絲素蛋白長期以來被用于生物醫療領域,隨著生物科技的發展,其新功能也不斷被發現并發展起來,從最初的外科手術縫合線到治療性藥物,從普通的組織工程支架到附帶藥物緩釋體系的高級支架,絲素材料的應用不斷推陳出新。本文綜述了絲素蛋白在近年作為新型組織工程材料、藥物緩釋載體以及疾病治療藥物的研究情況,對絲素蛋白近年的發展做了總體上的概括。
引用本文： 金洹宇, 劉星, 銀華, 安艷. 絲素蛋白在生物醫用領域中的應用. 生物醫學工程學雜志, 2014, 31(1): 228-232. doi: 10.7507/1001-5515.20140043 復制
引言
絲素蛋白作為一種容易取材的基礎材料，如今被許多生物材料和生物制藥機構所青睞，在生物材料領域中應用廣泛，主要包括骨修復材料、傷口敷料、人工血管、尿道修復材料等[1]。現在，絲素蛋白不僅應用于組織工程材料，其醫用價值也得到了進一步的開發，研究人員將其作為藥物治療疾病，提出了新的研究課題，并取得了一定的進展。
1 絲素蛋白在組織工程中的應用
絲素蛋白在組織工程中應用非常廣泛，除手術縫合線等最原始的用途外，近年來其新用途也不斷出現。以絲素蛋白為原料開發的角膜重構代替物、傷口密封膜等是新型絲素材料的代表。
1.1 角膜重建支架
眼部嚴重創傷的患者往往需要角膜的重建，目前較理想的方法是將上皮祖細胞接種到捐獻者的羊膜(amniotic membrane，AM)或其他可利用的生物材料上。與其他材料相比，AM可以為細胞生長提供必要的生長因子，且具有較好的可操作性和較低的免疫原性，是角膜修復材料的首選，但是AM不易取得，并且費用較高。利用其它非生物源性的材料則可能會引起機體有害效應[2-3]。因此，開發一種易獲得、費用低、免疫原性低的生物材料，對于角膜重建組織工程具有積極意義。絲素蛋白作為一種生物源性大分子蛋白，具有以上多重優良性質，并能支持包括上皮祖細胞在內的人原代細胞的生長。
Bray等[3]以絲素蛋白為材料研究角膜重建，將家蠶絲素蛋白制成膜，以支持人角膜緣上皮細胞(human limbal epithelial，HLE)生長，并與捐獻者AM作對照，盡管從形態學和表型上，在絲素蛋白膜上培養的細胞黏附不及AM，但絲素蛋白膜上的細胞出現了角膜顯性K3/K12表達，△Np63+祖細胞的數量和分布與AM相當。此結果表明絲素蛋白膜作為角膜修復的支架是具有一定可行性的。
這類研究為絲素蛋白作為角膜修復材料支架用于動物研究和臨床前研究提供了良好的模型和實踐依據。
1.2 傷口密封膜
創傷的發生可能引起感染，創面良好的密封、抗菌以及保濕，對創傷愈合至關重要。良好的生物相容性與可降解性是對創面敷料的基本要求[4-5]。
絲素蛋白具有良好的生物相容性，以及優秀的機械性能和理化性質。將絲素蛋白與生物性能優秀但是缺乏其他優勢的創面保護材料相結合，可提高傷口敷料的相容性和機械強度。薛豪杰等[4]將絲素蛋白與殼聚糖結合制得絲素蛋白/殼聚糖復合膜，與單純殼聚糖膜相比，其斷裂強度和斷裂伸長率分別提高了18%和36%左右，其中絲素蛋白含量占15%時最優。同時，復合膜對藥物釋放控制良好，能延長藥物作用時間，有利于加速創面愈合和預防感染。將小鼠胚胎成纖維細胞在復合膜上培養，也表現出了良好的生物相容性。Serban等[5]將絲素蛋白與聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)結合制作新型繃帶，發現此類繃帶制作所需交聯時間短，鋼黏附力小，將其用于培養子宮原代成纖維細胞48 h，發現細胞生長良好，雖細胞黏附點較難確定，但浸提液皮下注射不引起明顯的炎癥反應，提示有良好的組織相容性。
