精氨酸剝奪療法在惡性腫瘤治療中的研究進展

姚舒洋，張毅

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院胸科，北京 100053

腫瘤細胞的代謝重組十分旺盛，其氨基酸代謝能夠為腫瘤細胞的加速生長和增殖提供能量。20世紀30年代Gilroy的研究發(fā)現(xiàn)，與標準飲食小鼠相比，富含精氨酸飲食小鼠的腫瘤長得更快，相反，缺乏精氨酸飲食小鼠的腫瘤發(fā)生率較低，而且腫瘤長得更慢。更重要的是，精氨酸代謝受抑制后會導(dǎo)致腫瘤細胞溶解，而正常的體細胞并不會受到任何影響。之后，研究者對精氨酸營養(yǎng)缺陷型腫瘤開展了大量研究，發(fā)現(xiàn)精氨酸脫亞胺酶（arginine deiminase，ADI）能夠有效治療依賴精氨酸代謝的惡性腫瘤，成為一種抗腫瘤治療手段。本文綜述了ADI類藥物單藥或與其他類型抗腫瘤藥物聯(lián)合治療惡性腫瘤的臨床前和臨床研究結(jié)果，現(xiàn)報道如下。

1 精氨酸在惡性腫瘤細胞生長中的作用

1.1 精氨酸代謝

精氨酸是一種半必需氨基酸，正常細胞可攝取外源性精氨酸，也可利用瓜氨酸合成精氨酸。精氨酸是合成蛋白質(zhì)、尿素、多胺類、胍基丁胺以及谷氨酸和脯氨酸的必需原料，它參與細胞的多種代謝過程，能夠促進傷口愈合和生長激素的釋放，并具有免疫調(diào)節(jié)活性（如T細胞受體的表達、殺傷性T細胞的激活、免疫記憶）。此外，精氨酸是一氧化氮（nitric oxide，NO）的唯一底物，而NO在惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展中意義重大，能夠促進腫瘤血管生成，并調(diào)控腫瘤細胞DNA的破壞及修復(fù)等。

瓜氨酸合成精氨酸具有兩種途徑：①瓜氨酸通過精氨酸琥珀酸合成酶1（argininosuccinate synthetase 1，ASS1）合成精氨酸琥珀酸，再通過精氨酸琥珀酸裂解酶（argininosuccinate lyase，ASL）生成精氨酸；②精氨酸酶將精氨酸降解為L-鳥氨酸和尿素，L-鳥氨酸被鳥氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)化成L-瓜氨酸，最終再次通過ASS1/ASL生成精氨酸。其中，ASS1是精氨酸合成的限速酶，在精氨酸代謝中具有重要意義。

1.2 精氨酸營養(yǎng)缺陷型惡性腫瘤細胞

研究表明，很多惡性腫瘤存在精氨酸營養(yǎng)缺陷型，如惡性黑色素瘤（精氨酸營養(yǎng)缺陷型占60%～100%）、肝細胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）（100%）、前列腺癌（100%）、胰腺癌（＞80%）、乳腺癌（60%）、小細胞肺癌（44%）、惡性胸膜間皮瘤（malignant pleural mesothelioma，MPM）（60%）。這意味著精氨酸代謝障礙時，細胞生存需要完全依賴外源性精氨酸來維持必需的生物過程。臨床中發(fā)現(xiàn)，大部分精氨酸營養(yǎng)缺陷型惡性腫瘤患者初診時已是晚期，而且大多存在化療藥物原發(fā)性耐藥，這部分患者的腫瘤具有更高的侵襲性和更差的預(yù)后。

1.3 精氨酸剝奪療法——抗腫瘤治療的新策略

對于精氨酸營養(yǎng)缺陷型腫瘤，可以通過限制腫瘤細胞從血液中攝取足夠的精氨酸從而抑制腫瘤細胞的生長，這就是精氨酸剝奪療法，可以從3個方面實現(xiàn)：飲食上限制精氨酸攝入、抑制精氨酸轉(zhuǎn)運和促進精氨酸降解。精氨酸限制性飲食只在結(jié)直腸癌和皮膚癌的小鼠模型中見到效果，但在患者中完全見不到效果。通過抑制精氨酸轉(zhuǎn)運進行抗腫瘤會影響非惡性腫瘤組織的精氨酸轉(zhuǎn)運，無法應(yīng)用于臨床。因此，精氨酸降解酶是目前獲得成功的精氨酸剝奪療法。

