大腸癌預(yù)防中非甾體抗炎藥的新靶點(diǎn)及新藥物的研究

陳瀚宇 王錫山

近些年的研究為非甾體抗炎藥(nonsteroidal antiinflammatory drug，NSAID)和環(huán)氧化酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)抑制劑，在多種癌癥尤其是大腸癌預(yù)防中的作用提供了強(qiáng)有力的支持。例如大樣本人群的流行病學(xué)研究顯示，長期應(yīng)用NSAID，特別是阿司匹林，能顯著降低結(jié)直腸癌患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)［1］。與這類發(fā)現(xiàn)相類似的臨床研究也顯示了以舒林酸為代表的NSAID藥物在家族性腺瘤息肉病患者中，有減少發(fā)病率和使癌前腺瘤退化的作用［2］。大量的前期臨床實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)阿司匹林和其他多種非阿司匹林的NSAID藥物，在化學(xué)誘導(dǎo)的嚙齒類動物癌癥模型中有抑制腫瘤生成作用，也支持了以上臨床觀察研究的結(jié)論。

NSAID藥物是處方藥和非處方藥中一個(gè)重要衍生物家族，常用于慢性炎癥性疼痛的長期治療，如關(guān)節(jié)炎。NSAID藥物的抗炎作用基礎(chǔ)是抑制環(huán)氧化酶發(fā)揮作用，從而抑制花生四烯酸向前列腺素的轉(zhuǎn)化［3］。在人類身體里至少有兩種COX的同工酶的表達(dá)，其中COX-2在多種病理生理?xiàng)l件下起重要作用［4］。NSAID在不同的選擇敏感性上普遍抑制COX-1和COX-2，而像塞來昔布和羅非昔布這類COX-2選擇性抑制劑則對COX-2的同工酶有高度的選擇性抑制。但是，由于抑制COX-1和COX-2的作用導(dǎo)致的前列腺素缺失，會對胃腸道、腎臟、心血管系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的致死性副作用［3-4］。COX-2選擇性抑制劑不僅有胃腸道和腎臟的毒性，長期應(yīng)用還會增加心血管意外發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)［5］。因此，NSAID藥物和COX-2選擇性抑制劑作為預(yù)防癌癥的預(yù)防藥物是不必要也不可取的。但另一方面，由于是與COX的不可逆結(jié)合阿司匹林對結(jié)直腸癌的預(yù)防有顯著收益，而除阿司匹林的NSAID，尤其是高效能的NSAID可能是通過非COX依賴機(jī)制發(fā)揮其抗癌作用。目前對于NSAID藥物癌癥預(yù)防機(jī)制中的生物化學(xué)和細(xì)胞學(xué)理論尚存在爭議。然而已有較強(qiáng)的證據(jù)顯示于COX-2選擇性抑制劑在癌癥預(yù)防上的作用，有著大量的藥理學(xué)矛盾［6-8］，并且已有許多研究認(rèn)為抑制劑與預(yù)防癌癥無關(guān)聯(lián)。有研究顯示，NSAID能在完全缺失COX-2表達(dá)的情況下，仍抑制腫瘤細(xì)胞的增長［7，8］。另一些研究顯示增加外源性前列腺素并不能在應(yīng)用NSAID的情況下逆轉(zhuǎn)其對腫瘤細(xì)胞生長的抑制作用［9］。并且NSAID藥物對腫瘤細(xì)胞生長的抑制作用的程度與對前列腺素合成的抑制作用程度并不相關(guān)［10，11］。如硫化舒林酸相比于吲哚美辛對COX-1和COX-2抑制的作用明顯較弱，但對于腫瘤細(xì)胞生長的抑制作用卻更強(qiáng)［12］，如羅非昔布這類高特異性COX-2抑制劑并不能抑制腫瘤細(xì)胞的生長［13］。因此，學(xué)者們提出了大量的潛在同類靶點(diǎn)［1，14］。其中發(fā)現(xiàn)許多COX-2依賴和非COX-2依賴靶點(diǎn)能夠有效指導(dǎo)癌癥預(yù)防藥物研發(fā)的方向，本文將對之進(jìn)行介紹。并且近些年發(fā)現(xiàn)了許多安全性和有效性高于現(xiàn)有NSAID和COX-2抑制劑的新型NSAID類衍生物，我們也在此文中予以闡述。