絲素蛋白具有一系列的生物及機械性能優勢，將其與其他材料結合，可相互取長補短，在開發新材料以及改進材料性能上具有重要意義。
2 絲素蛋白作為藥物緩釋載體的應用
絲素蛋白因生物降解較緩慢、可加工性強及生物相容性良好，成為制作藥物載體的一類重點原料。由于其自身的特性，在制成藥物載體的過程中有多種組建和消毒形式供不同類型藥物選擇。絲素蛋白載體的形式大致包括水凝膠、薄膜衣、微粒子、納米粒子、通道、支架以及藥片等[6-7]。可根據藥物分子量大小及釋放快慢要求，制作不同規格的藥物載體。
2.1 絲素蛋白作為微粒載體
微粒載體具有控制藥物釋放的作用，制作微粒載體的材料大多為一些化學合成材料，如聚酯纖維、聚酸酐等，由于材料自身與機體的反應，可能出現一定的毒副作用[8-10]。與生物大分子結構組成相似的天然高分子材料，在生物性能上常常優于人工合成材料。
絲素蛋白微粒載體就是一種具有此種潛力的新型藥物載體，具有網狀內皮靶向性、緩釋性及表面可修飾等優點，可改變藥物在體內的分布，提高靶器官中藥物濃度，減少對其他組織的副作用，以及提高藥物生物利用度[10-11]。孫春光等[12]將處理后的絲素蛋白溶液與柳氮磺吡啶結合，并與柳氮磺吡啶單獨作用比較，在pH 8.0的磷酸緩沖液中，含絲素蛋白的藥物2 h釋放率為60%，而單純藥物作用在1 h左右釋放出90%的藥物。這兩種形式的藥物作用于人工誘導的慢性潰瘍性結腸炎小鼠時，絲素蛋白載體藥物作用小鼠后6~12 h，其血藥濃度和結腸組織中藥物濃度高于單純藥物治療小鼠。說明以絲素蛋白為載體時，藥物釋放時間延長，有利于靶組織吸收藥物并充分利用，同時說明絲素蛋白微粒對藥物釋放起到有效控制。
絲素蛋白微粒體不僅可以作為藥物載體，也可用作生長因子或細胞因子等的載體，附著于組織工程支架，促進細胞生長，從而達到加速組織修復的目的[13-14]。有研究將絲素蛋白微粒載體與聚乳酸-羥基乙酸共聚物(polylactic-co-glycolic acid,PLGA)微粒載體置于多聚體支架中，傳遞復合重組人骨形態發生蛋白-2(bone morphogenetic protein 2,rhBMP-2)和胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor Ⅰ,rhIGF-Ⅰ)，并進行比較，結果表明絲素蛋白微粒體傳遞rhBMP-2的效率高于PLGA。在與水合絲素蛋白支架聯合使用時，兩種生長因子在支架中都形成了線性的深度-濃度梯度，且在支架上培養人骨髓間充質干細胞(human bone marrow-derived mesenchymal stem cell,hBMSC)5周，出現了隨生長因子濃度梯度的分化現象，證明絲素蛋白微粒體與絲素蛋白支架聯合作用時，可以對生長因子的傳送顯示出更高的效率[15]。
2.2 絲素蛋白作為支架載體
