硒化物—期待開發(fā)的含硒表觀靶向抗癌藥物

朱慧秋+華巖+王明麗

摘 要 硒對表觀遺傳修飾異常會產(chǎn)生干預(yù)影響，阻遏腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移。硒化物是腫瘤特異性表觀標(biāo)志物抑制劑，是期待開發(fā)的新型含硒表觀靶向抗癌藥物。

關(guān)鍵詞 硒 表觀遺傳修飾 表觀標(biāo)志物抑制劑 抗癌藥 開發(fā)

中圖分類號：R979.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-1533（2017）03-0075-04

Selenium compounds — looking forward to be developed as epigenetic targeting selenium-containing anti-tumor drugs*

ZHU Huiqiu1**， HUA Yan1， WANG Mingli2***

（1. Anhui Huaxin Pharmaceutical Co. Ltd.， Hefei 230000， China； 2. Anhui Medical University， HeFei 230032， China）

ABSTRACT Selenium compounds can produce an intervention effect on the abnormality of epigenetic modification and then repress the occurrence and metastasis of tumor. They can be used as the inhibitors of some tumor specific epigenetic markers and expected to be developed as a new type of epigenetic targeting selenium-containing anti-tumor drugs.

KEy WORDS selenium； epigenetic modification； inhibitors of epigenetic markers； anti-cancer drugs； development

硒最重要的生物學(xué)功能是抗癌，并以多種機制發(fā)揮其抗癌作用。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，硒又可對表觀遺傳學(xué)調(diào)控機制異化產(chǎn)生干預(yù)影響，特別是對在腫瘤發(fā)生機制中的特異性靶點進行干預(yù)，進而阻抑腫瘤的發(fā)生及轉(zhuǎn)移。硒化物是某些腫瘤特異性表觀標(biāo)志物有效的抑制劑。硒的這個功能不僅對臨床腫瘤診斷、治療、預(yù)防具有現(xiàn)實意義，更為“含硒表觀靶向抗癌藥物”開發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)?！昂碛^靶向抗癌藥物”是期待開發(fā)的新型抗癌藥?，F(xiàn)就近些年在這些方面的相關(guān)研究作一簡要介紹。

1 表觀遺傳學(xué)

什么是表觀遺傳學(xué)？從孟德爾遺傳規(guī)律講，親代（一代）把遺傳信息傳遞給子代（二代），主要由攜帶遺傳信息的脫氧核糖核酸（DNA）分子中堿基的排列順序（即堿基序列）來決定，并在細胞核內(nèi)遺傳。但人們在研究中發(fā)現(xiàn)，在DNA堿基序列以外還有一套調(diào)控機制，包括 DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑以及非編碼RNA等，它們在不涉及改變DNA堿基序列的情況下，影響轉(zhuǎn)錄活性并調(diào)控基因的表達，改變機體的性狀，并且是一種可以被干預(yù)和逆轉(zhuǎn)的遺傳機制。這種非孟德爾遺傳現(xiàn)象，稱作表觀遺傳學(xué)[1-2]。

2 硒對表觀遺傳修飾異常產(chǎn)生干預(yù)及逆轉(zhuǎn)作用

腫瘤發(fā)生發(fā)展的主要生物學(xué)原因是原癌基因活化和抑癌基因失活[3]。研究顯示，DNA甲基化水平同這些基因的表達密切相關(guān)。通常情況下，甲基化水平同基因表達呈負相關(guān)，甲基化程度越高，基因表達活性越低，甲基化程度越低，基因表達越活躍[4]。

DNA甲基化主要表現(xiàn)為基因組整體甲基化水平降低和局部CpG島[在哺乳動物中富含胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤（CpG）二核苷酸的一段DNA稱為CpG島]甲基化程度的異常升高，人類基因組的甲基化主要發(fā)生在CpG島[5]。

研究表明，實體瘤普遍存在基因組廣泛低甲基化現(xiàn)象，低甲基化使原癌基因活化，癌細胞異常增殖；低甲基化還使腫瘤轉(zhuǎn)移增加，例如胃癌的甲基化水平越低，癌細胞浸潤、轉(zhuǎn)移的傾向越明顯[6]。