ADI是精氨酸降解酶中的研究熱點，它可以將精氨酸分解為瓜氨酸和氨。然而，由于ADI的抗原性很高，能夠誘導(dǎo)人體產(chǎn)生抗體，從而發(fā)生嚴重的過敏反應(yīng)，因此其臨床應(yīng)用受到限制。經(jīng)聚乙二醇[poly（ethylene glycol），PEG]修飾改良后的ADI-PEG20，在保留其生物活性的基礎(chǔ)上，不僅能夠降低免疫原性，而且進一步延長了半衰期。美國和歐洲已經(jīng)批準ADI-PEG20作為治療HCC的孤兒藥。

2 ADI類藥物抗腫瘤機制的臨床前研究

研究發(fā)現(xiàn)ADI類藥物抑制多種腫瘤細胞生長的潛在機制包括：①誘導(dǎo)細胞自噬。自噬是一種非凋亡的細胞程序性死亡。精氨酸剝奪療法可以降低腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）的水平，使哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，MTOR）信號通路失活，從而誘導(dǎo)自噬；還可以使線粒體功能異常導(dǎo)致細胞自噬；也能夠通過上調(diào)熱休克蛋白和鐵/錳超氧化物歧化酶等壓力相關(guān)蛋白的表達誘導(dǎo)自噬。這些過程同時會影響細胞周期，使細胞周期阻滯在G或S期。②誘導(dǎo)細胞凋亡。在小細胞肺癌、白血病、視網(wǎng)膜母細胞瘤和胰腺癌細胞中，精氨酸剝奪療法可通過促進細胞壞死因子誘導(dǎo)凋亡配體而啟動凋亡。它還可以啟動胱天蛋白酶（caspase）依賴的凋亡，或通過Bcl-2相關(guān)X蛋白（Bcl-2-associated X protein，BAX）的構(gòu)象變化和線粒體內(nèi)膜去極化來誘導(dǎo)凋亡。③誘導(dǎo)細胞衰老。細胞衰老是指有增殖能力的細胞處于持續(xù)的停滯狀態(tài)，打破了細胞衰老死亡與新生細胞生長的動態(tài)平衡。精氨酸剝奪療法可導(dǎo)致大腦膠質(zhì)瘤細胞過度表達衰老相關(guān)B葡萄糖苷酶、一些炎性細胞因子[如白細胞介素（interleukin，IL）-1、IL-6和IL-8]以及p16信號通路因子，這些腫瘤細胞本身很難發(fā)生細胞凋亡。④啟動瓦博格效應(yīng)，即腫瘤細胞即使在有氧情況下也不利用線粒體氧化磷酸化產(chǎn)能，轉(zhuǎn)而利用有氧糖酵解。精氨酸剝奪療法能夠抑制腫瘤細胞的絲氨酸生物合成和下游葉酸依賴酶的活性，從而啟動瓦博格效應(yīng)。⑤抑制血管生成。在體外實驗中發(fā)現(xiàn)精氨酸剝奪療法可抑制血管內(nèi)皮細胞的血管生成以及血管新生化過程。體內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，與使用生理鹽水的對照組相比，ADI使腎癌細胞移植小鼠的腫瘤微血管密度降低了39%[實驗組

vs

對照組：（63.2±7.7）

v

（

s

104.5±9.7），

P

＜0.05]，采用酶聯(lián)免疫吸附試驗檢測的血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）水平下降了23%[實驗組

vs

對照組：（66.6±9.6）pg/ml

v

（

s

86.5±12.1）pg/ml，

P

＜0.05]。

3 ADI-PEG20抗腫瘤的臨床研究

3.1 ADI-PEG20單藥治療

有關(guān)ADI-PEG20的早期臨床試驗納入的患者都是多線化療藥物或靶向藥物治療失敗的難治性HCC、惡性黑色素瘤和間皮瘤患者。該藥的耐受性好，不良反應(yīng)多為輕中度。常見的不良反應(yīng)為局部注射反應(yīng)、皮疹、乏力，而化療藥物常見的不良反應(yīng)如骨髓抑制、胃腸道反應(yīng)或其他重要器官的不良反應(yīng)均未見到。雖然在這些研究中最佳治療反應(yīng)只是疾病穩(wěn)定（stable disease，SD），但是患者的無進展生存時間（progression-free survival，PFS）和總生存時間（overall survival，OS）均獲得了顯著延長。

