通過調控反應氧族防治耐藥腫瘤的研究進展

岑娟劉芳芳張峰

作者單位：475004開封河南大學1天然藥物與免疫工程重點實驗室；2河南大學藥學院

綜述

通過調控反應氧族防治耐藥腫瘤的研究進展

岑娟1劉芳芳1張峰2

作者單位：475004開封河南大學1天然藥物與免疫工程重點實驗室；2河南大學藥學院

反應氧族（reactiveoxygenspecies，ROS）與腫瘤防治關系密切，近年研究表明ROS參與了腫瘤多藥耐藥（multidrug resistance，MDR）的形成。而基于ROS的生理活性與信號通路作用，調控腫瘤細胞的ROS含量及相關機制可逆轉腫瘤MDR，達到有效治療耐藥腫瘤的目的。本文就ROS與腫瘤防治、ROS參與MDR的機制等作一綜述。

反應氧族；腫瘤；多藥耐藥

由于多種抗腫瘤藥物可通過增加癌細胞內反應氧族（r ea ct i v e o x ygen s pe c ie s，ROS）誘導細胞凋亡，因此，以往研究大多視ROS為細胞損傷的重要因素。然而，ROS還可作為第二信使介導信號轉導，在腫瘤形成和惡化的病理過程中扮演復雜的角色［1］。迄今，腫瘤多藥耐藥（mu lt i dr ug r e s i s t an c e，M D R）仍是腫瘤治療的最大障礙，其機制復雜、表型多樣。近年研究表明，ROS及其介導的信號通路參與了M D R的形成機制，本課題組曾使用微量雙氧水長期造模，成功誘導了人乳腺癌細胞產(chǎn)生M D R，證實了ROS可通過持續(xù)激活PI3K/Akt通路促進H IF-1α、Nrf2介導的轉運蛋白與抗氧化物的上調而誘導M D R［2］。然而，ROS與耐藥腫瘤的關系異常復雜，甚至在不同的研究中得到相反的結論。有研究表明藥物可通過增加ROS、降低P-糖蛋白（P-g l y c op r o t ein，P-gp）表達而逆轉耐藥［3］。因此，ROS與M D R的關系仍需深入研究，本文就ROS與腫瘤防治、ROS參與M D R的機制作一綜述。

1 ROS及其細胞內調控

ROS是機體代謝所產(chǎn)生含氧化合物的總稱，包括超氧陰離子、羥自由基、過氧化氫和單線態(tài)氧等，其中超氧陰離子和過氧化氫為細胞內ROS的主要存在方式。線粒體是內源性ROS產(chǎn)生的主要部位，線粒體呼吸鏈、細胞色素P450酶和NA D P H氧化酶是ROS的主要來源。外界刺激也可引發(fā)細胞大量產(chǎn)生ROS，使細胞內的抗氧化系統(tǒng)無法清除過度產(chǎn)生的氧化因子，稱為氧化應激，可破壞D NA、蛋白質和脂質引起組織損傷。

ROS是細胞特征和功能的重要決定因素，調控ROS可影響細胞內生理、病理過程。細胞對ROS的信號調節(jié)主要由細胞內的抗氧化酶決定，主要包括過氧化物酶（PR X s）、超氧化物酶（SO D）、谷胱甘肽過氧化物酶（GP X s）和過氧化氫酶（C A T）等。其中SO D能使超氧陰離子轉換為過氧化氫；PR X則通過過氧化氫氧化其活性位點上的半胱氨酸，隨后被硫氧蛋白還原酶和NA D P H還原；GP X s利用谷胱甘肽（GS H）發(fā)揮抗氧化作用。這些抗氧化酶的功能均依賴于過氧化氫的濃度發(fā)揮作用，其中PR X s可清除與信號通路相關的納摩爾級水平的過氧化氫，GP X s僅在細胞內過氧化氫濃度較高時才發(fā)揮作用，而CAT對過氧化氫親和力更低，多被限制在過氧化物酶體中優(yōu)先發(fā)揮作用［4］?？梢奊P X s可迅速降低高水平ROS對細胞的損傷，并啟動細胞內的自我保護機制，推測其與M D R的形成密切相關。另外，ROS的產(chǎn)生過程也可改變其信號能力，然而迄今對ROS產(chǎn)生的了解仍來源于孤立的線粒體和細胞，認為電子傳遞鏈的氧化還原狀態(tài)和質子動力勢是其產(chǎn)生的主要決定因素［5］。此外，由于ROS半衰期短，其信號作用也受線粒體定位的影響。因此，ROS釋放位點與發(fā)揮信號功能位置間的距離決定了其作用效率［6］。

