丙酮酸乙酯抗腫瘤作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展

李 松綜述，杭春華審校

0 引 言

自1970年以來(lái)，腫瘤在我國(guó)的發(fā)病率和病死率逐年升高，其中惡性腫瘤是導(dǎo)致我國(guó)城鄉(xiāng)居民死亡的第一大病因［1］。目前，開(kāi)發(fā)和篩查低毒高效的抗癌藥物是國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)，丙酮酸乙酯(ethyl pyruvate，EP)具有明顯的抗腫瘤活性，在誘導(dǎo)凋亡、細(xì)胞周期阻滯、抗腫瘤血管生成等多個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮抗癌作用?，F(xiàn)將其抗腫瘤作用及其可能的機(jī)制作一綜述。

1 EP的結(jié)構(gòu)和來(lái)源

EP是糖酵解中間產(chǎn)物丙酮酸的酯化形式，其結(jié)構(gòu)式為CH3COCOOCH2CH3。起初，EP因具有強(qiáng)大的抗氧化作用而備受關(guān)注［2］，但由于它的不穩(wěn)定性使其在臨床上的應(yīng)用受到極大限制。Sims等［3］在研究EP在大鼠腸缺血灌注模型中作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，人工合成的EP作為丙酮酸的酯類(lèi)衍生物不僅具備丙酮酸的藥理作用而且彌補(bǔ)了其不穩(wěn)定性的缺點(diǎn)。自此有關(guān)EP的研究逐漸引起了學(xué)者們關(guān)注。現(xiàn)有研究表明EP的抗炎作用明確，并證實(shí)其機(jī)制與抑制核轉(zhuǎn)錄因子 κB(nuclear factor，NF-κB)及 JAK/STAT信號(hào)通路有關(guān)［4-5］。值得注意的是，EP是高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)釋放的藥理學(xué)拮抗劑［6］，HMGB1是一種重要的晚期炎癥介質(zhì)，在多種惡性腫瘤組織中高表達(dá)并與腫瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及預(yù)后相關(guān)，多數(shù)針對(duì)EP的研究正是基于其抑制HMGB1的作用而開(kāi)展的。美國(guó)食品藥物管理局已將EP列為對(duì)人體安全的物質(zhì)，長(zhǎng)期以來(lái)EP作為工業(yè)原料和食品添加劑而廣泛應(yīng)用，Bennett-Guerrero等［7］在一項(xiàng)前瞻性的隨機(jī)臨床試驗(yàn)中，將EP用于接受心肺旁路手術(shù)和心臟手術(shù)的高風(fēng)險(xiǎn)患者，證實(shí)了EP的安全性。

2 直接抗腫瘤作用

2.1 抑制細(xì)胞增殖 腫瘤細(xì)胞最大的生物學(xué)特性是細(xì)胞生長(zhǎng)增值不受控制，細(xì)胞增殖調(diào)控的異常與腫瘤發(fā)生關(guān)系密切。EP能抑制胰腺癌、肝癌、胃癌、膽囊癌、肺癌和黑色素瘤細(xì)胞的增殖。

