雙膦酸鹽類藥物對(duì)骨肉瘤治療作用的研究進(jìn)展

李昌全，許 彪

(昆明醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科，昆明 650031)

雙膦酸鹽類藥物是化學(xué)治療性抗吸收化合物，以多種方式介導(dǎo)骨細(xì)胞的形態(tài)和活性，通過破骨細(xì)胞重塑來減輕骨吸收。目前雙膦酸鹽類藥物主要用于治療骨質(zhì)流失過多的病癥，如腫瘤骨轉(zhuǎn)移、骨質(zhì)疏松癥、惡性腫瘤相關(guān)的高鈣血癥和佩吉特病。骨是實(shí)體瘤患者最常見的轉(zhuǎn)移部位。雙膦酸鹽是一種治療和預(yù)防骨骼相關(guān)事件和保持住院患者生活質(zhì)量的有效藥物。唑來膦酸是最有效的破骨細(xì)胞抑制劑，可用于治療骨轉(zhuǎn)移[1-2]。骨肉瘤是原發(fā)性骨癌最常見的組織學(xué)形式，約占所有原發(fā)性骨癌的20%[3-4]。骨肉瘤是兒童和青少年中最常見的原發(fā)性骨惡性腫瘤，占該人群原發(fā)性骨骼惡性腫瘤的一半以上[5]，骨肉瘤由類骨質(zhì)或未成熟骨產(chǎn)生[6]。骨肉瘤以惡性程度高、生長迅速、早期轉(zhuǎn)移和預(yù)后不佳為主要特點(diǎn)，早期診斷困難，病死率和致殘率高[7]。原發(fā)性骨腫瘤細(xì)胞能夠破壞形成骨或軟骨組織，同時(shí)在骨組織中可以改變破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞形態(tài)，從而促進(jìn)骨肉瘤形成。在原發(fā)性骨腫瘤轉(zhuǎn)移期間，破骨細(xì)胞、骨基質(zhì)細(xì)胞、成骨細(xì)胞和癌細(xì)胞之間可能存在惡性循環(huán)。實(shí)際上，腫瘤細(xì)胞通過分泌破骨細(xì)胞活化因子來修飾骨組織微環(huán)境，如細(xì)胞因子(白細(xì)胞介素1、白細(xì)胞介素6、腫瘤壞死因子α)、激素(甲狀旁腺素相關(guān)蛋白)和成骨細(xì)胞因子(如骨形態(tài)發(fā)生蛋白、胰島素樣生長因子或Wnts)，其誘導(dǎo)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞功能之間出現(xiàn)不平衡。受干擾的骨細(xì)胞直接將可溶因子或釋放因子分泌到細(xì)胞外基質(zhì)中，刺激腫瘤生長[8-9]?，F(xiàn)就雙膦酸鹽類藥物對(duì)骨肉瘤治療作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為臨床上更好地治療頜骨骨肉瘤提供理論指導(dǎo)和依據(jù)。

1 雙膦酸鹽類藥物

1.1雙膦酸鹽 雙膦酸鹽是一種人工合成的內(nèi)源性焦磷酸鹽類似物[10-11]，其分子遞送到骨骼增加的部位，可以增加骨形成[12]，已在臨床上廣泛應(yīng)用，通常用于治療破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨疾病，包括骨質(zhì)疏松癥、Paget病、惡性腫瘤相關(guān)的高鈣血癥、骨轉(zhuǎn)移和與多發(fā)性骨髓瘤有關(guān)的骨病[13-14]。雙膦酸鹽是一類強(qiáng)有力的骨吸收抑制劑[15]，近年來已成功用于骨骼并發(fā)癥、與骨質(zhì)增生有關(guān)的骨質(zhì)惡性骨疾病的治療以及碎屑性骨吸收，并已成為治療骨轉(zhuǎn)移的主要治療方法。雙膦酸鹽對(duì)骨礦物質(zhì)有很高的親和力，并能夠干擾破骨細(xì)胞功能和抑制骨吸收[8,16]。雙膦酸鹽抑制骨降解和再吸收，降低骨更新率，其與破骨細(xì)胞數(shù)量的減少和剩余破骨細(xì)胞活性的抑制相關(guān)。破骨細(xì)胞活化是發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的基本步驟。釋放疼痛化學(xué)介質(zhì)是疼痛的重要機(jī)制，如通過釋放激肽、P物質(zhì)和前列腺素刺激骨膜內(nèi)感覺神經(jīng)末梢。使用雙膦酸鹽可以減輕疼痛[12]。

