雙硫侖抗癌作用研究進展

劉程林子, 吳耀欽, 黃恩澤, 徐瑞豐, 鄭鵬,2*

1.武漢科技大學生命科學與健康學院, 武漢 430065;2.武漢科技大學生物醫(yī)學研究院, 武漢 430065

根據(jù)世界衛(wèi)生組織2020年度報告數(shù)據(jù)顯示,每年死亡人數(shù)中超過六分之一是由癌癥導致，癌癥已成為全球第二大死因。隨著人們生活環(huán)境受到的污染越來越多，生活節(jié)奏逐漸加快，暴露在致癌因子下的幾率大大增加，人類癌癥的發(fā)病率逐年上升[1-2]。癌癥的惡化原因是細胞不受控制異常生長，如果這種異?，F(xiàn)象持續(xù)下去，可能導致腫瘤的增長和轉(zhuǎn)移，使死亡風險升高。由于癌癥對人類健康構成巨大威脅，幾十年來研究者們一直在使用各種方式來防止癌癥的增殖和擴散。在癌癥的初期診療中，治療方案通常包括手術切除原發(fā)灶及其鄰近淋巴組織、放療或化療等[3]。然而多數(shù)情況下這些方法并不能完全消除癌細胞，也會造成部分正常組織細胞的損傷，給患者帶來更多傷害。鑒于此，一些能清除腫瘤細胞同時避免正常細胞受到損害的特異性抗癌藥物引起了科學研究者的廣泛關注[4]。

雙硫侖(安塔布司)是一種能夠抑制肝醛脫氫酶的活性從而治療酒精依賴的藥物[2]，于1951年被美國食品和藥物管理局(Food and Drug Administration, FDA)正式批準臨床使用[5]。20世紀70年代，研究人員在動物實驗中發(fā)現(xiàn)雙硫侖可以減緩腫瘤的生長速度并且殺死腫瘤細胞。1993年，一項針對乳腺癌患者的臨床試驗清晰證明了雙硫侖可以抑制癌癥發(fā)展并延長患者的生存期。目前雙硫侖已過專利期，使用專利的成本大大減少，而且它在臨床使用中報告的不良反應極少，用藥風險很低[6-7]。根據(jù)大量實驗驗證以及上述優(yōu)勢，雙硫侖正在被發(fā)掘作為一種新的抗癌藥物。迄今為止，研究得出參與雙硫侖治療癌癥的相關機制包括以下幾點：蛋白酶體系統(tǒng)；腫瘤干細胞；腫瘤轉(zhuǎn)移機制和細胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species，ROS)等[5, 8-11]。雖然雙硫侖的抗癌能力高，優(yōu)勢突出，但是它也有缺點，比如穩(wěn)定性較差，在體內(nèi)代謝迅速，血漿半衰期僅4 min，這些問題使其臨床適用性受到很大限制。目前研究人員嘗試采用各種措施來消除這些缺點的影響，包括使用特殊材料封裝雙硫侖、將雙硫侖搭載于新型納米材料以及提高雙硫侖利用率等[12-13]。另一方面截至目前，雙硫侖抗癌機制的具體情況尚未研究清楚。

本文中，我們首先簡單概述了幾種最近報道的研究中已經(jīng)提出的雙硫侖抗癌機制，然后討論了它參與抑制癌癥發(fā)展不同階段起到的作用，最后總結了雙硫侖藥物應用的最新進展以及雙硫侖聯(lián)合多種藥物治療常見癌癥的潛在機會，以期為雙硫侖在抗癌藥物中的應用研究提供參考。