3.2 ADI-PEG20的耐藥機制

限制ADI-PEG20臨床應(yīng)用的因素是治療相關(guān)耐藥問題。ADI-PEG20的耐藥機制如下：①被沉默的

ASS1

基因再次表達，大部分ASS1陰性患者在復(fù)發(fā)時，其腫瘤細胞出現(xiàn)了ASS1陽性表達；②中和抗體的產(chǎn)生，ADI-PEG20能夠誘導(dǎo)機體產(chǎn)生ADI中和抗體，抑制精氨酸酶的活性，導(dǎo)致血清精氨酸水平很快回升；③ASS1陰性細胞中ASL水平上調(diào)；④增強的糖酵解作用。精氨酸剝奪對多種生物過程具有非常重要的影響，通過與其他化療藥物和靶向藥物聯(lián)合，既可以減慢抗ADI-PEG20抗體的產(chǎn)生和ASL的上調(diào)，又可以作為化療增敏劑而改善化療藥物的耐藥性。ADI-PEG20與其他藥物聯(lián)合治療成為克服單藥治療耐藥的策略。

3.3 ADI-PEG20聯(lián)合化療的臨床研究

3.3.1 晚期HCC一項Ⅰ期臨床研究納入了索拉非尼治療失敗的HCC患者和一線治療失敗的晚期胃腸道腫瘤患者23例，均接受改良版FOLFOX6方案（奧沙利鉑85 mg/m，靜脈注射，第1天；亞葉酸鈣400 mg/m靜脈滴注，第1天；氟尿嘧啶400 mg/m靜脈推注，第1天，然后1200 mg/m持續(xù)靜脈泵入2天）化療聯(lián)合不同劑量的ADI-PEG20治療，結(jié)果顯示，客觀有效率（objective response rate，ORR）為21%，中位PFS和OS分別為7.3個月和14.5個月，均明顯優(yōu)于FOLFOX4方案（奧沙利鉑85 mg/m，靜脈注射，第1天；亞葉酸鈣200 mg/m靜脈滴注，第1～2天；氟尿嘧啶400 mg/m靜脈推注，600 mg/m持續(xù)靜脈泵入22 h，第1～2天）二線治療HCC的前瞻性研究結(jié)果（ORR為8%，中位PFS和OS分別為2.9個月和6.4個月）。

3.3.2 晚期胰腺癌一項Ⅰ/Ⅰb期臨床研究分析了納米紫杉醇和吉西他濱兩藥化療聯(lián)合不同劑量的ADI-PEG20治療晚期胰腺癌的臨床療效，該研究共納入18例患者。其中15例患者未接受過全身治療，該治療作為一線治療的ORR為45.5%，一線治療的中位PFS和OS分別為6.1個月和11.3個月。此小樣本結(jié)果不劣于一項Ⅲ期隨機對照臨床試驗的結(jié)果，該隨機對照臨床試驗分析了納米紫杉醇聯(lián)合吉西他濱兩藥化療與吉西他濱單藥一線治療晚期胰腺癌的臨床療效，其中納米紫杉醇聯(lián)合吉西他濱兩藥化療組患者的ORR為23%，中位PFS和OS分別為5.5個月和8.5個月。

3.3.3 晚期實體腫瘤一項有關(guān)多西他賽聯(lián)合不同劑量ADI-PEG20治療晚期實體瘤的Ⅰ期臨床研究入組了18例患者，結(jié)果顯示，ADI-PEG20并未增加化療不良反應(yīng)，聯(lián)合治療的耐受性較好。因入組患者數(shù)量有限且是不同的病理類型，因此有效率和生存結(jié)果與其他文獻的結(jié)果相比未見明顯優(yōu)勢。仍可發(fā)現(xiàn)8例血清精氨酸水平明顯降低的患者，其疾病控制率為100%，提示精氨酸水平可能具有潛在的療效預(yù)測作用。

