關(guān)于3-溴丙酮酸抗癌機(jī)制的探討

張 然，于敬坤，劉 冠，孟 聰，王長友 (華北理工大學(xué)附屬醫(yī)院普外科，河北 唐山 063000)

3-溴丙酮酸是常見的化學(xué)藥劑，屬于強(qiáng)烷化劑，主要用作殺菌劑噻菌靈的中間體；近年來，有相關(guān)學(xué)者指出3-溴丙酮酸具有抗腫瘤的作用，并已通過實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，3-溴丙酮酸可通過多種機(jī)制實(shí)現(xiàn)抗癌作用；就國內(nèi)外關(guān)于3-溴丙酮酸的最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果，探討3-溴丙酮酸抗癌作用的可能機(jī)制，為3-溴丙酮酸在臨床上的抗癌新應(yīng)用提供理論依據(jù)。

我國是一個(gè)惡性腫瘤發(fā)生大國，多種惡性腫瘤的發(fā)生率、病死率均明顯高于世界平均水平；此外，隨著我國人們生活習(xí)慣的改變、環(huán)境污染及人們預(yù)期壽命的延長等，我國惡性腫瘤的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)正逐年增高，使國民“談癌色變”，嚴(yán)重威脅著我國人們的身心健康[1]。3-溴丙酮酸(3-Bromopyruvic acid；3-Bp)是一種常見的強(qiáng)烷化劑，其分子式為C3H3BrO3(分子結(jié)構(gòu)式如圖1)，分子量為166.96；其結(jié)構(gòu)類似于細(xì)胞內(nèi)糖類代謝產(chǎn)物，如丙酮酸、乳酸等，對細(xì)胞的能量代謝具有反向調(diào)節(jié)作用[2]。幾年來，很多相關(guān)研究指出：3-溴丙酮酸對部分惡性腫瘤具有拮抗作用。針對其可能的抗癌機(jī)制，現(xiàn)報(bào)告如下。

(BrCH2-CO-COOH)

1 3-溴丙酮酸抗癌作用的發(fā)現(xiàn)

本世紀(jì)初，Ko YH等[3-4]在關(guān)于高糖酵解型肝癌細(xì)胞的動物實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)：經(jīng)3-溴丙酮酸治療后的大鼠，其腫瘤生長受到明顯抑制，且腫瘤細(xì)胞內(nèi)的己糖激酶(HK)活性明顯受抑制；Ji Su Kim等[5]也在其細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)中指出3-溴丙酮酸通過抑制腫瘤細(xì)胞的糖代謝途徑、減少ATP的合成，抑制肝癌細(xì)胞的生長、增殖，提高癌細(xì)胞的凋亡比例。隨著3-溴丙酮酸抗癌理念在近些年的提出，諸多實(shí)驗(yàn)也相繼展開，通過研究證實(shí)3-溴丙酮酸的抗癌作用并指出其可能機(jī)制。

2 3-溴丙酮酸可能的抗癌機(jī)制

2.13-溴丙酮酸通過抑制腫瘤細(xì)胞有氧糖酵解途徑來抑制腫瘤細(xì)胞的生長、增殖：腫瘤細(xì)胞是機(jī)體正常組織細(xì)胞發(fā)生遺傳物質(zhì)變異導(dǎo)致細(xì)胞異常分化而成，具有無限增殖、高代謝、高侵襲等特點(diǎn)；腫瘤細(xì)胞的分化程度與惡性程度呈反比關(guān)系，腫瘤惡性程度越高，其上述特點(diǎn)越明顯。機(jī)體正常細(xì)胞代謝相對緩和，主要是依賴于細(xì)胞內(nèi)糖類物質(zhì)的有氧氧化供能；但腫瘤細(xì)胞代謝快、耗能及氧耗高、對能量要求較高，其胞內(nèi)有氧氧化途徑不足以維持腫瘤細(xì)胞的生長所需。在一定程度上，腫瘤細(xì)胞過多依賴于胞內(nèi)糖酵解途徑供能，使胞內(nèi)乳酸產(chǎn)生增多，即為有氧糖酵解，是腫瘤細(xì)胞相對特有的能量代謝方式；Warburg在二十世紀(jì)中期已觀察到腫瘤細(xì)胞內(nèi)的糖酵解供能作用明顯高于正常組織細(xì)胞，即Warburg效應(yīng)[6-7]。己糖激酶(HK)是糖酵解途徑中的關(guān)鍵酶之一，是影響細(xì)胞有氧及無氧供能途徑的重要因素，可明顯調(diào)節(jié)糖酵解途徑的進(jìn)展，影響ATP的合成。哺乳動物細(xì)胞內(nèi)有四種HK同工酶(Ⅰ-Ⅳ型)，其中 HKⅡ與腫瘤存在一定相關(guān)性，HKⅡ在很多惡性腫瘤細(xì)胞內(nèi)呈高表達(dá)狀態(tài)；3-溴丙酮酸的分子結(jié)構(gòu)類似于丙酮酸、乳酸等糖類代謝物，可通過與線粒體外膜己糖激酶Ⅱ(HKⅡ)的活性部位的-XH基團(tuán)相結(jié)合，形成無酶活性的丙酮酸-己糖激酶復(fù)合體(E-XH+ BrCH2-CO-COOH →EX-CH2-CO-COOH+HBr)，使HKⅡ活性消失，糖酵解途徑產(chǎn)能減少，抑制腫瘤細(xì)胞內(nèi)各種ATP依賴性的生理功能、降低腫瘤細(xì)胞活性，實(shí)現(xiàn)抑制腫瘤細(xì)胞生長、增殖的作用，或促使腫瘤細(xì)胞因能量供給不足而凋亡、死亡[8]。

