三氧化二砷抗腫瘤作用機(jī)制研究進(jìn)展

冉 伶 劉文君

成都大學(xué)醫(yī)護(hù)學(xué)院，四川成都 610017

三氧化二砷（AS2O3）是中藥砒霜的重要有效部分。近年來(lái)，三氧化二砷被廣泛的應(yīng)用與血液系統(tǒng)尤其是急性早幼粒細(xì)胞性白血病的治療，其緩解率高，近幾年其也被研究用于治療多種實(shí)體瘤，同樣具有良好的效果。其抗腫瘤的作用機(jī)制比較復(fù)雜，現(xiàn)綜述如下。

1 抑制腫瘤細(xì)胞增殖

阻滯細(xì)胞周期是三氧化二砷抑制腫瘤生長(zhǎng)的重要機(jī)制之一。三氧化二砷通過(guò)影響細(xì)胞周期，抑制其增殖、遷移。阻滯K562細(xì)胞G1期細(xì)胞向S期細(xì)胞轉(zhuǎn)化進(jìn)程，造成G1期細(xì)胞增多，S期細(xì)胞減少，從而使得G2/M期細(xì)胞相對(duì)增多。G2/M期細(xì)胞增多是細(xì)胞受損的普遍反應(yīng)[1]，也是細(xì)胞凋亡的一種表現(xiàn)。此外，Park等[2]證實(shí)，三氧化二砷＜5 μmol/L能夠使G1期和G2/M期細(xì)胞增加，S期細(xì)胞減少。王酉等應(yīng)用三氧化二砷誘導(dǎo)人肝癌SMMC-7721細(xì)胞凋亡的實(shí)驗(yàn)中也獲得了同樣的結(jié)果。并且Park等[3]研究發(fā)現(xiàn)，三氧化二砷可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞G2及G2/M期轉(zhuǎn)換的一些關(guān)鍵調(diào)控蛋白，如cyclin B的表達(dá)，使細(xì)胞生長(zhǎng)停滯在G2/M期。cyclin D類(lèi)蛋白是和細(xì)胞周期密切相關(guān)的蛋白[4]，凌躍新等研究表明，在2 μmol/L三氧化二砷作用下，膽囊癌cyclin D蛋白表達(dá)明顯受抑制，且cyclin D mRNA翻譯明顯受抑，且三氧化二砷是通過(guò)抑制cyclin D啟動(dòng)子的表達(dá)而抑制其表達(dá)。

2 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡及調(diào)控凋亡基因

細(xì)胞凋亡是由基因編碼調(diào)控的細(xì)胞主動(dòng)自殺過(guò)程，又稱(chēng)程序性細(xì)胞死亡，既是生物體維持自身穩(wěn)定和平衡的一個(gè)重要機(jī)制，也是消除異常增殖細(xì)胞的理想途徑。也有研究表明，三氧化二砷對(duì)其他惡性血液病及實(shí)體瘤細(xì)胞具有明顯的抑制生長(zhǎng)及促進(jìn)凋亡作用，但促進(jìn)凋亡的機(jī)制不明，目前仍然處于起步階段[5]。現(xiàn)在已知報(bào)道三氧化二砷作用于腫瘤細(xì)胞并誘導(dǎo)凋亡的機(jī)理主要為，原漿毒作用，降低線粒體跨膜電位，下調(diào)Bcl-2和降低Bcl-2/bax比值及活化Caspase等。

細(xì)胞凋亡是一個(gè)多基因參與的復(fù)雜的生命過(guò)程，其中Bcl-2基因家族是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中調(diào)節(jié)凋亡的重要調(diào)控基因，擔(dān)負(fù)著重要的調(diào)控作用。Bcl-2通過(guò)抑制氧化應(yīng)激引起的凋亡，影響細(xì)胞內(nèi)鈣流和釋放，抑制線粒體cytC釋放，使caspase無(wú)法活化，從而發(fā)揮抗凋亡的作用[6]。有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，三氧化二砷的作用隨著caspase-3的活化和Bcl-2/bax比值的下調(diào)，且具有時(shí)效性，據(jù)此推測(cè)，三氧化二砷可能通過(guò)下調(diào)Bcl-2/bax基因的表達(dá)，使線粒體膜PT通道開(kāi)放，釋放Cyto-C、AIF、鈣離子等凋亡激發(fā)因子，與Apaf-1結(jié)合后激發(fā)外源性Caspase凋亡通路，活化Caspase-3，使細(xì)胞走向凋亡[7]。針對(duì)Bcl-2蛋白的抗凋亡藥物靶標(biāo)設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡或提高腫瘤細(xì)胞對(duì)化療敏感性的一種新策略問(wèn)題。

