三氧化二砷在妇科恶性肿瘤中应用的研究进展

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所属分类:妇科肿瘤

作者:李娜 李小平
选自:中华妇产科杂志2016年12月第51卷第12期第954页-957页
以铂类为基础的化疗是妇科恶性肿瘤重要的治疗手段,但妇科恶性肿瘤患者一旦发生耐药,将会严重影响其生存和预后。尽管在美国国立综合癌症网络(NCCN)指南中,推荐了脂质体多柔比星、草酸铂等二线化疗药物,但每种药物的有效率仅为20%左右。因此,如何对晚期及复发耐药患者选择高效、低毒、无交叉耐药性的化疗药物成为妇科恶性肿瘤临床医师关注的重点。
三氧化二砷(As2O3)为砷的三价氧化物,具有广谱、独特的抗肿瘤作用,已应用于血液系统恶性肿瘤及多种实体恶性肿瘤(如骨肿瘤、肝癌等),且取得了较好的疗效[1-2]。妇科恶性肿瘤中,三氧化二砷最早应用于子宫颈癌的局部治疗。随后的研究发现,三氧化二砷也能抑制其他妇科恶性肿瘤细胞增殖并促进细胞凋亡,提高妇科恶性肿瘤细胞对放化疗的敏感性,且对耐药及复发的患者也有效。因此,本文就三氧化二砷的抗肿瘤作用机制及其在妇科恶性肿瘤中应用的研究进展进行综述,为临床应用三氧化二砷提供帮助。
一、三氧化二砷的抗肿瘤作用机制1.诱导肿瘤细胞分化三氧化二砷诱导肿瘤细胞分化,是其重要的抗肿瘤机制之一。研究显示,常规剂量的三氧化二砷可诱导早幼粒细胞成熟、分化,但在较高浓度下只能诱导细胞发生部分分化而并不诱导其凋亡。在小剂量的氯化钴或2%~3%的低氧环境下,白血病细胞系NB4和U937细胞出现明显的形态和功能的分化、成熟,且可加强三氧化二砷对两种细胞的诱导分化作用,表明,模拟化合物(氯化钴)和低氧可影响三氧化二砷的诱导分化效应。此外,有关三氧化二砷与其他细胞分化诱导剂之间的联合作用研究发现,其分化机制可能与激活环磷酸腺苷蛋白激酶通路有关,且细胞蛋白激酶A的拮抗剂H89能阻断三氧化二砷对细胞的诱导分化作用[3]。

2.诱导肿瘤细胞凋亡三氧化二砷诱导肿瘤细胞凋亡的过程是多靶点、多途径的复杂过程,也是其主要的抗肿瘤机制。三氧化二砷主要的诱导细胞凋亡途径为:
(1)通过影响半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)家族激活凋亡效应:Bax与Bcl-2的比值可决定促凋亡因子caspase-3的表达,与细胞凋亡和增殖密切相关,三氧化二砷可使Bcl-2表达水平下降的同时使Bax表达水平增高,从而使两者的比值降低,进而上调肿瘤细胞内caspase-3 的表达,诱导肿瘤细胞凋亡[4]。
(2)活化开放线粒体通透性转运孔(PTP):三氧化二砷可与腺嘌呤核苷酸转位蛋白(ANT)结合形成二硫键,使其分子构象发生变化导致PTP开放,继而使线粒体通透性发生变化,干扰线粒体的能量代谢和离子平衡,使肿瘤细胞发生不可逆的凋亡。
(3)调节活性氧簇(ROS)介导的线粒体通路:谷胱甘肽(GSH)是机体非酶性氧化系统的重要组成部分[5],可清除细胞内过多的ROS。三氧化二砷可通过与富含巯基的GSH结合从而减少GSH在细胞内的含量,使细胞内ROS的蓄积增加[6],使脂质过氧化,从而破坏线粒体膜的完整性,激发凋亡下游反应元件而诱导细胞凋亡。
(4)调节凋亡相关基因的表达:三氧化二砷可通过上调细胞内Bax基因的表达和下调细胞内高表达的Bcl-2基因而导致细胞凋亡。Bax和Bcl-2基因是线粒体通透性改变的重要调控因素,可抑制线粒体内细胞色素C的释放和控制caspase-3的表达,从而发挥抗细胞凋亡作用[7]。
(5)活化细胞内有丝分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路[8]。