Liang等［8］研究發(fā)現(xiàn)，肝癌移植模型制作前后腹腔注射EP能明顯抑制小鼠肝癌細(xì)胞生長(zhǎng)，并呈濃度依賴(lài)性，其中模型制作前30 min腹腔注射80 mg/kg的EP能使腫瘤結(jié)節(jié)減少70%。在胃癌移植小鼠模型中還發(fā)現(xiàn)，腹腔注射EP能減小原位移植胃癌組織的重量、大小，并且強(qiáng)調(diào)胃癌肝結(jié)節(jié)轉(zhuǎn)移數(shù)量亦明顯減少［9］。由此可見(jiàn)，EP對(duì)胃癌有明確的抑制作用。Wang等［10］研究表明，去甲基化的胞嘧啶-鳥(niǎo)嘌呤寡核苷酸能通過(guò)誘導(dǎo)HMGB1分泌以刺激肺癌細(xì)胞株的增殖，而EP干預(yù)后上述作用明顯減弱，提示EP具有潛在的抗肺癌作用。以上研究為EP治療多種腫瘤提供了很好的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2.2 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡與增殖的動(dòng)態(tài)平衡是多種細(xì)胞生物體的一種重要的自穩(wěn)機(jī)制，惡性腫瘤的發(fā)生與其喪失自發(fā)凋亡能力及異常死亡密切相關(guān)。誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡是篩選抗癌藥物的新標(biāo)準(zhǔn)。梁旭陽(yáng)等［9］用AnnexinⅤ/PI流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)EP對(duì)人胰腺癌細(xì)胞株P(guān)ANC-1、ASPC-1細(xì)胞凋亡率的影響，結(jié)果顯示，隨著EP濃度增加，2種細(xì)胞株的凋亡百分率逐漸增高。一項(xiàng)基于葡萄糖剝奪(glucose deprivation，GD)導(dǎo)致肺癌細(xì)胞壞死的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)［11］，2mmol/L的EP干預(yù)后 GD導(dǎo)致的肺癌細(xì)胞壞死數(shù)量減少而凋亡數(shù)量增多，提示EP將細(xì)胞的死亡形式由對(duì)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)起促進(jìn)作用的壞死轉(zhuǎn)換成抑制作用的凋亡，并提出該作用是通過(guò)抑制銅鋅離子超氧化物歧化酶釋放和活性氧的生成實(shí)現(xiàn)的，認(rèn)為這可能是EP抑制腫瘤生長(zhǎng)的主要機(jī)制之一。

2.3 抗腫瘤侵襲和遷移 惡性腫瘤侵襲和遷移是導(dǎo)致患者死亡的主要原因，EP能通過(guò)消弱腫瘤的侵襲和遷移發(fā)揮抗癌作用。劃痕融合和Transwell侵襲實(shí)驗(yàn)是研究體外細(xì)胞遷移運(yùn)動(dòng)和侵襲轉(zhuǎn)移的經(jīng)典方法。一項(xiàng)針對(duì)胃癌細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)表明，EP可抑制胃癌細(xì)胞遷移運(yùn)動(dòng)及侵襲轉(zhuǎn)移能力，表現(xiàn)為劃痕融合差及穿過(guò)Transwell小室的細(xì)胞數(shù)明顯減少［12］。癌細(xì)胞降解細(xì)胞外基質(zhì)及破壞基底膜是形成癌轉(zhuǎn)移的重要步驟，已知基質(zhì)金屬蛋白酶家族(matrix metalloproteinases，MMPs)是參與此過(guò)程的主要因素之一［13］。Li等［11］研究發(fā)現(xiàn)，EP 可抑制膽囊癌細(xì)胞株侵襲和轉(zhuǎn)移，其作用機(jī)制與下調(diào)HMGB1及晚期糖基化終產(chǎn)物受體的表達(dá)，進(jìn)而抑制其下游因子MMP-9的蛋白表達(dá)水平有關(guān)。

2.4 細(xì)胞周期阻滯 細(xì)胞周期是復(fù)雜而精細(xì)的調(diào)節(jié)過(guò)程，細(xì)胞周期紊亂是腫瘤的重要發(fā)生機(jī)制［14］。EP能通過(guò)干預(yù)細(xì)胞生長(zhǎng)周期的正常進(jìn)程而使腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)停滯。Zhang等［15］在研究 EP對(duì)人胃癌細(xì)胞株作用中發(fā)現(xiàn)，EP使其細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期。經(jīng)證實(shí)P53信號(hào)通路參與了細(xì)胞周期阻滯的啟動(dòng)，為進(jìn)一步探尋其具體機(jī)制，檢測(cè)P53蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)EP呈濃度依賴(lài)性增加P53蛋白的表達(dá)水平，提示其機(jī)制可能與激活P53信號(hào)通路有關(guān)。以上均說(shuō)明EP可以通過(guò)阻滯細(xì)胞周期使腫瘤細(xì)胞停止生長(zhǎng)，但具體的機(jī)制仍需進(jìn)一步探討。