CpG島的甲基化程度異常升高，會導(dǎo)致某些抑癌基因表達沉默，進而參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。在正常情況下，CpG島為非甲基化。當(dāng)腫瘤抑癌基因的啟動子區(qū)域（CpG島）過度甲基化，就會使抑癌基因的表達沉默。其間DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）家族中的DNMT1發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，它的高表達導(dǎo)致抑癌基因在CpG島失活。所以，CpG島高甲基化成了多種腫瘤特異性表觀標(biāo)志物，已成為臨床多種腫瘤早期診斷的依據(jù)和指標(biāo)[7]。

近年來，作為表觀遺傳學(xué)調(diào)控機制之一的組蛋白修飾在腫瘤研究領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。組蛋白乙?；山M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）和組蛋白去乙?；福℉DACs）共同調(diào)控，而編碼HAT或HDAC的基因如果發(fā)生染色體易位、擴增等突變會導(dǎo)致某些腫瘤的發(fā)生。

可見，DNA甲基化和組蛋白乙?；缺碛^遺傳修飾異常是腫瘤發(fā)生的另外一個機制。而近年研究發(fā)現(xiàn)，硒通過靶向干預(yù)可逆轉(zhuǎn)甲基化和乙酰化異常的過程，從而抑制腫瘤的發(fā)生及轉(zhuǎn)移。硒化物成了潛在的治癌新藥物，是亟待開發(fā)、臨床應(yīng)用前景可觀的“含硒表觀靶向抗癌藥物”。

2.1 硒對DNA甲基化產(chǎn)生干預(yù)作用

研究表明，膳食硒通過干預(yù)表觀遺傳過程顯示出其抗癌潛力，膳食缺硒時組織呈現(xiàn)整體低甲基化[8]。Davis等[9]早些時候研究發(fā)現(xiàn)，給大鼠喂食缺硒膳食，其肝臟和結(jié)腸都出現(xiàn)顯著DNA低甲基化，而經(jīng)硒處理的人結(jié)腸癌細胞株Caco-2 DNA甲基化水平顯著高于未經(jīng)硒處理的對照組，據(jù)此研究者認為，膳食缺硒會增加肝臟和結(jié)腸腫瘤的發(fā)生。Remely等[8]研究表明，膳食硒營養(yǎng)缺乏會引起動物組織和人體結(jié)腸癌DNA低甲基化。我國學(xué)者徐世文等[4]通過實驗也發(fā)現(xiàn)，飼料硒缺乏可導(dǎo)致雞肌肉組織 DNA甲基化水平降低。硒對DNMT有抑制作用，缺硒會導(dǎo)致DNMT活性增加，使原癌基因活化，引起結(jié)腸癌等多種腫瘤發(fā)生。保持硒等營養(yǎng)素均衡攝入，有利于維持DNA甲基化正常水平及抑制DNMT活性[6]。

CpG島DNMT1的高表達是使抑癌基因失活的重要機制。抑制DNMT1靶酶活性，使失活的抑癌基因復(fù)活，是腫瘤治療中探索的新途徑。硒在多種腫瘤中有去甲基化的生物學(xué)功能，能誘導(dǎo)失活的抑癌基因重新活化和表達[3]。研究發(fā)現(xiàn)，硒可以直接干預(yù)DNA甲基化，抑制腺癌細胞株DNMT的高表達[8]。膳食硒干預(yù)DNA甲基化的方式之一是通過去甲基化過程來調(diào)節(jié)DNMT1活性的；研究還證實，亞硒酸鈉和苯甲基氰酸硒（BSC）、1，4-苯雙（亞甲基）氰酸硒（p-XSC）兩種合成硒化物對人大腸癌細胞核提取物中DNMT的活性都有抑制作用[10]。