近幾年，絲素蛋白產品不斷更新，開發出了人造軟骨、骨組織片段、人工血管以及再生神經組織，這些材料為組織修復提供了細胞生長的必要支架[16-17]。研究者發現，將這些支架作為藥物及生長因子的載體，對組織生長有更好的促進作用，提高了人工組織和器官的制作效率。
有人將成骨誘導的自體同源骨髓基質細胞接種在絲素蛋白支架上，并進行下頜骨損傷修復實驗，發現絲素蛋白支架在結合促生長的生物活性物質后，在植入4周開始有骨的形成，12個月牙科材料成型，以此形成的的人工骨骼與自體移植在質量上并無顯著性差異。與單純利用絲素蛋白支架的移植比較，發現加入生物活性物質的支架在成骨上明顯快于單純絲素蛋白支架，且成骨范圍不限于支架外圍，中心部分也出現降解[16]。因此，在絲素蛋白良好的相容性基礎上加入所需要的生物活性分子，可以加快形成人造組織，加快絲素蛋白本身的利用。
Uebersax等[13]使絲素蛋白膜負載神經生長因子(nerve growth factor,NGF)，使該因子在神經細胞生長過程中的釋放得到控制，并持續提供細胞分化所需，從而促進神經再生。因此，絲素蛋白在作為組織工程支架時，加入生長因子或治療藥物，或有效地與藥物載體結合，可以使作用物質得到有效利用。
絲素蛋白作為藥物釋放控制載體，不僅可以減少藥物攝入體內時的“暴釋”現象，而且使藥物在體內的作用趨于平穩，減少藥物浪費。由于絲素蛋白價格低廉，并可開發成不同形式的藥物載體，用于特定疾病治療時，從一定程度上減輕了患者的經濟負擔。
3 絲素蛋白用于糖尿病治療的研究
糖尿病是我國乃至世界上對人體健康危害巨大的慢性非傳染性疾病之一。糖尿病治療及前期預防一直是人們關注的熱點。雙胍類、磺脲類等藥物對糖尿病都具有一定療效，但這些化學藥物對人體有一定的副作用。絲素蛋白是一種天然高分子物質，其氨基酸組成與人體需要近似，水解產生的氨基酸及低分子量多肽被發現具有對糖尿病的治療作用[18]。
許多研究人員將絲素蛋白水解產物作用于動物和細胞，研究糖尿病治療，獲得了理想效果。Hyun等[19]以多種絲素蛋白水解產物作用于胰島素敏感的3T3-L1脂肪細胞，加入生理濃度的胰島素，細胞葡萄糖攝取增加，同時胰島素抵抗的發展受阻。Lee等[20]研究用絲素蛋白水解產物E5K6作用于3T3-L1細胞并以0.2 nmol/L胰島素促進，發現葡萄糖轉運體GLUT4及瘦蛋白表達上調，從而增加了細胞糖攝取并減少了脂肪的堆積。在高糖環境下培養Hirc-B細胞6 d，使其產生胰島素抗性，細胞DNA合成以及氨基端激酶(Jun N-terminal kinase,JNK)磷酸化都受到阻斷。慢性暴露于絲素蛋白16 h，被阻斷的細胞活動可恢復，經過絲素蛋白處理的胰島素抵抗細胞中c-Jun積累及其磷酸化也有所增加[21]。用LD50濃度的葡萄糖誘導HIF-T15細胞凋亡后，加入絲素蛋白，發現經50 mg/mL絲素蛋白處理的細胞凋亡緩解，細胞數量增加，處理后的細胞氧化應激水平降低，增生細胞核抗原增加，提示了絲素蛋白可能有助于治療高血糖癥引起的胰島β細胞死亡，從而恢復胰島功能[22]。
因此，絲素蛋白作為一種治療性物質用于糖尿病及高血糖癥，不僅可能解決糖尿病癥狀及并發癥問題，同時還可能避免常規糖尿病藥物治療帶來的副反應，是具有治療潛力的生物醫藥材料。
4 絲素蛋白用于腫瘤治療的研究