1 雙硫侖抗癌的分子機制

1.1 雙硫侖能夠抑制乙醛脫氫酶活性

雙硫侖在體內(nèi)的代謝產(chǎn)物對乙醛脫氫酶(aldehyde dehydrogenase, ALDH)有抑制作用，1950年起就作為一種治療酒精依賴的藥物而被廣泛使用[14-15]。在后來癌癥研究的進程中，人們發(fā)現(xiàn)ALDH與癌癥的發(fā)展密切相關[16]：高表達的ALDH作為一種腫瘤干細胞(cancer stem cells, CSC)的標志物在多種惡性癌癥中均出現(xiàn)異常水平的表達，比如肝癌、骨癌、肺癌、前列腺癌、卵巢癌和宮頸癌等。目前越來越多的證據(jù)表明，ALDH在腫瘤干細胞的增殖中起重要作用，高水平的ALDH有提高癌細胞持續(xù)增殖的能力，同時能夠促進原發(fā)腫瘤中癌細胞的生長[17-18]。最初人們認為雙硫侖是ALDH的抑制劑，后來實驗結果表明，雙硫侖并不直接抑制人細胞類型的ALDH活性，是其體內(nèi)的代謝產(chǎn)物S-甲基-N，N-二乙基硫代氨基甲酸酯亞砜(S-methyl-n, n-diethylthiocarbamate sulfoxide, DTC)抑制ALDH活性[19]。研究人員在實驗中分別使用了ALDH抑制劑二乙氨基苯甲醛(diethylaminobenzaldehyde, DEAB)、含銅和無銅雙硫侖處理卵巢癌細胞后檢測ALDH水平，結果顯示雙硫侖對ALDH的抑制效果比DEAB要高，含銅離子的雙硫侖則比單獨的雙硫侖具有更強的抑制效果[10, 20-22]。而且由于雙硫侖對ALDH的抑制效果是不可逆的，所以盡管腫瘤干細胞在短期治療的環(huán)境下不一定能被完全殺死，但其細胞干性特征已經(jīng)被顯著的持續(xù)性抑制[23-24]。上述實驗結論證實雙硫侖能抑制ALDH減少腫瘤干細胞驅(qū)動的腫瘤生長進程。

1.2 雙硫侖能夠提高細胞內(nèi)活性氧濃度

大量文獻證實，活性氧(active oxygen, ROS)參與腫瘤生長發(fā)展并起到了重要作用[25-26]。幾年前的一些研究表明ALDH是一種ROS清除劑，它具有降低氧化應激和保護干細胞免受其毒害作用的能力[27]，結合之前一些關于ALDH的實驗結果可以推測：雙硫侖-銅復合物可以通過抑制ALDH起到減少ROS的清除效果，實驗結果也證實雙硫侖處理使ROS的濃度迅速升高，以此抑制腫瘤干細胞的發(fā)展[28-29]，同時誘導癌細胞凋亡[30]。這種情況下，癌細胞內(nèi)ROS濃度提升，會導致DNA損傷、細胞周期異常和細胞凋亡等[31]，而且上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transition, EMT)進程也會受到抑制[32]，這一系列影響使得雙硫侖的抗癌特性顯著。雙硫侖通過提高細胞內(nèi)ROS濃度殺死癌細胞的這一發(fā)現(xiàn)為雙硫侖作為抗癌藥物的應用打下基礎。

1.3 雙硫侖能夠調(diào)節(jié)NF-κB活性

細胞核因子kappa-B (nuclear factor kappa-B, NF-κB)蛋白參與調(diào)節(jié)細胞凋亡，它是一種和免疫反應密切相關的蛋白，同時它還與腫瘤的發(fā)生、生長和轉(zhuǎn)移密切相關[33]。2003年的一項實驗指出,雙硫侖可以抑制NF-κB蛋白活性，抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[34]。之后實驗證實雙硫侖通過抑制蛋白酶體26S來抑制NF-κB蛋白活性[35]：雙硫侖抑制NF-κB核轉(zhuǎn)移和Smad4的表達，介導轉(zhuǎn)錄因子Snail和Slug的下調(diào)，以此抑制NF-κB信號轉(zhuǎn)導，從而影響EMT的進程[36]。2014年的一項研究結果顯示雙硫侖可以通過抑制NF-κB活性并且下調(diào)ERK/NF-κB/Snail通路來逆轉(zhuǎn)腫瘤干細胞的轉(zhuǎn)化。上述多個研究結果均證明NF-κB不止和EMT有相關性，還影響腫瘤干細胞，因此雙硫侖可以作為一種雙重抑制劑：它既可以抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化來抑制腫瘤細胞的遷移和侵襲，也可以通過抑制癌癥干細胞的干性特征抑制其生長[37]。另一項實驗的結果顯示，在酸性環(huán)境中雙硫侖/銅復合物能更有效地下調(diào)NF-κB蛋白水平[38-39]，而腫瘤微環(huán)境正是一種偏酸性環(huán)境，這更有利于雙硫侖在腫瘤組織中發(fā)揮作用。