各方面的研究驗證，硒對DNA甲基化產(chǎn)生干預(yù)影響，是靶酶DNMT有效的抑制劑。

2.2 硒干預(yù)影響組蛋白的乙酰化

近年來，國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白去乙?；概c腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。HDACs家族中的HDAC1高表達可明顯增加腫瘤細胞的增殖能力。在食管鱗癌、前列腺癌等多種腫瘤中均發(fā)現(xiàn)HDAC的高表達，靶酶HDAC已成為首選的攻擊靶點。

目前，人們通過體內(nèi)、體外的研究鑒定出了硒、丁酸鹽、曲古抑菌素A（TSA）等一些HDAC的抑制劑，這些抑制劑可在體外誘導(dǎo)多種腫瘤細胞的生長停滯、分化或凋亡[2]。Somech等[11]通過臨床試驗表明，HDAC抑制劑對人體白血病及實體瘤進行治療，表現(xiàn)出明顯的抗腫瘤增殖效果，研究者認為，各類HDAC抑制劑是另一類新型抗癌藥物、“癌癥治療的新工具”。

Xiang等[12]的研究證明，硒可以通過下調(diào)DNMT和抑制HDAC活性，活化人前列腺癌LNCaP細胞系中因高甲基化沉默的基因GSTP1， APC和CSR1。這些基因是具有保護免受氧化損傷的抗癌活性物質(zhì)、化學(xué)致癌物解毒劑或腫瘤抑制劑。

甲基硒酸（MSA）是近年來新研制成的一種人工低分子量有機硒化合物，是很具潛力的抗癌制劑。Kassam等[13]通過對彌漫性大B細胞淋巴瘤細胞系（DLBCL）體外研究首次發(fā)現(xiàn)，MSA可以抑制該細胞系HDAC的活性。研究者認為，有關(guān)MSA抑制HDAC活性的作用以前從未報道過，從而為人們提供了硒元素一種新的機制，MSA是日后臨床試驗中可以使用的硒化物。

我國科研人員胡琛霏[2]通過蛋白質(zhì)免疫印跡的方法，檢測到MSA可抑制食管鱗癌細胞系HDAC的活性，降低HDACl和HDAC2的蛋白表達，引起細胞內(nèi)組蛋白乙?；斤@著升高；同時，還檢測到硒甲硫氨酸（SLM）對食管鱗癌細胞系KYSEl50細胞和MCF7細胞的作用，在SLM處理細胞24 h后，細胞中組蛋白去乙?；傅幕钚砸诧@著降低。

這些年，越來越多的含硒組蛋白去乙?；敢种苿┍话l(fā)現(xiàn)和驗證。亞硒酸鈉、酮–甲基硒丁酸鹽（KMSB）、甲基硒代半胱氨酸（MSC）、甲基硒丙酮酸（MSP）等硒化物都可以抑制HDAC活性，提高組蛋白乙?；?，作為潛在的HDAC抑制劑，發(fā)揮其抗腫瘤的作用[14]。Fernandes 等[15]介紹，KMSB 和 MSP在體外作為HDAC的競爭性抑制劑發(fā)揮抗癌作用；還報道，合成的SAHA含硒類似物（5-苯甲酰戊氰硒）二硒醚和5-苯甲酰戊氰硒對不同肺癌細胞株HDAC抑制效果比SAHA更好。SAHA是氧肟酸類HDAC抑制劑，是目前在臨床上以皮膚T淋巴細胞瘤（CTCL）為適應(yīng)癥而廣泛應(yīng)用的表觀靶向抗癌藥物。這也提示，含硒類抑制劑對靶酶HDAC抑制效果優(yōu)于無硒類抑制劑。

為何上述各種硒化物都可靶向抑制DNMT和HDAC活性，研究發(fā)現(xiàn)不管其結(jié)構(gòu)如何改變，硒都是這些化合物生物活性的中心元素，發(fā)揮著關(guān)鍵作用，硒的這一生物學(xué)功能對含硒抗癌藥物的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義[16]。

2.3 硒對非編碼RNA調(diào)控機制產(chǎn)生干預(yù)效應(yīng)