絲素蛋白在腫瘤治療中顯示出獨特的優良品質，可作為腫瘤治療藥物、腫瘤治療藥物的緩釋載體，以及腫瘤切除后的填充物并攜帶抑癌藥物預防腫瘤復發等。
4.1 絲素蛋白作為腫瘤治療藥物
Byun等[23]用γ射線照射的絲素蛋白處理小鼠黑色素瘤B16BL6細胞，檢測細胞的生長活力、細胞毒性及脾細胞的增殖情況。檢測結果表明，隨著照射劑量增加，絲素蛋白對腫瘤細胞的毒性也增加，且γ射線劑量為150 kGy時，絲素蛋白毒性最強，此時絲素蛋白引起的脾細胞增殖也最強。另外，研究者將B16BL6細胞種植于C57BL6小鼠成瘤，口服各劑量γ射線照射的絲素蛋白，發現隨輻照劑量的增加，小鼠成瘤的重量減輕，脾細胞增殖活力增強。Byun等[24]進一步取C57BL6小鼠腹膜巨噬細胞培養，測定NO產量，并用γ射線輻照的絲素蛋白喂養成瘤小鼠，測定脾細胞增殖情況及各類細胞因子。結果顯示輻照絲素蛋白引起的巨噬細胞增殖活力、NO產量及各種細胞因子均高于未輻照絲素蛋白。在動物體內，輻照絲素蛋白引起的NK細胞數量增加，活力增強，NO產量以及細胞因子含量都高于未輻照的絲素蛋白。然而，絲素蛋白引起腫瘤細胞增殖減弱的根本原因尚無人探究，因此，探明絲素蛋白對腫瘤細胞的作用機制，將有助于把絲素蛋白開發為高效率的腫瘤治療藥物。
4.2 絲素蛋白作為抗腫瘤藥物的緩釋載體
合格的藥物載體往往具備多重優點，不僅能對藥物釋放進行有效控制，還要在治療靶部位使藥物發揮出更大效力。Gobin等[25]將絲素蛋白與脂質結合形成藥物載體，轉運抗癌藥物大黃素。研究發現，絲素蛋白-脂質載體(silk-fibroin-coated liposomes,SF-ELP)不僅降低了大黃素的釋放率，增強了瘢痕瘤細胞的黏附，還降低了該細胞RTK表達水平，這提示SF-ELP可以提高大黃素的擴散動力學并將靶細胞特異化。Cheema等[26]將酪氨酸酶抑制劑及大黃素包裹在絲素蛋白包繞的脂質體中，作用于Her2/neu過表達的乳腺癌細胞MDA-MB-453，并與無絲素蛋白包裹的藥物做比較。發現兩種形式藥物處理的MDA-MB-453細胞Her2/neu磷酸化水平均有所下降，抑制了PI-3K途徑，而絲素蛋白包繞的藥物還可抑制MAPK途徑，說明絲素蛋白包繞的藥物對Her2/neu過表達細胞生長有抑制作用。研究表明絲素蛋白藥物薄膜可以延長藥物在細胞內的停留時間，提高大黃素的利用率，這使得藥物能夠得到充分利用，為乳腺癌的治療提供幫助。
4.3 腫瘤切除后填充物
腫瘤的治療方式主要為手術或/和放化療，然而許多腫瘤都存在復發的問題。例如，乳腺癌切除不充分，多病灶腫瘤不進行術后放療，局部腫瘤復發率將會達到2%~7.5%[27-28]，這將對腫瘤治療的效果產生影響。腫瘤切除術造成許多患者的組織缺失，也給患者的心理和外形帶來不良影響。Gupta等[28]將絲素蛋白與殼聚糖結合，建立乳房重建支架，并結合含有大黃素的絲素蛋白微粒，在重建組織的同時，對可能出現的腫瘤復發進行預防性治療。將支架用于GILM2乳腺癌細胞培養，2 d內所有支架均出現了大黃素的“暴釋”現象，并且在使用24 d時仍可觀察到大黃素的作用。體內植入6周后，無大黃素的絲素蛋白-殼聚糖支架細胞密度以及支架降解均高于含大黃素的支架。含大黃素支架植入組的腫瘤復發率和大小明顯低于其他支架組。
5 結語