雙膦酸鹽具有與天然焦磷酸鹽類似的結(jié)構(gòu)，并可分為含氮和不含氮的雙膦酸鹽。含氮雙膦酸鹽包括阿侖膦酸鹽、利塞膦酸鹽、伊班膦酸鹽、帕米膦酸鹽和唑來膦酸。不含氮的雙膦酸鹽包括依替膦酸鹽、氯膦酸鹽和替魯膦酸鹽。所有雙膦酸鹽通過附著于骨上的羥基磷灰石結(jié)合位點(diǎn)來抑制骨吸收，特別是在具有活性再吸收的區(qū)域，由于骨組織被破骨細(xì)胞吸收，嵌入骨中的雙膦酸鹽被釋放并降低破骨細(xì)胞骨吸收的能力[8,16]。含氮雙膦酸鹽通過抑制法尼基焦磷酸合成酶，促進(jìn)破骨細(xì)胞與骨的附著。破骨細(xì)胞從骨表面脫離，從而抑制骨吸收。另一方面，不含氮的雙膦酸鹽在細(xì)胞內(nèi)代謝成替代腺苷三磷酸的末端焦磷酸部分的底物，形成在細(xì)胞的能量代謝中與腺苷三磷酸競爭的非功能性分子。這一過程引發(fā)破骨細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致骨破壞的減少。含氮雙膦酸鹽是較不含氮的雙膦酸鹽更有效的抗再吸收劑。此外，不含氮的雙膦酸鹽具有較高抑制骨礦化的潛力，可以引起骨軟化。因此，不含氮的雙膦酸鹽不再被廣泛使用。

雙膦酸鹽的不良反應(yīng)包括急性期反應(yīng)(10%～30%)，伴有肌痛、關(guān)節(jié)痛、頭痛和流感樣癥狀的短暫性發(fā)熱、短暫性低鈣血癥(18%)，低磷血癥(10%)，肌肉骨骼疼痛(≤6%)，脹氣(≤4%)，頭痛和胃食管反流病(3%)，便秘或腹瀉(≤3%)，腹痛(2%～7%)，食管潰瘍(2%)，反流(1%～5%)，腹脹、胃潰瘍、胃炎和肌肉痙攣(≤1%)[9]。

1.2唑來膦酸 唑來膦酸是最新一代的雙膦酸鹽，是破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收抑制劑，可有效治療各種實(shí)體瘤患者的骨轉(zhuǎn)移，也是雙膦酸鹽家族中最有效的成員，用于減少患有骨轉(zhuǎn)移的各種惡性腫瘤患者的疼痛。在治療骨腫瘤中，比雙膦酸鹽更有效[9,17]。唑來膦酸是一種內(nèi)源性焦磷酸的第三代含氮雙膦酸鹽類似物，與含鈣的羥基磷灰石骨礦物質(zhì)結(jié)合緊密。唑來膦酸的血漿半衰期<24 h，但雙膦酸鹽在骨骼中穩(wěn)定，骨骼半衰期超過300 d[18]，作為預(yù)防骨質(zhì)疏松癥和某些類型骨轉(zhuǎn)移相關(guān)癌癥的骨骼并發(fā)癥標(biāo)準(zhǔn)治療[19-20]。唑來膦酸除有抗腫瘤轉(zhuǎn)移的潛能外，還具有直接或間接的免疫抗腫瘤作用，能阻斷腫瘤細(xì)胞黏附，使腫瘤細(xì)胞更容易受到化療的細(xì)胞毒作用，其機(jī)制包括損害遷移和侵襲、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和抗血管生成作用、抑制腫瘤增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。通常唑來膦酸通過抑制法尼基焦磷酸合成酶和香葉基焦磷酸合成酶導(dǎo)致抑制小GTP酶(如Ras、Rho和Rac)的異戊二烯化，而法尼基焦磷酸合成酶和香葉基焦磷酸合成酶是細(xì)胞增殖、遷移和侵襲所必需的合成酶。臨床前研究報(bào)道唑來膦酸可以預(yù)防體內(nèi)骨肉瘤的肺轉(zhuǎn)移，其抗腫瘤作用是通過抑制腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、協(xié)同對(duì)細(xì)胞毒性劑的抑制作用、抑制血管生成、減少腫瘤細(xì)胞黏附于骨骼、減少腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移、解體細(xì)胞骨架和激活特定細(xì)胞抗腫瘤免疫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的[20]。臨床證據(jù)表明,唑來膦酸可改善有骨和無骨癌癥患者長期生存的臨床試驗(yàn)轉(zhuǎn)移效果[21-22]。