P53是重要的凋亡調(diào)節(jié)基因，其表達(dá)水平的變化與凋亡的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。P53在多種腫瘤中存在基因突變，被認(rèn)為是多基因變化的基礎(chǔ)。野生型P53抑制細(xì)胞轉(zhuǎn)化，是一種抑癌基因，而突變型P53則誘使細(xì)胞轉(zhuǎn)化、癌變，與惡性腫瘤的進(jìn)展和預(yù)后有明顯的關(guān)系。突變和野生型P53蛋白相結(jié)合，形成的這種寡聚蛋白不能結(jié)核DNA，使得一些癌變基因轉(zhuǎn)錄失控導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。有研究表明，三氧化二砷具有誘導(dǎo)K562細(xì)胞產(chǎn)生凋亡的活性，可以明顯下調(diào)Bcl-2和突變型P53蛋白的表達(dá)，其機(jī)制可能通過(guò)抑制Bcl-2基因以及突變型P53基因表達(dá)與蛋白合成水平，從而導(dǎo)致凋亡發(fā)生。

3 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化

誘導(dǎo)分化療法是一種治療惡性腫瘤的新方法，三氧化二砷用于誘導(dǎo)白血病細(xì)胞的分化期理論基礎(chǔ)是白血病細(xì)胞喪失了正常分化的能力，表現(xiàn)為分化障礙及失控性增殖，利用三氧化二砷可以使白血病細(xì)胞部分或全部恢復(fù)分化潛能，轉(zhuǎn)變?yōu)檎＜?xì)胞或者導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，從而達(dá)到治療白血病的目的。因而，誘導(dǎo)分化療法的主要特點(diǎn)是選擇性誘導(dǎo)白血病分化成熟后自然死亡，而對(duì)正常的細(xì)胞沒(méi)有明顯的毒副反應(yīng)。三氧化二砷可誘導(dǎo)K562細(xì)胞產(chǎn)生不完全分化，組蛋白去乙?；敢种苿℉DACI）能夠抑制組蛋白乙?；福℉AT）活性，阻斷由于去乙?；蓙y而導(dǎo)致的基因表達(dá)受抑制而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化。推測(cè)HDACI能夠和三氧化二砷協(xié)同抑制慢性粒細(xì)胞白血病細(xì)胞株K562細(xì)胞的增殖。有研究發(fā)現(xiàn)，三氧化二砷對(duì)白血病細(xì)胞NB4細(xì)胞有劑量依賴(lài)性雙向效應(yīng)，高濃度可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，低濃度長(zhǎng)時(shí)間作用可誘導(dǎo)細(xì)胞部分分化，在其小劑量時(shí)，三氧化二砷可通過(guò)降解融合蛋白PML/RARa，使得前骨髓細(xì)胞克服它們的成熟障礙繼續(xù)分化下去[8]。也有研究說(shuō)明三氧化二砷能有效降低細(xì)胞中Bcl-2的表達(dá)，這可能也是三氧化二砷誘導(dǎo)白血病的另外的機(jī)制。Guillemin等[9]的研究表明低濃度的三氧化二砷與環(huán)腺苷酸類(lèi)似物8-CPT-CAMP和8-CI-CAMP之間在誘導(dǎo)APL細(xì)胞分化方面有顯著的協(xié)同作用，提示其誘導(dǎo)細(xì)胞分化的機(jī)制可能與環(huán)磷酸腺苷蛋白激酶路徑的激活有關(guān)。

4 抑制腫瘤新生血管的生成

腫瘤的生長(zhǎng)與新生血管的形成有密切關(guān)系，血管生成在腫瘤發(fā)生發(fā)展中至關(guān)重要。Tan等[10]用大鼠肝細(xì)胞癌為模型，進(jìn)行三氧化二砷抑制腫瘤血管新生的演劇，顯示經(jīng)三氧化二砷干預(yù)后的腫瘤組織中微血管密度明顯減低。

