精氨酸剝奪在惡性腫瘤治療中的研究進(jìn)展

洪 羽綜述，鄧述愷審校

（四川醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院呼吸內(nèi)一科，四川瀘州646000）

精氨酸剝奪在惡性腫瘤治療中的研究進(jìn)展

洪 羽綜述，鄧述愷審校

（四川醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院呼吸內(nèi)一科，四川瀘州646000）

精氨酸； 亞胺類； 精氨酸酶； 腫瘤/病理學(xué)； 氨基酸類/代謝； 藥物耐受性； 綜述

大量體內(nèi)外試驗(yàn)已證實(shí)，通過(guò)干擾體內(nèi)腫瘤細(xì)胞特定氨基酸代謝可顯著影響腫瘤增殖和凋亡。雖然導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞代謝缺陷的機(jī)制還不清楚，但是針對(duì)腫瘤細(xì)胞這種代謝特點(diǎn)，已經(jīng)開發(fā)出了通過(guò)酶解法消耗某一特定氨基酸的治療方法，如精氨酸的剝奪治療（arginine deprivation therapy）。近年來(lái)，精氨酸剝奪治療已是抗腫瘤代謝的研究熱點(diǎn)，本文就精氨酸剝奪在腫瘤治療中的新進(jìn)展作一綜述。

1 精氨酸代謝及精氨酸剝奪治療

精氨酸是健康人體內(nèi)的一種非必需氨基酸，主要來(lái)源于自身蛋白質(zhì)降解、飲食攝入。其參與體內(nèi)許多重要生理過(guò)程，不僅在能量代謝及蛋白質(zhì)的合成起著關(guān)鍵作用，還參與一氧化氮（nitric oxide，NO）、多胺、核酸、肌酸、脯氨酸、谷氨酸和精胺等物質(zhì)的合成。精氨酸的一個(gè)重要功能是參與生物體內(nèi)的尿素循環(huán)。細(xì)胞通過(guò)尿素循環(huán)降低體內(nèi)氨的水平，該酶促反應(yīng)過(guò)程主要由2個(gè)關(guān)鍵酶來(lái)調(diào)節(jié)的，即精氨酸琥珀酸合成酶（arginosuccinate syntheteasl，ASS）及精氨琥珀酸裂解酶（arininosuccinate lyase，ASL），前者可催化瓜氨酸和天冬氨酸形成精氨琥珀酸，后者使精氨酸琥珀酸裂解為精氨酸及延胡索酸，從而為機(jī)體提供內(nèi)源性的精氨酸。

Feun等[1]研究發(fā)現(xiàn)，部分惡性腫瘤細(xì)胞缺乏尿素循環(huán)中的關(guān)鍵限速酶ASS1，因此腫瘤細(xì)胞不能通過(guò)尿素循環(huán)來(lái)合成精氨酸，必須通過(guò)利用體外供給精氨酸才能滿足生長(zhǎng)、增殖的需求，這種依賴外源性精氨酸生長(zhǎng)的腫瘤也被稱為精氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型腫瘤。已有研究證實(shí)，ASS1的失活是由于腫瘤細(xì)胞內(nèi)ASS1基因啟動(dòng)子甲基化，導(dǎo)致ASS1轉(zhuǎn)錄受阻[2]。目前發(fā)現(xiàn)精氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型腫瘤的種類很多，包括晚期黑色素瘤、胰腺癌、前列腺癌、間皮瘤、肝細(xì)胞癌及淋巴瘤等[3]。針對(duì)ASS1缺乏的精氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型腫瘤，研究者能夠通過(guò)重組精氨酸降解酶來(lái)破壞血液中精氨酸，限制腫瘤細(xì)胞從血液中攝取足夠精氨酸，從而抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，這種方法稱為精氨酸剝奪療法，而該過(guò)程不影響正常細(xì)胞精氨酸代謝。研究發(fā)現(xiàn)[4]，腫瘤細(xì)胞ASS1的低表達(dá)是臨床上預(yù)測(cè)精氨酸剝奪治療有效性的主要指標(biāo)。與傳統(tǒng)腫瘤治療方法相比，精氨酸剝奪療法具有高效、高特異性及毒性作用小的特點(diǎn)。目前臨床試驗(yàn)中研究最深入精氨酸剝奪治療的精氨酸降解酶主要包括兩大類：來(lái)源于細(xì)菌的精氨酸脫亞氨酶（arginine deiminase，ADI）和來(lái)源于人體的精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）。