一、COX-2靶點(diǎn)

目前研究顯示在結(jié)腸腫瘤的生長中COX-2起著重要的作用。在90%的原發(fā)性結(jié)腸癌中均有COX-2的過表達(dá)和前列腺素水平的升高［15］。COX-2的表達(dá)水平與腫瘤的大小和侵犯度呈正相關(guān)［16］。雖然COX-2介導(dǎo)腫瘤生長的具體機(jī)制仍不明確，但應(yīng)該涉及多種腫瘤生長的調(diào)節(jié)通路［14，17］。不論機(jī)制如何，目前研究發(fā)現(xiàn)降低APC基因弱表達(dá)小鼠模型中的COX-2表達(dá)，可降低其腸息肉的大小和數(shù)量［18］。塞來昔布和羅非昔布可以抑制結(jié)腸腺瘤和家族性腺瘤息肉病的生成［19，20］。但是COX-2選擇性抑制劑羅非昔布和伐地昔布由于其心血管系統(tǒng)毒性被禁止銷售，現(xiàn)在并不清楚這些副作用與COX-2受體相關(guān)，因?yàn)槿麃砦舨疾⑽窗l(fā)現(xiàn)類似問題［5］。假設(shè)此毒性反應(yīng)可能與COX-2無關(guān)，那么對已有的NSAID藥物進(jìn)行化學(xué)修飾可能獲得更好的效果。有學(xué)者進(jìn)行了一系列將NSAID類羧基基團(tuán)修飾為酯類和氨基的實(shí)驗(yàn)，獲得了吲哚美辛酸和甲氯滅酸之類的產(chǎn)物，增加了對COX-2的選擇性［21］。目前還存在著一個(gè)潛在的問題，酯類和氨基的化學(xué)鍵可能沒有足夠的代謝穩(wěn)定性，其會在代謝中變回原始的NSAID。未來還需要對衍生物的研發(fā)進(jìn)行更深入的研究。

二、非COX依賴的靶點(diǎn)

(一)環(huán)磷酸鳥苷磷酸二酯酶(cyclicguanosine monophosphate phosphodiesterases，cGMPPDEs)超家族