絲素蛋白長期以來是生物材料制作與研究的熱點。研究者們利用絲素蛋白優良的特性，與其他材料相結合，開發出令人滿意的絲素蛋白/多聚物材料，使各種材料的優良性質聯合發揮。近年來，在原有作為藥物載體的基礎上，研究者發現了其獨特的治療糖尿病的效果，以及潛在的腫瘤治療作用。因此，絲素蛋白在廣泛的生物醫藥領域將會有更廣闊的前景。
引言
絲素蛋白作為一種容易取材的基礎材料，如今被許多生物材料和生物制藥機構所青睞，在生物材料領域中應用廣泛，主要包括骨修復材料、傷口敷料、人工血管、尿道修復材料等[1]。現在，絲素蛋白不僅應用于組織工程材料，其醫用價值也得到了進一步的開發，研究人員將其作為藥物治療疾病，提出了新的研究課題，并取得了一定的進展。
1 絲素蛋白在組織工程中的應用
絲素蛋白在組織工程中應用非常廣泛，除手術縫合線等最原始的用途外，近年來其新用途也不斷出現。以絲素蛋白為原料開發的角膜重構代替物、傷口密封膜等是新型絲素材料的代表。
1.1 角膜重建支架
眼部嚴重創傷的患者往往需要角膜的重建，目前較理想的方法是將上皮祖細胞接種到捐獻者的羊膜(amniotic membrane，AM)或其他可利用的生物材料上。與其他材料相比，AM可以為細胞生長提供必要的生長因子，且具有較好的可操作性和較低的免疫原性，是角膜修復材料的首選，但是AM不易取得，并且費用較高。利用其它非生物源性的材料則可能會引起機體有害效應[2-3]。因此，開發一種易獲得、費用低、免疫原性低的生物材料，對于角膜重建組織工程具有積極意義。絲素蛋白作為一種生物源性大分子蛋白，具有以上多重優良性質，并能支持包括上皮祖細胞在內的人原代細胞的生長。
Bray等[3]以絲素蛋白為材料研究角膜重建，將家蠶絲素蛋白制成膜，以支持人角膜緣上皮細胞(human limbal epithelial，HLE)生長，并與捐獻者AM作對照，盡管從形態學和表型上，在絲素蛋白膜上培養的細胞黏附不及AM，但絲素蛋白膜上的細胞出現了角膜顯性K3/K12表達，△Np63+祖細胞的數量和分布與AM相當。此結果表明絲素蛋白膜作為角膜修復的支架是具有一定可行性的。
這類研究為絲素蛋白作為角膜修復材料支架用于動物研究和臨床前研究提供了良好的模型和實踐依據。
1.2 傷口密封膜
創傷的發生可能引起感染，創面良好的密封、抗菌以及保濕，對創傷愈合至關重要。良好的生物相容性與可降解性是對創面敷料的基本要求[4-5]。
絲素蛋白具有良好的生物相容性，以及優秀的機械性能和理化性質。將絲素蛋白與生物性能優秀但是缺乏其他優勢的創面保護材料相結合，可提高傷口敷料的相容性和機械強度。薛豪杰等[4]將絲素蛋白與殼聚糖結合制得絲素蛋白/殼聚糖復合膜，與單純殼聚糖膜相比，其斷裂強度和斷裂伸長率分別提高了18%和36%左右，其中絲素蛋白含量占15%時最優。同時，復合膜對藥物釋放控制良好，能延長藥物作用時間，有利于加速創面愈合和預防感染。將小鼠胚胎成纖維細胞在復合膜上培養，也表現出了良好的生物相容性。Serban等[5]將絲素蛋白與聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)結合制作新型繃帶，發現此類繃帶制作所需交聯時間短，鋼黏附力小，將其用于培養子宮原代成纖維細胞48 h，發現細胞生長良好，雖細胞黏附點較難確定，但浸提液皮下注射不引起明顯的炎癥反應，提示有良好的組織相容性。