2.23-溴丙酮酸促進(jìn)惡性腫瘤細(xì)胞凋亡：凋亡是機(jī)體細(xì)胞重要的調(diào)節(jié)方式，當(dāng)機(jī)體細(xì)胞受損嚴(yán)重而無法實(shí)現(xiàn)自身修復(fù)、細(xì)胞基因突變致使有癌變傾向或其他嚴(yán)重而不可逆改變時(shí)，細(xì)胞凋亡相關(guān)信號通路會被激活， 誘導(dǎo)細(xì)胞自身發(fā)生程序化死亡，以維持機(jī)體的正常。BAD是已知聯(lián)系細(xì)胞線粒體內(nèi)糖酵解與細(xì)胞凋亡的關(guān)聯(lián)蛋白；3-溴丙酮酸通過抑制HKⅡ活性阻斷腫瘤細(xì)胞內(nèi)的糖酵解過程，引起B(yǎng)AD脫磷酸化，使其與凋亡相關(guān)Bcl-2家族蛋白的結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生結(jié)構(gòu)改變；BAD與抑凋亡蛋白Bcl-2結(jié)合后可抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)生，3-溴丙酮酸改變BAD與Bcl-2家族蛋白的結(jié)合活力，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡[9]。與此同時(shí)，HKⅡ能與線粒體外膜電壓依賴性的陰離子通道(Voltage-dependent anion channel；VDAC)結(jié)合，催化糖酵解途徑；VDAC主要調(diào)控線粒體內(nèi)外陰離子、陽離子、ATP及相關(guān)代謝產(chǎn)物的進(jìn)出，可參與細(xì)胞的能量代謝、調(diào)控細(xì)胞凋亡、維持線粒體內(nèi)外離子平衡等作用；VDAC與Bcl-2家族蛋白相互作用可抑制線粒體內(nèi)膜空間蛋白的釋放(線粒體內(nèi)膜空間蛋白具有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用)，3-溴丙酮酸通過改變HKⅡ與VDAC的結(jié)合，使線粒體內(nèi)膜空間蛋白的釋放增多，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡[10]。黃小艷等在其關(guān)于人宮頸癌Hela細(xì)胞的相關(guān)研究[11]中指出，經(jīng)3-溴丙酮酸處理后的Hela細(xì)胞胞內(nèi)染色質(zhì)聚集、核碎裂、凋亡小體出現(xiàn)等細(xì)胞凋亡征象，并且抑制細(xì)胞的分裂，使G2/M期細(xì)胞比例明顯增高。也有文章指出3-溴丙酮酸可以明顯上調(diào)凋亡啟動蛋白Cleaved Caspase3及線粒體凋亡相關(guān)蛋白細(xì)胞色素C(Cytochrome C)的表達(dá)活性，誘發(fā)線粒體途徑的細(xì)胞凋亡過程[12]。X連鎖凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein；XIAP)是IAP家族中最新發(fā)現(xiàn)的凋亡抑制作用最強(qiáng)的蛋白因子，可以與凋亡啟動、執(zhí)行蛋白分子Caspases家族蛋白結(jié)合，使Caspases家族蛋白活性降低，從而抑制細(xì)胞凋亡；經(jīng)3-溴丙酮酸處理后的肝癌細(xì)胞內(nèi)的XIAP的表達(dá)活性明顯降低，細(xì)胞凋亡比例明顯增加[13]。綜上可知，3-溴丙酮酸可通過多種途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡達(dá)到抗癌作用。