NSAID的一個(gè)重要的非COX-2依賴抗癌靶點(diǎn)是cGMP PDEs超家族。其作為一個(gè)新興高效能依賴磷酸二酯酶抗癌衍生物合成方向，成為近些年的研究熱點(diǎn)。PDEs作為一類金屬磷酸水解酶，能將第二信使環(huán)磷酸腺苷(cAMP)和環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)上的3'端和5'端的環(huán)磷酸水解為5'-單磷酸，進(jìn)而中止環(huán)磷酸核苷酸耦合受體通路中細(xì)胞內(nèi)信號傳遞［22］。PDEs超家族包括分屬于11個(gè)蛋白家族中的大概100種確切的蛋白異構(gòu)體，其中每一種蛋白對于cAMP和cGMP的選擇性、對抑制劑和激動劑的敏感性、以及在不同組織、細(xì)胞內(nèi)分布濃度均各不相同。增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)的環(huán)磷酸核苷酸水平能激活特異的信號通路，如cGMP的增加，能激活cGMP依賴性蛋白激酶(PKG)-環(huán)磷酸核苷酸門控例子通道，激活特定的cGMP結(jié)合性PDEs，這些在細(xì)胞活性中扮演重要角色［22，23］。研究已經(jīng)證實(shí)cGMP傳導(dǎo)通路在結(jié)直腸腫瘤的生長中發(fā)揮著作用。例如，人類結(jié)腸腫瘤中存在cGMP特異性PDE5同工酶水平高表達(dá)［12］。并且，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸的腺瘤和腺癌中，膜相關(guān)性鳥苷酸環(huán)化酶類似物和尿鳥苷素的mRNA水平均有減少。而口服尿鳥苷素可在APC基因弱表達(dá)的小鼠模型上產(chǎn)生促腫瘤細(xì)胞凋亡進(jìn)而抑制腸道腫瘤生成的作用［24］。接下來的實(shí)驗(yàn)顯示，特定的cGMP-PDE水平在結(jié)腸腫瘤中升高，導(dǎo)致了cGMP水平的降低，抑制了腫瘤細(xì)胞的增值和存活。除cGMP，其它相關(guān)的cGMP-PDE同工酶在調(diào)節(jié)cGMP的合成和下游信號通路中的具體作用機(jī)制在腫瘤生成中起作用。目前還缺乏足夠的研究。已有研究顯示某些NSAID和COX-2抑制劑能在結(jié)腸癌細(xì)胞系內(nèi)同時(shí)抑制cGMP-PDEs的同工酶進(jìn)而增加細(xì)胞內(nèi)cGMP水平，激活 cGMP信號傳遞［25，26］。然而 NSAID藥物對腫瘤細(xì)胞生長的抑制作用需要在較高的濃度和他們對cGMP-PDE抑制能力之間存在很強(qiáng)的關(guān)系(特別是cGMP特異性PDE同工酶-PDE5)，也就是說這些效果需要在高濃度下才能達(dá)到，但是在體內(nèi)并不能安全的達(dá)到此濃度［12］。另外，有些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的PDE5特異性抑制劑(MY5445)和非選擇性cGMPPDE抑制劑(MY5445，曲奎辛)也能抑制腫瘤細(xì)胞的生長［27］。同樣用siRNA或者反義核酸進(jìn)行PDE5基因敲除同樣達(dá)到此效果［27］。然而，其他高度選擇性的PDE5抑制劑(西地那非)，通常在比抗腫瘤濃度更高的濃度下用于勃起功能障礙的治療，這也提示了其他的cGMP-PDE同工酶可能參與其中［28］。在大量的已經(jīng)證有cGMP-PDEs抑制功能的NSAID中，硫化舒林酸的活性最強(qiáng)［12］。由于非COX-2抑制類的砜基舒林酸也能抑制cGMP-PDEs，雖然效能相對較弱，但也側(cè)面證實(shí)了這一類復(fù)合物的COX-2抑制活性可能與cGMP-PDEs的抑制作用并不相關(guān)［29］。一開始學(xué)者們致力于合成去除COX-2抑制活性的舒林酸衍生物，但是卻通過硫基和羧酸基團(tuán)的改造提升了cGMP-PDEs的抑制活性［30］。這些得到了大量的體外高效能衍生物，能夠抑制結(jié)腸腫瘤細(xì)胞生長、介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。但是這些衍生物的口服生物利用度和代謝穩(wěn)定性卻并不讓人滿意，阻礙了這些衍生物的進(jìn)一步應(yīng)用［30］。這些衍生物的發(fā)現(xiàn)也顯示了cGMP-PDE在減輕其毒性的前提下，是一個(gè)高效可用的抗腫瘤靶點(diǎn)。盡管口服吸收率差，口服劑量過高都限制了這類藥物的發(fā)展，但類似衍生物或者改善生物利用度的優(yōu)化配方應(yīng)該有很大的發(fā)展前景和特有優(yōu)勢。

(二)活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生

現(xiàn)已證實(shí)在癌癥中氧化還原信號系統(tǒng)存在異常，但是仍需要確定活性氧簇在腫瘤生長中是否起著推動作用。活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)在癌癥中起著雙向作用，一方面在多種癌癥中都有ROS水平異常升高［31］，并且與腫瘤生成相關(guān)的慢性炎癥中也有ROS高水平。腫瘤中較高的ROS水平與基因的不穩(wěn)定性、細(xì)胞增殖、血管的生成和凋亡的異常關(guān)系密切［31，32］。另一方面，ROS有著殺傷腫瘤細(xì)胞和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用，是新型抗癌藥物的重要靶點(diǎn)。有學(xué)者報(bào)告了兩個(gè)備受關(guān)注的NSAID衍生物系列:一氧化氮供體型非甾體抗炎藥(NO-NSAIDs)和磷酸化非甾體抗炎藥(phospho-NSAIDs)，通過提升細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)ROS水平并激活前凋亡氧化還原通路來發(fā)揮腫瘤預(yù)防作用［33］。NO-NSAIDs的為一個(gè)一氧化氮釋放基團(tuán)通過化學(xué)連接物與一個(gè)母體化合物，如阿司匹林與舒林酸或甲氧奈丙酸相連接。此目的最初在于增高腸內(nèi)的一氧化氮水平，增加血供以起到降低NSAID類藥物胃腸道毒性。對NO-NSAID的研究顯示其無論是在體內(nèi)還是在體外，對于結(jié)腸癌的化學(xué)預(yù)防作用都較傳統(tǒng)的NSAID效果更好［34］。為了確定在增強(qiáng)癌癥預(yù)防效果中一氧化氮基起到的作用，學(xué)者們制造了以磷酸二乙酯替代一氧化氮基團(tuán)的化合物。有趣的是，這些磷酸化NSAID藥物衍生物顯示了和NO-NSAIDs相類似的抗癌活性。這證實(shí)了新的NSAID化合物的抗癌活性的增強(qiáng)并不是單純因?yàn)橐谎趸尼尫?，還有對NSAID化學(xué)修飾產(chǎn)生的結(jié)果［35］。無論原始的NSAID對一氧化氮還是對磷酸二乙酯基團(tuán)進(jìn)行替代，新的衍生物都能在體外腫瘤細(xì)胞內(nèi)引起ROS水平的提升，并且在動物結(jié)腸癌模型中顯示出更好的抗腫瘤效果［33］。雖然這類衍生物的研發(fā)上還有很多路要走，但其通過激活氧化還原信號進(jìn)而介導(dǎo)結(jié)腸腫瘤細(xì)胞凋亡，在結(jié)直腸腫瘤的預(yù)防上展示了很好的前景。

