The use of anticancer and cell-penetrating peptides in the treatment of cancer

Document Type : Review Paper

Authors

Department of chemistry, Faculty of Science, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran

Abstract

Cancer is considered as one of the leading causes of death globally. Conventional methods for cancer treatment, such as chemotherapy has been limited their use due to lack of tumor specificity and high drug resistance. Thus, there is a need to develop new therapeutic drugs. Peptides are promising agents for cancer treatment and have attracted the attention of scientists because of some factors such as small size, convenient synthesis, high activity and specificity and biological diversity. In the field of cancer treatment, antimicrobial peptides with anticancer properties and cell-penetrating peptides have been used in the recent years. The current study was carried out to summarize findings from anticancer and cell-penetrating peptides for the treatment of cancer. The results of the current study showed that antimicrobial peptides with anticancer properties act against cancer cells and tumors through membrane and non-membrane mechanisms. Conjugated cell-penetrating peptides are also considered as therapeutic agents by overcoming the drug resistance as an effective mechanism in the cancer treatment. In addition, anticancer and cell penetrating peptides due to some factors such as low toxicity, mode of action and ability to penetrate the cell membrane could be suggested as attractive candidates for cancer treatment. However, further studies are needed to understand the mechanism of action of these therapeutic agents.

Keywords

Main Subjects

به کارگیری پپتیدهای ضدسرطانی و نفوذپذیر سلولی در درمان سرطان

یاسمین خوارزمی خراسانی1 و احمد آسوده1،2*

1 ایران، مشهد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده علوم، گروه شیمی

2 ایران، مشهد، دانشگاه فردوسی مشهد، پژوهشکده فناوری زیستی

تاریخ دریافت: 09/02/1399          تاریخ پذیرش: 24/03/1399

چکیده

امروزه سرطان یکی از عوامل اصلی مرگ و میر در جهان درنظرگرفته می‎شود. استفاده از روشهای رایج برای درمان سرطان از جمله شیمی درمانی به دلیل ایجاد مقاومت دارویی و عدم اختصاصی بودن برای تومورها دارای محدودیتهایی شده‎اند. بنابراین، شناسایی روشهای جدید حائز اهمیت می‎باشد. پپتیدها به دلیل عواملی نظیر اندازه کوچک، سنتز راحت، فعالیت و ویژگی بالا و تنوع بیولوژیکی توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است. از جمله پپتیدهای درمانی که در سالهای اخیر به منظور درمان سرطان مورد توجه قرارگرفته‎اند، می‎توان پپتیدهای کاتیونی ضدسرطانی و پپتیدهای نفوذپذیر سلولی را نام برد. در این پژوهش، تعدادی از مطالعات موجود در زمینه پپتیدهای ضدسرطانی و پپتیدهای نفوذپذیر مورد نقد و بررسی قرار گرفتند. نتایج پژوهش حاضر نشان داد که پپتیدهای ضدمیکروبی با خاصیت ضدسرطانی از طریق سازوکار‎های غشایی و غیرغشایی بر علیه سلولهای سرطانی و تومورها عمل می‎کنند. همچنین پپتیدهای نفوذپذیر سلولی کونژوگه شده به عوامل درمانی از طریق غلبه بر مقاومت دارویی به عنوان یک سازوکار مؤثر در درمان سرطان درنظرگرفته می‎شوند. علاوه بر این، پپتیدهای ضدسرطانی و نفوذپذیر سلولی به دلیل عواملی همچون سمیت اندک، نحوه عمل و توانایی نفوذ در غشای سلولی می‎توانند به عنوان یک کاندیدا در درمان سرطان پیشنهاد شوند. با این وجود، مطالعات بیشتری به منظور درک سازوکار عمل این پپتیدهای با پتانسیل درمانی مورد نیاز است.

واژه های کلیدی: سرطان؛ پپتیدهای ضدمیکروبی؛ پپتیدهای ضدسرطانی؛ پپتیدهای نفوذپذیر سلولی

* نویسنده مسئول، تلفن: 05138805525، پست الکترونیکی: asoodeh@um.ac.ir

مقدمه

 

سرطان پس از بیماری قلبی-عروقی به عنوان دومین عامل مرگ و میر در جهان شناخته شده است. این بیماری در سال 2018 مسئول بیش از 2/9 میلیون مرگ و میر تخمین زده شد (15). در سالهای اخیر روشهای درمانی مختلفی از جمله شیمی درمانی، رادیوتراپی و جراحی در درمان سرطان به کار برده می‏شوند (69). از معایب این روشها می‎توان به هزینه بالا، اختصاصی نبودن برای تومورها و عوارض جانبی ناشی از آنها اشاره نمود (69). به عنوان مثال داروی Doxorubicin اگرچه در حال حاضر به عنوان یک ترکیب شیمی درمانی برای درمان بسیاری از تومورها استفاده می‏شود اما به دلیل ایجاد آسیبهای اکسیداتیو در اندامهای مختلف دارای اثرات جانبی می‏باشد (70). همچنین گزارش شده است که برخی از عوامل شیمی درمانی نظیر سیکلوفسفامید منجر به ایجاد بدخیمیهای ثانویه می‎شوند (19). بنابراین شناسایی روشهای درمانی جدید با اثرات جانبی کمتر حائز اهمیت می‏باشد.

پپتید‏ها توالی آمینواسیدی کوچکی با تنوع بیولوژیکی گسترده‏ای می‏باشند. ساختار پروتئین و پپتیدها بسیار مشابه هستند. فاکتورهای متمایزکننده اصلی پپتیدها از پروتئینها اندازه و ساختار آنها است. در واقع پپتیدها به عنوان مولکولهایی در نظر گرفته می‎شوند که دارای 2 الی 50 آمینواسید هستند، درحالی‎که پروتئینها شامل بیش از 50 آمینواسید می‏باشند (115). پپتیدها در تمام سلولها و بافتهای انسانی یافت می‏شوند و بسیاری از اعمال حیاتی مهم را برعهده دارند. انواع بسیاری از پپتیدها شناخته شده است که براساس منبع و عملکردشان طبقه بندی می‏شوند. از جمله گروههای پپتیدی می‌توان به پپتیدهای گیاهی، پپتیدهای باکتریایی، پپتیدهای قارچی و پپتیدهای آندوکرین اشاره نمود (115). امروزه سنتز پپتیدها با روشهای گوناگونی مانند Solid-phase synthesis، Peptide coupling reagents، Solid supports، Microwave-assisted peptide،Green peptide synthesis و نیز Protecting groups schemes صورت می‎گیرد (81). پپتیدها به دلیل فعالیت و ویژگی بالا، سنتز راحت، تنوع بیوشمیایی وبیولوژیکی و نیز توانایی عبور از غشای سلولی به عنوان یک کاندیدا درمانی مناسب پیشنهاد می‏شوند (70). همچنین اندازه کوچک این ترکیبات منجر به دفع سریع آنها از گردش خون از طریق فیلتراسیون کلیه می‎شود. علاوه ‎براین، پپتیدها در اندامهایی همچون کبد تجمع پیدا نمی کنند که در نتیجه منجر به کاهش اثر جانبی آنها می‏گردد (70). امروزه پپتیدها می‏توانند به روشهایی همچون حمل داروهای سیتوتوکسیک، واکسن و هورمون‏ها در درمان سرطان مورد استفاده قرار گیرند (98). با وجود مزایای فراوان، پپتیدها دارای نقضهایی از جمله نیمه عمر کوتاه و مقاومت اندک در برابر انهدام توسط پروتئازها می‏باشند که استفاده از آنها را دچار محدودیت کرده است (70). اکثر پپتیدهای ضدسرطانی دارای توالی آمینواسیدی کوتاه می‎باشند به گونه‎ای که نتایج مطالعات نشان می‎دهد که پپتیدهایی با توالی آمینواسیدی کوتاه‎تر به دلیل تحرک و انتشار مولکولی بیشتر به طور مؤثرتری با فسفولیپیدهای غشای سلولهای سرطانی برهمکنش برقرار می‎کند (17 و 83). Ren و همکاران دریافتند که پپتید کوتاه شده FK-16 (16 اسیدآمینه) مشتق شده از LL-37 (37 اسیدآمینه) دارای اثرات قوی‎تری بر روی سلولهای سرطانی کولون در مقایسه با پپتید LL-37 می‎باشد (83). در مطالعه‎ای دیگر نشان داده شد که پپتیدهای aurein ،citropin  ، maculatin و caerin اگرچه دارای توالی مشابه می‎باشند، یکپارچگی لایه‎های غشایی را از طریق سازوکارهای مختلف تحت تاثیر قرار می‎دهند. در واقع پپتیدهای کوتاه‎تر  aureinوcitropin  یک مکانیسم تعامل سطحی را نشان می‎دهند در حالی‎که پپتیدهای طویل‎تر maculatin و caerin ممکن است منافذی در غشاها تشکیل دهند (28). گزارشات نشان می‎دهد که از 214، پپتیدهای ضدمیکروبی با خاصیت ضدسرطانی (ACP) در بانک اطلاعاتی 11/34 درصد از پپتیدها دارای توالی 30-21 اسیدآمینه و 04/28 درصد دارای توالی 20-11 اسید آمینه هستند. با توجه به شکل 1 می‎توان دریافت که بهینه ترین طول برای پپتیدهای ACP در محدوده 30-21 اسیدآمینه است و با افزایش طول اسیدآمینه‎ها تعداد پپتیدهای دارای فعالیت ضدسرطانی کاهش می‎یابد (92). همچنین در مطالعه‎ای دیگر نشان داده شد که 44 درصد از پپتیدهای ضدسرطانی گیاهی بررسی شده دارای توالی 30-25 اسیدآمینه می‏باشند و اسیدهای آمینه سرین، گلسین و سیستئین بیشترین فراوانی را دارند (1). در سال‌های اخیر، مطالعات وسیعی به بررسی کاربرد پپتیدها در درمان بیماریهای مختلف از جمله انواع سرطانها پرداخته‏اند (47 و 70). به کارگیری پپتیدهای درمانی به عنوان یک رویکرد جدید و امیدوارکننده به منظور توسعه عوامل ضد سرطانی پیشنهاد می‎شوند. در حال حاضر، پپتیدهای درمانی برای درمان سرطان به گروههای مختلفی شامل پپتیدهای ضدمیکروبی و پپتیدهای نفوذ پذیر سلولی تقسیم می‎شوند (14). در این مطالعه، به بررسی اثر پپتیدهای درمانی به عنوان عوامل ضد سرطانی پرداخته شد.

 

 

شکل 1- نمودار درصد توزیع پپتیدها بر اساس طول اسیدآمینه (92)

 Antibacterial Peptides (ABP), Anticancer peptides (ACP), Antifungal peptides (AFP), Antiparasitic peptides (APP) and Antiviral peptides (AVP)

 

 

مواد و روشها

پپتیدهای ضدمیکروبی با خاصیت ضدسرطانی (ACPs): پپتیدهای ضدمیکروبی، توالیهای کوتاه و کاتیونیک (دارای بار مثبت  +2 تا 9) می‏باشند که به طور طبیعی در اکثر موجودات زنده وجود دارند (41). این پپتیدها برای پاسخ ایمنی ذاتی ارگانیسمها ضروری می‏باشند و فعالیت گسترده‏ای علیه طیف وسیعی از عوامل بیماریزا ازجمله باکتریها و ویروسها را نشان می‏دهند (2، 7، 8 و 35). اهداف اصلی پپتیدهای ضدمیکروبی باکتریهای گرم مثبت و منفی می‎باشند با این وجود، این پپتیدها بر علیه ویروسها و قارچها نیز فعال می‎شوند (34 و 114). در حال حاضر، طیف گسترده‎ای از پپتیدهای ضدمیکروبی با منشاء طبیعی و سنتزی شناخته شده است (41). پپتیدهای ضدمیکروبی دیواره‏ی سلولی باکتریها را مورد هدف قرار می‏دهند و از طریق ایجاد برهمکنش الکترواستاتیک موجب از بین رفتن عملکرد و در نهایت مرگ باکتریها می‏شوند (26). چگالی بالای ترکیبات دارای بار منفی نظیر فسفاتیدیل کولین، فسفاتیدیل سرین و کاردیولیپین در سطح غشای باکتریها سبب تقویت اتصال این پپتیدها با غشاء می‏شود (41). در واقع پپتیدهای ضدمیکروبی از حالتهای مختلف منجر به نفوذپذیری و از هم پاشیدگی غشاء می‎شوند. از جمله این روشها می‎توان به تشکیل منافذ در غشای لیپیدی (barrel-stave وtoroidal)، مدل (carpet) و نازک شدن دو لایه غشایی اشاره نمود (6، 72 و 76). شواهد نشان می‎دهد که خاصیت تخریب و ورود این پپتیدهای ضدمیکروبی به سلولها به عوامل مختلفی از جمله ساختار ثانویه پپتید، توالی آمینواسیدی، آبگریز بودن و بار خالص کلی بستگی دارد (88). از دیگر فعالیتهای پپتیدهای ضدمیکروبی می‎توان به دخالت در تنظیم سیستم ایمنی از جمله تحریک تولید سیتوکینها و توانایی خنثی‎کننده لیپوپلی‎ساکارید (LPS) اشاره نمود (85). امروزه چندین پپتید ضدمیکروبی برای درمان بیماریهایی نظیر سیستیک‎فیبروزیس و آکنه وارد فاز بالینی شده‎اند (32 و 48).