絲素蛋白具有一系列的生物及機械性能優勢，將其與其他材料結合，可相互取長補短，在開發新材料以及改進材料性能上具有重要意義。
2 絲素蛋白作為藥物緩釋載體的應用
絲素蛋白因生物降解較緩慢、可加工性強及生物相容性良好，成為制作藥物載體的一類重點原料。由于其自身的特性，在制成藥物載體的過程中有多種組建和消毒形式供不同類型藥物選擇。絲素蛋白載體的形式大致包括水凝膠、薄膜衣、微粒子、納米粒子、通道、支架以及藥片等[6-7]。可根據藥物分子量大小及釋放快慢要求，制作不同規格的藥物載體。
2.1 絲素蛋白作為微粒載體
微粒載體具有控制藥物釋放的作用，制作微粒載體的材料大多為一些化學合成材料，如聚酯纖維、聚酸酐等，由于材料自身與機體的反應，可能出現一定的毒副作用[8-10]。與生物大分子結構組成相似的天然高分子材料，在生物性能上常常優于人工合成材料。
絲素蛋白微粒載體就是一種具有此種潛力的新型藥物載體，具有網狀內皮靶向性、緩釋性及表面可修飾等優點，可改變藥物在體內的分布，提高靶器官中藥物濃度，減少對其他組織的副作用，以及提高藥物生物利用度[10-11]。孫春光等[12]將處理后的絲素蛋白溶液與柳氮磺吡啶結合，并與柳氮磺吡啶單獨作用比較，在pH 8.0的磷酸緩沖液中，含絲素蛋白的藥物2 h釋放率為60%，而單純藥物作用在1 h左右釋放出90%的藥物。這兩種形式的藥物作用于人工誘導的慢性潰瘍性結腸炎小鼠時，絲素蛋白載體藥物作用小鼠后6~12 h，其血藥濃度和結腸組織中藥物濃度高于單純藥物治療小鼠。說明以絲素蛋白為載體時，藥物釋放時間延長，有利于靶組織吸收藥物并充分利用，同時說明絲素蛋白微粒對藥物釋放起到有效控制。
絲素蛋白微粒體不僅可以作為藥物載體，也可用作生長因子或細胞因子等的載體，附著于組織工程支架，促進細胞生長，從而達到加速組織修復的目的[13-14]。有研究將絲素蛋白微粒載體與聚乳酸-羥基乙酸共聚物(polylactic-co-glycolic acid,PLGA)微粒載體置于多聚體支架中，傳遞復合重組人骨形態發生蛋白-2(bone morphogenetic protein 2,rhBMP-2)和胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor Ⅰ,rhIGF-Ⅰ)，并進行比較，結果表明絲素蛋白微粒體傳遞rhBMP-2的效率高于PLGA。在與水合絲素蛋白支架聯合使用時，兩種生長因子在支架中都形成了線性的深度-濃度梯度，且在支架上培養人骨髓間充質干細胞(human bone marrow-derived mesenchymal stem cell,hBMSC)5周，出現了隨生長因子濃度梯度的分化現象，證明絲素蛋白微粒體與絲素蛋白支架聯合作用時，可以對生長因子的傳送顯示出更高的效率[15]。
2.2 絲素蛋白作為支架載體
近幾年，絲素蛋白產品不斷更新，開發出了人造軟骨、骨組織片段、人工血管以及再生神經組織，這些材料為組織修復提供了細胞生長的必要支架[16-17]。研究者發現，將這些支架作為藥物及生長因子的載體，對組織生長有更好的促進作用，提高了人工組織和器官的制作效率。