有新研究發(fā)現(xiàn)，三氧化二砷能促進(jìn)腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，干擾內(nèi)皮細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的相互促進(jìn)的環(huán)式作用，從而誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤的新生血管生成，抑制腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)的機(jī)制與其影響凋亡相關(guān)蛋白有關(guān)。三氧化二砷可抑制內(nèi)皮細(xì)胞高表達(dá)的Bcl-2，而B(niǎo)cl-2蛋白表達(dá)的減少，使得腫瘤血管處于缺氧環(huán)境，減少了連續(xù)的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，使腫瘤生長(zhǎng)受限，誘導(dǎo)Bax構(gòu)象改變，從而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，血管平滑肌細(xì)胞（VSMCS）的凋亡率增高，最終使得腫瘤細(xì)胞凋亡，其凋亡率可高達(dá)30%。Westem印跡結(jié)果顯示，三氧化二砷作用后的VSMCS的Bcl-2蛋白表達(dá)及內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡且具有時(shí)間、濃度和效應(yīng)依賴(lài)性的特點(diǎn)。另外許多其他基因的異常表達(dá)和調(diào)控也參與了三氧化二砷誘導(dǎo)的VSMCS的凋亡，如P53、C-myc、Fas及其相關(guān)基因。

三氧化二砷對(duì)腫瘤血管生成的調(diào)控因子也有重要作用。血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（VEGF）是目前知道的作用最強(qiáng)的促血管生長(zhǎng)因子，VEGF的生物學(xué)效應(yīng)是可通過(guò)與血管內(nèi)皮細(xì)胞膜上的受體VEGFR-1（Flt-1）和VEGFR（KDR/Flk-1）實(shí)現(xiàn)的。三氧化二砷可以作用于VEGF，可以通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞內(nèi)VEGF mRNA及VEGF蛋白的表達(dá)而抑制腫瘤細(xì)胞的VEGF表達(dá)，隨著三氧化二砷濃度的增加，VEGF表達(dá)更低，呈現(xiàn)劑量依賴(lài)性。Liu等[11]發(fā)現(xiàn)三氧化二砷可以抑制裸鼠肝細(xì)胞癌移植瘤的生長(zhǎng)，并且抑制瘤細(xì)胞中VEGF蛋白表達(dá)。對(duì)實(shí)體瘤的生長(zhǎng)呈同樣結(jié)果，用三氧化二砷治療實(shí)體瘤，在腫瘤組織生長(zhǎng)緩慢，血管密度減少的同時(shí)，腫瘤細(xì)胞的VEGF的表達(dá)下降，血管密度減低。而Kimura等認(rèn)為轉(zhuǎn)錄因子HIF-1調(diào)控VEGF的表達(dá)，而HIF-1的活性主要取決于HIF-1α蛋白的穩(wěn)定性，活性氧（ROS）的增加可迅速降解HIF-1α蛋白，三氧化二砷可通過(guò)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生ROS[12]，ROS作為第2信使激活下游的信號(hào)通路，抑制細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡。

三氧化二砷可作用于基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP），MMP是一類(lèi)特異的蛋白水解酶類(lèi)，能降解細(xì)胞外基質(zhì)，腫瘤血管則通過(guò)MMP使內(nèi)皮細(xì)胞向周?chē)M織侵入。VEGF、MMP-2和MMP-9在血管新生過(guò)程中也有調(diào)控關(guān)系。VEGF促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖，并促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)MMP-2或MMP-9降解細(xì)胞外基質(zhì)，而內(nèi)皮細(xì)胞增生，細(xì)胞外基質(zhì)降解構(gòu)成了血管新生的兩個(gè)基本環(huán)節(jié)。有研究提示，血管生成素-2和VEGF在肝細(xì)胞癌的過(guò)表達(dá)可增加MMP-2和MMP-9的水平，抑制VEGF表達(dá)幾乎完全抑制了MMP 的表達(dá)[13]?？梢?jiàn)MMP和VEGF之間關(guān)系密切，在促進(jìn)腫瘤血管的生成上具有協(xié)同效應(yīng)。