در سالهای اخیر، فعالیتهای ضدسرطانی برای پپتیدهای ضدمیکروبی گزارش شده است که در این صورت با نام پپتیدهای ضدسرطانی (ACPs)شناخته می‎شوند. امروزه پپتیدهای ضدمیکروبی فراوانی با فعالیت ضدسرطانی شناخته شده است (جدول 1).

 

جدول 1- مثالهایی از ACPها و سازوکار اثر آنها در درمان سرطان

پپتید

توالی

بافت هدف

سازوکار

رفرنس

BMAP-28

 

FK-16


D-K6L9   
  

Cecropin B-LHRH

 

BPC96

 

 

MG2A


Buforin IIb

            

Melittin



Pardaxin

 


K4R2-Nal2-S1 

 

 

KT2 , RT2

 

 

Temporin-1CEa

 

 

human β-defensin-3

 

CopA3



Tilapia piscidin (TP) 4

 

LF11-322



Temporin-Ra

 

Laterosporulin10

 

myristoyl-CM4

 

 

ChMAP-28

 

Brevinin-2R

GGLRSLGRKILRAWKKYGPIIVPIIRI

 

FKRIVQRIKDFLRNLV

LKLLKKLLKKLLKLL

 

KWKVFKKIEKMGRNIRNGIVKAGPA-IAVLGEAKALSYGLRPG


LKLKKFKKLQ

 

GIGKFLHSAKKFGKAFVGEIMNSGG-QRLGNQWAVGHLM



RAGLQFPVG[RLLR]3

GIGAVLKVLTTGLPALISWIKRKRQQ



GFFALIPKIISSPLFKTLLSAVGSALSSSG-GQE

 

Ac-KKKKRR- β -naphthylalanine- β -naphthylalanine-KKWRKWLAKK-NH2

 

NGVQPKYKWWKWWKKWW-NH2, NGVQPKYRWWRW WRRWW-NH2

 

FVDLKKIANIINSIF

 

 

GIINTLQKYYCRVRGGRCAVLSCLPKEE-

QIGKCSTRGRKCCRRKK

 

مشخص نیست

FIHHIIGGLFSAGKAIHRLIRRRRR

 

 

PFWRIRI

 

FLKPLFNAALKLLP

ACVNQCPDAIDRFIVKDKGCHGVEKKY-

YKQVYVACMNGQHLYCRTEWGGPCQL

 

GRWKIFKKIEKVGQNIRDGIVKAGPAVA-

VVGQAATI-NH2

GRFKRFRKKLKRLWHKVGPFVGPILHY

 

KLKNFAKGVAQSLLNKASCKLSGQC

لوسمی

 

کولون

پروستات

 

سرطان تخمدان و آندومتریال


سرویکس



ریه، سرویکس و ملانوما



لوسمی و دهانه رحم

 

کارسینوما هپاتوسلولار



سرطان سلول سنگفرشی دهان

ریه

دهانه رحم



پستان

ریه


سلول های سرطانی معده


ریه

 

لوسمی

 

ریه

دهانه رحم و پستان

پستان


کلیه، پستان، ملانوما،  لوسمی

 

پستان

نفوذپذیری غشاء/ هجوم کلسیم
                                                          [61]

کاسپاز مستقل از آپوپتوز و اتوفاژی

 

نکروز از طریق دپلاریزاسیون غشاء 

آپوپتوز



آپوپتوز

 

آپوپتوز و نکروز

 

ارتباط با گانگلیوزیدها و القاء آپوپتوز

 

القاء آپوپتوز

القاء آپوپتوز

القاء آپوپتوز از طریق مسیر سیگنالینگ کاسپاز-3

آپوپتوز

 

رهاسازی کلسیم و تولید گونه‎های فعال اکسیژن (ROS)

 

آسیب به غشای سلولی

 

 

القاء نکروز از طریق برهمکنش با فسفاتیدیل سرین

اختلال در میکروتوبول

نکروز، اختلال در غشای سلولی و تنظیم کلسیم داخل سلولی


افزایش بیان IL-1β و IL-8 در سلولهای سرطانی

القاء آپوپتوز، تجزیه غشاء با آزادسازی لاکتات دهیدروژن

 

اختلال در میتوکندری، القاء آپوپتوز

 

نکروز

 

کاهش پتانسیل غشاء میتوکندری و  فعال‎سازی مسیر مرگ لیزوزومی میتوکندریایی

(84)

(83)

 

(79)

 

(58)

 

(27)

 

(63)



(52)

(103)

 

(33)



(20)



(97)



(104)

 

(36)

 

(53)

 

 

(99)

 

(66)

 


(5)

(10)


(56)


(24)

(31)

 

 

از جمله ACPs می‎توان به Aurein 1.2 اشاره نمود که علاوه ‏بر فعالیت علیه باکتریها دارای خاصیت ضدسرطانی علیه رده‎های مختلف سلولهای سرطانی می‎باشد (41 و 86).  ACPsبراساس ساختار به دو دسته اصلی α-helical و β-sheet تقسیم می‎شوند (شکل 2). این ساختارها، که از نظر طبیعت کاملاً آمفیپاتیک هستند، معمولاً از یک سمت غالباً کاتیونی تشکیل شده‎اند (38). از سایر ساختارهای  ACPsمی‎توان مارپیچ گسترده، حلقوی و ساختارهای ترکیبی را نام برد (21)‎. از ساختارهای α-helical می‎توان به BMAP و Cecropinها اشاره نمود و پپتیدهای β-sheet شامل Defensins، Lactoferricin و Tachyplesin I می‎شوند (41).

 

 

شکل 2- ساختارهای مختلف پپتیدهای ACP (21)

 

در دسته‎بندی دیگر  ACPsبراساس هدف خود به دو گروه اصلی تقسیم می‎شوند. در گروه اول هدف پپتیدهای ضدسرطانی، سلولهای سرطانی و میکروبها می‎باشند درحالی‎که اثری بر سلولهای سالم ندارند (Magaininها) (41). دسته دوم شامل پپتیدهایی هستند که سلولهای سرطانی، میکروبها و سلولهای طبیعی را مورد هدف قرار می‎دهند (Human Neutrophil Defensins:HNP-1) (41).  ACPsعلاوه‎ بر ساختار و هدف موردنظر بر اساس سازوکار عمل به دو دسته اصلی غشایی و غیرغشایی تقسیم می‎شوند. مشابه مدلهای carpet و barrel-stave که به منظور برهمکنش پپتیدهای ضدمیکروبی با غشاء باکتریها و تخریب غشاء تعریف شده است در ارتباط با  ACPsنیز صورت می‏گیرد (87). در مکانیسم غشایی پپتیدهای ضدمیکروبی با غشای سلولهای سرطانی برهمکنش برقرار می‏کنند و منجر به تحریک مرگ سلولی از طریق ایجاد نکروز و یا آپوپتوز می‏شوند (30). در حالت نکروز این پپتیدها با مولکولهای دارای بار منفی در سطح غشای سلولهای سرطانی برهمکنش ایجاد می‏کنند و سبب تخریب سلولی می‏شوند، در واقع  ACPsپس از ایجاد اتصال با غشای سلولهای سرطانی به فضای داخل سلول نفوذ می‏کنند و منجر به اختلال غشای سلولی همراه با ایجاد حفره می‏شوند. درحالی‎که در سازوکار غشایی دیگر پپتیدهای ضدمیکروبی منجر به تخریب و از بین رفتن غشای میتوکندری، آزادسازی سیتوکروم c و درنهایت آپوپتوز می‏شوند (30) (شکل 3). جدول 1 به بررسی تعدادی از ACPs و سازوکارهای عمل آنها در درمان سرطان پرداخته است.  پپتید Tilapia piscidin (TP) 4 اثر سمیت سلولی بر روی سلولهایA549  ریه از طریق اختلال در ساختار میکروتوبول‎ها نشان داد. در واقع به نظر می‎رسد سازوکار این پپتید به برهمکنش بین Tilapia piscidin (TP) 4 و α-Tubulin ارتباط دارد (99). Li و همکاران نشان دادند افزایش هیدروفوبیسیته از طریق میریستیلاسیون پپتید می‎توانند به عنوان گزینه‎ای برای استفاده از ACPها در درمان سرطان پیشنهاد شود. آنها نشان دادند که پپتید CM4 میریستیله شده منجر به مورد هدف قرار دادن و تخریب میتوکندری از طریق سازوکارهایی همچون تغییرات پتانسیل غشای میتوکندری، آزادسازی سیتوکرومc  و نیز افزایش تولید گونه‎های فعال اکسِیژن می‎گردد. علاوه‎براین، پپتید ذکرشده سبب فعال سازی کاسپاز 9 و3 و درنتیجه تحریک آپوپتوز می‎شود (56).

 

 

شکل 3- سازوکارهای غشایی پپتیدهای ACP شامل آپوپتوز و نکروز (21)

 

همچنین پپتید Paradaxin شناسایی شده از marine fish از طریق فعال‎سازی کاسپاز 3 و نیز توقف چرخه سلولی در فاز G2/M و در نتیجه مهار تکثیر سلولی در سلولهای SCC-4 عمل می‎کند (33). در مطالعه‎ای در سال 2008 نشان داده شد که پپتید Brevinin-2R منجر به کاهش پتانسیل غشای میتوکندری و میزان ATP  سلولی و نیز افزایش تولید گونه‎های فعال اکسیژن می‎شود. علاوه‎براین، مرگ سلولی ناشی از Brevinin-2R مستقل از فعال سازی کاسپاز می‌باشد و ممکن است که توسط اعضای خانواده Bcl2 تعدیل گردد (31). پپتید Melittin منجر به فعال سازی آپوپتوز از طریق فعال‎سازی پروتئین کینازcalmodulin / +Ca2 ، transforming growth factor β-activated kinase و نیز مسیر JNK/p38 MAPK می‎گردد. نتایج نشان داده است که در حضور شلاتور کلسیم به دلیل عواملی همچون مهار پروتئین کینازcalmodulin / +Ca2،JNK  و P38 منجر به مهار اثر آپوپتوزی Melittin می‎گردد (103). تعدادی از پپتیدهای ضدسرطانی از طریق مرگ سلولی نکروز عمل می‎کنند. Lu و همکاران دریافتند که تیمار سلولهای لوسمی با پپتید LF11-322 منجر به نکروز از طریق اختلال غشاء و نیز افزایش غلظت کلسیم می‎گردد (66). درحالی‎که نشانه‎های آپوپتوز همچون تراکم کروماتین و افزایش پروتئینهای پروآپوپتوز پس از تیمار مشاهده نشده است (66). همچنین نتایج نشان داده است که اثر سمیت پپتید ChMAP-28 با توجه به نفوذپذیری غشای سیتوپلاسمی به دلیل بروز نکروز می‎باشد و اثری بر روی آپوپتوز ایجاد نمی‎کند (24).