(三)Survivin的下調(diào)

Survivin是一種凋亡抑制蛋白，能阻斷胱天蛋白酶(caspases)的激活，是一種重要的凋亡介導(dǎo)因子［36］。在成人組織中正常并無Survivin的表達(dá)，而在大多數(shù)的癌癥中均有Survivn的過表達(dá)，并且這種蛋白的表達(dá)水平和腫瘤的分期和預(yù)后有著很強(qiáng)的關(guān)系［36，37］。同時(shí)，Survivin的表達(dá)也與患者p53狀態(tài)和化療的敏感性有緊密的聯(lián)系［38］。

大量的NSAID和COX-2選擇性抑制劑能夠下調(diào)腫瘤細(xì)胞內(nèi)Survivin的表達(dá)并降低其活性，而其中效果最突出的就是塞來昔布［12，39］。而 2，5-二甲基-塞來昔布(2，5-dimethylcelecoxib，DMC)作為塞來昔布的衍生物并沒有COX-2抑制活性，但仍有著抗癌活性，并且在抑制Surivin的效能上優(yōu)于塞來昔布。更令人欣喜的是DMC在多種癌癥模型上都顯示出了體內(nèi)抗癌能力［39］。

(四)其他非依賴COX的靶點(diǎn)

其他在結(jié)腸癌腫瘤生長中發(fā)揮作用的已知靶點(diǎn)也都與NSAID的作用位點(diǎn)相關(guān)。然而，這些靶點(diǎn)和NSAID的抗癌作用聯(lián)系相對較弱，并且在非依賴COX抑制的衍生物里并未發(fā)現(xiàn)這些靶點(diǎn)的抗癌活性。雖然如此，這些靶點(diǎn)也仍然在以后的藥物研發(fā)中有著巨大的潛力。在這其中一個(gè)重要的靶點(diǎn)就是過氧化物酶體增殖物激活受體c(peroxisomal proliferator-activated receptor c，PPARc)。PPARc在結(jié)腸癌細(xì)胞中能抑制細(xì)胞生長并且促進(jìn)分化［40］。大量的研究已經(jīng)顯示特定的NSAID能直接結(jié)合并激動PPARc并且PPARc的激動與腫瘤生長抑制相關(guān)［41］。

細(xì)胞核因子κB(nuclear factor kappa B，NFκB)是另一個(gè)NSAID類潛在的非依賴COX-2性抗腫瘤靶點(diǎn)。NFκB是一個(gè)能促進(jìn)細(xì)胞生長、抑制細(xì)胞凋亡的重要的轉(zhuǎn)錄因子［42］。在多種癌癥中均發(fā)現(xiàn) NFκB的活性升高，其原因可能為NFκB的過表達(dá)或是細(xì)胞核因子κB抑制蛋白(inhibitor of NFκB，IκB)的下調(diào)。IκB 是一種調(diào)節(jié)蛋白，其通過在細(xì)胞中激活NFκB滅活通路而阻斷 NFκB的轉(zhuǎn)錄活性［43］。有些NSAID類藥物，特別是水楊酸鹽類已經(jīng)證實(shí)能夠抑制NFκB轉(zhuǎn)錄，其可能的機(jī)制是能夠阻止IκB的降解［44］。