2.33-溴丙酮酸抑制腫瘤細(xì)胞的遷移、侵襲作用：惡性腫瘤細(xì)胞的高侵襲力、易擴(kuò)散、易轉(zhuǎn)移特點(diǎn)也是影響腫瘤瘤體快速增大的原因之一。上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial mesenchymal transitions；EMT)現(xiàn)象是指在上皮細(xì)胞來源的腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中，腫瘤細(xì)胞失去其上皮樣細(xì)胞的特征，而出現(xiàn)間質(zhì)細(xì)胞的特征，進(jìn)而獲得較強(qiáng)侵襲、轉(zhuǎn)移能力的過程；癌癥中常見。馮源在其肝癌Hep3B細(xì)胞遷移相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果[14]中指出：經(jīng)3-溴丙酮酸處理后的Hep3B細(xì)胞，HK被抑制、糖酵解水平明顯減低，引起Hep3B細(xì)胞上皮標(biāo)志物Occludin mRNA的表達(dá)水平增高，間質(zhì)標(biāo)志物N-Cadherin mRNA的表達(dá)水平降低，提示3-溴丙酮酸可抑制EMT現(xiàn)象以實(shí)現(xiàn)抑制腫瘤細(xì)胞遷移、侵襲的能力。同時(shí)，腫瘤細(xì)胞進(jìn)行遷移、遷徙時(shí)，細(xì)胞代謝活躍、耗能高，3-溴丙酮酸抑制糖酵解途徑以減少ATP的產(chǎn)生，在一定程度上限制了腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[15]。關(guān)于3-溴丙酮酸抑制腫瘤細(xì)胞遷移、侵襲的研究還在逐步進(jìn)展之中，相信隨著相關(guān)研究的不斷深入，其作用機(jī)制會越來越明朗。

2.43-溴丙酮酸提高某些腫瘤化療藥物的敏感性：化學(xué)藥物治療腫瘤是目前臨床上常用的腫瘤輔助治療方法之一，廣泛應(yīng)用于肺癌、結(jié)腸癌、乳腺癌、胰腺癌等各種惡性腫瘤，并取得了良好的治療效果。但化療藥物也會引起一系列的不良反應(yīng)及副反應(yīng)，如惡心、嘔吐、食欲減退等胃腸道反應(yīng)，骨髓抑制及肝腎功能損傷等，嚴(yán)重時(shí)可能會惡化患者病情、降低患者生活質(zhì)量；另一方面，隨著化療藥物的應(yīng)用劑量增大、周期延長及不合理應(yīng)用等，腫瘤細(xì)胞對化療藥物的耐藥性問題也日益凸顯。

有研究指出，3-溴丙酮酸不僅對部分惡性腫瘤細(xì)胞直接發(fā)揮抗腫瘤作用，而且還會使具有耐藥性的腫瘤細(xì)胞對化療藥物的耐藥性明顯降低[16-17]。趙素容等在關(guān)于肝癌HepG2、SMMC7721細(xì)胞的研究中指出3-溴丙酮酸與順鉑可以發(fā)揮協(xié)同促進(jìn)肝癌細(xì)胞凋亡[13]；3-溴丙酮酸對肺癌細(xì)胞也有較強(qiáng)的抑制作用，與化療藥物聯(lián)合應(yīng)用時(shí)也可產(chǎn)生協(xié)同抗腫瘤作用[18]；此外，3-溴丙酮酸在鼻咽癌[19]、結(jié)腸癌[20]、神經(jīng)母細(xì)胞瘤[21]等腫瘤細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)中也會與化療藥物發(fā)揮協(xié)同抗癌作用?？紤]：3-溴丙酮酸可增強(qiáng)化療藥物對惡性腫瘤細(xì)胞的敏感性，以協(xié)同增強(qiáng)抗癌作用。

3 3-溴丙酮酸的安全性

3-溴丙酮酸作為常見的化學(xué)藥劑，在臨床上的使用范圍有限，關(guān)于其臨床應(yīng)用的致死毒副反應(yīng)未見明確報(bào)道。Geschwind等[22]在家兔肝癌的研究中發(fā)現(xiàn)：3-溴丙酮酸經(jīng)肝動脈注射治療后，肝癌組織的活細(xì)胞率明顯降低，但腫瘤周圍正常組織及其他臟器無明顯改變。在人淋巴瘤的基礎(chǔ)研究中，3-溴丙酮酸可在體外殺死人類淋巴瘤Raji細(xì)胞，在小鼠體內(nèi)也會對人淋巴瘤發(fā)揮殺滅作用，但對小鼠腫瘤周圍正常組織及其他臟器無明顯影響[23]。考慮3-溴丙酮酸可能對依賴氧化磷酸化途徑供能的正常機(jī)體細(xì)胞無明顯毒性作用；但關(guān)于3-溴丙酮酸的臨床安全問題仍需要進(jìn)一步證明。

4 問題與展望

自3-溴丙酮酸抗腫瘤理論提出以來，國內(nèi)外關(guān)于3-溴丙酮酸抗癌的相關(guān)研究還局限于腫瘤能量代謝、凋亡等領(lǐng)域，拓展領(lǐng)域還是比較局限，相關(guān)研究也并不算充足，其更具體的抗癌機(jī)制仍有待人們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)；其臨床安全性問題也有待確定。如3-溴丙酮酸的抗癌相關(guān)機(jī)制及藥品安全性問題得以明確，其有待成為新一代的抗癌藥物或輔助抗癌藥物，必定為腫瘤患者帶來福音。

5 總結(jié)

3-溴丙酮酸作為一種常見的化學(xué)藥劑，廉價(jià)且易獲得；綜上所述： 3-溴丙酮酸具有較為明確的抗癌作用，并可能通過抑制腫瘤細(xì)胞內(nèi)的有氧糖酵解供能、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力等途徑發(fā)揮其抗癌作用，有待成為臨床上新的抗癌藥物。