2 ROS與腫瘤進程

ROS與細胞新陳代謝息息相關，改變細胞的氧化還原狀態(tài)可導致特定蛋白酶、可溶性因子等功能發(fā)生改變，因此ROS在腫瘤細胞中的含量和分布對腫瘤進展具有重要作用［7］。研究表明腫瘤細胞的ROS含量比正常細胞高；而惡性腫瘤細胞內ROS含量又高于良性腫瘤，耐藥腫瘤細胞內ROS含量高于敏感腫瘤細胞［1］。但細胞內ROS的急劇升高會對細胞產(chǎn)生毒性作用。因此，ROS的雙向調控或均可用于腫瘤防治，即通過降低其含量抑制早期腫瘤的發(fā)生或通過升高其含量對腫瘤細胞產(chǎn)生毒性。

2.1 ROS參與腫瘤細胞存活、增殖、轉移和擴散

ROS可致基因組損傷和遺傳不穩(wěn)定直接影響細胞核內的基因表達，誘導癌變和腫瘤惡性進展。如在ROS含量較高的腫瘤細胞中，線粒體基因組頻繁突變導致糖酵解增加是腫瘤細胞的一大特征［8］。在肺癌小鼠模型中發(fā)現(xiàn)線粒體復合物Ⅲ錨定非依賴性生長需要ROS的存在；而敲除線粒體轉錄因子A則可通過破壞使線粒體功能減少ROS，抑制腫瘤發(fā)生。這些研究結果提示，線粒體ROS的產(chǎn)生對于細胞增殖和腫瘤的早期發(fā)生至關重要。在細胞質中，ROS可作為第二信使介導腫瘤進展，如ROS可氧化并抑制p38促分裂原活化蛋白激酶磷酸化從而促進癌細胞存活和增殖［9］。ROS還可通過磷酸化或氧化作用激活APE X1、NF-κB、p53、H IF-1α等轉錄因子，最終導致靶基因表達改變而發(fā)揮抑制細胞死亡、促進細胞增殖的作用［10］。另有研究證實，ROS也是癌細胞轉移、細胞黏附和腫瘤擴散的必要條件［11］。一個針對腫瘤轉移的假說認為，惡性腫瘤的氧化還原信號和新陳代謝多處于上調趨勢，而擴散則是其綜合作用的結果，因此避免擴散應首先防止在原發(fā)腫瘤部位產(chǎn)生過量的ROS，避免過量ROS引發(fā)的氧化損傷［12］。近來已有研究證實抗氧化劑可有效干預腫瘤干細胞的自我更新、干擾細胞運動，發(fā)揮治療腫瘤的作用［13］。

2.2 ROS參與腫瘤多藥耐藥

化療藥物產(chǎn)生ROS是否直接導致腫瘤耐藥尚待進一步研究。順鉑、氮芥可通過卵巢癌A2780細胞產(chǎn)生ROS、誘導細胞死亡，但長期使用則導致ROS的產(chǎn)生水平下降，導致M D R；增加ROS含量可增加細胞的敏感性，降低ROS含量則加劇耐藥性［14］。此外，線粒體氧化損傷可激活氧化還原敏感性的轉錄因子，從而增加細胞內抗氧化物的表達，降低化療藥物的作用；抑制過氧化氫酶可促進耐藥腫瘤細胞產(chǎn)生ROS，同時恢復ROS誘導細胞凋亡［15］。近來研究認為Nrf2是化療藥物誘導腫瘤細胞產(chǎn)生ROS，從而形成耐藥的重要應答機制，如ROS可通過激活Nrf2、級聯(lián)及其下游GS T和H O-1表達、增加GS H含量、增加細胞耐藥性［16］。因此推測ROS介導耐藥的主要機制為細胞內抗氧化酶水平的提高，但此假設需基于一個必要條件，即抗氧化酶必須直接或間接通過ROS誘導。然而更多證據(jù)表明，ROS主要通過可逆性修飾翻譯后的蛋白質發(fā)揮信號通路的調節(jié)作用，已知以這種方式調節(jié)的靶酶包括P T P1B、P T EN、MAPK等，如ROS可調節(jié)MAPK亞顯性結構域中的蘇氨酸和酪氨酸磷酸化而改變其信號通路、介導M D R［17-18］。