2 精氨酸剝奪的抗腫瘤機(jī)制

精氨酸缺乏抑制惡性腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)機(jī)制還未完全清楚。精氨酸降解酶可以通過(guò)降低血清精氨酸水平，直接抑制腫瘤細(xì)胞蛋白質(zhì)合成，影響腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)及增殖；也可能通過(guò)影響細(xì)胞內(nèi)谷氨酰胺代謝及胸腺嘧啶核苷的合成，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡[5]；Kim等[6]發(fā)現(xiàn)，來(lái)源于乳酸球菌的ADI可以使胃癌細(xì)胞阻滯于G0/G1期，上調(diào)細(xì)胞周期抑制因子p53和p27Kip1的表達(dá)，并且進(jìn)一步引起細(xì)胞核的皺縮及碎裂，促使細(xì)胞發(fā)生凋亡；在體外內(nèi)皮細(xì)胞及異種移植的黑素瘤的研究中證實(shí)ADI具有抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)，降低內(nèi)皮細(xì)胞遷移及血管形成能力，減少新生血管的形成，從而抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[7-8]；同時(shí)在神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤研究中還發(fā)現(xiàn)精氨酸缺乏能夠影響微絲骨架功能，抑制腫瘤細(xì)胞侵襲及增殖能力[9]。

2.1 ADI的研究進(jìn)展 ADI是精氨酸降解酶中的研究熱點(diǎn)，其可以將精氨酸分解為瓜氨酸和氨，最早在銅綠假單胞菌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，其廣泛存在于細(xì)菌、支原體、厭氧真核生物中，在哺乳動(dòng)物中尚未發(fā)現(xiàn)。支原體來(lái)源的ADI可顯著的抑制體內(nèi)惡性黑色素瘤、腦膠質(zhì)瘤、膀胱癌、肝細(xì)胞癌、纖維黏液肉瘤及鼻咽癌等多種惡性腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[10]。由于ADI的高抗原性，ADI可誘導(dǎo)人體及動(dòng)物產(chǎn)生抗體及發(fā)生嚴(yán)重過(guò)敏反應(yīng)，使其在臨床中運(yùn)用受到限制。經(jīng)聚乙二醇（PEG）修飾改良后的ADIPEG20，在保留其生物活性的基礎(chǔ)上，不僅能降低免疫原性，而且進(jìn)一步延長(zhǎng)其作用半衰期。ADI-PEG20應(yīng)用于肝細(xì)胞癌的Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗(yàn)已在美國(guó)、意大利等地完成，研究納入了超過(guò)180例患者，研究結(jié)果表明，ADI-PEG20對(duì)肝細(xì)胞癌患者治療是安全有效的，能持續(xù)降低血清精氨酸水平，患者疾病的控制率為31%～63%[11-13]，ADI-PEG20與安慰劑療效的對(duì)照Ⅲ期臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行之中。針對(duì)晚期黑色素瘤的Ⅰ期和Ⅱ期臨床研究也已經(jīng)在美國(guó)和意大利完成，Ott等[14]發(fā)現(xiàn)，晚期黑色素瘤患者中對(duì)高劑量的ADI-PEG20耐受性良好，能夠引起一致但短暫的精氨酸清除的效果，F(xiàn)eun等[15]研究顯示，在低表達(dá)ASS的晚期黑色素瘤患者中，ADIPEG20療效與藥物劑量有明顯量效關(guān)系；關(guān)于ADIPEG20聯(lián)合多西他賽在晚期惡性實(shí)體腫瘤中的Ⅰ期臨床試驗(yàn)也正在進(jìn)行之中。值得注意的是，ADI-PEG20已成為FDA批準(zhǔn)藥物，被認(rèn)為是目前最適用于臨床精氨酸剝奪治療的精氨酸降解酶，具有良好的應(yīng)用前景。

2.2 精氨酸酶的臨床研究進(jìn)展 Arg-1在人體肝臟中高表達(dá)，無(wú)明顯抗原性，能將精氨酸轉(zhuǎn)化為鳥氨酸和尿素，對(duì)氨有重要的解毒作用。重組精氨酸酶（recombinant human arginase，rhArg1）已經(jīng)在枯草芽孢桿菌及大腸埃希菌等中成功克隆和表達(dá)。精氨酸酶在正常生理pH下酶活性低、半衰期短，不利于在體內(nèi)環(huán)境下發(fā)揮作用，經(jīng)納米藥物及PEG修飾處理后可克服上述的缺點(diǎn)，使之能應(yīng)用于臨床研究。在惡性黑色素瘤、急性T淋巴細(xì)胞白血病、胰腺癌及前列腺癌等研究中[16]，rhArg1均能顯著抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)；在肝細(xì)胞癌的Ⅰ期臨床試驗(yàn)中[17]，PEG化重組人長(zhǎng)效精氨酸酶（PEG-rhArg1）對(duì)血液中精氨酸水平有持續(xù)的抑制效果，治療期間患者血液中精氨酸含量很低，幾乎不能檢測(cè)出，血清檢測(cè)也未發(fā)現(xiàn)相關(guān)的中和抗體，結(jié)合實(shí)際的療效情況，給Ⅱ期臨床試驗(yàn)推薦的最適給藥濃度是1 600 U/kg。此外，Cheng等[18]發(fā)現(xiàn)，rhArg能夠抑制某些高表達(dá)ASS1的腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，這可能與鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ornithine transcarbamylase）缺失有關(guān)，需試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)。而目前Arg-1還未成為FDA批準(zhǔn)藥物，相對(duì)于ADI-PEG20，PEG-rhArg還需要更加深入臨床研究。