3 間接抗腫瘤作用

3.1 抑制血管生成 眾所周知，血管生成是惡性腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的病理基礎(chǔ)，并且與預(yù)后密切相關(guān)。新生血管在保證腫瘤生長(zhǎng)增殖的同時(shí)也為腫瘤發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移提供了通路［16-17］。阻斷惡性腫瘤新生血管生成，不僅能遏制原發(fā)腫瘤侵襲擴(kuò)散到脈管系統(tǒng)，且對(duì)已形成的腫瘤轉(zhuǎn)移灶也有抑制增殖作用。近年來(lái)，探尋抗新生血管形成的藥物已成為腫瘤臨床研究的熱點(diǎn)。EP的抗腫瘤作用與其抑制腫瘤血管生成有關(guān)。

Park等［18］在體外實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，EP能夠抑制由血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和小管形成，并發(fā)現(xiàn)其機(jī)制與下調(diào)絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶B磷酸化(phosphoserine/threonineproteinkinaseB，pAkt)、NF-κB 活 性 及 下 游MMP-2、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達(dá)水平有關(guān)。而在小鼠體內(nèi)基質(zhì)膠填塞實(shí)驗(yàn)中顯示，10 mmol/L的EP能明顯減少基質(zhì)膠填塞物內(nèi)血紅蛋白的含量，表明EP對(duì)體內(nèi)腫瘤血管形成具有明顯的抑制作用。以上研究表明，EP可以通過(guò)干擾Akt-NF-κB信號(hào)通路抑制腫瘤新生血管的形成。

3.2 對(duì)載瘤機(jī)體免疫功能的影響 免疫逃逸在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，近年來(lái)吲哚胺-2，3-雙加氧酶(indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO)的研究為腫瘤實(shí)現(xiàn)免疫逃逸提供了新的思路。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，在惡性腫瘤組織中高表達(dá)的IDO阻斷T細(xì)胞周期進(jìn)展及Th1細(xì)胞凋亡是腫瘤細(xì)胞免疫耐受的重要機(jī)制之一［19］。

Muller等［20］在體內(nèi)外研究EP對(duì)小鼠黑色素瘤細(xì)胞的抑制作用中發(fā)現(xiàn)，EP能有效的下調(diào)IDO的表達(dá)，并籍此實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的抑制。而相同的效果在無(wú)胸腺腫瘤小鼠中卻沒(méi)有體現(xiàn)，提示EP對(duì)腫瘤的抑制依賴(lài)于T細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。Vasilyeva等［21］在小鼠肝癌移植模型中證實(shí)，作為IDO的抑制劑EP，無(wú)論腹腔注射還是局部肌肉注射都能加速腫瘤退化，并未發(fā)現(xiàn)明顯的不良反應(yīng)。

3.3 影響腫瘤細(xì)胞自噬 多種人類(lèi)腫瘤細(xì)胞中存在自噬調(diào)控機(jī)制的失調(diào)，自噬對(duì)腫瘤具有雙重調(diào)節(jié)作用，這可能與腫瘤的部位、類(lèi)型及所處階段有關(guān)。然而如何操縱自噬使之向有利于腫瘤治療的方向發(fā)展是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)［22-23］。Tang 等［24］在對(duì)腫瘤自噬與耐藥的研究中發(fā)現(xiàn)，HMGB1可通過(guò)誘導(dǎo)Beclin1依賴(lài)的自噬增強(qiáng)胰腺癌和結(jié)腸癌對(duì)多種抗腫瘤藥物的耐藥性，EP作為HMGB1的抑制劑能將HMGB1導(dǎo)致的腫瘤細(xì)胞自噬轉(zhuǎn)換為凋亡，從而逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞耐藥性。而Liang等［8］研究發(fā)現(xiàn)EP可以抑制小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)自噬標(biāo)記蛋白LC3-Ⅱ的表達(dá)，提示EP可能通過(guò)誘導(dǎo)自噬發(fā)揮抗癌作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，EP不僅是有效的抗炎藥物，而且在腫瘤發(fā)生發(fā)展的多個(gè)環(huán)節(jié)中發(fā)揮明確的抗癌作用，證明了EP是頗有前景的抗癌藥物。目前的研究多集中于消化系統(tǒng)腫瘤，今后應(yīng)擴(kuò)大EP對(duì)其他腫瘤的研究，深入挖掘其具體機(jī)制，為EP治療腫瘤提供新的思路和途徑。

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