3.抑制肿瘤内新生血管的形成三氧化二砷可通过抑制肿瘤内新生血管的形成而发挥抗肿瘤作用。三氧化二砷抑制新生血管形成的主要途径如下:
(1)损伤形成血管的原始间充质细胞,使新生毛细血管内皮细胞空泡化,从而破坏内皮细胞的结构和功能;
(2)抑制血管内皮细胞的增殖;
(3)通过抑制信号传导及转录活化因子(STAT)3和STAT5的激活而抑制肿瘤血管内皮生长因子(VEGF)的表达。此外,三氧化二砷还可直接诱导内皮细胞和肿瘤细胞凋亡,使VEGF的表达水平下降,从而抑制新生血管的形成。

4. 抑制肿瘤细胞的增殖三氧化二砷可使肿瘤细胞阻滞于G1/S期和G2/M期或延长细胞周期,从而抑制肿瘤细胞增殖[9]。端粒酶活性是促进细胞生长的关键因素,三氧化二砷可通过下调端粒酶活性来抑制肿瘤细胞生长,且可使细胞周期相关的蛋白如细胞周期蛋白D1(cyclin D1)、p16、Rb等表达降低,使细胞阻滞于G1/S期和G2/M期,抑制细胞增殖。除此之外,三氧化二砷还可使细胞周期蛋白依赖性激酶2(CDK2)的活性下降,将细胞周期阻滞于G2/M期。

5. 对肿瘤细胞特异的靶向作用研究显示,三氧化二砷和维甲酸都可通过特异性诱导急性早幼粒细胞白血病(APL)细胞中PML-RARa(是由维甲酸受体A和急性早幼粒白血病基因PML融合而成的嵌合基因)融合蛋白发生降解而起到治疗APL的作用。进一步的研究显示,三氧化二砷还可特异性靶向诱导的含BCR-ABL1(是由BCR 基因和ABL1原癌基因融合产生的致癌基因)癌蛋白的细胞发生自噬性降解[10],对慢性粒细胞白血病(CML)和Ph阳性的急性淋巴细胞白血病(Ph+ALL)的治疗有重要临床意义。

二、三氧化二砷在妇科恶性肿瘤中的应用     三氧化二砷因价格低廉、副反应小及较广的抗肿瘤作用,越来越多地引起妇科肿瘤界的关注。
1.子宫颈癌三氧化二砷在妇科恶性肿瘤中最早应用于子宫颈癌的治疗,目前的研究主要集中于其对子宫颈癌细胞的抗肿瘤作用和对放疗的增敏作用等方面。研究表明,三氧化二砷对子宫颈癌的抗肿瘤作用主要表现在对子宫颈癌细胞生长的抑制。Wang等[11]研究显示,三氧化二砷在体外可明显抑制子宫颈癌HeLa细胞的生长,在诱导子宫颈癌细胞发生凋亡的同时,可使子宫颈癌细胞发生周期阻滞,并通过抑制VEGF的表达来阻断新生血管的生成,从而抑制子宫颈癌细胞的增殖和转移,且抑制作用呈时间和浓度依赖性。Wen等[12]在HPV阳性(+)的子宫颈癌细胞系HeLa和CasKi细胞以及HVP阴性(-)的子宫颈癌细胞系C33A细胞中分别加入1~10 μmol/L三氧化二砷后检测细胞活力,结果发现,HVP(-)的C33A细胞活力降低了16%,而HPV(+)的HeLa和CasKi细胞的活力降低了48%~60%,表明,三氧化二砷对HPV(+)的子宫颈癌细胞的抑制作用更强。但Wang等[13]研究发现,相对于HPV(+)的子宫颈癌细胞,HPV(-)的子宫颈癌C33A细胞在含三氧化二砷的培养液中则更加敏感,且HPV18(+)的子宫颈癌HeLa和C4-I细胞比HPV16(+)的Caski和SiHa细胞对三氧化二砷更敏感。

