抗腫瘤藥物聯(lián)合磁場(chǎng)在抑制腫瘤細(xì)胞增殖中的應(yīng)用研究*

徐玲玲， 黃林潔， 洪文婷， 趙鐵軍， 方金勇

(浙江師范大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,浙江 金華 321004)

腫瘤是指生物體長(zhǎng)期在致癌因素影響下，體內(nèi)細(xì)胞在基因水平無(wú)法被正常調(diào)控，導(dǎo)致其生長(zhǎng)失控從而形成的腫塊，數(shù)十年來(lái)一直是高死亡率的疾病之一.治療惡性腫瘤的主要手段有手術(shù)治療、放療、化療等.手術(shù)治療應(yīng)用外科手術(shù)的方法對(duì)瘤體進(jìn)行切除，放療是利用放射性物質(zhì)的輻射作用集中照射于腫瘤細(xì)胞從而抑制或殺死癌細(xì)胞的手段，但二者均具有一定的局限性.化療是最基本的內(nèi)科治療手段，它利用化學(xué)治療藥物通過(guò)細(xì)胞毒性作用抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng),并隨血液流動(dòng)起到全身性治療的效果，因此，在腫瘤的綜合治療中占據(jù)著不可替代的地位，但同時(shí)也存在一些不足：如抗藥性強(qiáng)、副作用大等缺點(diǎn).因此，為了提高腫瘤的治愈率，增強(qiáng)療效，研究更為簡(jiǎn)便有效的治療方法顯得尤為重要.人們努力將各種治療手段相結(jié)合(如化療與物理因子結(jié)合)來(lái)提高治療腫瘤的效果[1].近年來(lái)，抗腫瘤藥物聯(lián)合磁場(chǎng)的方法成為腫瘤治療的新熱點(diǎn)，并取得了一定的進(jìn)展[2].

1 抗腫瘤藥物的簡(jiǎn)介

1.1 抗腫瘤藥物的分類(lèi)

腫瘤是機(jī)體內(nèi)局部組織發(fā)生單克隆性異常增殖，從而形成的新生物，根據(jù)新生物的危害性及細(xì)胞特性又可將其分為良性腫瘤和惡性腫瘤，惡性腫瘤一個(gè)明顯的特性就是能在機(jī)體內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散轉(zhuǎn)移[3].目前，大約已有一百多種抗腫瘤藥物在臨床上使用.其中，順鉑、氮芥、阿霉素及環(huán)磷酰胺等的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是化學(xué)藥物治療中的里程碑事件[4].以前依據(jù)抗腫瘤藥物的化學(xué)成分和性質(zhì)，可將抗腫瘤藥物分為6大類(lèi)，分別有烷化劑、抗代謝類(lèi)、激素類(lèi)、抗生素類(lèi)、植物類(lèi)和其他(如靶向治療等)[5].由于抗腫瘤藥物研究發(fā)展迅速，經(jīng)典的分類(lèi)方式已經(jīng)無(wú)法概括目前的抗腫瘤藥物的種類(lèi)，如生物反應(yīng)劑、基因治療等.因此，我們依據(jù)抗腫瘤藥物作用的分子靶點(diǎn)將其分為四大類(lèi)：

1)作用于DNA的藥物，如氮芥、奧沙利鉑、羥喜樹(shù)堿、廣譜抗腫瘤抗生素等；

2)影響核酸合成的藥物，主要是抗代謝物，如甲氨蝶呤、氟尿嘧啶、巰嘌呤等；

4)其他類(lèi)型的藥物，如激素、維甲類(lèi)化合物、基因治療等.

1.2 抗腫瘤藥物的特點(diǎn)

隨著腫瘤發(fā)病率的逐年上升，抗腫瘤藥物的使用率也在逐年提高，不斷有新型的抗腫瘤藥物問(wèn)世，提高了治愈腫瘤的概率.與其他治療手段相比，使用抗腫瘤藥物的優(yōu)點(diǎn)在于：

1)治療范圍廣.抗腫瘤藥物的作用范圍更為廣泛，能對(duì)患病機(jī)體進(jìn)行全身性治療，利用此特性能有效控制并減少腫瘤細(xì)胞的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移[6]，防止其復(fù)發(fā)，明顯改善療效，提高腫瘤治愈機(jī)會(huì)，這是手術(shù)和放療所不能及的.