1.4 雙硫侖作為蛋白酶體抑制劑的抗癌作用

蛋白酶體途徑是細胞中將蛋白質(zhì)合成中錯誤折疊或者其他蛋白質(zhì)降解的主要途徑。已有實驗報道，雙硫侖可以有效抑制蛋白酶體活性，誘導乳腺癌細胞凋亡，并且從實驗中人們發(fā)現(xiàn)，雙硫侖可以靶向蛋白酶體，減少天然腫瘤抑制蛋白(如p27和Bax等)的降解，使其積累起到抑制腫瘤生長和誘導腫瘤細胞凋亡的作用，這可能是雙硫侖能有效抗癌的原因之一。由于雙硫侖會與銅離子螯合形成復合物，而癌組織的銅離子水平較正常組織偏高，因此雙硫侖可以通過螯合銅離子靶向聚集在腫瘤組織以達到抑制腫瘤細胞蛋白酶體活性的效果，誘導腫瘤細胞凋亡[7]。抑制蛋白酶體起到抗癌效果的這一方向有極大的應用潛力，適合進一步探索該方法的具體機制開展應用研究。

1.5 雙硫侖靶向NPL4產(chǎn)生抗癌作用

NPL4是一種雙硫侖作用于腫瘤抑制的分子靶標，同時也是p97分離酶的銜接因子，它是多種蛋白質(zhì)和應激反應途徑的關鍵環(huán)節(jié)，特別是由于癌細胞的代謝速度異于正常細胞，就更加依賴NPL4/p97途徑降解剩余的廢棄蛋白質(zhì)。2017年Skrott等[40]提出了一種雙硫侖的抗癌機制：雙硫侖作用于NPL4來抑制NPL4/p97途徑降解蛋白起到抗癌的作用。該文章指出，雙硫侖體內(nèi)代謝產(chǎn)物與銅離子形成的復合物CuET促進NPL4蛋白凝結并與p97蛋白緊密結合，使癌細胞內(nèi)p97降解蛋白質(zhì)的功能受到影響，導致大量廢棄蛋白在胞內(nèi)聚集，最終誘導癌細胞凋亡。已有實驗數(shù)據(jù)證實雙硫侖的代謝產(chǎn)物與銅離子形成的復合物CuET，在腫瘤細胞中聚集并且麻痹p97/NPL4依賴蛋白，導致蛋白質(zhì)發(fā)生未折疊蛋白反應(unfolded protein reaction, UPR)和熱休克反應(heat shock response, HSR)。這些毒性應激反應改變了癌細胞內(nèi)p97依賴蛋白的降解過程?？偟膩碚f，雙硫侖通過阻止細胞處置廢棄蛋白達到消除癌細胞的目的[41]，而且雙硫侖體內(nèi)代謝產(chǎn)物可以通過靶向蛋白酶體上游的NPL4蛋白來抑制蛋白酶體/poly-Ub蛋白降解途徑[42]。雖然NPL4/p97通路對正常細胞新陳代謝也很重要，但由于腫瘤組織中的銅含量比正常組織高，雙硫侖和銅離子的螯合作用使其對腫瘤組織具有天然趨向性，它的代謝產(chǎn)物也會主要集中在腫瘤組織，可減少對正常組織的傷害，這一特點正是雙硫侖的臨床應用潛力巨大的原因之一。