子宫颈癌的体外细胞实验和体内动物实验研究均显示,三氧化二砷具有放疗增敏作用,但放疗增敏的机制尚无定论。Kang和Lee[14]在体外用电离辐射联合三氧化二砷的研究发现,两者联合应用可增加子宫颈癌细胞对放疗的敏感性,其增敏机制可能为两者联合应用可激活C-Jun氨基末端激酶(JNK)/MAPK和p38/MAPK信号通路,促进Bcl-2发生磷酸化,进而使线粒体通透性发生改变,从而导致细胞周期发生阻滞及促进子宫颈癌细胞凋亡。而Su等[15]的体内、外研究显示,三氧化二砷的放疗增敏作用与顺铂相当,但副反应与顺铂相比更小、更安全。以上研究提示,三氧化二砷有望成为放疗不敏感的子宫颈癌患者新的治疗方法。
2.卵巢上皮性癌寻找对复发转移和耐药的卵巢上皮性癌(卵巢癌)患者有效的药物,对提高卵巢癌患者的生存时间具有重要意义。有关三氧化二砷对卵巢癌的研究主要集中在三氧化二砷对卵巢癌的抗肿瘤作用、对腹腔转移的抑制作用、联合用药和对体内外耐药细胞的作用研究。

Ong等[16]研究表明,三氧化二砷抗卵巢癌的机制主要与三氧化二砷诱导卵巢癌细胞的凋亡有关。有研究表明,三氧化二砷能显著抑制卵巢癌细胞系SKOV3细胞的增殖,其机制可能是激活凋亡途径中的caspase、多聚二磷酸腺苷酸核糖聚合酶(PAPR),下调磷酸化蛋白激酶B(p-Akt)蛋白的表达,从而诱导SKOV3细胞发生凋亡。此外,也有研究表明,三氧化二砷能抑制卵巢癌COC1细胞的增殖,其抑制作用具有浓度和时间依赖性,且与顺铂联合应用具有协同效应。

近年来,有学者发现,三氧化二砷能抑制卵巢癌的腹腔转移,从而延长患者的生存时间。Zhang和Wang[17]的研究显示,三氧化二砷以剂量依赖的方式抑制体内和体外卵巢癌细胞的腹膜浸润,其机制可能与降低肿瘤细胞活性、抑制肿瘤细胞依附于腹膜间皮细胞、在增强肿瘤细胞间的相互作用的同时下调基质金属蛋白酶(MMP)2和MMP-9的表达水平并上调MMP抑制剂(TIMP)的表达水平有关。

卵巢癌细胞的体外研究还显示,一些药物对三氧化二砷具有较好的增敏效应,可在降低三氧化二砷使用剂量的同时减轻其毒副反应。如维生素C对三氧化二砷具有较好的增敏效应,在提高药效的同时,可减轻毒副作用,其机制可能与维生素C在肺癌[18]中的作用机制相同。

Kodigepalli等[19]研究显示,三氧化二砷对非耐药和耐药的卵巢癌细胞系均有抑制作用。有研究发现,三氧化二砷对卵巢癌顺铂耐药细胞系COC1/DDP 细胞生长有抑制作用,其作用机制与三氧化二砷可通过上调抑癌基因(Bax、p53等)和下调肺耐药蛋白(LRP)的表达来诱导卵巢癌耐药细胞凋亡、抑制卵巢癌细胞生长有关。动物实验研究显示,三氧化二砷对卵巢癌顺铂耐药细胞系裸鼠腹腔移植瘤具有明显的抑制作用,其机制可能与Fas 和nm23H1 基因与N-myc和MTA1基因的正负调节有关。上述体内、外研究均提示,三氧化二砷有望用于复发、耐药的卵巢癌患者的治疗,具有重要临床意义。
3.子宫内膜癌近年来,随着孕激素耐药和化疗耐药的子宫内膜癌患者增加,传统治疗方法已很难达到理想的疗效。因此,寻求有效和副反应小的药物迫在眉睫。三氧化二砷对子宫内膜癌细胞作用的研究已取得一定进展,有望在临床用于子宫内膜癌的治疗。

在体外研究中,有学者用三氧化二砷作用于子宫内膜癌HEC-1A 细胞,结果发现,三氧化二砷可明显抑制HEC-1A细胞生长,且抑制作用强于顺铂,提示,三氧化二砷具有潜在的治疗子宫内膜癌的价值。进一步的研究显示,三氧化二砷抑制子宫内膜癌细胞的增殖和促进细胞凋亡作用呈剂量和时间依赖性,且端粒酶和人端粒酶逆转录酶(hTERT)在抗凋亡途径中起重要作用。Bae-Jump等[20]研究表明,三氧化二砷可能通过MAPK通路抑制子宫内膜癌细胞ER mRNA和蛋白的表达,发挥其抗肿瘤作用。其他研究显示,全反式维甲酸作为维生素A的衍生物与三氧化二砷具有协同作用,可抑制子宫内膜癌HEC-2B细胞的生长,且其作用呈时间和剂量依赖性。

