膽紅素在惡性腫瘤中的功能新見解及相關研究進展

邵 玉，姚景昊，李 曼，楊 燕

(蚌埠醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，安徽 蚌埠 233004)

惡性腫瘤是危害居民健康的第一大疾病，是世界范圍內(nèi)的一個主要公共健康問題[1]。中國每年惡性腫瘤發(fā)病率和死亡率占全世界的比率分別為23.7%和30%[2]。膽紅素作為血紅素分解代謝產(chǎn)物，最初被認為是一種有害廢物。隨著膽紅素的多種潛在生理作用的發(fā)現(xiàn)，膽紅素在健康促進和疾病預防中的新功能引起越來越多的關注，其在惡性腫瘤領域中的作用一直是研究的熱點。研究表明，膽紅素與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展相關，在療效預測、預后評估等方面具有重要價值。隨著膽紅素在惡性腫瘤中的新功能不斷被揭示，這種傳統(tǒng)生物標志物可能為惡性腫瘤的診斷、治療、評估等提供新的思路。因此，本文綜述了目前關于膽紅素與惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展、預后等方面的關系，以及其與惡性腫瘤相關的可能機制，以期對膽紅素的功能有新的認識，為其臨床應用提供新的啟發(fā)。

1 膽紅素與腫瘤

血清膽紅素濃度與許多炎性、自身免疫性疾病的風險呈負相關[3]。由于膽紅素的抗氧化、抗炎、調(diào)節(jié)代謝等新功能的發(fā)現(xiàn)，其在惡性腫瘤中的作用也不斷被探索。

1.1 膽紅素水平影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展國外學者Keshavan等[4]發(fā)現(xiàn)存在于腸腔濃度下的膽紅素能夠通過觸發(fā)線粒體去極化誘導結腸腺癌細胞的凋亡，并推測膽紅素可能在結腸腫瘤的發(fā)生中起作用。國內(nèi)方面，Deng等[5]通過向小鼠注射不同濃度膽紅素，發(fā)現(xiàn)當間接膽紅素(Indirect bilirubin，IBIL)濃度達到100 μmol/L時，可減少小鼠肺部轉移性鼻咽癌細胞的數(shù)量，減弱其侵襲能力。如上所訴，膽紅素可能與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有關。不同腫瘤對膽紅素的敏感性不同，需要進一步的研究來確定膽紅素對腫瘤發(fā)生、發(fā)展作用的機制及不同腫瘤對膽紅素敏感性不同的原因。

1.2 膽紅素水平影響腫瘤患者的治療效果Song等[6]研究發(fā)現(xiàn)非小細胞肺癌(Non small cell lung carcinoma，NSCLC)患者基線直接膽紅素(Direct bilirubin，DBIL)水平高的患者使用含鉑雙藥聯(lián)合化療能夠得到更多的獲益，高DBIL組化療2個周期后的完全緩解率和部分緩解率均高于低DBIL組(11.11% vs 7.43%，P=0.045)。高DBIL組有10例(37.03%)無治療反應(疾病穩(wěn)定和疾病進展)，而低DBIL組有94例(63.51%)(P=0.010)。Yu等[7]的研究則得出了相反的結果。總膽紅素(Total bilirubin，TBIL)≤13.0 μmol/L和IBIL≤4.1 μmol/L的中國結直腸癌患者接受伊立替康化療的客觀反應(完全緩解與部分緩解)比TBIL>13.0 μmol/L和IBIL>4.1 μmol/L的患者高出10倍以上(OR=11.250；95%CI：2.286～55.367；P=0.003)。提示較低的膽紅素濃度是基于伊立替康治療的結直腸癌患者治療反應的獨立預測因子。

目前針對膽紅素水平與惡性腫瘤治療療效的關系研究結果仍存在爭議，這可能提示膽紅素在不同瘤種中的作用存在異質(zhì)性，進一步的大樣本研究可能揭示膽紅素在療效預測中的更多價值，幫助醫(yī)生優(yōu)化治療方案，提高治療效果。