1.6 雙硫侖抑制DNMT活性

DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase, DNMT)在細胞中催化甲基轉(zhuǎn)移至基因啟動子的CpG島，它在癌細胞中高度活躍，直接導致癌細胞中與腫瘤抑制相關的基因表達異常。用DNMT抑制劑抑制DNMT活性可以使腫瘤抑制相關蛋白重新表達。在正常細胞中，DNMT1蛋白水平是受到嚴格控制的，其中在細胞周期G1期蛋白水平最低。但是在癌細胞中嚴格受控的DNMT1蛋白水平被破壞，癌細胞整個細胞周期內(nèi)DNMT1蛋白水平的穩(wěn)定性增加，持續(xù)保持高水平[43]。之前的實驗研究中發(fā)現(xiàn)雙硫侖通過催化半胱氨酸巰基反應抑制ALDH[44]，因此人們推測雙硫侖可能通過類似方式影響半胱氨酸來干擾DNMT1的催化活性。之后的研究證明了這一推論，雙硫侖確實可以作為DNMT抑制劑：雙硫侖通過抑制DNMT1作為DNA去甲基化劑，從表觀遺傳學上調(diào)控癌細胞蛋白的表達[45]。由此可以預測未來雙硫侖通過表觀遺傳治療癌癥的策略是有可行性的。

1.7 雙硫侖上調(diào)免疫原性細胞死亡

免疫原性細胞死亡(death of immune prototypical cells, ICD)是指在藥物刺激下細胞從非免疫原性細胞向免疫原性細胞的轉(zhuǎn)化過程，它能在體內(nèi)引發(fā)抗腫瘤免疫作用[46]。免疫原性死亡的腫瘤細胞在表面分泌多種細胞因子并表達多種信號分子刺激免疫細胞識別和攻擊其微環(huán)境中的腫瘤細胞，例如將樹突細胞(dendritic cells, DC)募集到腫瘤病變組織并促進其免疫功能。同時，它通過募集和激活抗原呈遞細胞(antigen presenting cells, APC)來產(chǎn)生腫瘤特異性T細胞應答，達到消除腫瘤細胞的效果[47]。實驗結果顯示，雙硫侖可以通過上調(diào)位于細胞膜表面的ICD相關分子CRT蛋白的表達水平作為ICD誘導劑。因為CRT在介導腫瘤細胞的ICD中起著非常重要的作用，并且它是在細胞膜表面高表達的膜內(nèi)蛋白，所以它可以被APC識別為細胞毒性標記物[9]。雙硫侖處理后細胞CRT蛋白水平增加，這意味著它可以募集更多特異T細胞來攻擊腫瘤細胞并利用免疫原性抗癌作用發(fā)揮作用。這一機制顯示雙硫侖除了藥物的直接作用外，還可以通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)參與抗癌作用。

2 雙硫侖在藥物中的應用進展

2.1 雙硫侖和順鉑聯(lián)合用藥

順鉑是一種用于治療癌癥的非特異性一線抗癌藥物，它具有細胞毒性，通過與核DNA結合引起交聯(lián)破壞DNA的功能，從而干擾正常DNA復制機制[48]。它在癌癥化學療法的治療中起關鍵作用，是臨床上用于癌癥治療的常用藥物。然而由于長期用藥，腫瘤細胞通常對順鉑產(chǎn)生耐藥性，一些腫瘤細胞甚至對順鉑不敏感，而且順鉑毒性較大導致其對正常細胞產(chǎn)生損傷，研究人員一直在尋找可以與順鉑聯(lián)用以提高藥效的藥物。雙硫侖可以通過抑制ALDH的活性來靶向抑制細胞系中的腫瘤干細胞生長，研究人員嘗試用雙硫侖和順鉑聯(lián)合應用來治療乳腺癌，他們發(fā)現(xiàn)雙硫侖的參與提高了順鉑的特異性[10]，雙硫侖與順鉑對乳腺癌細胞的協(xié)同作用很好地解決了乳腺癌細胞順鉑耐藥的問題。同時由于雙硫侖的參與，順鉑的利用效率明顯提高，使它可以在較低濃度下產(chǎn)生相同的抗癌效果。在臨床治療中，減少順鉑的使用能夠減輕對正常細胞的損傷。而且在相同劑量的順鉑治療下，雙硫侖對ALDH不可逆的抑制效果可延長藥物有效時間并延長治療時間。雙硫侖與順鉑的作用機制不同，兩種藥物聯(lián)合使用可起到雙途徑抗癌作用[21, 49-50]，這一應用具有廣闊的發(fā)展前景。