有人將成骨誘導的自體同源骨髓基質細胞接種在絲素蛋白支架上，并進行下頜骨損傷修復實驗，發現絲素蛋白支架在結合促生長的生物活性物質后，在植入4周開始有骨的形成，12個月牙科材料成型，以此形成的的人工骨骼與自體移植在質量上并無顯著性差異。與單純利用絲素蛋白支架的移植比較，發現加入生物活性物質的支架在成骨上明顯快于單純絲素蛋白支架，且成骨范圍不限于支架外圍，中心部分也出現降解[16]。因此，在絲素蛋白良好的相容性基礎上加入所需要的生物活性分子，可以加快形成人造組織，加快絲素蛋白本身的利用。
Uebersax等[13]使絲素蛋白膜負載神經生長因子(nerve growth factor,NGF)，使該因子在神經細胞生長過程中的釋放得到控制，并持續提供細胞分化所需，從而促進神經再生。因此，絲素蛋白在作為組織工程支架時，加入生長因子或治療藥物，或有效地與藥物載體結合，可以使作用物質得到有效利用。
絲素蛋白作為藥物釋放控制載體，不僅可以減少藥物攝入體內時的“暴釋”現象，而且使藥物在體內的作用趨于平穩，減少藥物浪費。由于絲素蛋白價格低廉，并可開發成不同形式的藥物載體，用于特定疾病治療時，從一定程度上減輕了患者的經濟負擔。
3 絲素蛋白用于糖尿病治療的研究
糖尿病是我國乃至世界上對人體健康危害巨大的慢性非傳染性疾病之一。糖尿病治療及前期預防一直是人們關注的熱點。雙胍類、磺脲類等藥物對糖尿病都具有一定療效，但這些化學藥物對人體有一定的副作用。絲素蛋白是一種天然高分子物質，其氨基酸組成與人體需要近似，水解產生的氨基酸及低分子量多肽被發現具有對糖尿病的治療作用[18]。
許多研究人員將絲素蛋白水解產物作用于動物和細胞，研究糖尿病治療，獲得了理想效果。Hyun等[19]以多種絲素蛋白水解產物作用于胰島素敏感的3T3-L1脂肪細胞，加入生理濃度的胰島素，細胞葡萄糖攝取增加，同時胰島素抵抗的發展受阻。Lee等[20]研究用絲素蛋白水解產物E5K6作用于3T3-L1細胞并以0.2 nmol/L胰島素促進，發現葡萄糖轉運體GLUT4及瘦蛋白表達上調，從而增加了細胞糖攝取并減少了脂肪的堆積。在高糖環境下培養Hirc-B細胞6 d，使其產生胰島素抗性，細胞DNA合成以及氨基端激酶(Jun N-terminal kinase,JNK)磷酸化都受到阻斷。慢性暴露于絲素蛋白16 h，被阻斷的細胞活動可恢復，經過絲素蛋白處理的胰島素抵抗細胞中c-Jun積累及其磷酸化也有所增加[21]。用LD50濃度的葡萄糖誘導HIF-T15細胞凋亡后，加入絲素蛋白，發現經50 mg/mL絲素蛋白處理的細胞凋亡緩解，細胞數量增加，處理后的細胞氧化應激水平降低，增生細胞核抗原增加，提示了絲素蛋白可能有助于治療高血糖癥引起的胰島β細胞死亡，從而恢復胰島功能[22]。
因此，絲素蛋白作為一種治療性物質用于糖尿病及高血糖癥，不僅可能解決糖尿病癥狀及并發癥問題，同時還可能避免常規糖尿病藥物治療帶來的副反應，是具有治療潛力的生物醫藥材料。
4 絲素蛋白用于腫瘤治療的研究
絲素蛋白在腫瘤治療中顯示出獨特的優良品質，可作為腫瘤治療藥物、腫瘤治療藥物的緩釋載體，以及腫瘤切除后的填充物并攜帶抑癌藥物預防腫瘤復發等。
4.1 絲素蛋白作為腫瘤治療藥物