امروزه روشهای بیوفیزیکی گوناگونی به منظور شناسایی و درک تعامل پپتیدها با غشای سلولی شناخته شده است (9 و 100). در شکل 4 تعدادی از روشهای شناخته شده برهمکنش پپتیدها با غشاء و نیز نمونه‏ای از پپتیدهای شناخته شده با این روشها نشان داده شده است. به عنوان مثال در روش fluorescence spectroscopy می‎توان اطلاعات مربوط به میل ترکیبی غشاء با پپتید مورد نظر، عمق پپتید و ثبات غشایی در اثر تعامل پپتید با غشاء را بررسی کرد. در روشAtomic force microscopy اطلاعاتی در ارتباط با بی‎ثبات‎سازی غشاء و تغییرات ساختاری آن در حضور پپتیدها کسب می‎شود. با استفاده از Circular dichroism spectroscopy، می‎توان ساختار ثانویه پپتیدها و تغییرات در ساختار ثانویه بر اثر تماس با غشاء در شرایط مختلف محیطی را مطالعه کرد (9 و 100) که از این روش برای پپتیدهایی از جمله Indolicidin و  Cecropin استفاده  شده است (9).

 

CM15
TAT

 

Transportan
Melittin

 

LL-37
Cecropin A

 

Gomesin
Maculatin

 

Melittin
Penetratin

 

Cecropin
Indolicidin

 

Magainin 2
Melittin

LL-37
Cecropin A

 

روشهای شناسایی برهمکنش پپتید با غشاء

 

 

 

       

 

 

شکل 4- روشهای بررسی برهمکنش پپتید با غشاء و نمونه‎ای از پپتیدهای شناخته شده با این روشها

 

فعالیتهای غیرغشایی ACPs : فعالیتهای  ACPsتنها به اختلال در غشاء و تخریب میتوکندری محدود نمی‎شود و علاوه ‏بر سازوکارهای غشایی دارای چندین فعالیت غیرغشایی از جمله مهار آنژیوژنز، دخالت در تنظیم سیستم ایمنی و مهار/تحریک پروتئینها می‎باشند (شکل 5) (108).

امروزه فعال سازی سیستم ایمنی به عنوان یک روش امیدوارکننده در درمان سرطان مطرح  است. مطالعات اخیر به بررسی کاربرد واکسنها به منظور ایجاد ایمنی علیه سرطان پرداخته‏اند. در سطح سلولهای تومور، آنتی‎ژنهایی به نام آنتی‎ژنهای مرتبط با تومور (TAA) بیان می‎گردد که توسط سیستم ایمنی میزبان قابل تشخیص هستند. این TAAها به منظور القای پاسخ ایمنی سیستمیک به بیماران سرطانی تزریق می‏شود که ممکن است منجر به از بین رفتن سرطان در حال رشد در بافتهای مختلف بدن ‎گردد (98). سازوکار واکسن به گونه‏ای است که پس از تزریق، محصولات آنتی‎ژنی از طریق سلولهای ارائه دهنده آنتی‏ژن (APC) آندوسیتوز می‎شوند و به غدد لنفاوی مهاجرت می‎کنند. در نتیجه، منجر به فعال‎سازی سلولهای CD8 + T (لنفوسیتهای سمی T (CTL)) و CD4 + T می‏شوند. گیرنده آنتی‎ژنT  بر روی سلولهای T، آنتی‎ژن کوچک واقع در شیار اتصال آنتی‏ژن مولکول MHC را تشخیص می‎دهند. در واقع APC منجر به ارائه آنتی‎ژن اتصال یافته به MHC به سلولهای T و سبب فعال سازی سلول T می‎گردد. در نهایت، تولید CTL ویژه تومور، سبب لیز سلولهای توموری می‎شود (11، 96 و 98). سلولهای CD4 + T آنتی‎ژنهای متصل به مولکولهای MHC کلاس II را تشخیص می‎دهند. سلولهای CD4 + T به عنوان سلولهای کمکی عمل می‎کنند و منجر به ترشح سیتوکینها برای جذب بیشتر CTL می‎شود (11، 96 و 98).

 

Inhibition or activation of essential proteins

Anti-angiogenic

 

Recruitment of immune cells

 

 

 

 

  

      

شکل 5- سازوکارهای مختلف غیرغشایی پپتیدهای ACP (26)

 

مکملهای ادجونت یک گروه از ترکیبات هستند که ممکن است پاسخ ایمنی را از طریق سازوکارهای مختلف افزایش دهند. مطالعات نشان می دهند پپتیدهای ضدمیکروبی با خاصیت ضدسرطانی می‎توانند به عنوان مکملهای واکسن در نظرگرفته شوند(11 و 98) . به عنوان مثال، Huang و همکاران به مطالعه واکسنی با استفاده از پپتیدShrimp anti-lipopolysaccharide factor (SALF)  و عصاره غیرفعال سلولی کارسینوما مثانه موش (MBT-2) پرداختند. آنها دریافتند که این واکسن سبب افزایش فاکتورهای التهابی همچون IL-1β، IL-6 و IL-12 و نیز منجر به تحریک بیشتر ایجاد آنتی‎ژنهای توموری اختصاصی MBT-2 و بیان سلولهای سیتوتوکسیک T در مدل موشها می‎گردد (43). در مطالعه‎ای دیگر، اثر پپتید ضدسرطانی pardaxin درترکیب با MBT-2 به عنوان واکسن سرطانی ارزیابی شد. نتایج نشان داد که به کارگیری pardaxin با MBT-2 منجر به کاهش رشد تومور در موشها می‌شود. علاوه براین، بیان رسپتورهای سلولهای T، سلولهای سمی T و سلولهای کشنده طبیعی (NK) افزایش می‎یابد (44).

در مطالعه‎ای در سال 2009 نشان داده شد که پپتید ضدسرطانی HNP-1 منجر به ایجاد پاسخ ایمنی به تومور در مدل موشهای سرطان پستان و کولون از طریق فعال‎سازی سلولهای دنتریتیک (DCs) گردید (106). Camilio و همکاران دریافتند که برخی از ACPs منجر به ایجاد پاسخ ایمنی در برابر آنتی‏ژن‏های توموری از طریق آزادسازی مولکولهای (DAMPs) Danger-Associated Molecular Patterns نظیر ATP و پروتئین HMGB1 از سلولهای سرطانی می‎شوند (16 و 38). تزریق داخل توموری پپتید ضدسرطانی  LTX-315سبب القاء لیز سلولی از طریق بی‎ثبات‎سازی غشاها و آزادسازی DAMPs می‎گردد. این رهاسازی منجر به تحریک جذب آنتی‎ژنهای توموری توسط سلولهای DC و در نهایت بالغ‎سازی این سلولها می‎شود سپس ارائه بعدی آنتی‎ژنهای تومور به سلولهای T رخ می‏دهد (16). در نهایت لنفوسیتهای T سیتوتوکسیک اختصاصی تومور (CTL) تولید می‏شود که منجر به نابودی سلولهای توموری می‎گردد (شکل 6) (16 و 38).

 

 

شکل 6- فعالیت تنظیمی سیستم ایمنی پپتید ضدسرطانیLTX-315  از طریق فعال سازی لنفوسیتهای T سیتوتوکسیک (CTLs) (16)

 

Yamazaki و همکاران در سال 2016 نشان دادند که پپتید ضدسرطانی LTX-315 در بسترهای توموری منجر به افزایش معناداری در سطح لوکوسیتهای +CD3 ازجمله لنفوسیتهای T، CD4+ و CD8+ می‏شود. درحالی‏که سطح سلولهای تنظیم کننده CD4+ T با عنوان CD25+ FoxP3+ و یا OX40+ CTLA4+ در اثر تماس با LTX-315 کاهش یافت (110). ACPs همچنین ممکن است سبب ایجاد پاسخ ایمنی سیستمیک شوند که منجر به نابودی تمام سلولهای نئوپلاستیک، که این پاسخ ایمنی در اثر القاء آزادسازی DAMPها ناشی از ACP فعال می‏شود، می گردد (38). Mader و همکاران دریافتند که پپتید LL-37 متعلق به خانواده Cathelicidin (18) منجر به نابودی سلولهای تنظیمی T (Treg)،  CD4+CD25+FoxP3+ از طریق آپوپتوز و ایجاد پاسخ ایمنی ضد توموری گردید (67).  علاوه بر این، نتایج مطالعات نشان داد پپتید ضدمیکروبی Brevinin-2R منجر به تحریک بیان فاکتورهای IL-1b ،IL-6، IL-1β و  IL-8  در سلولهای سرطانی HepG2 و A549 می‎گردد و دارای نقش مؤثری در تنظیم سیستم ایمنی می‎باشند (6 و 40).

از دیگر فعالیتهای غیرغشایی ACPs می‏توان مهار آنژیوژنز را نام برد.  Koskimaki و همکاران در سال 2009 دریافتند که تجویز داخل صفاقی پپتیدهای Pentastatin-1، Chemokinostatin-1و Properdistatin در مدل سرطان پستان MDA-MB-231 منجر به سرکوب قابل توجهی از رشد تومور و مهار آنژیوژنز می‎گردد (49). همچنین Wang و همکاران نشان دادند که پپتید HNP-1 منجر به مهار آنژیوژنز و افزایش آپوپتوز در مدل موشها گردید (106).

در مطالعه‏ای در سال 2011 نشان داده شد که پپتید ساختاری از N-myristoylated-peptide از طریق مهار همانندسازی و سنتز DNA بر روی چندین رده از سلولهای سرطانی از جمله ریه، پستان و کولون سازوکار ضدسرطانی غیرغشایی خود را ارائه می‏دهد (77). به طور کلی نتایج نشان داد که  ACPsعلاوه‎ بر سازوکارهای غشایی شامل آپوپتوز و نکروز از طریق فعالیتهای غیرغشایی اثر ضدسرطانی خود را به نمایش می‏گذارند.  

تفاوت غشای سلولهای سالم و سرطانی: شواهد نشان می‏دهد که تفاوتهای گسترده‏ای بین غشای سلولهای سرطانی و سلولهای طبیعی وجود دارد که سبب شناسایی و برهمکنش  ACPsبا سلولهای بدخیم می‏گردد (شکل 7). به نظر می‏رسد، برهمکنش‏های الکترواستاتیک بین  ACPsو ترکیبات دارای بار منفی روی سطح غشای سلولی به عنوان یک سازوکار اصلی در کشتار انتخابی سلولهای سرطانی توسط پپتیدهای ضد‎سرطانی در نظر گرفته می‏شود (65). به عنوان مثال ترکیب فسفاتیدیل سرین در سلولهای سالم در لایه داخلی غشای پلاسمایی وجود دارد درحالی‎که در سلولهای سرطانی این تقارن میان غشاء داخلی و خارجی وجود ندارد و در نتیجه فسفاتیدیل سرین در لایه خارجی بیان می‏شود و سبب ایجاد بار منفی در سطح غشاء می‏گردد (12).