2.2 雙硫侖和DHA聯(lián)合用藥

二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid, DHA)是大腦皮層、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和視網(wǎng)膜的重要組成部分。研究人員通過大量實驗證實，DHA具有殺死腫瘤細胞的能力，而且其衍生物產(chǎn)生的毒性更大，殺死癌細胞的能力更強。根據(jù)這一特性，DHA現(xiàn)已被用作臨床輔助治療癌癥的抗癌藥物[51-52]。但是由于大多數(shù)抗癌藥物在殺死癌細胞的同時對正常細胞也有毒性，因此迫切需要與其一起使用毒性較小的抗癌藥物。研究人員分別用雙硫侖和DHA處理腫瘤細胞，發(fā)現(xiàn)與單獨的雙硫侖和DHA相比，用雙硫侖和DHA共同處理可以誘導更多的癌細胞死亡并且可以抑制體外和體內(nèi)腫瘤的生長。針對其抗癌機制的研究表明，雙硫侖能有效增強DHA誘導的細胞氧化應激，同時DHA能夠增強雙硫侖誘導的癌癥模型中腫瘤干細胞的抑制，表明腫瘤干細胞的抑制是由雙硫侖和DHA的聯(lián)合產(chǎn)生的抗癌作用[53]。DHA和雙硫侖可以產(chǎn)生協(xié)同效應以更有效地殺死癌細胞，這種協(xié)同作用通過增強細胞氧化應激和抑制癌細胞干性以達到抗癌目的，未來針對這兩種藥物的聯(lián)用可以進一步提高DHA作為抗癌藥物的效果。

3 雙硫侖在醫(yī)藥材料中的研究進展

雙硫侖抗癌效果較好且成本低、毒害低，但也存在缺點：在生理條件下雙硫侖極不穩(wěn)定，如酸性胃環(huán)境中雙硫侖會快速降解，抗癌的有效成分容易失效，而且雙硫侖的血漿半衰期低于4 min，在體內(nèi)代謝速度快，這使得雙硫侖有效發(fā)揮作用的時間非常短[12]。因此，研究人員認為有必要采用特殊方法處理雙硫侖以延長其在體內(nèi)的作用時間。納米材料技術近幾十年來穩(wěn)步發(fā)展，對于藥物開發(fā)是一個不錯的選擇，而且它已廣泛應用于多種類型藥物的制藥應用，其中也包括癌癥治療藥物[54-60]，它也是提高不溶性藥物溶解度和生物利用度最常用的方法之一。聚合物納米粒子(polymer nanoparticles, NPs)對新型藥物傳遞系統(tǒng)(drug delivery system, DDs)的顯著優(yōu)勢在于其優(yōu)異的生物相容性、傳遞效率和生物利用率等。聚合物納米粒子的主要優(yōu)勢是它們的納米級尺寸，它可以進入或注入細胞膜、血管及血管壁等身體不同部位的通道，運送藥物到其目標部位[61]。根據(jù)這一特點，研究人員考慮將雙硫侖裝載到納米粒子上。由于納米粒子特殊理化特性和膠體穩(wěn)定性，裝載其上的雙硫侖在體內(nèi)的穩(wěn)定性增強，并可以通過內(nèi)吞作用進入癌細胞后釋放藥物產(chǎn)生藥效。針對體內(nèi)和體外癌細胞的相關實驗證實，裝載于聚合物納米離子的雙硫侖比游離藥物有更強的抗癌作用[62]。然而由于專利問題，傳統(tǒng)常用的納米材料技術成本一直較高，這使得納米材料裝載藥物的成本增加[62]。2018年Chen等[42]提出了一種制備納米粒子的新方法，該方法考慮到雙硫侖的代謝產(chǎn)物是發(fā)揮抗癌作用的關鍵，因此將金屬離子銅與雙硫侖的代謝產(chǎn)物Cu(DDC)2的復合物直接用于制備藥物。Cu(DDC)2-NPs在血清中的穩(wěn)定性可長達72 h，制備完成的藥物納米顆粒也可在室溫下儲存至少1個月。該方法簡便有效，可生成藥物濃度高、負載效率高且理化性質(zhì)理想的Cu(DDC)2-NPs，解決了雙硫侖在抗癌治療中的轉(zhuǎn)運傳遞問題。此外，有研究人員將雙硫侖、順鉑與2個納米粒子一同結合制成納米藥物，將聯(lián)合用藥和納米材料兩種策略結合，大大提高了藥物的使用效率[50]。