2)藥物見(jiàn)效快.抗腫瘤藥物多由口服或靜脈注射進(jìn)入機(jī)體.在幾h至十幾h內(nèi)被機(jī)體吸收，作用于腫瘤細(xì)胞.如口服環(huán)磷酰胺，約1 h后其在血漿中濃度達(dá)最高峰，在體內(nèi)存在作用4～6 h，之后經(jīng)由腎臟排出[7].

3)藥物選擇多.隨著抗腫瘤藥物的不斷開(kāi)發(fā)和利用，其種類(lèi)越來(lái)越多.可根據(jù)患者的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)多種不同的抗腫瘤藥物治療方法，從中挑選最契合的方案對(duì)病患進(jìn)行治療.

4)用藥損傷小.與手術(shù)和放療造成的傷殘相比，使用抗腫瘤藥物對(duì)于機(jī)體健康的損傷更小一些，需要病患的耐受力更低.即便在治療過(guò)程中感覺(jué)不適，通常也可以在2個(gè)療程之間迅速恢復(fù)[8]，而且可視具體情況改換或停止用藥.如果被批準(zhǔn)在家服用抗腫瘤藥物，則治療過(guò)程基本不會(huì)對(duì)日常生活產(chǎn)生干擾.

但是抗腫瘤藥物在臨床使用中同樣存有缺陷，最突出的問(wèn)題是藥物選擇性不強(qiáng)[9]，常常敵我不分，在殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，對(duì)人體正常細(xì)胞也造成一定的損傷，從而產(chǎn)生各種藥物的毒副作用.其主要臨床表現(xiàn)為骨髓抑制、粒細(xì)胞和血小板減少；對(duì)于心血管系統(tǒng)有毒性作用，甚至?xí)鹦牧λソ?；肝臟損害；脫發(fā)、局部組織壞死和色素沉著；損害消化系統(tǒng)，出現(xiàn)惡心、嘔吐、食欲不振、腹瀉、腹痛等癥[10].另外在多次使用同一種抗腫瘤藥物后，腫瘤細(xì)胞對(duì)此種抗腫瘤藥物的抗性增強(qiáng)，導(dǎo)致藥物積聚濃度急劇下降，從而降低了對(duì)腫瘤細(xì)胞的毒性作用；藥物還提高了細(xì)胞對(duì)DNA損傷的修復(fù)能力，從而產(chǎn)生耐藥性[11].因此，在接受抗腫瘤藥物治療的時(shí)候，不僅要考慮使其達(dá)到最佳的抗腫瘤效果，另一方面也要注意預(yù)防和處理抗腫瘤藥物所帶來(lái)的不良反應(yīng).

2 穩(wěn)恒磁場(chǎng)的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)

隨著生物磁學(xué)研究的進(jìn)展，磁場(chǎng)對(duì)腫瘤的生物學(xué)效應(yīng)逐漸成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，特別是磁場(chǎng)作用于生物體后，將會(huì)引起細(xì)胞器功能變化、細(xì)胞形狀改變、細(xì)胞分化及細(xì)胞死亡等諸多變化，這些變化統(tǒng)稱(chēng)為磁場(chǎng)的生物學(xué)效應(yīng)[12-17].磁場(chǎng)的生物學(xué)效應(yīng)既依賴(lài)于磁場(chǎng)的強(qiáng)度和類(lèi)型，也依賴(lài)于曝磁的方式和時(shí)間，此外，還與腫瘤細(xì)胞的類(lèi)型和生長(zhǎng)狀態(tài)等有關(guān)[18-21].磁場(chǎng)對(duì)生物體的作用具有整體性，其生物學(xué)效應(yīng)表現(xiàn)出疊加或綜合現(xiàn)象[22-23].如表1所示，對(duì)穩(wěn)恒磁場(chǎng)作用離體培養(yǎng)細(xì)胞諸多生物學(xué)效應(yīng)作以歸納.