目前有學(xué)者提出了一個(gè)比較新穎的NSAID抗癌活性的機(jī)制，NSAID 激活基因(NSAID-activated gene，NAG-1)。NAG-1 是轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)超家族中的一員，有著促凋亡和抗增殖作用，但其具體機(jī)制仍未被詳細(xì)揭示［45］。大量不同的NSAID包括吲哚美辛、阿司匹林、布洛芬d等都能夠上調(diào)NAG-1在結(jié)腸癌細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)，并且此效果并不依賴COX的表達(dá)。然而，由于激活NAG-1所需的濃度顯著低于能夠介導(dǎo)凋亡和抑制生長的濃度，NSAID的抗癌活性和它激活NAG-1表達(dá)的效能之間并無明顯聯(lián)系［45］。并且目前尚未在體內(nèi)研究中發(fā)現(xiàn)NSAID對NAG-1表達(dá)水平的影響。

盡管microRNA并不是NSAID的直接靶點(diǎn)，但也是影響腫瘤細(xì)胞對NSAID敏感性的重要因子。microRNA是一系列自然存在的小RNA分子，能夠通過與同源靶基因結(jié)合進(jìn)而調(diào)節(jié)近30%的人類基因，并且參與許多基本的生物學(xué)活動，例如細(xì)胞生長、分化、凋亡和腫瘤生長等［46］。這些功能都顯示了他在腫瘤診斷，預(yù)后評估和治療中有著重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。在近年的研究中，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過硫化舒林酸鹽治療結(jié)腸腫瘤患者的細(xì)胞標(biāo)本中有一組microRNA(miR－10b，－17，－19，－21，－9)顯示出表達(dá)的抑制43］。而已有的研究顯示這些microRNA的水平升高與腫瘤的轉(zhuǎn)移和侵襲密切相關(guān)［47-49］。因而這些microRNA可能對硫化舒林酸抑制腫瘤細(xì)胞侵襲起到調(diào)節(jié)作用。

各種NSAID類藥物都有著抗炎作用。在潰瘍性結(jié)腸炎和其相關(guān)的結(jié)腸癌中，炎癥反應(yīng)的持續(xù)損傷和修復(fù)扮演重要的角色。這些炎癥反應(yīng)過程不僅會提高ROS的水平，還與細(xì)胞的死亡和增殖相關(guān)。這些炎性改變可能是通過上皮細(xì)胞內(nèi)DNA修復(fù)酶的抑制導(dǎo)致基因突變，進(jìn)而引起腫瘤發(fā)生相關(guān)的信號通路分子水平的變化［45］。因此，許多NSAID類藥物引起的抗癌相關(guān)指標(biāo)改變還可能與它們的抗炎作用相關(guān)。這兩種作用是否能完全區(qū)分還需深入討論。

三、結(jié)論

NSAID類是一類數(shù)量繁多的藥物衍生物，有著多種多樣的生物學(xué)功能。其中有些功能與抗癌作用相關(guān)，而還有些與毒性反應(yīng)相關(guān)。在過去20年對于其抗癌機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究顯示:COX的抑制很可能與抗癌作用無關(guān)。因此，可以通過研究改善NSAID以得到更佳的抗腫瘤效果和較小的毒性。由于NSAID類的抗腫瘤活性機(jī)制非常復(fù)雜，大量的研究揭示了許多潛在的靶點(diǎn)。傳統(tǒng)的NSAID和COX-2選擇性抑制劑很可能通過依賴COX和非依賴COX的機(jī)制聯(lián)合發(fā)揮抗腫瘤作用。然而隨著對無COX抑制活性的NSAID類衍生物的研究，顯示這一類藥物對于腫瘤細(xì)胞生長的抑制發(fā)揮出了更好的效果和更高的選擇性。因此，對NSAID的非依賴COX作用機(jī)制的研究就成為了重要科研方向。而其中最大的挑戰(zhàn)就是確定結(jié)腸癌腫瘤細(xì)胞生長的分子靶點(diǎn)和合適的藥物化學(xué)骨架，以能得到擁有更好效果、更低毒性的藥物。

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