 

Normal cell

Cancer cell

 

شکل 7- تفاوت غشای سلولهای سرطانی و سالم (65)

 

علاوه ‏براین، وجود ترکیباتی دیگری نظیر سیالیک اسید، موسینهای O گلیکوزیله شده و پروتئینهای چاپرون HSP90 و GRP78 در سطح سلولهای سرطانی منجر به ایجاد بار منفی می‏گردد (87). به عنوان مثال پپتیدهایی کاتیونی همچون D-K6L9 و CopA3 با ترکیب فسفاتیدیل سرین در لایه خارجی غشای سلولهای سرطانی برهمکنش برقرار می‎کند و سبب نکروز در سلولها می‎شوند (53 و 79). در پپتید BMAP-28، زنجیره‎های اسید سیالیک دارای بار منفی در سطح غشای رده سلولی U937 به عنوان مکان‎هایی جهت تعامل اولیه با پپتید درنظرگرفته می‎شوند (84). در مطالعه‎ای دیگر، نشان داده شد که ترکیباتی مانند: موسینهای O گلیکوزیله شده و فسفاتیدیل سرین منجر به برهمکنش الکترواستاتیک پپتید temporin-1CEa  با غشای سلولهای MCF-7 می‎شوند (104). همچنین پپتید کاتیونی Buforin IIb مشتق شده از هیستون H2A اثر سمیت سلولی خود را از طریق تعامل با گانگلیوزیدها (دارای اسید سیالیک) در سطح غشای سلولهای سرطانی اعمال می‎کند (52). از ویژگیهای دیگر می‏توان به سطح پایین کلسترول در سلولهای سرطانی اشاره نمود که در نتیجه منجر به افزایش سیالیت می‏شود. به طور کلی غشای سلولهای سرطانی در مقایسه با سلولهای طبیعی دارای سیالیت بیشتری می‎باشد که در نتیجه از طریق تسهیل بی‏ثبات‏سازی غشاء، فعالیت لیتیک  ACPsرا تقویت می‎کند (94). با این وجود گزارش شده است که در تعدادی از رده‎های سلولهای سرطانی از جمله پروستات وجود کلسترول منجر به کاهش اثر ACPs بر روی سلولهای سرطانی می‏گردد (57). علاوه‏براین، افزایش سطح از طریق افزایش تعداد میکروویلیها از دیگر ویژگیهایی می‏باشد که منجر به افزایش تماس ACPs با سلولهای بدخیم می‎گردد. حضور ترکیبات دارای بار منفی در ترکیب با افزایش سطح و سیالیت غشاء منجر به القای فعالیت ACPs بر علیه سلولهای سرطانی می‏گردد (22).

محدودیت استفاده از ACPs: در سالهای اخیر ACPs به دلیل توانایی کشتن سلولهای سرطانی و تومورها بسیار مورد توجه قرار گرفته‏اند. در حال حاضر طیف وسیعی از پپتیدهای ضدسرطانی شناخته شده است، با این وجود فقط تعداد اندکی از آنها وارد فاز بالینی شده‏اند. از دلایل محدودیت استفاده از این پپتیدها در فاز بالینی هزینه بالا تولید آنها است که بیشتر از سنتز مولکولهای آنتی‏بیوتیک می‏باشد (38). از دیگر معایب روشهای درمانی مبتنی ‎بر پپتیدهای ضدسرطانی، می‏توان به ایجاد سمیت آنها علیه سلولهای طبیعی در غلظتهای بالای پپتید اشاره نمود. به کارگیری توالیهای هدف متصل شده به پپتید انتخابی موردنظر یکی از روشهای غلبه بر این مشکل می‏باشد (38). این توالیهای هدفمند کوچک که با مولکول‏های سطح سلولی خاص در سلولهای سرطانی، برهمکنش برقرار می‎کنند، به طور معمول از طریق یک اتصال دهنده گلیسین-گلیسین به پپتید مورد نظر اضافه می‏شوند. پپتید Bombesin نمونه‏ای از توالیهای هدف می‎باشد که با بسیاری از گیرنده‎های سطح سلولهای سرطانی برهمکنش برقرار می‎کند. استفاده از Bombesin متصل شده به Magainin 2 منجر به کاهش حدود 10 برابری میزان IC50 بر روی سلولهای سرطانی گردید به گونه‏ای که به طور قابل توجهی از میزانIC50  سلولهای طبیعی کمتر تخمین زده شد (64).

از روشهای دیگر می‏توان به جانشینی اسیدهای‎آمینه برای کاهش سمیت برعلیه سلولهای طبیعی اشاره نمود. این روش شامل ایجاد تغییرات ساده در ویژگیهای پپتید از جمله تغییر بار آنها می‏باشد (38). از ویژگیهای تومور جامد محیط اسیدی اطراف آن در مقایسه با سلولهای طبیعی می‏باشد. در مطالعه‏ای اسیدآمینه‏های لیزین پپتید [D]-K6L9 با pKa، 5/10 با سه و شش اسیدآمینه هیستیدین جایگزین شد. نتایج نشان داد که این جایگزینی منجر به کاهش pKa پپتید به 1/6 گردید. در واقع هیستیدین‎ها در پپتید [D]-H6L9 در pHهای اسیدی پروتونه می‎شوند و به صورت فعال درمی‎آید درحالی‎که در pH خنثی غیرفعال می‎باشد. پپتید [D]-K6L9 اگرچه دارای سمیت سلولی بر علیه در مدل سرطان پروستات می‏گردد اما با وجود پتانسیل درمانی، این پپتید دارای سمیت سیستمیک قابل توجهی در غلظت‎های کمی بالاتر از روش درمانی است. در این پژوهش پپتیدهای [D]-K3H3L9 و [D]-H6L9 هر دو سبب کاهش رشد تومور پروستات شدند و اثر سمیت سیستمیک بسیار کم‎تری در مقایسه با پپتید [D]-K6L9 از خود نشان دادند (71).

از دیگر معایب  ACPsعدم پایداری و حساسیت آنها به پروتئولیزها می‎باشد. ACPs به سرعت به تمام بافتهای بدن توزیع می‏شوند و دارای نیمه عمر تقریباً 2-دقیقه در خون هستند (39). این محدودیت برای  ACPsکه با سرعت بالایی عمل می‏کند درنظرگرفته نمی‎شود. محققان برای رفع این مشکل روشهایی برای بسته بندی این پپتیدها به منظور رسیدن به محیط تومور شامل استفاده از نانوذرات پیشنهاد کرده‏اند. نانوذرات‏های پایدار و غیرسمی به منظور انتقال دارو به مکان درست به کار برده می‎شوند. از جمله این نانوذرات می‏توان به Perfluorocarbon اشاره نمود که توانایی انتقال طیف وسیعی از داروها را دارد. ACPs به دلیل اندازه کوچک به راحتی در نانوذرات Perfluorocarbon به منظور افزایش انتقال آنها به محل تومور قرار می‎گیرند (107). نتایج نشان داد که پپتید Melittin، سوار شده در نانوذره Perfluorocarbon منجر به کاهش حجم تومور ملانوما B16 می‎گردد (78).

پپتیدهای نفوذپذیر سلولی (CPPs):  پپتیدهای نفوذپذیر سلولی (Cell-penetrating peptides: CPP) گروهی از پپتیدها می‏باشند که توانایی عبور از غشای سلولی و انتقال مولکولهایی از جمله  DNA، پروتئین،  siRNA و پلاسمید را دارند (82). توانایی CPPs در عبور دادن مولکولها سبب شده است تا این دسته از پپتیدها به عنوان یک کاندید امیدوارکننده در انتقال دارو استفاده شوند. CPPs آبگریز هستند و معمولاً توالیهای حاوی 5 تا 30 آمینواسید درنظرگرفته می‏شوند. وجود عوامل مختلفی همچون دما، نوع سلول، اندازه ماده حمل کننده و غلظت پپتید در ورود CPPs به سلول نقش مهمی را ایفاء می‏کنند (70). اغلب این پپتیدها کاتیونی و حاوی 5 بار مثبت می‏باشند. نفوذ مستقیم و آندوسیتوز دو سازوکار اصلی جهت ورود پپتیدهای CPP به سلولها هستند که این دو سازوکار در نحوه استفاده از انرژی متفاوت می‏باشند. در مدل نفوذ مستقیم CPPs از میان لیپید دو لایه به صورت مستقل از انرژی و بدون دخالت گیرنده‏ها عبور می‏کنند. درحالی‎که در فرآیند آندوسیتوز CPPs به همراه مولکول درمانی خود با مصرف انرژی وارد آندوزوم و یا لیزوزوم می‏شوند (102). CPPs بر اساس منشاء در سه دسته اصلی کروی، طبیعی و مصنوعی قرار می‏گیرند (74). همچنین CPPs براساس ویژگیهای ساختاری به دو دسته اصلی شامل CPPs غنی از آرژینین و آمفی پاتیک تقسیم می شوند. فرانکل و پابو در سال 1988 دریافتند که پروتئین در حال رونویسی (TAT) حاصل از ویروس HIV توانایی نفوذ در غشای سلولی را دارد (29). این کشف مقدمه‎ای برای شناسایی و توصیف پپتیدهای مختلفCPP بود. پپتید TAT توانایی حمل مولکولهایی با وزن مولکولی متفاوت از جمله siRNA، الیگونوکلئوتیدهای آنتی‎سنس و عوامل درمانی را دارد  (70).

پپتیدهای نفوذپذیر سلولی با خاصیت ضدسرطانی: مطالعات اخیر نشان می‎دهد که CPPs می‏توانند به عنوان یک کاندیدا برای درمان سرطان درنظر گرفته شوند. به عنوان مثال در سال 2013، Lim و همکاران پپتید CPP جدیدی با نام BR2 معرفی کردند که توانایی برهمکنش با گانگلیوزیدهای غشای سلولی تومورها را از خود نشان داد و دارای اثر سمیت سلولی بر روی سلولهای سرطانی HeLa، HCT116 و B16-F10 بود (60).  یکی از کاربردهای مهم CPPs، استفاده از آنها به عنوان حاملهایی برای انتقال داروهای ضدسرطانی می‎باشد. اگرچه شیمی درمانی به عنوان یک روش درمانی برای اکثر سرطان در نظر گرفته می‎شود با این وجود مقاومت دارویی از مشکلات اصلی این روش درمانی می‎باشد. یکی سازوکار‎های مهم مقاومت دارویی، کاهش نفوذ پذیری غشاها و متابولیسم دارو است (13). مشاهدات نشان می‎دهد که الحاق داروهای ضدسرطانی با CPPs سبب کاهش این مقاومت دارویی می‎شود (25). در سالهای اخیر انتقال دارو با استفاده از CPPs برای بسیاری از بیماریها از جمله سرطان مورد توجه قرار گرفته است. شواهد نشان می‎دهد که CPPs داروهای سیتوتوکسیک را به راحتی در سلولهای توموری منتقل می‎کنند و سبب القاء آپوپتوز می‎شوند. همچنین نشان داده شد که استفاده از CPPs در ترکیب با نانوذره نقره دارای اثرات قوی‎تری در کشتن سلولهای سرطانی  MCF-7 از طریق افزایش نفوذ نانوذره نقره در سلولهای سرطانی در مقایسه با نانوذره نقره به تنهایی می‎گردد (75). CPPs را براساس برهمکنش میان دارو و CPP می‎توان به دو دسته اصلی طبقه بندی کرد، دسته اول نیاز به پیوند شیمیایی با دارو دارد و گروه دوم شامل تشکیل کمپلکسهای پایدار، غیرکووالانسی با دارو می‎باشد (82). در سالهای اخیر، مطالعات فراوانی به بررسیCPPهای کونژوگه شده به مولکولهای کوچک و درشت مولکولها، به منظور درمان سرطان پرداخته‎اند (جدول 2).