Byun等[23]用γ射線照射的絲素蛋白處理小鼠黑色素瘤B16BL6細胞，檢測細胞的生長活力、細胞毒性及脾細胞的增殖情況。檢測結果表明，隨著照射劑量增加，絲素蛋白對腫瘤細胞的毒性也增加，且γ射線劑量為150 kGy時，絲素蛋白毒性最強，此時絲素蛋白引起的脾細胞增殖也最強。另外，研究者將B16BL6細胞種植于C57BL6小鼠成瘤，口服各劑量γ射線照射的絲素蛋白，發現隨輻照劑量的增加，小鼠成瘤的重量減輕，脾細胞增殖活力增強。Byun等[24]進一步取C57BL6小鼠腹膜巨噬細胞培養，測定NO產量，并用γ射線輻照的絲素蛋白喂養成瘤小鼠，測定脾細胞增殖情況及各類細胞因子。結果顯示輻照絲素蛋白引起的巨噬細胞增殖活力、NO產量及各種細胞因子均高于未輻照絲素蛋白。在動物體內，輻照絲素蛋白引起的NK細胞數量增加，活力增強，NO產量以及細胞因子含量都高于未輻照的絲素蛋白。然而，絲素蛋白引起腫瘤細胞增殖減弱的根本原因尚無人探究，因此，探明絲素蛋白對腫瘤細胞的作用機制，將有助于把絲素蛋白開發為高效率的腫瘤治療藥物。
4.2 絲素蛋白作為抗腫瘤藥物的緩釋載體
合格的藥物載體往往具備多重優點，不僅能對藥物釋放進行有效控制，還要在治療靶部位使藥物發揮出更大效力。Gobin等[25]將絲素蛋白與脂質結合形成藥物載體，轉運抗癌藥物大黃素。研究發現，絲素蛋白-脂質載體(silk-fibroin-coated liposomes,SF-ELP)不僅降低了大黃素的釋放率，增強了瘢痕瘤細胞的黏附，還降低了該細胞RTK表達水平，這提示SF-ELP可以提高大黃素的擴散動力學并將靶細胞特異化。Cheema等[26]將酪氨酸酶抑制劑及大黃素包裹在絲素蛋白包繞的脂質體中，作用于Her2/neu過表達的乳腺癌細胞MDA-MB-453，并與無絲素蛋白包裹的藥物做比較。發現兩種形式藥物處理的MDA-MB-453細胞Her2/neu磷酸化水平均有所下降，抑制了PI-3K途徑，而絲素蛋白包繞的藥物還可抑制MAPK途徑，說明絲素蛋白包繞的藥物對Her2/neu過表達細胞生長有抑制作用。研究表明絲素蛋白藥物薄膜可以延長藥物在細胞內的停留時間，提高大黃素的利用率，這使得藥物能夠得到充分利用，為乳腺癌的治療提供幫助。
4.3 腫瘤切除后填充物
腫瘤的治療方式主要為手術或/和放化療，然而許多腫瘤都存在復發的問題。例如，乳腺癌切除不充分，多病灶腫瘤不進行術后放療，局部腫瘤復發率將會達到2%~7.5%[27-28]，這將對腫瘤治療的效果產生影響。腫瘤切除術造成許多患者的組織缺失，也給患者的心理和外形帶來不良影響。Gupta等[28]將絲素蛋白與殼聚糖結合，建立乳房重建支架，并結合含有大黃素的絲素蛋白微粒，在重建組織的同時，對可能出現的腫瘤復發進行預防性治療。將支架用于GILM2乳腺癌細胞培養，2 d內所有支架均出現了大黃素的“暴釋”現象，并且在使用24 d時仍可觀察到大黃素的作用。體內植入6周后，無大黃素的絲素蛋白-殼聚糖支架細胞密度以及支架降解均高于含大黃素的支架。含大黃素支架植入組的腫瘤復發率和大小明顯低于其他支架組。
5 結語
絲素蛋白長期以來是生物材料制作與研究的熱點。研究者們利用絲素蛋白優良的特性，與其他材料相結合，開發出令人滿意的絲素蛋白/多聚物材料，使各種材料的優良性質聯合發揮。近年來，在原有作為藥物載體的基礎上，研究者發現了其獨特的治療糖尿病的效果，以及潛在的腫瘤治療作用。因此，絲素蛋白在廣泛的生物醫藥領域將會有更廣闊的前景。