1.3 膽紅素水平影響腫瘤患者的預后Vitek等進行的一項嵌套病例對照研究發(fā)現(xiàn)，血清膽紅素濃度與癌癥死亡率呈負相關。在接受根治性切除術的NSCLC患者中，對于術前血清膽紅素中度升高的患者，總生存期(Overall survival，OS)和無遠處轉移生存(Distant metastasis-free survival，DMFS)更長，提示IBIL是NSCLC根治性切除患者的獨立預后因素[8]。Zhang等[9]的研究也發(fā)現(xiàn)高DBIL(≥4.0 μmol/L)的口腔鱗癌患者的總生存期比低DBIL(<4.0 μmol/L)的患者長，同時伴有淋巴結轉移和低DBIL的患者總體生存率期最短。當然也有學者得到不同的結果。國外研究者發(fā)現(xiàn)循環(huán)膽紅素水平較高的男性患結直腸癌風險較高[10]。Zhang等發(fā)現(xiàn)TBIL、DBIL水平的升高與肝內(nèi)膽管癌(Intrahepatic cholangiocarcinoma，ICC)患者較短的OS顯著相關，基線TBIL、DBIL可以作為ICC患者OS的獨立預后預測因子。Cao等的研究揭示了TBIL、DBIL水平升高與結直腸癌的進展相關，是結直腸癌患者的獨立預后因素。所建立的諾模圖也證實了TBIL、DBIL在結直腸癌患者中的預后意義。不同的腫瘤類型中，膽紅素所起到的預后作用是不同的。腫瘤類型、人群種族、生活環(huán)境、研究方法的不同，都可能導致研究結果的差異。進一步研究不同腫瘤類型與TBIL、DBIL、IBIL之間關系，更深入的挖掘其中的機制，未來可能更加能夠證明膽紅素的潛在作用。

2 膽紅素影響腫瘤發(fā)生發(fā)展的相關機制

2.1 膽紅素抑制氧化應激反應氧化應激是腫瘤細胞的特征性表現(xiàn)之一，腫瘤細胞中活性氧(Reactive oxygen species，ROS)濃度較高[11]，較高水平的ROS造成氧化應激。ROS對細胞的結構和功能造成嚴重的損害，并可能誘發(fā)體細胞突變和腫瘤轉化，ROS還通過修飾轉錄因子和第二信使影響腫瘤中重要的基因表達，增加人類癌癥潛在風險。氧化與抗氧化平衡被認為是惡性腫瘤發(fā)生和發(fā)展的重要因素。ROS是細胞生理和病理活動的主要中間產(chǎn)物之一，通過激活信號轉導子和轉錄激活子3、活化B細胞的核因子κ輕鏈增強子(Nuclear factor-kappaB，NF-κB)來調(diào)節(jié)各種信號通路、激酶和生長因子。這些信號通路與腫瘤細胞的侵襲、增殖、轉移等過程相關。1987年Stocker等發(fā)現(xiàn)膽紅素具有抗氧化性，隨后學者對膽紅素抗氧化性進行深入研究。膽紅素的抗氧化性與其化學結構密切相關。膽紅素是一種四吡咯色素，第十位碳橋上的氫完全暴露出來，可以與氧自由基的最外層孤對電子結合，從而直接清除ROS，抑制氧化損傷。此外，當細胞膜上的脂肪酸在ROS的刺激下形成不飽和脂肪酸自由基時，膽紅素與這些自由基反應并消除它們，這阻止了不飽和脂肪酸自由基進一步形成脂質(zhì)過氧化物[12]。因此，使用內(nèi)源性抗氧化劑如膽紅素清除多余的ROS，可以起到抗癌作用。

2.2 膽紅素抑制血小板活性血小板與惡性腫瘤也存在一定的關系。有實驗強調(diào)血小板是惡性腫瘤發(fā)生步驟的“積極參與者”，主要參與腫瘤生長、腫瘤細胞增殖和轉移等過程。血小板計數(shù)的增加似乎是某些惡性腫瘤患者的預測因子，且高達20%的惡性腫瘤患者有血栓栓塞癥[13]。氧化應激被認為是血小板活性升高的主要危險因素，其誘導血小板活化增加血栓形成，導致組織缺氧梗死。而ROS是血小板反應性的關鍵調(diào)節(jié)因子，在代謝中產(chǎn)生，并對細胞膜內(nèi)成分氧化修飾，促進血栓形成。膽紅素可以抑制氧化應激反應，減少ROS的生成，抑制血小板活化和潛在的器官梗死。因此，膽紅素的抗氧化潛能可能通過影響血小板功能而間接在體內(nèi)發(fā)揮保護作用。