3 腫瘤的耐藥及聯(lián)合用藥

3.1 腫瘤細(xì)胞的耐藥 Long等[19]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)的化療相類似，在進(jìn)行精氨酸剝奪治療一段時(shí)間后，腫瘤細(xì)胞有耐藥的情況產(chǎn)生，目前耐藥機(jī)制還不清楚。在黑色素瘤ADI-PEG20的臨床試驗(yàn)中，耐藥細(xì)胞株中出現(xiàn)了ASS1表達(dá)的上調(diào)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞重新利用瓜氨酸合成精氨酸，相關(guān)機(jī)制可能是由于Ras/P13K/ERK信號(hào)通路的激活，誘導(dǎo)了c-myc原癌基因的持續(xù)穩(wěn)定表達(dá)，導(dǎo)致ASS1啟動(dòng)子激活，促進(jìn)ASS1轉(zhuǎn)錄，提高了腫瘤細(xì)胞內(nèi)的ASS1蛋白水平；Szlosarek[20]研究發(fā)現(xiàn)精氨酸的缺失、內(nèi)環(huán)境營(yíng)養(yǎng)缺乏誘導(dǎo)惡性腫瘤細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞自噬，腫瘤細(xì)胞利用自身細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞器的蛋白降解所產(chǎn)生的精氨酸存活，導(dǎo)致精氨酸剝奪治療的失效；還有研究發(fā)現(xiàn)ADI-PEG20能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生ADI中和抗體，抑制精氨酸酶的活性，導(dǎo)致血清精氨酸水平很快回升，也可能是導(dǎo)致耐藥現(xiàn)象的原因之一。

3.2 聯(lián)合用藥 Yoon等[21]認(rèn)為針對(duì)精氨酸剝奪治療可向聯(lián)合用藥的方向發(fā)展。精氨酸降解酶與傳統(tǒng)化療藥物及相關(guān)通路抑制劑的聯(lián)合應(yīng)用，可以加速細(xì)胞凋亡，延緩或者阻滯耐藥產(chǎn)生，增強(qiáng)化療藥物的效果。Tsai等[22]發(fā)現(xiàn)，將Ras/ERK通路抑制劑與ADI聯(lián)合用藥后，ASS1陰性的黑色素瘤小鼠黑色素瘤細(xì)胞耐藥明顯降低，Ras/ ERK抑制劑與ADI產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)；You等[23]研究發(fā)現(xiàn)，加用長(zhǎng)春新堿后，骨髓微環(huán)境中間充質(zhì)干細(xì)胞的功能受到抑制，可以提高急性淋巴細(xì)胞白血病患者對(duì)于PEGArg在精氨酸剝奪治療中的敏感性；此外，ADI-PEG20與順鉑的聯(lián)合用藥，對(duì)于ASS1缺乏的惡性腫瘤，可以發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)抗腫瘤效果[24]。

另一方面，聯(lián)用抑制細(xì)胞自噬的藥物可能成為一種新的有效的聯(lián)合用藥方式。Syed等[25]研究表明，在ADIPEG20惡性腦膠質(zhì)瘤治療中，氯喹通過(guò)阻斷細(xì)胞自噬來(lái)增加細(xì)胞凋亡；Wang等[26]發(fā)現(xiàn)，環(huán)孢霉素A抑制腫瘤細(xì)胞的自噬作用，從而增強(qiáng)與rhArg兩者聯(lián)合應(yīng)用時(shí)的抗腫瘤效應(yīng)；此外，Allen等[27]發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡相關(guān)的腫瘤壞死因子（TNF-related apoptosis inducing ligand，TRAIL）可以抑制2種自噬相關(guān)基因Beclin-1和Atg5的表達(dá)，因而TRAIL聯(lián)合ADI-PEG20可抑制細(xì)胞自噬功能，加快腫瘤細(xì)胞凋亡。

4 小 結(jié)

精氨酸剝奪治療是一種非常有研究前景的治療惡性腫瘤的方法，將這種治療方法在臨床有效、合理運(yùn)用，還需要進(jìn)一步明確ADI和Arg抗腫瘤作用機(jī)制、改良和優(yōu)化ADI和Arg在體內(nèi)的代謝，采取合理、有效的聯(lián)合用藥方式克服腫瘤的耐藥機(jī)制。隨著研究的深入，新技術(shù)、新試驗(yàn)方法及新藥物的出現(xiàn)，精氨酸剝奪治療在抗腫瘤治療中有可能進(jìn)一步發(fā)揮積極作用。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.20.018

A

1009-5519（2015）20-3094-03

2015-05-27）

洪羽（1988-），女，四川涼山人，在讀碩士研究生，主要從事肺癌基礎(chǔ)與臨床的相關(guān)研究；E-mail：1633573684@qq.com。

鄧述愷（E-mail：dsk_lan@163.com）。