 

جدول 2- مثالهایی از CPPهای کونژوگه شده و کاربرد آن در درمان سرطان

        CPP  نام  

CPP  توالی

کارگو 

کاربرد

رفرنس

 

YTA4


SCPP-PS

CPP6



R9PLGLAGD-
GGDGGDGGDG

 

CB5005

 

 

dNP2

 

 

R8


R9


Penetratin

 

CPP2

 

LKH-stEK

BR2

 

LDP12

 


IAWVKAFIRKLRKGPLG



RLWMRWYSPRTRAYGC

WVPTLK
 

 

R9PLGLAGD-
GGDGGDGGDG

 

KLKLALALALAVQRKRQKL-MP

 

CKIKKVKKKGRKKIKKVKK-KGRK

Octa-arginine



Poly-Arg



RQIKIWFQNRRMKWKK

DSLKSYWYLQKFSWR

 

LKHLLHLR8KHLLKLS5G

RAGLQFPVGRLLRRLLR

 

TAPKRKRTKTKK

 

Fluoresceinو  MTX

MTX

MTX



DOX



DOX



DOX



Taxol



TALEN


p16

 

p16MIS

siRNA

 

 siVEGF

  EGFP

 

 

سلولهای سرطانی پستان   MDA-MB-231



سلولهای سرطانی ریه A549

 

سلولهای سرطانی پستان  MCF-7

 

 

تومو‎هایی با بیان بالایی از MMP-2/9

 


سلولهای سرطانی گلیوبلاستوما
U87

 

سلولهای سرطانی دهانه رحم HeLa



سلولهای سرطان تخمدان OVCA-429T

 

سلولهای سرطانی دهانه رحم HeLa

 

 

مدلهای حیوانی تومور پانکراس

 

سلولهای سرطان کولورکتال

سلولهای سرطانی دهانه رحم  HeLa

سلولهای سرطانی دهانه رحم HeLa

 

سلولهای سرطانی دهانه رحم  HeLa

 

(68)



(112)

 

(111)

 

 

(89)

 

 

(116)

 

 

(109)

 

 

(23)

 

 

(62)

 

 

(42)

 

(105)

(45)

(55)

(50)

 

 

استفاده از CPPs برای انتقال مولکولهای کوچک: داروهای ضدسرطانی مولکولهای کوچک، به دلیل اندازه کوچک به طور مؤثری در تومور پخش می‎شوند. با این وجود، یکی از مشکلات اساسی آنها ایجاد مقاومت تومورها نسبت به دارو می‎باشد (90). به این منظور دانشمندان به بررسی اثر داروهای کونژوگه شده به CPPs پرداخته‎اند. به عنوان مثال گزارش شده است که مولکولDOX  کونژوگه شده به CPPs به عنوان روش درمانی مؤثری در درمان تومورها در مقایسه با DOX  به تنهایی می‎باشد. Aroui و همکاران در سال 2009 نشان دادند که پپتید CPP، Maurocalcine کونژوگه شده به DOX سبب تقویت ورود این دارو به سلولهای MCF-7 و MDA-MB-231 و نیز منجر به غلبه مقاومت DOX بر سلولهای MDA-MB-231 می‎شود (4). گزارش شده است که حساسیت شیمیایی مختلف رده‎های سلولی MDA-MB 231 و MCF7 به دلیل بیان مختلف پروتئین Rad51 می‎باشد که در سلولهایMDA-MB 231 بیان بالایی دارد درحالی‎که در سلولهای MCF7 این پروتئین به صورت کاهشی بیان می‎گردد. Aroui و همکاران همچنین به بررسی اثر پپتیدهای TAT و penetratin کونژوگه شده به DOX بر روی رده‎های سلولی مختلف پرداختند. نتایج نشان داد که پپتید penetratin دارای اثر قوی‎تری در ورود DOX نسبت به TAT دارد. همچنینDOX- penetratin سبب افزایش سمیت DOX حدود 19/7، 53/11 و 87/4 برابر بترتیب در سلولهای CHO، HUVEC و MDA-MB 231 در مقابل باDOX  به تنهایی می‎گردد (3). کونژوگه کردن پپتید TAT به Chitosan/DOX منجر به افزایش ورود به سلولهای CT-26 در مقابل با DOX آزاد گردید. در واقع ترکیب DOX آزاد به مقدار اندکی وارد سلول می‎گردد و تنها جزئی از آنها وارد هسته سلولها می‎شوند، درحالی‎که Chitosan/DOX/TAT به مقدار قابل توجهی در سیتوپلاسم متمرکز می‎شوند. علاوه‎ براین، Chitosan/DOX/TAT اثری قوی‎تری در نابودی سلولهای CT-26 را از خود نشان داده است (54).

Morshed و همکاران در سال 2016 دریافتند که پپتید  TATتغییریافته با نانوذرات طلا، کونژوگه شده به DOX منجر به افزایش سمیت DOX در سلولهای متاستاز مغزی سرطان پستان می‎گردد.  علاوه ‎براین، تیمار با 200 نانومولار  TAT-Au-Dox سبب افزایش میزان جذب DOX (5/91 درصد) در مقابل تیمار با  DOX (4/18 درصد) آزاد گردید (73). متوترکسات (MTX)، یک ماده ضدسرطانی با استفاده محدود به دلیل مشکلات مقاومت، مانع از تکثیر تومور با اختلال در نوکلئوتیدهای پورین، از طریق مهار آنزیم دی هیدروفولات ردوکتاز در سیتوپلاسم می‎شود (82). در مطالعه‎ای در سال 2006 اثر پپتید YTA2 کونژوگه شده به Methotrexate (MTX) بر روی سلولهای سرطانی پستان مقاوم ارزیابی شد. نتایج آنها نشان داد که میزان EC50، MTX-YTA2 حدود 5 برابر کم تر از داروی MTX به تنهایی می‎باشد. علاوه ‎براین، MTX-YTA2 سبب از بین رفتن مقاومت سلولهای سرطانی در برابر MTX می‎شود (61). گزارش شده است که اختلال در polyglutamation که یک مرحله اصلی در سازوکار عمل متوترکسات است، اغلب یکی از دلایل اصلی مقاومت به این دارو است. Szabó و همکاران به مطالعه اثر MTX به همراه آنالوگهای pentaglutamylated الحاق شده به پپتیدهای CPP،  penetratin و arginine-Octa بر روی سلولهای سرطانی پستان پرداختند. نتایج آنها نشان داد که به کارگیری  MTX-Glu5-GFLG-Penetratin منجر به کاهش میزان IC50 در سلولهای سرطانی پستان نسبت به MTX آزاد گردید (95).

استفاده از CPPها برای انتقال درشت مولکولها: شواهد نشان می‎دهد که اتصال کوالانسی CPPها به پپتید می‎تواند سبب ایجاد تداخل با عملکرد مولکولهای بیولوژیکی فعال و نیز منجر به ممانعت فضایی در رسیدن دارو به هدف ‎شوند (82). بنابراین، برای حمل درشت مولکولها تشکیل کمپلکسهای CPP غیرکوالانسی به عنوان روش مؤثرتری در انتقال دارو در نظر گرفته می‎شود. مطالعات گسترده‎ای به بررسی خاصیت ضدسرطانی CPPهای الحاق شده به درشت مولکولها پرداخته‎اند. فرآیند آپوپتوز در طی استرسهای مختلف سلولی القاء می‎گردد و این فرآیند به وسیله‎ی پروتئینهای سرکوبگر تومور از جمله p53 و p16 کنترل می‎شود. شواهد نشان می‎دهد که در 50 درصد از سرطانهای انسانی جهش در این ژنهای سرکوبگر تومور مشاهده می‎شود (59). مطالعات مختلفی به بررسی اثر پروتئین p53 و مشتقات آن به صورت کونژوگه شده با CPPها به منظور بهبود عملکرد p53 پرداخته‎اند.

در مطالعه‎ای در سال 2006 نشان داده شد که الحاق انتهای N ترمینال پروتئین p53 به پپتید TAT منجر به القاء آپوپتوز می‎گردد (37). Snyder و همکاران نشان دادند که تزریق داخل صفاقی پپتید TAT فیوز شده به all-D retro-inverso (ri)-p53 به مدل موش کارسینوماتوز صفاقی منجر به تحریک آپوپتوز در سلولهای سرطانی و افزایش بقاء در مدل موشها می‎گردد (93). استفاده از CPP، FHV در ترکیب با توالی تسهیل کننده نفوذ سلولی (penetration accelerating sequence) و انتهای C ترمینال p53 به صورت وابسته به غلظت، منجر به مهار رشد تومور و نیز القای مرگ سلولی اتوفاژی در glioma-initiating cells می‎گردد (101). نمونه‎ای دیگر از CPPها می‎توان بهp28  اشاره نمود که از تخریب پروتئینp53  در سلولهای توموری جلوگیری می‎کند. p28 همچنین ورود پروتئینهای اگزوژن GFP و GST را به درون سلولهای کشت داده شده تسهیل می‎کند (13). تزریق داخل صفاقی کمپلکس غیرکوالانسی Antp-p16 سبب مهار رشد سلولهای سرطانی لوزالمعده در مدلهای موش می‎گردد (80). در مطالعه‎ای دیگر از پروتئین تنظیم کننده آپوپتوز میتوکندری به نام SMAC استفاده شد. نتایج نشان داد SMAC-TATp منجر به القای محرکهای آپوپتوز از جمله TRAIL و CD95 می‎گردد. انتقال ترکیبی SMAC-TATp به همراه 6/0 و 2 میکروگرم از TRAIL سبب ریشه‌کنی کامل تومور در یک مدل موش گردید (90). به طور کلی نتایج نشان داد که کونژوگه کردن CPPها با مولکولهای کوچک و درشت مولکولها به عنوان یک سازوکار مناسب در درمان سرطان در نظرگرفته می‎شود.

محدودیت استفاده از CPPها در درمان سرطان: شواهد نشان می‎دهد که از CPPها می‎توان به عنوان یک روش انتقال دارو استفاده کرد. مشکل عمده استفاده از این پپتیدها عدم وجود خاصیت انتخابی و اختصاصی بودن علیه سلولهای سرطانی و تومورها می‎باشد. بدین منظور محققان به دنبال روشهایی برای حل این مشکل می‎باشند (شکل 8) (13 و 90).

استراژی تولید CPP فعال (ACPP) (به کارگیری متالوپروتئازهای ماتریکس): در این روش از یک CPP پلی‎کاتیونی که به صورت هموپلیمر آرژینین (r9; nine D-form arginine residues) و حاوی مولکول انتقال دهنده (دارو) می‎باشد، استفاده می‎شود. r9 با استفاده از برهمکنش‏های یونی با یک توالی پلی‎آنیونی (e8; eight D-form glutamate residues) جفت می‎شود. در نتیجه بارهای مثبت CPP به طور موقت غیرفعال می‎شود. همچنین در این روش دو قسمت یونی از طریق یک اتصال‎دهنده که دارای توالی برش متالوپروتئاز ماتریکس (MMP-2 or 9) در سلولهای توموری می‎باشند به هم متصل می‎شوند. زمانی‎که این سیستم دارو وارد جریان خون شود به دلیل کم بودن میزان MMP در گردش خون، محل توالی برش توسط این آنزیمها بر روی CPP شناسایی نمی‎شود و در نتیجه سبب جلوگیری از برهمکنش‎های ناخواسته CPP با سطوح دارای بار منفی سلولهای درونی عروق می‎شود و در نهایت مانع از انتقال دارو به سلولهای سالم می‎گردد. درحالی‎که، در سلولهای سرطانی و تومورها MMP در اطراف تومورها به مقدار زیادی وجود دارد. این آنزیم محل توالی برش MMP را شناسایی و باعث جدا شدن دو بخش یونی می‎گردد که این عمل سبب فعال شدن CPP حاوی مولکول انتقال‎دهنده (دارو) می‎شود و در نتیجه سبب برهمکنش CPP با سطح سلولهای سرطانی دارای بار منفی می‎گردد. در نهایت مولکولهای دارویی که به صورت کوالان به CPP متصل هستند به سلول موردنظر وارد می‎شوند (46). در مطالعه‎ای، محققان دریافتند که r9 می‎تواند سمیت سیستمیک شدید را در دوزهای بالاتر از 5 میکرومول بر کیلوگرم ایجاد کند، که در نهایت منجر به مرگ موشها به دلیل نارسایی تنفسی می‎شود. درحالی‏که، تزریق ACPP حتی با 4 برابر دز قابل تحمل، سمیت بسیار ملایمی ایجاد کرده است (شکل 8 الف) (90).

 

شکل 8- روشهایی به منظور برطرف کردن محدودیت استفاده از CPPها . الف) استراژی تولید CPP فعال  (ACPP) (90) ب) استفاده از pH  اسیدی اطراف تومورها (102)  ج) به کارگیری CPPهای تغییریافته ATTEMPTS  (113)

استفاده از pH اسیدی: وجود برخی از شرایط پاتولوژیک نظیر سرطان منجر به ایجاد محیط اسیدی می‎گردد. به طور کلی در اطراف تومورها pH در حدود 8/6 و اسیدی درحالی‎که در شرایط طبیعی در حدود 20/7 می‎باشد. گزارش شده است که با استفاده از pH اسیدی اطراف تومورها می‎توان به طور اختصاصی مولکول دارویی مورد نظر را به سلولهای توموری منتقل کرد. در این روش بار مثبت پپتید CPP توسط یک پلی آنیون به نام PSD پوشانده و بار آن خنثی می‎شود، در نتیجه CPP تا زمان رسیدن به محل تومور غیرفعال باقی می‎ماند. گروه سولفونامیدی در ترکیب PSD حساسیت بالایی دربرابر pH اسیدی دارد. با توجه به اسیدی بودن محیط اطراف تومورها با رسیدن این سیستم به محل تومور گروه سولفونامیدی پروتونه شده و از بخش کاتیونی جدا می‎شود. در نتیجه CPP فعال و با سلولهای سرطانی دارای بار منفی برهمکنش برقرار می‎کند و منجر به انتقال انتخابی دارو به سلولهای سرطانی می‎شود (شکل 8 ب) (102).