在体内研究显示,腹腔注射三氧化二砷能明显抑制子宫内膜癌裸鼠移植瘤的生长,且与顺铂相比,其作用更强但副反应较弱。上述体内、外实验均显示,三氧化二砷可能成为抗子宫内膜癌的新药,有望为难治性子宫内膜癌患者提供新的治疗希望。

三、三氧化二砷在血液病及其他实体瘤中的应用

     三氧化二砷最早应用于血液系统恶性肿瘤,且目前已取得了较好的临床疗效,在此基础上,有学者将其应用于肝癌、骨肿瘤等多种实体恶性肿瘤的治疗[21]。
1.血液系统恶性肿瘤
20世纪中后期,三氧化二砷开始广泛应用于APL的临床治疗,且取得了显著的疗效[22],其机制主要与三氧化二砷能诱导肿瘤细胞分化有关,且这种分化作用对APL细胞有双重功效,表现为低浓度引起细胞分化而高浓度诱导细胞凋亡。目前,维甲酸与砷剂联合治疗已成为APL 治疗的首选方案,治愈率可达到90%以上[23]。Zhu等[24]通过前瞻性临床试验证实,口服砷剂和静脉使用砷剂具有相似的疗效和安全性。在此基础上,该课题组在2013年又设计了新的临床试验,共纳入20例初诊为非高危型APL患者(WBC<10×109/L),仅用两种口服药物(复方黄黛片和维甲酸)替代静脉输注化疗药物,总疗程为8个月,结果显示,所有患者均达到完全缓解,且经实时定量PCR技术检测显示所有患者的白血病基因均转阴,更为重要的是所有患者在达到完全缓解(约1个月)后均不再需要住院治疗,生命质量如正常人且总医疗费用低[25]。提示,该方法治疗APL更为简便,在避免化疗引起多种不良反应的同时提高了患者生命质量,并减轻了患者的经济负担。此外,三氧化二砷还被广泛应用于其他血液系统恶性肿瘤的临床治疗,如CML、骨髓增生异常综合征、多发性骨髓瘤等难治性血液系统恶性肿瘤。
2. 实体恶性肿瘤
在骨肿瘤的治疗中,三氧化二砷已在Ⅲ期成骨肉瘤、尤文肉瘤患者的治疗中取得较好的近期临床疗效。郭卫等[1]对32例转移性成骨肉瘤、尤文肉瘤患者给予以三氧化二砷为主的二线化疗方案化疗,结果显示,三氧化二砷对于Ⅲ期成骨肉瘤、尤文肉瘤患者有较好的近期临床疗效。此外,还有学者进行临床分析表明,三氧化二砷联合吉西他滨及多西他赛作为二线化疗方案治疗晚期肺转移的骨肉瘤患者的临床疗效较好[26]。
在肝癌的研究中发现,三氧化二砷与羟基喜树碱联合应用有协同抗肝癌的作用,可有效抑制肝癌细胞的增殖。对不宜手术和无法手术的转移性肝癌患者,可根据肝动脉供血情况和特点选择适合的三氧化二砷联合方案行肝动脉介入治疗,疗效较好。刘国东等[27]采用三氧化二砷联合奥沙利铂+吉西他滨方案对72例原发性肝癌复发转移患者行动脉介入化疗,结果显示,其客观缓解率为61.1%,明显高于36例仅使用奥沙利铂+吉西他滨方案行动脉介入化疗的患者(客观缓解率为36.1%)。
此外,索拉菲尼作为血管靶向抗肿瘤药物与三氧化二砷联合使用可抑制肝癌细胞移植瘤的生长和血管的生成,两种药物分别作用于细胞凋亡途径中的不同靶点来发挥协同作用[28]。
综上所述,三氧化二砷抗肿瘤机制的多样性及三氧化二砷在血液系统恶性肿瘤和多种实体恶性肿瘤治疗中取得的临床疗效均表明其抗肿瘤的有效性。在妇科恶性肿瘤的研究结果提示,三氧化二砷可应用于多种妇科恶性肿瘤的治疗。此外,三氧化二砷与一些药物的联合作用的有效性也为妇科恶性肿瘤耐药及复发患者提供了新的治疗方向。

参考文献:略
本文编辑:姚红萍

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