定性，而SAL则更容易受到影响。这一发现表明，STL可能在更广泛的化学环境下保持活性，从而在多种治疗方案中具有更大的适用性。

最后，研究总结了STL和SAL在体内的抗癌效果及其在生物医学中的潜在应用。STL的高热稳定性和毒性可能使其在抗肿瘤药物开发中具有更大的潜力，而SAL的高碱稳定性则可能使其适用于某些特定的治疗条件。此外，这两种凝集素在血液参数的改善方面也表现出积极作用，这可能有助于提高癌症患者的生存质量和治疗效果。

综上所述，本研究揭示了来自马铃薯和辣椒的壳聚糖结合凝集素在抗癌和免疫调节方面的潜力，为未来的药物开发和应用提供了重要的实验依据。这些发现不仅有助于理解凝集素的生物学功能，还可能为癌症治疗提供新的思路和方法。进一步的研究需要深入探讨它们的分子机制，并评估其在临床应用中的可行性和安全性。