表觀遺傳學(xué)的一個重要調(diào)控機制是非編碼RNA。非編碼RNA是指不能翻譯為蛋白質(zhì)的RNA分子。近年來，非編碼RNA一族中的微小RNA-200（miR-200）受到人們的高度關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，miR-200家族中的成員微小RNA-200a（miR-200a）與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，miR-200a在腫瘤組織中呈現(xiàn)明顯低表達。因此，miR-200a的表達下調(diào)是腫瘤發(fā)生的重要因素之一，miR-200a也成了腫瘤特異性表觀標(biāo)志物[17]。

胡琛霏[2]通過TaqMan芯片，檢測了MSA處理食管鱗癌細胞后細胞中微小RNA（miRNA）的變化情況，發(fā)現(xiàn)MSA可以上調(diào)細胞中miR-200a 的表達水平，miR-200a 表達升高后，負性調(diào)控Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1（Keap1）的表達，使Keap1蛋白水平下降，上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2（Nrf2）蛋白水平并提高其轉(zhuǎn)錄活性（Nrf2活性受其細胞質(zhì)接頭蛋白Keap1的調(diào)控），從而活化Keap1-Nrf2信號通路。而Keap1-Nrf2信號通路在抗氧化、預(yù)防腫瘤發(fā)生等諸多方面有重要作用[18]。

體外研究顯示[19] ，人腦膜瘤組織中miR-200a表達明顯低于正常組織，β-循環(huán)蛋白（β-catenin）和其下游靶基因細胞周期蛋白D1表達顯著增高，二者和miR-200a呈現(xiàn)負相關(guān)，上調(diào)miR-200a可降低β-catenin的表達，進而阻斷Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)通路來抑制腦膜瘤的生長。胡琛霏課題組前期研究也發(fā)現(xiàn)MSA可以抑制食管鱗癌細胞系中β-catenin的表達[2] 。研究已證實，Wnt/β-catenin信號通路的激活和高表達可促進腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移及抑制腫瘤細胞的凋亡[20]。

由此可見，MSA可能介導(dǎo)、調(diào)控著miR-200a表達及參與復(fù)雜的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而抑制腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)移。

3 展望

加強硒與表觀遺傳學(xué)之間關(guān)聯(lián)的研究，有著重要的生物醫(yī)學(xué)意義。它有可能解釋硒化學(xué)抗腫瘤的新機制，從理論上證明硒元素可能具有表觀遺傳學(xué)的效應(yīng)[21] 。綜上所述，硒在腫瘤形成中對表觀遺傳修飾異常產(chǎn)生干預(yù)影響，靶向抑制腫瘤特異性表觀標(biāo)志物，逆轉(zhuǎn)表觀遺傳修飾發(fā)生異化過程，使我們認識了硒化學(xué)抗癌的新機制、新作用，硒化物是潛在開發(fā)的新型靶向抗癌藥物。Fernandes 等[15]指出，硒化物都是癌癥治療藥。目前，非表觀類含硒靶向抗癌藥如硒唑呋喃、依布硒啉、乙烷硒啉等早已進入臨床研究[16]，展示出很有希望的臨床應(yīng)用前景。而含硒表觀靶向抗癌藥物是亟待開發(fā)的抗癌藥“富礦”，加快開發(fā)含硒表觀靶向抗癌藥物，可為臨床腫瘤治療增加一種“新的工具”，為癌癥患者戰(zhàn)勝病魔增添一份新的希望。人們熱切期盼“含硒表觀分子靶向抗癌藥物”早日問世。

致謝：本課題研究得到華中科技大學(xué)徐輝碧、黃開勛兩位教授和安徽醫(yī)科大學(xué)張文昌碩士的支持，在此表示衷心感謝。

參考文獻

[1] 王杰， 徐友信， 刁其玉， 等. 非孟德爾遺傳模式： 表觀遺傳學(xué)及其應(yīng)用研究進展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報， 2016， 32（14）： 37-43.

[2] 胡琛霏. 甲基硒酸調(diào)控食管鱗癌細胞表觀遺傳改變的機制研究[D]. 北京： 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院， 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院， 2014.