3.3.4 復(fù)發(fā)性高級別腦膠質(zhì)瘤一項有關(guān)培美曲塞/順鉑聯(lián)合ADI-PEG20治療ASS1陰性復(fù)發(fā)性高級別腦膠質(zhì)瘤的Ⅰ期臨床研究入組了10例患者，結(jié)果顯示，患者的耐受性好，大部分不良反應(yīng)為1～2級，最佳治療反應(yīng)為SD（

n

=8，80%），中位PFS和OS分別為5.2個月和6.3個月。這一數(shù)據(jù)與歷史性數(shù)據(jù)相似，但是其他歷史性研究的入組患者多為一線治療失敗者，而上述研究中90%的患者接受過二線以上的化療；而且上述研究中的患者均為ASS1陰性患者，在多種腫瘤中ASS1陰性與預(yù)后不良密切相關(guān)。

從上述4個應(yīng)用ADI-PEG20聯(lián)合化療治療晚期實體腫瘤的Ⅰ期臨床研究中可知，ADI-PEG20并未顯著增加化療藥物的不良反應(yīng)，患者的整體耐受性良好，而且患者的近期療效和遠期療效均較好，值得進一步研究。

3.3.5 胸部惡性腫瘤一項多中心前瞻性隨機對照Ⅱ期臨床研究納入了68例ASS1表達＜50%的MPM患者，以2∶1的比例將患者分為ADI-PEG20試驗組（

n

=44）和安慰劑組（

n

=24）。58%的患者具有一線含鉑兩藥化療失敗史。ADI-PEG20試驗組患者的中位PFS長于安慰劑組（3.2個月

vs

2.0個月，

P

=0.03），ADI-PEG20試驗組和安慰劑組患者的4個月SD比例（52%

vs

22%，

P

=0.23）和中位OS（15.7個月

vs

12.1個月，

P

=0.13）比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。兩組患者的不良反應(yīng)發(fā)生率比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（

P

＞0.05）。前述多西他賽聯(lián)合不同劑量ADI-PEG20治療晚期實體瘤的Ⅰ期臨床研究中，共有9例非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者，均至少有一線化療失敗史，結(jié)果顯示，1例患者達到部分緩解（partial response，PR），疾病控制率為 66.7%（4/6），優(yōu)于多西他賽單藥二線治療NSCLC的效果。

一項Ⅰ期臨床研究分析了ADI-PEG20聯(lián)合培美曲塞/順鉑一線治療MPM或非鱗NSCLC的臨床療效。其中，5例患者為MPM，4例患者為肺腺癌。ORR為78%（7/9），均為PR。中位PFS為30.1周，中位OS為55.7周。大部分患者的不良反應(yīng)為1～2級，未出現(xiàn)劑量限制性毒性和治療相關(guān)性死亡?；谠撔颖劲衿谂R床研究中三藥聯(lián)合治療達到了較好的ORR結(jié)果，一項計劃納入386例混合型或肉瘤樣MPM患者并隨機接受培美曲塞順鉑二聯(lián)化療+ADI-PEG20或安慰劑的Ⅱ/Ⅲ期臨床研究目前正在招募患者中（NCT02709512）。

4 小結(jié)

腫瘤精準治療是指在正確的階段（新輔助治療、輔助治療、挽救性治療階段）給適當(dāng)?shù)幕颊撸ň哂邪谢蚧蚱渌厥馍飳W(xué)特點的患者）使用具有充分抗腫瘤效果的藥物。精氨酸剝奪療法是一種具有發(fā)展前景的腫瘤治療方法。雖然ADI類藥物單藥治療的耐藥問題影響了其臨床應(yīng)用，但已有多個Ⅰ期臨床研究證明ADI-PEG20聯(lián)合化療治療惡性腫瘤具有較好的療效，而且ADI類藥物的不良反應(yīng)與化療、靶向治療和免疫治療不同，在臨床研究中未觀察到ADI-PEG20明顯增加化療不良反應(yīng)的情況。目前，尚有兩項ADI-PEG20應(yīng)用于胸部惡性腫瘤的Ⅱ期臨床試驗（治療小細胞癌的NCT01266018和治療MPM的NCT02709512）正在進行中，期待有更豐富的結(jié)果，為胸部惡性腫瘤的治療提供新的思路。