2 雙膦酸鹽類藥物在骨肉瘤中的應(yīng)用

2.1雙膦酸鹽與骨肉瘤 雙膦酸鹽類似物可能通過改變破骨細(xì)胞膜的通透性或改變成熟破骨細(xì)胞吸收骨的能力來影響破骨細(xì)胞前體的分化和募集[23]。雙膦酸鹽已被證實(shí)具有抑制破骨細(xì)胞分化，促進(jìn)骨形成的作用，研究發(fā)現(xiàn)其可以抑制頜骨吸收。雙膦酸鹽類似物還被證實(shí)通過以下方式抑制骨肉瘤的生長：①雙膦酸鹽抑制高度惡性骨肉瘤細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。②抑制腫瘤細(xì)胞血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)-A和VEGF受體1蛋白的表達(dá)，誘導(dǎo)高度惡性骨肉瘤細(xì)胞凋亡。含氮雙膦酸鹽(雙膦酸鹽和阿侖膦酸鹽)能夠降低內(nèi)皮細(xì)胞系中的VEGF受體2表達(dá)，并抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移。此外，雙膦酸鹽通過甲羥戊酸途徑，降低骨肉瘤細(xì)胞體外和體內(nèi)侵襲性VEGF-A和VEGF受體1的表達(dá)。③通過對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的直接抑制作用，抑制腫瘤誘導(dǎo)的血管生成。雙膦酸鹽不僅可通過抑制內(nèi)皮細(xì)胞，減弱腫瘤誘導(dǎo)的血管生成和腫瘤生長，還可直接抑制骨肉瘤腫瘤細(xì)胞的增殖[9]。

甲氨蝶呤是一種有效的化療藥物治療腫瘤，能干擾DNA和RNA在S期的合成，使G1～S期相發(fā)生轉(zhuǎn)變，通過抑制劑-二氫葉酸還原酶，抑制或阻止細(xì)胞分裂并導(dǎo)致癌細(xì)胞凋亡。Yang等[24]通過體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，用2 000 μg/mL或更多的甲氨蝶呤-二膦酸鹽綴合物處理24～96 h，MG63細(xì)胞的存活率顯著降低。用偶聯(lián)物處理的細(xì)胞在倒置相差顯微術(shù)和熒光染色下顯示凋亡，并且大多數(shù)細(xì)胞TUNEL檢測結(jié)果陽性。電子顯微鏡觀察到綴合物處理的細(xì)胞中染色質(zhì)的核固縮和新月形聚集。用甲氨蝶呤雙膦酸鹽綴合物處理的MG63細(xì)胞流式細(xì)胞術(shù)顯示出細(xì)胞凋亡呈時(shí)間和劑量依賴性增加。甲氨蝶呤-雙膦酸鹽綴合物在靶向抗骨肉瘤治療中起關(guān)鍵作用，用高濃度綴合物處理可改變MG63細(xì)胞的形態(tài)，抑制骨肉瘤細(xì)胞MG63生長，誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞MG63發(fā)生細(xì)胞凋亡。

隨著雙膦酸鹽治療骨肉瘤的應(yīng)用，雙膦酸鹽并發(fā)癥的報(bào)道逐漸增多，自2003年有研究第1次報(bào)道雙膦酸鹽引起頜骨壞死[25]以來，陸續(xù)有相關(guān)并發(fā)癥的報(bào)道[26-27]。

2.2唑來膦酸與骨肉瘤 唑來膦酸可以減輕骨疼痛，臨床前研究表明唑來膦酸通過直接的抗增殖作用、免疫激活和抗血管生成活性來抑制骨肉瘤的發(fā)生發(fā)展，骨肉瘤的特征是產(chǎn)生含有局灶性鈣的類骨質(zhì)或未成熟的骨羥基磷灰石晶體沉積[28]。因此，唑來膦酸可能優(yōu)先聚集在原發(fā)性骨肉瘤以及肺和骨轉(zhuǎn)移部位。唑來膦酸抑制法尼基焦磷酸合成酶的合成，是甲羥戊酸途徑中的關(guān)鍵酶，通過降低蛋白質(zhì)異戊烯化作用抑制腫瘤生長[29]。骨吸收性破骨細(xì)胞因內(nèi)化一定量的唑來膦酸功能容易受到抑制，廣泛用于減輕成人骨轉(zhuǎn)移性疼痛[30]。但含氮雙膦酸鹽可能具有對(duì)正常成骨細(xì)胞和各種腫瘤細(xì)胞(包括乳腺癌、骨髓瘤、胰腺癌和前列腺癌)的直接抗增殖和促凋亡作用[31]。唑來膦酸可減少骨肉瘤的動(dòng)物模型中的原發(fā)性腫瘤生長，降低肺轉(zhuǎn)移率并提高存活率[32]。唑來膦酸還可與哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白發(fā)揮協(xié)同抑制作用，降低鼠和人骨肉瘤細(xì)胞系的細(xì)胞增殖并抑制骨肉瘤腫瘤生長[18,33]。