表1 穩(wěn)恒磁場(chǎng)影響離體細(xì)胞的多種生物學(xué)效應(yīng)

2.1 磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響

諸多研究表明，當(dāng)細(xì)胞受到磁場(chǎng)影響時(shí)，最先受到影響的細(xì)胞器很可能是細(xì)胞膜[47-48].細(xì)胞膜對(duì)于細(xì)胞來(lái)說(shuō)有著重要的生理作用，細(xì)胞膜的改變不僅僅是細(xì)胞形態(tài)、大小發(fā)生了變化，同時(shí)還影響到細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生理功能.Dini等[49]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)6 mT磁場(chǎng)作用于U937細(xì)胞12 h后，細(xì)胞形態(tài)改變，細(xì)胞膜表面變得粗糙，且有空泡產(chǎn)生.Pagliara等[50]將中等強(qiáng)度(6 mT)靜磁場(chǎng)作用于U937后，研究發(fā)現(xiàn)U937細(xì)胞由圓形轉(zhuǎn)變?yōu)榫奘杉?xì)胞樣形態(tài)，生長(zhǎng)特性從懸浮改變?yōu)橘N壁，并獲得吞噬活性，細(xì)胞骨架也隨之發(fā)生變化.并且暴露于6 mT強(qiáng)度的靜磁場(chǎng)中還會(huì)使細(xì)胞偽足和細(xì)胞質(zhì)突起的極化程度增加.

工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)打通從供應(yīng)鏈、生產(chǎn)制造、營(yíng)銷(xiāo)和銷(xiāo)售，到售后服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)流?；谶@些整合的數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的分析，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需要進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)建模，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)價(jià)值。

2.2 磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響

目前大量研究表明，磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)增殖存在重要的作用.Zhang等[51]研究報(bào)道，1 T穩(wěn)恒磁場(chǎng)以細(xì)胞類(lèi)型和細(xì)胞密度依賴(lài)方式影響細(xì)胞增殖，當(dāng)細(xì)胞密度更高時(shí)，7種人類(lèi)腫瘤細(xì)胞系中有6種發(fā)生了明顯的細(xì)胞生長(zhǎng)抑制.Rosen等[52]將GH3細(xì)胞持續(xù)暴露于0.5 T靜磁場(chǎng)中5周，4周后即觀察到細(xì)胞生長(zhǎng)速度降低到二分之一，且無(wú)法恢復(fù)至對(duì)照組水平，另外細(xì)胞直徑在暴露后顯著增加.

2.3 磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞DNA損傷的影響

有研究表明，由于DNA分子有著“眾多同性電荷極性分布”的結(jié)構(gòu)，極易受磁場(chǎng)的影響.Storch等[53]用低劑量電磁場(chǎng)作用于肺癌、頭頸部、結(jié)直腸和胰腺等細(xì)胞系后，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，磁場(chǎng)處理組細(xì)胞內(nèi)DNA雙鏈斷裂增加.Wolf等[54]將HL-60白血病細(xì)胞、大鼠成纖維細(xì)胞和Wl-38二倍體成纖維細(xì)胞暴露于0.5～1.0 mT的50-Hz極低頻電磁場(chǎng)中，在所有細(xì)胞系中皆觀察到DNA損傷呈現(xiàn)劑量依賴(lài)性增加，并在24 h和72 h時(shí)出現(xiàn)了2個(gè)損傷高峰.當(dāng)用抗氧化劑α-生育酚預(yù)處理細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)是通過(guò)自由基物質(zhì)間的相互作用來(lái)影響正常和腫瘤細(xì)胞DNA損傷的.

2.4 磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞周期的影響

細(xì)胞增殖是指細(xì)胞從上一次分裂結(jié)束開(kāi)始生長(zhǎng)，到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的過(guò)程，這是一個(gè)周期性的事件，也稱(chēng)為增殖周期.有研究表明，當(dāng)磁場(chǎng)作用于腫瘤細(xì)胞后，可以對(duì)細(xì)胞周期產(chǎn)生阻滯[55-56].馮旭陽(yáng)等[57]將人臍動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(VSMC)暴露于10，50 Gs恒磁場(chǎng)48 h，曝磁后發(fā)現(xiàn)處理組細(xì)胞增殖能力下降，同時(shí)細(xì)胞周期檢測(cè)發(fā)現(xiàn)G1期細(xì)胞比率增加.