استفاده از CPPهای تغییریافته ATTEMPTS : استراژی (ATTEMPTS) Antibody Targeted Triggered Electrically Modified Prodrug Type Strategy به منظور انتقال اختصاصی دارو به مکان تومور به کار برده می‎شود. این روش از 2 جز اصلی تشکیل شده است: آنتی‎بادی کونژوگه شده به هپارین و بخش افکتور آنیونی که از CPP الحاق شده به دارو تشکیل شده است. در واقع این سیستم انتقال دارو از طریق تشکیل کمپلکس الکترواستاتیک میان آنتی‎بادی کونژوگه شده به هپارین و CPP-دارو صورت می‎گیرد و بار مثبت CPP از طریق بار منفی هپارین خنثی می‎شود. در مرحله اول، سیستم انتقال دارو وارد می‎گردد و از طریق هدف قرار دادن آنتی‎بادی در محل تومور تجمع می‎یابد. در مرحله‎ بعد پروتامین (پروتئین کاتیونی کوچک است که از نظر بالینی به عنوان پادزهر هپارین مورد استفاده قرار می‎گیرد) تزریق می‎گردد. در واقع پروتامین به دلیل تمایل برهمکنش قوی‎تر هپارین با پروتامین در مقایسه با هپارین با CPP سبب آزاد شدن CPP-دارو از سیستم انتقال دارو می‎شود، و در نهایت CPP-دارو قادر به نفوذ در غشای سلول توموری می‎شود (51 و 113) . اخیراً یک استراتژی ATTEMPTS جدید به منظور درمان سرطان کولورکتال گزارش شده است. در این مطالعه بخش هدف‎گیری آنیونی شامل آنتی‎بادی T84.66  کونژوگه شده به هپارین و بخش CPP-دارو متشکل از CPP، TAT فیوز شده به دارو gelonin می‎باشد. نتایج نشان داد که کمپلکس ایجاد شده TAT-gelonin/T84.66-Hep قادر به اتصال به سلولهای سرطان کولورکتال LS174T با بیان بیش از حد CEA می‎باشد. علاوه ‎بر این انتقال TAT-gelonin به تومور هدف با استفاده از این سیستم حدود 58 برابر نسبت به TAT-gelonin به تنهایی تقویت شده است (91) (شکل 8 ج).

نتیجه گیری

در پژوهش حاضر به بررسی اثر پپتیدهای درمانی شامل پپتیدهای کاتیونی ضدمیکروبی با خاصیت ضدسرطانی (ACPs) و پپتیدهای نفوذپذیر سلولی (CPPs) به منظور درمان سرطان پرداخته شد. پپتیدها به دلیل عواملی همچون اندازه کوچک، سنتز راحت و توانایی نفوذ در غشاء به عنوان کاندیدایی مناسب برای بیماریهای عفونی و سرطان در نظرگرفته می‎شوند. از جمله پپتیدهای درمانی می‎توان به ACPs اشاره نمود که با ترکیبات دارای بارمنفی در سطح غشاء برهمکنش برقرار می‎کنند. این دسته از پپتیدها منجر به از هم پاشیدگی غشاء از طریق لیز سلولی و یا تخریب میتوکندری از طریق آپوپتوز می‎شوند. ACPs همچنین بواسطه چندین فعالیت غیرغشایی خاصیت ضدسرطانی خود را به نمایش می‏گذارند. دسته دیگر از پپتیدهای درمانیCPPs  می‎باشند که از طریق اتصال کوالانسی و یا غیرکوالانسی با مولکولهای کوچک و درشت مولکولها، و ورود به سلولها در درمان سرطان به کارگرفته می‎شوند. اگرچه ACPs و CPPs دارای مزیتهای فراوانی می‎باشند، محدودیتهایی نظیر هزینه بالا و عدم اختصاصیت برای آنها توصیف شده است. با این وجود، دانشمندان روشهای مختلفی به منظور غلبه بر این مشکلات ارائه داده‎اند. بنابراین، استفاده از پپتیدهای ACPs و CPPs به عنوان یک روش امیدوارکننده در درمان سرطان پیشنهاد می‎شود. بااین‎حال، مطالعات گسترده‎تری به منظور کاربرد این پپتیدهای درمانی در فاز بالینی و درک سازوکار آنها نیاز می‎باشد.

  1. زرندی میاندوآب، ل. و زاده حسینقلی، الف. 1397. تجزیه و تحلیل آماری پپتیدهای ضدسرطان گیاهی با استفاده از محیطR. مجله پژوهش‎های سلولی مولکولی (زیست‎ شناسی ایران). دوره 31. شماره 3. ص 436-448
  2. 2. مرتضوی، م. صفار، ب. میرآخورلی، ن. و مبینی دهکردی، م. 1395. طراحی، سنتز، همسانه سازی، ارزیابی بیان و بررسی خاصیت ضدمیکروبی پروتئین دفنزین گندم (Triticum aestivum) در میزبان coli. مجله پژوهش‎های سلولی مولکولی (زیست‎ شناسی ایران). دوره 29. شماره 1. ص 114-125

 

  1. Aroui, S., Brahim, S., De, Waard, M. and Kenani, A. 2010. Cytotoxicity, intracellular distribution and uptake of doxorubicin and doxorubicin coupled to cell-penetrating peptides in different cell lines: a comparative study. Biochemical and biophysical research communications, 391(1): 419-25
  2. Aroui, S., Ram, N., Appaix, F., Ronjat, M., Kenani, A., Pirollet, F. and De, Waard, M. 2009. Maurocalcine as a non-toxic drug carrier overcomes doxorubicin resistance in the cancer cell line MDA-MB 231. Pharmaceutical research, 26(4): 836-45.
  3. Asadi, F., Asoodeh, A., Kashef, R., Housaindokht, M.R., Haghparast, A. and Chamani, J. 2013. The effect of antimicrobial peptide Temporin-Ra on cell viability and gene expression of pro-inflammatory factors in A549 cell line. International Journal of Peptide Research and Therapeutics, 19(4): 373-80.
  4. Asoodeh, A., Haghparast, A., Kashef, R. and Chamani, J. 2013. Pro-inflammatory cytokine responses of A549 epithelial cells to antimicrobial peptide Brevinin-2R. International Journal of Peptide Research and Therapeutics, 19(2): 157-62.
  5. Asoodeh, A., Sepahi, S. and Ghorani-Azam, A. 2014. Purification and Modeling Amphipathic Alpha Helical Antimicrobial Peptides from Skin Secretions of Euphlyctis cyanophlyctis. Chemical biology & drug design, 83(4): 411-7.
  6. Asoodeh, A., Zardini, H.Z. and Chamani, J. 2012. Identification and characterization of two novel antimicrobial peptides, temporin-Ra and temporin-Rb, from skin secretions of the marsh frog (Rana ridibunda). Journal of Peptide Science, 18(1): 10-6.
  7. Avci, F.G., Sariyar, Akbulut, B. and Ozkirimli, E. 2018. Membrane active peptides and their biophysical characterization. Biomolecules, 8(3): 77
  8. Baindara, P., Singh, N., Ranjan, M., Nallabelli, N., Chaudhry, V., Pathania, G.L., Sharma, N., Kumar, A., Patil, P.B. and Korpole, S. 2016. Laterosporulin10: a novel defensin like class IId bacteriocin from Brevibacillus sp. strain SKDU10 with inhibitory activity against microbial pathogens. Microbiology, 162(8): 1286-99.
  9. Bartnik, A., Nirmal, A.J. and Yang, S.Y. 2013. Peptide vaccine therapy in colorectal cancer. Vaccines, 1(1): 1.
  10. Bevers, E.M., Comfurius, P. and Zwaal, R.F. 1996. Regulatory mechanisms in maintenance and modulation of transmembrane lipid asymmetry: pathopHysiological implications. Lupus, 5(5): 480-7.
  11. Bolhassani, A., Jafarzade, B.S. and Mardani, G. 2017. In vitro and in vivo delivery of therapeutic proteins using cell penetrating peptides. Peptides, 87: 50-63.
  12. Boohaker, R.J., Lee, M.W., Vishnubhotla, P., Perez, J.M. and Khaled, A.R. 2012. The use of therapeutic peptides to target and to kill cancer cells. Current medicinal chemistry, 19(22): 3794-804.

15.Bray, F., Ferlay, J., Soerjomataram, I., Siegel, R.L., Torre, L.A. and Jemal, A. 2018. Global cancer statistics 2018: Globocan estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. 2018. CA: a cancer journal for clinicians, 68(6): 394-424.