4 展望

一直以來，癌癥都是醫(yī)學界備受關注的重點?，F(xiàn)代醫(yī)學中的傳統(tǒng)治療方法并不能完全治愈，而且對患者的身體心理以及經(jīng)濟條件都是極大的考驗。而新藥的開發(fā)一般需要大量的成本和時間、多次臨床試驗，而且還需要相關部門的嚴格審批才能進入市場，過程繁瑣。目前，研究人員大多考慮從已獲批準的藥物中尋找抗癌藥物，并對其抗癌機制展開研究。

雙硫侖的抗癌機制非常復雜，目前的研究結果顯示這是由于多種途徑同時起作用：①雙硫侖在體內(nèi)的代謝產(chǎn)物抑制腫瘤細胞ALDH產(chǎn)生；②抑制癌細胞內(nèi)ROS清除途徑使其大量積累而導致細胞損傷；③抑制NF-κB信號轉(zhuǎn)導影響細胞增殖；④抑制蛋白酶體并在癌細胞中積累廢棄蛋白質(zhì)以誘導細胞凋亡；⑤通過促進NPL4蛋白的凝固和結合來調(diào)節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解，從而對p97蛋白起到降解作用；⑥抑制DNMT的功能，DNMT作為DNA甲基化水平調(diào)節(jié)的重要組成，被抑制后增強腫瘤抑制水平；⑦誘導進行ICD，刺激T細胞攻擊癌細胞，并通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)參與來增加抗癌作用等。這些機制本身都是正常細胞中存在的代謝途徑，雙硫侖代謝產(chǎn)物螯合銅等金屬離子的特性使其具有抗癌趨向性，使這些調(diào)節(jié)作用更多發(fā)生在銅離子含量高的腫瘤組織中，從而提高雙硫侖對腫瘤細胞的特異性。這正是目前研制抗癌藥物所追求的：產(chǎn)生抗癌效果同時避免損傷正常細胞。

聯(lián)合用藥是目前臨床用藥的常用方法。順鉑是臨床治療中常用的化學治療劑之一，作為廣譜抗癌藥物，順鉑通過與DNA結合而引起交聯(lián)從而破壞DNA的功能，擾亂細胞周期并抑制細胞的有絲分裂。為了提高特異性，將順鉑和雙硫侖共同裝載到納米顆粒上用于聯(lián)合治療，當雙硫侖-順鉑納米顆粒進入人體時，雙硫侖的代謝產(chǎn)物螯合銅離子，作用于腫瘤組織，同時可將順鉑帶入腫瘤組織。實驗研究還發(fā)現(xiàn)，雙硫侖可以提高順鉑的療效，在雙硫侖的作用下，較少的順鉑也可以發(fā)揮良好的抗癌作用，這意味著藥物毒害作用的降低。此外，雙硫侖在人體內(nèi)的穩(wěn)定性差，裝載到納米顆粒后，微粒通過內(nèi)吞作用進入細胞后，大大降低了藥物在體內(nèi)運輸中的損失。

作為一種臨床使用數(shù)十年的藥物，雙硫侖的許多優(yōu)點使其具有新型抗癌藥物的巨大潛力，如①無毒；②疏水性足以穿過血腦屏障，可作用于腦腫瘤，可應用范圍廣；③幾乎不可能誘發(fā)腫瘤；④專利期已過，成本較低；⑤有專門定位腫瘤的趨勢，并且與其他藥物具有協(xié)同活性等。以上特點讓其有潛力成為一種優(yōu)秀的抗癌藥物。

本綜述總結了雙硫侖在抗癌能力和應用方面的研究進展。盡管目前對雙硫侖的了解仍然不夠全面，但基于某些分子機制的研究來開發(fā)應用也是可行的。雙硫侖通過多種機制參與癌癥的治療過程，多種途徑共同作用使其成為一種有前景的藥物。另一方面，雙硫侖的藥物制備細節(jié)在很大程度上影響治療效果，通過對雙硫侖的特殊處理和與其他抗癌藥物的組合使用可以改善治療效果。本文探討了雙硫侖的研究以及其抗癌治療的具體機制，為雙硫侖的抗癌作用研究和未來的臨床應用奠定了基礎。