3 抗腫瘤藥物聯(lián)合磁場(chǎng)在腫瘤治療中的應(yīng)用

在臨床治療使用抗腫瘤藥物過(guò)程中產(chǎn)生了諸多弊端，如長(zhǎng)期使用藥物會(huì)對(duì)多種腫瘤細(xì)胞逐漸產(chǎn)生耐藥性，因此，臨床上通常會(huì)以加大藥物劑量的方法作為應(yīng)對(duì).而過(guò)大的藥物使用劑量，卻又對(duì)正常組織器官和機(jī)體造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹣到y(tǒng)性毒性反應(yīng)甚至威脅到患者生命，即所謂的藥物毒副作用[58-59].為了增強(qiáng)療效，同時(shí)減小細(xì)胞毒副作用，人們意識(shí)到可將多種治療腫瘤的手段進(jìn)行有序的綜合.目前人們已提出多種抗腫瘤藥物聯(lián)合物理因素的臨床方案，即將抗腫瘤藥物綜合一種或多種物理能量，如聯(lián)合電磁輻射線(xiàn)、低能離子束、超聲波等，在一定條件下作用于患病機(jī)體，使其康復(fù)的治療方案[56,60].Mouawad等[1]在研究中發(fā)現(xiàn)，順鉑和電離輻射對(duì)于頭頸部鱗腫瘤具有協(xié)同殺傷的效果.而Chen等[61]在研究阿霉素聯(lián)合脈沖聚焦電波作用于機(jī)體內(nèi)前列腺腫瘤細(xì)胞時(shí)，依據(jù)核磁共振成像，發(fā)現(xiàn)脈沖聚焦電波可以增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)阿霉素的吸收，提高了藥效.諸多實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)某些類(lèi)型的磁場(chǎng)可以抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，因此，越來(lái)越多的專(zhuān)家開(kāi)始關(guān)注抗腫瘤藥物與磁場(chǎng)聯(lián)合作用后，在腫瘤治療領(lǐng)域的可能性[62-64](見(jiàn)表2).研究發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)可以增強(qiáng)抗腫瘤藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制效果，并且減少藥物劑量，然而其生物學(xué)機(jī)制不明.近年來(lái)，發(fā)現(xiàn)抗腫瘤藥物聯(lián)合磁場(chǎng)后抑制腫瘤的生物學(xué)效應(yīng)有以下幾類(lèi)：

表2 抗腫瘤藥物聯(lián)合各種物理因素在疾病中的應(yīng)用

3.1 抗腫瘤藥物聯(lián)合磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞膜的影響

Teodori等[70]發(fā)現(xiàn)6 mT穩(wěn)恒磁場(chǎng)單獨(dú)處理白血病細(xì)胞HL-60后，細(xì)胞凋亡或壞死變化不大.但是將喜樹(shù)堿與磁場(chǎng)聯(lián)用后卻發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜通透性增加，凋亡細(xì)胞向壞死細(xì)胞轉(zhuǎn)變比率增多.齊浩等[67]證明細(xì)胞膜是穩(wěn)恒磁場(chǎng)作用細(xì)胞后敏感的細(xì)胞器之一.當(dāng)分別采用紫杉醇(生物堿)、阿霉素(蒽環(huán)霉素)、順鉑(鉑類(lèi)化合物)和環(huán)磷酰胺(烷化劑)這4種抗癌藥物聯(lián)合穩(wěn)恒磁場(chǎng)作用于K562細(xì)胞時(shí)，原子力顯微鏡(AFM)觀察細(xì)胞膜發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組細(xì)胞膜光滑完整，而磁場(chǎng)處理組和藥物處理組細(xì)胞的細(xì)胞膜上都有孔洞出現(xiàn)，且孔洞的數(shù)量、大小和形狀取決于藥物類(lèi)型、SMF參數(shù)和細(xì)胞暴露于磁場(chǎng)中的時(shí)間.當(dāng)磁場(chǎng)與藥物聯(lián)合作用后，孔洞結(jié)構(gòu)變得更大更深，細(xì)胞膜損傷加劇.這表明，SMF可能會(huì)改變腫瘤細(xì)胞膜的通透性，通過(guò)提高抗腫瘤藥物的流入量，以此來(lái)增強(qiáng)抗腫瘤藥物的療效.

3.2 抗腫瘤藥物聯(lián)合磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞增殖的影響

Kamalipooya等[71]報(bào)道了穩(wěn)恒磁場(chǎng)(7，10，15 mT)和順鉑聯(lián)合作用于人宮頸癌HeLa細(xì)胞后，細(xì)胞中的氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)，細(xì)胞存活率降低約89%，而對(duì)正常皮膚成纖維Hu02細(xì)胞則影響不大.Tofani等[72]用電磁場(chǎng)曝磁結(jié)腸癌小鼠后發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸癌細(xì)胞活力降低，并且荷瘤小鼠的生存率得到大幅度提高.文獻(xiàn)[73]用低頻脈沖電磁場(chǎng)與阿霉素聯(lián)用后處理T細(xì)胞淋巴瘤EL4荷瘤小鼠，發(fā)現(xiàn)腫瘤生長(zhǎng)減緩且延長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生存時(shí)間，二者聯(lián)用后顯示出極明顯的協(xié)同抗腫瘤作用.