  1. Camilio, K.A., Rekdal, Ø. and Sveinbjörnsson, B. 2014. LTX-315 (Oncopore™) a short synthetic anticancer peptide and novel immunotherapeutic agent. Oncoimmunology, 3(6): e29181.
  2. Chalamaiah M, Yu W, Wu J. 2018. Immunomodulatory and anticancer protein hydrolysates (peptides) from food proteins: A review. Food chemistry, 245: 205-22.
  3. Chen, X., Zou, X., Qi, G., Tang, Y., Guo, Y., Si, J. and Liang, L. 2018. Roles and mechanisms of human cathelicidin LL-37 in cancer. Cellular Physiology and Biochemistry, 47(3): 1060-73.
  4. Choi, D.K., Helenowski, I. and Hijiya, N. 2014. Secondary malignancies in pediatric cancer survivors: perspectives and review of the literature. International journal of cancer, 135(8): 1764-73.
  5. Chu, H.L., Yip, B.S., Chen, K.H., Yu, H.Y., Chih, Y.H., Cheng, H.T., Chou, Y.T. and Cheng, J.W. 2015. Novel antimicrobial peptides with high anticancer activity and selectivity. PLoS One, 10(5).
  6. Deslouches, B. and Di, Y.P. 2017. Antimicrobial peptides with selective antitumor mechanisms: prospect for anticancer applications. Oncotarget, 8(28): 46635.
  7. Domagala, W. and Koss, L.G. 1980. Surface configuration of human tumor cells obtained by fine needle aspiration biopsy. Scan Electron Microsc, 1: 101-8.
  8. Dubikovskaya, E.A., Thorne, S.H., Pillow, T.H., Contag, C.H. and Wender, P.A. 2008. Overcoming multidrug resistance of small-molecule therapeutics through conjugation with releasable octaarginine transporters. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105(34): 12128-33.
  9. Emelianova, A.A., Kuzmin, D.V., Panteleev, P.V., Sorokin, M.I., Buzdin, A.A. and Ovchinnikova, T.V. 2018. Anticancer Аctivity of the Goat Antimicrobial Peptide ChMAP-28. Frontiers in pharmacology, 9: 1501.
  10. Farkhani, S.M., Valizadeh, A., Karami, H., Mohammadi, S., Sohrabi, N. and Badrzadeh, F. Cell penetrating peptides: efficient vectors for delivery of nanoparticles, nanocarriers, therapeutic and diagnostic molecules. 2014. Peptides, 57: 78-94.
  11. Felício, M.R., Silva, O.N., Gonçalves, S., Santos, N.C. and Franco, O.L. 2017. Peptides with dual antimicrobial and anticancer activities. Frontiers in chemistry, 5:5.
  12. Feliu, L., Oliveras, G., Cirac, A.D., Besalú, E., Rosés, C., Colomer, R., Bardají, E., Planas, M. and Puig, T. 2010. Antimicrobial cyclic decapeptides with anticancer activity. Peptides, 31(11): 2017-26.
  13. Fernandez, D.I., Gehman, J.D., and Separovic, F. 2009. Membrane interactions of antimicrobial peptides from Australian frogs. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes, 1788(8):1630-8.
  14. Frankel, A.D. and Pabo CO. Cellular uptake of the tat protein from human immunodeficiency virus.
  15. Gaspar, D., Veiga, A.S. and Castanho, M.A. 2013. From antimicrobial to anticancer peptides. A review. Frontiers in microbiology, 4: 294.
  16. Ghavami, S., Asoodeh, A., Klonisch, T., Halayko, A.J., Kadkhoda, K., Kroczak, T.J., Gibson, S.B., Booy, E.P., Naderi-Manesh, H. and Los, M. 2008. Brevinin-2R1 semi-selectively kills cancer cells by a distinct mechanism, which involves the lysosomal-mitochondrial death pathway. Journal of cellular and molecular medicine, 12(3): 1005-22.
  17. Giuliani, A., Pirri, G. and Nicoletto, S. 2007. Antimicrobial peptides: an overview of a promising class of therapeutics. Open Life Sciences, 2(1): 1-33.
  18. Han, Y., Cui, Z., Li, Y.H., Hsu, W.H. and Lee, B.H. 2016. In vitro and in vivo anticancer activity of pardaxin against proliferation and growth of oral squamous cell carcinoma. Marine drugs, 14(1): 2.
  19. Hancock, R.E. and Diamond, G. 2000. The role of cationic antimicrobial peptides in innate host defences. Trends in microbiology, 8(9): 402-10.
  20. Hancock, R.E., Haney, E.F. and Gill, E.E. 2016. The immunology of host defence peptides: beyond antimicrobial activity. Nature Reviews Immunology, 16(5): 321.
  21. Hanaoka, Y., Yamaguchi, Y., Yamamoto, H., Ishii, M., Nagase, T., Kurihara, H., Akishita, M. and Ouchi, Y. 2016. In vitro and In vivo anticancer activity of human β-Defensin-3 and its mouse homolog. Anticancer research, 36(11): 5999-6004.
  22. Harada, H., Kizaka-Kondoh, S. and Hiraoka, M. 2006. Antitumor protein therapy; application of the protein transduction domain to the development of a protein drug for cancer treatment. Breast Cancer, 13(1): 16-26.
  23. Hilchie, A.L., Hoskin, D.W. and Coombs, M.P. 2019. Anticancer Activities of Natural and Synthetic Peptides. In Antimicrobial Peptides, (pp. 131-147). Springer, Singapore.
  24. Hilchie, A.L., Wuerth, K. and Hancock, R.E. 2013. Immune modulation by multifaceted cationic host defense (antimicrobial) peptides. Nature chemical biology, 9(12): 761.
  25. Homayouni-Tabrizi, M., Asoodeh, A., Soltani, M. and Forghanifard, M.M. 2015. Antimicrobial peptide Brevinin-2R induces the secretion of a pro-inflammatory cytokine in HepG2 cells, Journal of Basic Research in Medical Sciences. 2(2): 23-9
  26. Hoskin, D.W. and Ramamoorthy, A. 2008. Studies on anticancer activities of antimicrobial peptides. BBA-Biomembranes, 1778(2): 357-75.
  27. Hosotani, R., Miyamoto, Y., Fujimoto, K., Doi, R., Otaka, A., Fujii, N. and Imamura, M. 2002. Trojan p16 peptide suppresses pancreatic cancer growth and prolongs survival in mice. Clinical cancer research, 8(4): 1271-6.
  28. Huang, H.N., Rajanbabu, V., Pan, C.Y., Chan, Y.L., Chen, J.Y. and Wu, C.J. 2015. Enhanced control of bladder-associated tumors using shrimp anti-lipopolysaccharide factor (SALF) antimicrobial peptide as a cancer vaccine adjuvant in mice. Marine drugs, 13(5): 3241-58.
  29. Huang, H.N., Rajanbabu, V., Pan, C.Y., Chan, Y.L., Wu, C.J. and Chen, J.Y. 2013. A cancer vaccine based on the marine antimicrobial peptide pardaxin (GE33) for control of bladder-associated tumors. Biomaterials, 34(38): 10151-9.
  30. Hyun, S., Choi, Y., Lee, H.N., Lee, C., Oh, D., Lee, D.K., Lee, C., Lee, Y. and Yu, J. 2018. Construction of histidine-containing hydrocarbon stapled cell penetrating peptides for in vitro and in vivo delivery of siRNAs. Chemical science, 9(15): 3820-7.
  31. Jiang, T., Olson, E.S., Nguyen, Q.T., Roy, M., Jennings, P.A. and Tsien, R.Y. 2004. Tumor imaging by means of proteolytic activation of cell-penetrating peptides. Proceedings of the National Academy of Sciences, 101(51): 17867-72.
  32. Kharazmi-Khorassani, J. and Asoodeh, A. 2019. Thymosin alpha-1; a natural peptide inhibits cellular proliferation, cell migration, the level of reactive oxygen species and promotes the activity of antioxidant enzymes in human lung epithelial adenocarcinoma cell line (A549). Environmental toxicology, 34(8): 941-9.
  33. Koczulla, A.R. and Bals, R. 2003. Antimicrobial peptides. Drugs, 63(4): 389-406.
  34. Koskimaki, J.E., Karagiannis, E.D., Rosca, E.V., Vesuna, F., Winnard, Jr, P.T., Raman, V., Bhujwalla, Z.M. and Popel, A.S. 2009. Peptides derived from type IV collagen, CXC chemokines, and thrombospondin-1 domain-containing proteins inhibit neovascularization and suppress tumor growth in MDA-MB-231 breast cancer xenografts. Neoplasia, (12): 1285-91.
  35. Kwon, S., Kwak, A., Shin, H., Choi, S., Kim, S. and Lim, H.J. 2013. Application of a novel cell-permeable peptide-driven protein delivery in mouse blastocysts. Reproduction , 146(2): 145-53.
  36. Kwon, Y.M., Li, Y.T., Liang, J.F., Park, Y.J., Chang, L.C. and Yang, V.C. 2008. PTD-modified ATTEMPTS system for enhanced asparaginase therapy: a proof-of-concept investigation. Journal of controlled release, 130(3): 252-8.
  37. Lee, H.S., Park, C.B., Kim, J.M., Jang, S.A., Park, I.Y., Kim, M.S., Cho, J.H. and Kim, S.C. 2008. Mechanism of anticancer activity of buforin IIb, a histone H2A-derived peptide. Cancer letters, 271(1): 47-55
  38. Lee, J.H., Kim, I.W., Kim, S.H., Yun, E.Y., Nam, S.H., Ahn, M.Y., Kang, D.C. and Hwang, J.S. 2015. Anticancer activity of CopA3 dimer peptide in human gastric cancer cells. BMB reports, 48(6): 324.
  39. Lee, J.Y., Choi, Y.S., Suh, J.S., Kwon, Y.M., Yang, V.C., Lee, S.J., Chung, C.P. and Park, Y.J. 2011. Cell-penetrating chitosan/doxorubicin/TAT conjugates for efficient cancer therapy. International journal of cancer, 128(10): 2470-80.
  40. Lee, Y.W., Hwang, Y.E., Lee, J.Y., Sohn, J.H., Sung, B.H. and Kim, S.C. 2018. VEGF siRNA delivery by a cancer-specific cell-penetrating peptide. Journal of Microbiology and Biotechnology, 28(3): 367-74
  41. Li, C., Liu, H., Yang, Y., Xu, X., Lv, T., Zhang, H., Liu, K., Zhang, S. and Chen, Y. 2018. N-myristoylation of antimicrobial peptide CM4 enhances its anticancer activity by interacting with cell membrane and targeting mitochondria in breast cancer cells. Frontiers in pharmacology, 9: 1297.
  42. Li, Y.C., Park, M.J., Ye, S.K., Kim, C.W. and Kim, Y.N. 2006. Elevated levels of cholesterol-rich lipid rafts in cancer cells are correlated with apoptosis sensitivity induced by cholesterol-depleting agents. The American journal of pathology, 168(4): 1107-18.
  43. Li, X., Shen, B., Chen, Q., Zhang, X., Ye, Y., Wang, F. and Zhang, X. 2016. Antitumor effects of cecropin B-LHRH’on drug-resistant ovarian and endometrial cancer cells. BMC cancer, 16(1): 251.
  44. Liggett, Jr, W.H. and Sidransky, D. 1998. Role of the p16 tumor suppressor gene in cancer. Journal of clinical oncology, 16(3): 1197-206.
  45. Lim, K.J., Sung, B.H., Shin, J.R., Lee, Y.W., Yang, K.S. and Kim, S.C. 2013. A cancer specific cell-penetrating peptide, BR2, Cell. 1988; 55(6):1189-93.for the efficient delivery of a scFv into cancer cells. PloS one, 8(6): e66084
  46. Lindgren, M., Rosenthal-Aizman, K., Saar, K., Eiríksdóttir, E., Jiang, Y., Sassian, M., Östlund, P., Hällbrink, M. and Langel, Ü. 2006. Overcoming methotrexate resistance in breast cancer tumour cells by the use of a new cell-penetrating peptide. Biochemical pharmacology, 71(4): 416-25.
  47. Liu, J., Gaj, T., Patterson, J.T., Sirk, S.J. and Barbas III, C.F. 2014. Cell-penetrating peptide-mediated delivery of TALEN proteins via bioconjugation for genome engineering. PloS one, 9(1): e85755.
  48. Liu, S., Yang, H., Wan, L., Cheng, J. and Lu, X. 2013. Penetratin-mediated delivery enhances the antitumor activity of the cationic antimicrobial peptide magainin II. Cancer Biotherapy and Radiopharmaceuticals, 28(4): 289-97.

64.Liu, S., Yang, H., Wan, L., Cai, H.W., Li, S.F., Li, Y.P., Cheng, J.Q. and Lu, X.F. 2011. Enhancement of cytotoxicity of antimicrobial peptide magainin II in tumor cells by bombesin-targeted delivery. Acta Pharmacologica Sinica, 32(1): 79-88.