[3] 華巖. 硒·生命的營養(yǎng)素[M]. 北京： 北京大學(xué)出版社， 2015： 97-98.

[4] 徐世文， 蔣智慧， 王超， 等. 硒缺乏對雞肌肉組織DNA甲基化水平的影響[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2012， 43（9）： 42-46.

[5] 陸嶸， 房靜遠. 表觀遺傳修飾與腫瘤[J]. 生命科學(xué)， 2006， 18（1）： 10-14.

[6] 騰麗娟， 張長松， 李克. 營養(yǎng)與腫瘤表觀遺傳學(xué)關(guān)系的研究進展——DNA甲基化機制[J]. 醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報， 2008， 21（1）： 95-97.

[7] 尹惠子， 單明， 尤子龍， 等. 腫瘤發(fā)生過程中表觀遺傳學(xué)機制——DNA甲基化的研究進展[J]. 實用腫瘤學(xué)雜志， 2015， 29（2）： 173-177.

[8] Remely M， Lovrecic L， de la Garza AL， et al. Therapeutic perspectives of epigenetically active nutrients[J]. Br J Pharmacol， 2015， 172（11）： 2756-2768.

[9] Davis CD， Uthus EO， Finley JW. Dietary selenium and arsenic affect DNA methylation in vitro in caco-2 cells and in vivo in rat liver and colon[J]. J Nutr， 2000， 130（12）： 2903-2909.

[10] Speckmann B， Grune T. Epigenetic effects of selenium and their implications for health[J]. Epigenetics， 2015， 10（3）： 179-190.

[11] Somech R， Izraeli S， J Simon A. Histone deacetylase inhibitors—new tool to treat cancer[J]. Cancer Treat Rev， 2004， 30（5）： 461-472.

[12] Xiang N， Zhao R， Song G， et al. Selenite reactivates silenced genes by modifying DNA methylation and histones in prostate cancer cells[J]. Carcinogenesis， 2008， 29（11）： 2175-2181.

[13] Kassam S， Goenaga-Infante H， Maharaj L， et al. Methylseleninic acid inhibits HDAC activity in diffuse large B-cell lymphoma cell lines[J]. Cancer Chemother Pharmacol， 2011， 68（3）： 815-821.

[14] Rajendran P， Ho E， Williams DE， et al. Dietary phytochemicals， HDAC inhibition， and DNA damage/repair defects in cancer cells[J/OL]. Clin Epigenetics， 2011， 3（1）： 4. doi： 10.1186/1868-7083-3-4.

[15] Fernandes AP， Gandin V. Selenium compounds as therapeutic agents in cancer[J]. Biochim Biophys Acta， 2015， 1850（8）： 1642-1660.

[16] 陳寶泉， 史艷萍， 李彩文， 等. 基于硒元素的抗癌藥物研究進展[J]. 化學(xué)通報， 2011， 74（8）： 709-714.

[17] 汪建林， 楊西勝， 李小磊， 等. miR-200a與腫瘤關(guān)系[J].現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學(xué)， 2013， 21（12）： 2853-2856.

[18] 殷園園， 武夏芳， 武端端， 等. 核因子E2相關(guān)因子2在肝癌發(fā)生發(fā)展及治療中作用的研究進展[J]. 環(huán)境與健康雜志， 2016， 33（2）： 178-181.

[19] Saydam O， Shen Y， Würdinger T， et al. Downregulated microRNA-200a inmeningiomas promotes tumor growth by reducing E-cadherin and activating the Wnt/beta-catenin signaling pathway[J]. Mol Cell Biol， 2009， 29（21）： 5923-5940.

[20] 黃禎， 肖衛(wèi)東. 胰腺癌Wnt/β-catenin信號通路的研究進展[J]. 廣東醫(yī)學(xué)， 2014， 35（21）： 3445-3447.

[21] 黃開勛， 徐輝碧， 劉瓊， 等.硒的化學(xué)， 生物化學(xué)及其在生命科學(xué)中的應(yīng)用[M].2 版.武漢： 華中科技大學(xué)出版社， 2009： 327-328.