3.3 抗腫瘤藥物聯(lián)合磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞凋亡及周期的影響

戴閩等[74]分別使用不同強(qiáng)度的穩(wěn)恒磁場(chǎng)和順鉑作用于U2-OS細(xì)胞，用四甲基氮唑比色法(MTT法)、流式細(xì)胞儀、逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)檢測(cè)U2骨肉瘤細(xì)胞體外增殖、凋亡及相關(guān)基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)不同強(qiáng)度的穩(wěn)恒磁場(chǎng)均能促進(jìn)順鉑對(duì)人U2-OS細(xì)胞的抑制作用，尤以10 Gs場(chǎng)強(qiáng)下細(xì)胞的抑制率、凋亡率最高.而在基因表達(dá)中，p53 mRNA表達(dá)最強(qiáng)，bcl-2和c-mycmRNA表達(dá)最弱.因此，我們可以推測(cè)，不同強(qiáng)度的穩(wěn)恒磁場(chǎng)聯(lián)合順鉑通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)p53,bcl-2,c-myc基因表達(dá)發(fā)生改變是其抗腫瘤機(jī)制之一.Chen等[75]用流式細(xì)胞儀檢測(cè)磁場(chǎng)處理后的K562細(xì)胞，G2/M期的細(xì)胞比例增加，而G1和S期的比率降低；而經(jīng)順鉑處理的細(xì)胞，S期的比例增加；當(dāng)磁場(chǎng)和順鉑的共同作用后，處于S期的細(xì)胞比例大幅增加，G1期的比例略減少，而G2/M期的比例幾乎沒(méi)有.數(shù)據(jù)結(jié)果表明，順鉑聯(lián)合磁場(chǎng)后，大大增加了K562細(xì)胞的S期細(xì)胞的比例.

3.4 抗腫瘤藥物聯(lián)合磁場(chǎng)作用于腫瘤細(xì)胞及正常細(xì)胞的區(qū)別

當(dāng)細(xì)胞暴露于磁場(chǎng)中，通過(guò)細(xì)胞內(nèi)磁通量的改變可產(chǎn)生磁-細(xì)胞效應(yīng).首先，腫瘤細(xì)胞的體積比正常細(xì)胞要大，穿過(guò)它的磁通量就比正常細(xì)胞要多，因此能產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞更容易被破壞，乃至死亡.而且腫瘤組織的磁化率也比正常組織的磁化率要大，這使得磁場(chǎng)對(duì)腫瘤組織的作用力要大于正常組織.另外，由于腫瘤細(xì)胞的增殖速度與正常細(xì)胞相比要快得多，也就是說(shuō)，其DNA的復(fù)制速度較正常細(xì)胞也快得多，所以腫瘤細(xì)胞對(duì)磁場(chǎng)的敏感性要高于正常的細(xì)胞和組織[76].

4 總 結(jié)

磁場(chǎng)的廣泛存在不僅為研究提供了便利，還能夠降低抗腫瘤藥物的使用濃度并有效抑制腫瘤的生長(zhǎng).目前大約已有近百種抗腫瘤藥物應(yīng)用于臨床，但由于藥物治療存在的不穩(wěn)定性和副作用，使得根治腫瘤還遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)，故尋找新的腫瘤治療方案已迫在眉睫.研究指出，抗腫瘤藥物聯(lián)合磁場(chǎng)后不僅可以有效抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，還可以使藥物的藥效在原有基礎(chǔ)上得以進(jìn)一步提高，這將為今后臨床治療腫瘤提供一個(gè)嶄新的治療手段.目前抗腫瘤藥物與磁場(chǎng)結(jié)合的治療手段已經(jīng)在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中得到廣泛的研究[77]，然而對(duì)于其應(yīng)用于臨床的研究報(bào)道卻很少，取得的結(jié)果也存在一定的局限性，其具體作用機(jī)制也未完全探究清楚，還需要大量的臨床試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證該治療手段.因此，如若將其應(yīng)用于未來(lái)臨床研究中，還需對(duì)磁場(chǎng)類(lèi)型、抗腫瘤藥物處理時(shí)間、藥物劑量及安全性等方面進(jìn)行深入探討，從而為提高腫瘤治療效果提供理論基礎(chǔ).