2.3 膽紅素具有抗炎作用早在19世紀就有學者提出炎癥和癌癥之間可能存在聯(lián)系，炎癥被認為是導致腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要原因。慢性炎癥與腫瘤發(fā)生的各個步驟有關，包括細胞增殖、侵襲等[14]。膽紅素在內(nèi)毒素血癥、敗血癥等動物模型中表現(xiàn)出顯著的抗炎能力，其機制包括抑制炎癥細胞的浸潤和降低促炎細胞因子的水平。膽紅素還能夠通過破壞血管細胞粘附分子-1，阻止白細胞遷移到靶組織，而抑制炎癥相關反應，這一發(fā)現(xiàn)增加了膽紅素作為炎癥反應的內(nèi)源性調(diào)節(jié)作用的可能性。Yao等人利用含有膽紅素的納米顆粒選擇性地針對胰腺病變，并以與胰蛋白酶反應的方式釋放膽紅素，結果示急性胰腺炎的嚴重程度有所減輕。其通過抑制NF-κB信號和激活核因子E2相關因子/血紅素加氧酶-1(Nuclear factor erythroid-2-related factor 2/heme oxygenase 1,Nrf2/HO-1)信號通路發(fā)揮抗炎作用。膽紅素通過上述兩個途徑減少氧化應激、降低炎癥因子的表達、抑制巨噬細胞和中性粒細胞的聚集發(fā)揮抗炎作用[15]。多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)NF-κB的表達增高，而NF-κB信號途徑參與惡性腫瘤的發(fā)生及侵襲轉移過程。因此膽紅素可能對多種炎癥細胞因子起調(diào)節(jié)作用進而調(diào)整機體的炎癥反應過程發(fā)揮抗腫瘤的作用。

2.4 膽紅素影響血管內(nèi)皮功能腫瘤的形成依賴于血管生成，新形成的血管有利于腫瘤的生長和發(fā)展。血管內(nèi)滲允許侵襲性癌細胞通過血管內(nèi)皮轉移到血管腔內(nèi)，這是腫瘤轉移的重要階段[16]。血管內(nèi)皮不僅起屏障作用，還可以分泌一些活性物質(zhì)。一般情況下血管內(nèi)皮可保持平衡，若失去平衡，內(nèi)皮功能障礙，就會導致惡性腫瘤等相關疾病的發(fā)生。內(nèi)皮功能受損一般是由于ROS過量導致一氧化氮(Nitric Oxide，NO)失活增加和(或)NO生成減少所致。IBIL通過抑制包括NF-κB在內(nèi)的轉錄因子的激活，增加NO的利用度，減少內(nèi)皮粘附分子的表達，從而內(nèi)皮功能障礙情況得到改善[17]。為了驗證膽紅素的血管內(nèi)皮保護作用，研究者將內(nèi)皮細胞模型暴露在不同濃度的膽紅素中，實驗結果得出細胞外膽紅素濃度微小的變化可以轉化為細胞內(nèi)對氧化應激的防御能力。因此，需要進一步研究如何安全有效地提高膽紅素水平以增強內(nèi)皮功能，從而減少腫瘤血管的生成。

2.5 膽紅素作為信號分子發(fā)揮作用膽紅素被證明具有廣泛而強大的作用，近年來的數(shù)據(jù)表明，膽紅素可以作為信號分子影響各種細胞調(diào)節(jié)系統(tǒng)。過氧化物酶體增殖物激活受體(Peroxisome proliferator-activated receptors，PPARs)與腫瘤發(fā)生有關。配體激活的PPARγ能夠促進細胞周期阻滯和癌細胞凋亡[18]。對IBIL的結構研究顯示，其可影響PPARγ的表達，據(jù)報道膽紅素作為PPARγ的激動劑激活5'-腺嘌呤核苷酸激活的蛋白激酶。PPARγ激活5'-腺嘌呤核苷酸激活的蛋白激酶還導致哺乳動物雷帕霉素靶點(Mammalian target of rapamycin，mTOR)信號的抑制以及下游因子的去磷酸化[19]。腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與mTOR信號通路的活化有關，抑制mTOR信號通路是治療腫瘤的一個重要方法。IBIL還是芳香烴受體(Aryl hydrocarbon receptor，AHR)的有效內(nèi)源性激活劑，是一種配體激活的轉錄因子。AHR信號通路具有廣泛的影響，與多種腫瘤如乳腺癌、肺癌的發(fā)生密切相關，而內(nèi)源性底物如膽紅素的刺激可介導細胞周期阻滯。膽紅素激活AHR下調(diào)細胞周期蛋白D1和Rb蛋白誘導G1細胞周期阻滯來抑制細胞增殖磷酸化，這在體外的人結腸癌細胞和人胰腺癌中得到證實[20]。因此，膽紅素對AHR激活的機制可能有助于膽紅素的抗癌作用的理解。

3 問題與展望

惡性腫瘤一直以來是全球最大的公共衛(wèi)生問題。較多證據(jù)表明膽紅素是一種高生物活性分子，對惡性腫瘤等疾病有著不同程度的影響。值得注意的是，最近對膽紅素新的研究方向可能解釋許多惡性腫瘤的臨床觀察結果。盡管我們對膽紅素影響惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展的潛在機制仍知之甚少，但其已經(jīng)在各種惡性腫瘤的療效預測、預后評估等方面嶄露頭角。未來應更加深入探索膽紅素這種傳統(tǒng)標志物的各種新功能及其機制，為惡性腫瘤的診治提供新的思路與見解。