  1. Liu, X., Li, Y., Li, Z., Lan, X., Leung, P.H., Li, J., Yang, M., Ko, F. and Qin, L. 2015. Mechanism of anticancer effects of antimicrobial peptides. Journal of fiber bioengineering and informatics, 8(1):25-36.
  2. Lu, Y., Zhang, T.F., Shi, Y., Zhou, H.W., Chen, Q., Wei, B.Y., Wang, X., Yang, T.X., Chinn, Y.E., Kang, J. and Fu, C.Y. 2016. PFR peptide, one of the antimicrobial peptides identified from the derivatives of lactoferrin, induces necrosis in leukemia cells. Scientific reports, 6: 20823.
  3. Mader, J.S., Ewen, C., Hancock, R.E. and Bleackley, R.C. 2011. The human cathelicidin, LL-37, induces granzyme-mediated apoptosis in regulatory T cells. Journal of Immunotherapy, 34(3): 229-35.
  4. Mäe, M., Rautsi, O., Enbäck, J., Hällbrink, M., Aizman, K.R., Lindgren, M., Laakkonen, P. and Langel, Ü. 2012. Tumour targeting with rationally modified cell-penetrating peptides. International Journal of Peptide Research and Therapeutics, 18(4): 361-71.
  5. Mahassni, S.H. and Al-Reemi, R.M. 2013. Apoptosis and necrosis of human breast cancer cells by an aqueous extract of garden cress (Lepidium sativum) seeds. Saudi journal of biological sciences, 20(2): 1319.
  6. Marqus, S., Pirogova, E. and Piva, T.J. 2017. Evaluation of the use of therapeutic peptides for cancer treatment. Journal of biomedical science, 24(1): 21.
  7. Makovitzki, A., Fink, A. and Shai, Y. 2009. Suppression of human solid tumor growth in mice by intratumor and systemic inoculation of histidine-rich and pH-dependent host defense–like lytic peptides. Cancer research, 69(8): 3458-63.
  8. Matsuzaki, K., Murase, O., Fujii, N. and Miyajima, K. 1996. An antimicrobial peptide, magainin 2, induced rapid flip-flop of pHospHolipids coupled with pore formation and peptide translocation. Biochemistry, 35(35): 11361-8.
  9. Morshed, R.A., Muroski, M.E., Dai, Q., Wegscheid, M.L., Auffinger, B., Yu, D., Han, Y., Zhang, L., Wu, M., Cheng, Y. and Lesniak, M.S. 2016 . Cell-penetrating peptide-modified gold nanoparticles for the delivery of doxorubicin to brain metastatic breast cancer. Molecular pharmaceutics, 13(6): 1843-54.
  10. Mostafavi, E.S. and Asoodeh, A. 2019. Cell penetrating and transytosing peptides: powerful strategies for oral insulin delivery. Razi Journal of Medical Sciences, 26(2): 10-29.
  11. Mussa, Farkhani S, Asoudeh Fard A, Zakeri-Milani P, Shahbazi Mojarrad J, Valizadeh H. 2017. Enhancing antitumor activity of silver nanoparticles by modification with cell-penetrating peptides. Artificial cells, nanomedicine, and biotechnology, 45(5): 1029-35.
  12. Oren, Z. and Shai, Y. 1998. Mode of action of linear amphipathic α-helical antimicrobial peptides. Peptide Science, 47(6): 451-63.
  13. Ourth, D.D. 2011. Antitumor cell activity in vitro by myristoylated-peptide. Biomedicine & Pharmacotherapy, 65(4): 271-4.
  14. Pan, H., Soman, N.R., Schlesinger, P.H., Lanza, G.M. and Wickline, S.A. 2011. Cytolytic peptide nanoparticles (‘NanoBees’) for cancer therapy. Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology, 3(3): 318-27.
  15. Papo, N., Seger, D., Makovitzki, A., Kalchenko, V., Eshhar, Z., Degani, H. and Shai, Y. 2006. Inhibition of tumor growth and elimination of multiple metastases in human prostate and breast xenografts by systemic inoculation of a host defense–like lytic peptide. Cancer research, 66(10): 5371-8.
  16. Patel, L.N., Zaro, J.L. and Shen, W.C. 2007. Cell penetrating peptides: intracellular pathways and pHarmaceutical perspectives. Pharmaceutical research, 24(11): 1977-92.
  17. Petrou, C. and Sarigiannis, Y. Peptide synthesis: 2018. Methods, trends, and challenges. InPeptide Applications in Biomedicine, Biotechnology and Bioengineering, (pp. 1-21). Woodhead Publishing.
  18. Regberg, J., Srimanee, A. and Langel Ü. 2012. Applications of cell-penetrating peptides for tumor targeting and future cancer therapies. Pharmaceuticals, 5(9): 991-1007
  19. Ren, S.X., Shen, J., Cheng, A.S., Lu, L., Chan, R.L., Li, Z.J., Wang, X.J., Wong, C.C., Zhang, L., Ng, S.S. and Chan, F.L. 2013. FK-16 derived from the anticancer peptide LL-37 induces caspase-independent apoptosis and autophagic cell death in colon cancer cells. PLoS One, 8(5).
  20. Risso, A., Zanetti, M. and Gennaro, R. 1998. Cytotoxicity and apoptosis mediated by two peptides of innate immunity. Cellular immunology, 189(2): 107-15.
  21. Rosenfeld, Y. and Shai, Y. 2006. Lipopolysaccharide (Endotoxin)-host defense antibacterial peptides interactions: role in bacterial resistance and prevention of sepsis. BBA-Biomembranes, 1758(9): 1513-22.
  22. Rozek, T., Wegener, K.L., Bowie, J.H., Olver, I.N., Carver, J.A., Wallace, J.C. and Tyler, M.J. 2000.The antibiotic and anticancer active aurein peptides from the Australian bell frogs Litoria aurea and Litoria raniformis: the solution structure of aurein 1.2. European Journal of Biochemistry, 267(17): 5330-41.
  23. Schweizer, F. 2009. Cationic ampHipHilic peptides with cancer-selective toxicity. European journal of pharmacology, 625(1-3): 190-4.
  24. Shai, Y. 1999. Mechanism of the binding, insertion and destabilization of pHospHolipid bilayer membranes by α-helical antimicrobial and cell non-selective membrane-lytic peptides. BBA-Biomembranes, 1462(1-2): 55-70.
  25. Shi, N.Q., Gao, W., Xiang, B. and Qi, X.R. 2012. Enhancing cellular uptake of activable cell-penetrating peptide–doxorubicin conjugate by enzymatic cleavage. International journal of nanomedicine, 7: 1613.
  26. Shin, M.C., Zhang, J., Min, K.A., Lee, K., Byun, Y., David, A.E., He, H. and Yang, V.C. 2014. Cell‐penetrating peptides: Achievements and challenges in application for cancer treatment. Journal of Biomedical Materials Research Part A: An Official Journal of The Society for Biomaterials, The Japanese Society for Biomaterials, and The Australian Society for Biomaterials and the Korean Society for Biomaterials, 102(2): 575-87.
  27. Shin, M.C., Zhang, J., Min, K.A., Lee, K., Moon, C., Balthasar, J.P. and Yang, V.C. 2014. Combination of antibody targeting and PTD-mediated intracellular toxin delivery for colorectal cancer therapy. Journal of controlled release, 194: 197-210.
  28. Shoombuatong, W., Schaduangrat, N., and Nantasenamat, C. 2018. Unraveling the bioactivity of anticancer peptides as deduced from machine learning. EXCLI journal, 17:734.
  29. Snyder, E.L., Meade, B.R., Saenz, C.C. and Dowdy, S.F. 2004. Treatment of terminal peritoneal carcinomatosis by a transducible p53-activating peptide. PLoS biology, 2(2): e36.
  30. Sok, M., Šentjurc, M. and Schara, M. 1999. Membrane fluidity characteristics of human lung cancer. Cancer letters, 139(2): 215-20.
  31. Szabó, I., Orbán, E., Schlosser, G., Hudecz, F. and Bánóczi, Z. 2016. Cell-penetrating conjugates of pentaglutamylated methotrexate as potential anticancer drugs against resistant tumor cells. European journal of medicinal chemistry, 115: 361-8.
  32. Tardón, M.C., Allard, M., Dutoit, V., Dietrich, P.Y. and Walker, P.R. 2019. Peptides as cancer vaccines. Current opinion in pharmacology, 47: 20-6.
  33. Theansungnoen, T., Maijaroen, S., Jangpromma, N., Yaraksa, N., Daduang, S., Temsiripong, T., Daduang, J. and Klaynongsruang, S. 2016. Cationic antimicrobial peptides derived from Crocodylus siamensis leukocyte extract, revealing anticancer activity and apoptotic induction on human cervical cancer cells. The protein journal, 35(3): 202-11.
  34. Thundimadathil, J. 2012. Cancer treatment using peptides: current therapies and future prospects. Journal of amino acids, 2012: Article ID 967347.
  35. Ting, C.H., Liu, Y.C., Lyu, P.C. and Chen, J.Y. 2018. Nile tilapia derived antimicrobial peptide TP4 exerts antineoplastic activity through microtubule disruption.  Marine drugs, 16(12): 462.
  36. Torcato, I.M., Castanho, M.A. and Henriques, S.T. 2012. The application of biophysical techniques to study antimicrobial peptides. Journal of Spectroscopy, 27(5-6):541-9.
  37. Ueda, Y., Wei, F.Y., Hide, T.I., Michiue, H., Takayama, K., Kaitsuka, T., Nakamura, H., Makino, K., Kuratsu, J.I., Futaki, S. and Tomizawa, K. 2012. Induction of autophagic cell death of glioma-initiating cells by cell-penetrating D-isomer peptides consisting of Pas and the p53 C-terminus. Biomaterials, 33(35): 9061-9.
  38. Vivès, E., Schmidt, J. and Pèlegrin, A. 2008. Cell-penetrating and cell-targeting peptides in drug delivery. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Reviews on Cancer, 1786(2): 126-38.
  39. Wang, C., Chen, T., Zhang, N., Yang, M., Li, B., Lü, X., Cao, X. and Ling, C. 2009. Melittin, a major component of bee venom, sensitizes human hepatocellular carcinoma cells to tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)-induced apoptosis by activating CaMKII-TAK1-JNK/p38 and inhibiting IκBα kinase-NFκB. Journal of Biological Chemistry, 284(6): 3804-13.
  40. Wang, C., Tian, L.L., Li, S., Li, H.B., Zhou, Y., Wang, H., Yang, Q.Z., Ma, L.J. and Shang, D.J. 2013. Rapid cytotoxicity of antimicrobial peptide tempoprin-1CEa in breast cancer cells through membrane destruction and intracellular calcium mechanism. PloS one, 8(4): e60462.
  41. Wang, L., Chen, H., Yu, J., Lin, X., Qi, J., Cui, C., Xie, L. and Huang, S. 2016. CPP2-p16MIS treatment–induced colon carcinoma cell death in vitro and prolonged lifespan of tumor-bearing mice. BMC cancer, 16(1): 571.

106.Wang ,Y.S., Li, D., Shi, H.S., Wen, Y.J., Yang, L., Xu, N., Chen, X.C., Chen, X., Chen, P., Li, J. and Deng, H.X. 2009. Intratumoral expression of mature human neutrophil peptide-1 mediates antitumor immunity in mice. Clinical Cancer Research, 15(22): 6901-11.

  1. Winter, P.M. 2014. Perfluorocarbon nanoparticles: evolution of a multimodality and multifunctional imaging agent. Scientifica, 2014.
  2. Wu, D., Gao, Y., Qi, Y., Chen, L., Ma, Y. and Li, Y. 2014. Peptide-based cancer therapy: opportunity and challenge. Cancer letters, 351(1): 13-22.
  3. Xiang, Y., Shan, W. and Huang, Y. 2018. Improved anticancer efficacy of doxorubicin mediated by human-derived cell-penetrating peptide dNP2. International journal of pharmaceutics, 551(1-2): 14-22.
  4. Yamazaki, T., Pitt, J.M., Vetizou, M., Marabelle, A., Flores, C., Rekdal, Ø., Kroemer, G. and Zitvogel, L. 2016. The oncolytic peptide LTX-315 overcomes resistance of cancers to immunotherapy with CTLA4 checkpoint blockade. Cell Death & Differentiation, 23(6): 1004-15.
  5. Yang, V., Pedrosa, S.S., Fernandes, R., Maurício, A.C., Koksch, B., Gärtner, F., Amorim, I. and Vale, N. 2019. Synthesis of PEGylated methotrexate conjugated with a novel CPP6, in sillico structural insights and activity in MCF-7 cells. Journal of Molecular Structure, 1192: 201-7.
  6. Yang, W., Xia, Y., Fang, Y., Meng, F., Zhang, J., Cheng, R., Deng, C. and Zhong, Z. 2018. Selective cell penetrating peptide-functionalized polymersomes mediate efficient and targeted delivery of methotrexate disodium to human lung Cancer In vivo. Advanced healthcare materials, 7(7): 1701135.
  7. Ye, J., Shin, M.C., Liang, Q., He, H. and Yang, V.C. 2015. 15 years of ATTEMPTS: A macromolecular drug delivery system based on the CPP-mediated intracellular drug delivery and antibody targeting. Journal of controlled release, 205: 58-69.
  8. Zasloff, M. 2002. Antimicrobial peptides of multicellular organisms. Nature, 415(6870):389.
  9. Zealand PHarma, A.S.(25 April). What are Peptides.
  10. Zhang, L., Zhang, Y., Tai, L., Jiang, K., Xie, C., Li, Z., Lin, Y.Z., Wei, G., Lu, W and Pan, W. 2016. Functionalized cell nucleus-penetrating peptide combined with doxorubicin for synergistic treatment of glioma. Acta biomaterialia, 42: 90-101.
Volume 35, Issue 2
June 2022
Pages 183-197
  • Receive Date: 02 February 2020
  • Revise Date: 28 April 2020
  • Accept Date: 13 June 2020
  • First Publish Date: 22 June 2022