5 下調(diào)端粒酶活性

端粒酶是一種特殊的核糖核蛋白多聚酶，其結(jié)構(gòu)為RNA和蛋白質(zhì)的復(fù)合物，其中的RNA成分是端粒合成的模板，其蛋白質(zhì)成分是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，因此，端粒酶的活化可以彌補(bǔ)復(fù)制造成的端?？s短。端粒-端粒酶學(xué)說(shuō)認(rèn)為，大多數(shù)的腫瘤細(xì)胞均有端粒酶活性的顯著升高，腫瘤細(xì)胞在其復(fù)制過(guò)程中，盡管其端粒不斷縮短，甚至比相應(yīng)的正常組織更短，但由于細(xì)胞在惡變過(guò)程中發(fā)生了端粒酶的再激活，因此仍表達(dá)端粒酶活性。由于持續(xù)存在高水平的端粒酶活性，細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度隨著細(xì)胞的不斷分裂仍保持相對(duì)的穩(wěn)定，使得細(xì)胞成為一種永生化的狀態(tài)，因此，端粒酶的活化與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，是一種新型的腫瘤標(biāo)志物，是多種腫瘤細(xì)胞無(wú)限增殖的重要徑路，因而端粒酶成為腫瘤診斷的標(biāo)志物和腫瘤治療的靶點(diǎn)。

急性白血病普遍表達(dá)端粒酶活性，與白血病的發(fā)生發(fā)展有密切的關(guān)系。端粒酶活性增高提示體內(nèi)存在失控性增殖的腫瘤細(xì)胞，與白血病病情轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。端粒酶活動(dòng)度分析提示，初診及復(fù)發(fā)時(shí)候急性淋巴細(xì)胞和急性粒細(xì)胞白血病患者均表現(xiàn)出較高的端粒酶活性，骨髓增生異常綜合征轉(zhuǎn)變?yōu)榧毙园籽』蚵园籽〖毙宰兒?，端粒酶的活性較原來(lái)明顯增加。急性白血病在不同階段，其端粒酶水平表達(dá)不完全一樣，復(fù)發(fā)和難治性急性白血病的端粒酶活性明顯高于緩解及惡性程度低的急性白血病，并且，端粒酶活性越高，患者的治療效果及預(yù)后越差，存活率越低。研究發(fā)現(xiàn)，白血病患者經(jīng)過(guò)三氧化二砷治療后，獲得臨床血液及骨髓細(xì)胞學(xué)緩解，同時(shí)端粒酶活性較原來(lái)明顯降低。研究提示，三氧化二砷抑制白血病及實(shí)體瘤細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)凋亡過(guò)程中端粒酶活動(dòng)度下調(diào)，并且阻滯細(xì)胞周期在G2/M期，細(xì)胞周期蛋白和凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)改變等[14]，有資料證實(shí)，K562細(xì)胞需要較大劑量的三氧化二砷才能出現(xiàn)生長(zhǎng)抑制，三氧化二砷治療急性白血病實(shí)際上下調(diào)端粒酶的活性，即三氧化二砷調(diào)節(jié)端粒酶活性是其抗腫瘤的重要途徑。

綜上所述，三氧化二砷抗腫瘤的機(jī)制比較復(fù)雜，它可以通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞增殖， 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡及調(diào)控凋亡基因， 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化， 抑制腫瘤新生血管的生成， 下調(diào)端粒酶活性等機(jī)制發(fā)揮抗腫瘤作用，也可能為多種方式的共同作用，也可能還有很多未知的途徑。但與此同時(shí)，Au等[15]報(bào)道，在三氧化二砷治療白血病的同時(shí)誘發(fā)實(shí)體瘤，長(zhǎng)期應(yīng)用三氧化二砷是否可致畸，可致基因突變，也成為新的關(guān)注問(wèn)題。因此，在對(duì)三氧化二砷的研究中，應(yīng)該從臨床和基礎(chǔ)上均加強(qiáng)三氧化二砷對(duì)抗腫瘤機(jī)制的研究，應(yīng)用現(xiàn)代生物學(xué)新技術(shù)從新角度出發(fā)去探索新的機(jī)制，為三氧化二砷的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

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