3 調控ROS相關的靶點防治耐藥腫瘤

3.1 依據(jù)ROS與腫瘤進程的量效關系防治耐藥腫瘤

臨床試驗表明，肝癌患者用索拉非尼時，細胞內超氧化物歧化酶增加、ERK1/2降低與ROS水平下降有關。因此，通過測量ROS的含量或可示蹤腫瘤患者對藥物治療的反應性。當ROS促進耐藥腫瘤進程時，抗氧化劑的使用可起有效防治作用。此類治療藥物包括聚合SO D、黃嘌呤氧化酶抑制劑、血紅素加氧酶1誘導劑、自由基清除劑及合成抗氧化劑等。然而，想達到靶向治療腫瘤則需要識別特定的活性氧傳感信號，進而實現(xiàn)對不同細胞功能的區(qū)別性調控。當ROS可抑制耐藥腫瘤時，選擇天然產(chǎn)物來源的ROS誘導劑則更具防治優(yōu)勢。如蘿卜硫素可通過氧化還原反應調控端粒酶發(fā)揮其抗癌和防癌作用［19］。而基于正常細胞與腫瘤細胞在抗氧化酶或細胞氧化還原狀態(tài)的差異性，ROS誘導劑可對惡性腫瘤細胞表現(xiàn)出更強的選擇性［20］。此外，通過引入病毒蛋白誘導ROS產(chǎn)生成為抗腫瘤治療的新方法，如人類無致病性的鼠細小病毒H-1P V的NS1蛋白可通過誘導ROS促進凋亡蛋白酶活化，導致癌細胞凋亡［21］。

事實上，ROS變化對M D R的影響非常復雜，如ROS與P-gp的調控存在復雜的劑量關系，因此在不同研究中常得出相反的結論［2-3］。通過調控ROS水平，防治耐藥腫瘤更需深入了解其量效關系。近年來對該量效關系的報道仍然有限，揭示其機制或涉及一些專屬性靶點。如γ-生育三烯酚可通過下調P-gp逆轉M C F-7/A D M細胞M D R，發(fā)揮該作用的藥物濃度僅可少量升高細胞的ROS含量（升高25%左右），其作用靶點或為3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A［22］。而具有較好抗腫瘤活性的天然產(chǎn)物gu tt i f e r one K、o bl ongi f o l in C、i s oja c a r eu b in可增加Ca c o-2細胞內ROS的含量1.2～2.5倍，通過ERK、p38、c-Jun途徑增加P-gp的表達，促進耐藥發(fā)生［23］。K o r y s t o v等［24］研究表明ROS與M D R的量效關系為當細胞ROS降低或增加1.5到2倍時腫瘤細胞均會產(chǎn)生M D R。但ROS升高或降低誘導M D R產(chǎn)生的機制不同，降低ROS通過穩(wěn)定H IF-1促進M D R，而升高ROS則通過激活NF-k B促進M D R。當ROS升高3倍或更高時，M D R則會減弱，其機制與轉運蛋白的表達和功能降低有關［24］。由于這些研究往往針對不同細胞株進行，因此一些結論仍存在矛盾，仍需對ROS與M D R的量效關系進行深入、全面探討。

3.2 靶向ROS相關的通路分子逆轉多藥耐藥

首先，調控ROS介導的通路抑制藥物轉運蛋白可逆轉多藥耐藥。如Nrf2、D NA-PK C、整合素和基質金屬蛋白酶均參與了ROS介導的耐藥蛋白表達［25］。靶向此類功能分子可增加耐藥細胞的敏感性［26］。其次，抑制腫瘤細胞的抗氧化酶系統(tǒng)或可通過調控ROS的含量產(chǎn)生積極的治療意義［27-28］。如過氧化氫酶抑制劑3-氨基三唑可促進羥基自由基在特異性位點生成，抑制腫瘤惡性表型。另外，靶向耐藥癌細胞中ROS相關的耐藥信號通路可治療耐藥腫瘤。如卵巢癌細胞的耐藥需至少開啟兩個ROS相關基因AR H GEF6和CD K6，通過mi RNA等手段靶向此類基因或蛋白，或可提高化療效果［29］。此外，研究表明在氧化性D NA修復基因中，許多抗氧化基因的單核苷酸多態(tài)性（SNP）與人類癌癥敏感性關系密切。而氧化應激同樣在調節(jié)表觀遺傳進程和改變基因表達中發(fā)揮重要作用。其中異常的D NA甲基化模式或可作為腫瘤細胞耐藥的潛在生物標志和治療靶點［30］。

4 小結

綜上，細胞內氧化還原狀態(tài)、ROS的含量與種類、ROS在癌細胞內的分布及作用均涉及復雜的調控機制，在腫瘤M D R的形成和維持中發(fā)揮重要作用。迄今為止，大多研究仍主要關注如何使用ROS誘導劑殺傷腫瘤細胞，而對ROS本身的功能多樣性、ROS的量效關系研究甚少。鑒于ROS與M D R的密切聯(lián)系，筆者認為進一步深入了解ROS的信號作用及其調控機制，探索對ROS的雙向性調控方式或解決腫瘤M D R問題的關鍵所在。

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［2017-01-10收稿］［2017-03-13修回］［編輯江德吉］

R737.9

A

1674-5671（2017）03-04

10.3969/j.issn.1674-5671.2017.03.16

國家自然科學基金資助項目（U1204830）

張峰。E-mail：zhangfeng_825@163.com