唑來膦酸直接抑制人骨肉瘤細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)體外細(xì)胞凋亡[34]。其中γδT細(xì)胞識(shí)別、細(xì)菌代謝產(chǎn)物相關(guān)的小磷酸抗原、類異戊二烯生物合成甲羥戊酸途徑均發(fā)揮關(guān)鍵作用[35]。唑來膦酸通過在雙膦酸鹽處理的細(xì)胞內(nèi)累積甲羥戊酸途徑中間體，使腫瘤細(xì)胞對(duì)γδT細(xì)胞的細(xì)胞毒性敏感[36]。唑來膦酸促進(jìn)骨肉瘤患者外周血單個(gè)核細(xì)胞γδT細(xì)胞的增殖，增強(qiáng)γδT細(xì)胞對(duì)人骨肉瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性[37]。VEGF-A和VEGF受體1在侵襲性骨肉瘤細(xì)胞中高表達(dá)，但在克隆性相關(guān)性較弱的侵襲性細(xì)胞系中不表達(dá)[9]。骨肉瘤患者血漿中VEGF-A水平通常升高，唑來膦酸可以降低骨肉瘤中VEGF-A的表達(dá)，并降低患者體內(nèi)VEGF-A的循環(huán)水平[38]。此外，有證據(jù)表明，唑來膦酸通過VEGF-A和VEGF受體信號(hào)通路抑制自分泌刺激，部分誘導(dǎo)侵襲性骨肉瘤細(xì)胞凋亡[9]。因此，含氮雙膦酸鹽對(duì)骨肉瘤和腫瘤相關(guān)內(nèi)皮細(xì)胞具有多效抑制作用。

含氮雙膦酸鹽類似物有對(duì)抗骨癌轉(zhuǎn)移的功效，表明含氮雙膦酸鹽類似物可降低溶骨性和成骨性疾病的發(fā)病率[39-40]。唑來膦酸和阿侖膦酸鹽以濃度依賴性的方式降低侵襲性骨肉瘤細(xì)胞系(K7M3和143B)的細(xì)胞活力和增殖。雙膦酸鹽還通過甲羥戊酸途徑調(diào)節(jié)骨肉瘤中VEGF-A和VEGF受體1表達(dá)，誘導(dǎo)高度惡性骨肉瘤細(xì)胞凋亡。唑來膦酸可抑制細(xì)胞增殖并在高度侵襲性的骨肉瘤細(xì)胞系中誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；唑來膦酸預(yù)處理還可抑制K7M3細(xì)胞的遷移，減緩體內(nèi)骨肉瘤生長及腫瘤血管生成速度[9]。在體外研究中，唑來膦酸對(duì)骨肉瘤細(xì)胞能直接發(fā)揮抗治療作用，顯著減少骨肉瘤誘導(dǎo)的肺轉(zhuǎn)移[41-42]。唑來膦酸通過直接抑制破骨細(xì)胞生長和抑制破骨細(xì)胞活化劑在腫瘤中的表達(dá)，減弱骨肉瘤誘導(dǎo)的骨質(zhì)溶解[43]。唑來膦酸通過Rho A活化、黏著斑激酶抑制的Jun激酶和p38途徑，阻斷香葉基香葉基化，抑制骨肉瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，減弱骨肉瘤細(xì)胞遷移能力，抑制骨肉瘤細(xì)胞侵襲活性[44]。唑來膦酸可以通過降低CXC趨化因子受體4蛋白的表達(dá)和功能來削弱骨肉瘤的定向遷移能力[45]。唑來膦酸還可明顯降低LM8細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶的分泌，抑制LM8細(xì)胞體外遷移、侵襲和黏附[46]。唑來膦酸通過激活胱天蛋白酶3抑制LM8細(xì)胞VEGF的表達(dá)，誘導(dǎo)LM8細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞凋亡[47]。

體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)唑來膦酸對(duì)骨肉瘤細(xì)胞MG63有生長抑制作用，并且存在時(shí)間、劑量依賴關(guān)系，唑來膦酸與甲氨蝶呤具有協(xié)同作用[48]。Horie等[49]研究顯示，聯(lián)合唑來膦酸與紫杉醇或吉西他濱在小鼠骨肉瘤細(xì)胞中顯示出抗腫瘤作用。唑來膦酸聯(lián)合熊果酸可通過增強(qiáng)氧化應(yīng)激和自噬有效誘導(dǎo)人骨肉瘤細(xì)胞凋亡[50]。L-MTP-PE(脂質(zhì)體形式的胞壁?；牧字Ｒ掖及?聯(lián)合唑來膦酸可顯著抑制原發(fā)性骨肉瘤肺轉(zhuǎn)移的進(jìn)展[51]。曲妥珠單抗聯(lián)合唑來膦酸可增強(qiáng)Vγ9Vδ2T細(xì)胞對(duì)骨肉瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性，有治療骨肉瘤的潛力[52]。在唑來膦酸同步化療治療新診斷的轉(zhuǎn)移性骨肉瘤的可行性和劑量研究中發(fā)現(xiàn)，唑來膦酸可以安全用于轉(zhuǎn)移性骨肉瘤的化療，未來的研究有望確定唑來膦酸在骨肉瘤患者中的潛在益處[5]。Curtis等[53]研究發(fā)現(xiàn)，唑來膦酸聯(lián)合甲狀旁腺激素可改善骨質(zhì)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。唑來膦酸顯示出在減少裂解引起的骨疼痛和改善骨微結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度方面的潛力。Yamakawa等[54]研究顯示，在溶瘤病毒治療方面，唑來膦酸通過抑制抗凋亡蛋白和破骨細(xì)胞活化促進(jìn)抗腫瘤、抑制腫瘤進(jìn)展和預(yù)防骨質(zhì)破壞的作用。體外研究發(fā)現(xiàn),激光光化學(xué)療法能提高順鉑或唑來膦酸在良性和惡性骨細(xì)胞中的細(xì)胞毒性。這可能是針對(duì)腫瘤骨疾病(如骨肉瘤)的一種新的治療模式[55]。研究發(fā)現(xiàn),阻斷熱激蛋白90激活和唑來膦酸協(xié)同作用，可以抑制骨肉瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移發(fā)展，最終延緩骨肉瘤進(jìn)展[56]。

但隨著唑來膦酸的廣泛使用，雙膦酸鹽相關(guān)性頜骨壞死的發(fā)病率也越來越高[57-58]。一項(xiàng)唑來膦酸聯(lián)合化療和手術(shù)治療骨肉瘤的隨機(jī)多中心的Ⅲ期臨床試驗(yàn)證明,唑來膦酸不宜用于骨肉瘤患者[59]。Lamoureux等[60]研究發(fā)現(xiàn)，唑來膦酸通過觸發(fā)熱激蛋白27和凝聚素等熱激蛋白的升高,提高骨肉瘤細(xì)胞存活率和增強(qiáng)抗藥性。

3 結(jié) 語

雙膦酸鹽和唑來膦酸在骨肉瘤治療中的應(yīng)用不斷增多，其在骨肉瘤治療中的藥理作用也得到進(jìn)一步證實(shí)。雙膦酸鹽類似物和唑來膦酸具有抑制破骨細(xì)胞分化，促進(jìn)骨形成，抑制骨吸收的作用，但是其引起的雙膦酸鹽相關(guān)性頜骨壞死的發(fā)病率也越來越高[61-62]，同時(shí)也出現(xiàn)了一些對(duì)唑來膦酸治療骨肉瘤效果的質(zhì)疑。頜骨骨肉瘤是最常見的口腔頜面部骨源性肉瘤，多見于兒童和青少年，病程進(jìn)展快，可發(fā)生肺及腦的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，預(yù)后較差[63]。99Tc-亞甲基二膦酸鹽也是雙膦酸鹽類似物的一種，能直接降低破骨細(xì)胞活性，促進(jìn)骨形成，對(duì)癌癥原發(fā)灶也具有抑制作用[64-65]。深入研究99Tc-亞甲基二膦酸鹽對(duì)頜骨骨肉瘤的治療效果和機(jī)制將為拓展防治頜骨骨肉瘤提供新的思路和策略。