近日節律在腫瘤治療中的應用進展

鐘銀杭 王立強 許瑞安 刁 勇

華僑大學分子藥物研究所，福建泉州362021

隨著晝夜、季節的周期性變換，人體從系統、器官、組織到單個細胞，乃至亞顯微結構及其物質代謝，其各種生理、生化過程、行為等皆隨時間推移而呈節律性變化，其中最普遍的是以24 h左右為周期的近日節律。近日節律成為近年來研究熱點之一，它們不僅與神經內分泌和免疫功能有關，而且影響著細胞周期和凋亡，更為重要的是它們與腫瘤的發生、發展、診治及預后也密切相關。

1 近日節律

1.1 近日節律的分子結構

在哺乳動物中，300多種生命活動呈現周期為24 h左右的近日節律性變化[1]。周圍環境因素、社會生活習慣、最重要的是每天光照和黑暗的交替及休息-活動周期等外界因素使機體近日節律系統精確校準為每天24 h[2]。近日節律中樞起搏點位于下丘腦基底部視交叉上核（suprachiasmatic nucleus,SCN），最近證明人體多數外周組織諸如心臟、肝等器官及胚胎組織中也存在起搏點，稱外周起搏點[3]。

SCN是節律系統最重要的調節中樞，產生休息-活動周期，并協調外周起搏點。SCN通過白天光照和夜間松果體分泌的褪黑素反饋調節調控近日節律系統和外周起搏點[4]，調整內源性生物節律，使人體的各種生理活動（如正常組織及靶組織細胞DNA合成、增殖和代謝、激素分泌、睡眠、藥物代謝限速酶活性、藥物敏感性相關基因的表達及藥物代謝活動等）和行為等均隨晝夜交替呈節律性變化，與外界周期性環境刺激（光照、溫度、飲食習慣等）同步化[5]。

這些節律性變化可以影響抗癌藥物的藥理和藥效，改變藥物的耐受性和療效。

1.2 正常組織細胞與腫瘤組織細胞的近日節律

細胞活動的峰谷變化調節著抗癌藥的代謝動力學，是其耐受性和有效性變化的生物學基礎。研究表明，和正常組織一樣，很多腫瘤細胞的生長和代謝過程中也呈現節律性，但節律特征與正常組織不同，表現為振幅下降、時相變化、周期改變，以及內分泌、免疫和休息-活動周期等多種節律失調。變化程度與腫瘤類型、生長速度和分化程度相關，并可能隨著疾病的進展逐步惡化。腫瘤愈趨于晚期，節律異常表現越明顯。

了解正常組織細胞與腫瘤組織細胞增殖分化、生長代謝的節律對于腫瘤臨床治療非常重要，在給藥時避開正常細胞增殖分化及合成高峰期，而在腫瘤細胞增值分化高峰給藥，可極大提高臨床療效并顯著降低毒副作用。此法亦可用于時辰放療。

將DNA合成作為參數，各種腫瘤細胞分裂增殖的節律不同，如卵巢癌的DNA合成高峰時相位于11～15時，乳腺癌為13～15時，肺癌在6～12時，選擇恰當時間應用抑制DNA合成的抗癌藥可避開正常細胞DNA合成高峰時間，達到減毒增效的目的[6]。

2 常用抗癌藥物的時辰化療

目前動物實驗研究發現，在特定時間給藥，多種抗癌藥的耐受性和療效有50%以上變化[7]。其機制涉及細胞代謝、增殖過程及藥物的藥動學時間節律變化。受體耐受性節律、腫瘤本身節律和藥物抗腫瘤活性節律三者之間的相互關系是治療研究的關鍵。腫瘤時辰化療是根據機體自身節律和腫瘤組織細胞動力學，選擇最佳用藥時機，在毒性最小、耐受性最佳時進行化療，可加大劑量，從而達到最大抗瘤效果，改善患者生存質量的目的[8]。目前臨床常用化療藥按抗癌機制分主要有以下幾種。

2.1 作用于有絲分裂M期的微管蛋白抑制類

2.1.1 長春堿類 諾維本（NVB）是長春堿類細胞毒抗腫瘤新藥。研究顯示NVB血液毒性及臨床療效與用藥時間有密切關系。Filipski等[9]對接種P388白血病細胞的279只小鼠進行毒性療效與近日節律關系研究，實驗前在活動時間控制儀中經3周同步化適應（L/O=12/12）：光照期（休息期，第1～12時）和黑暗期（活動期，第 12～24時）。然后在第7、11、19、23時分別注射NVB 26 mg/kg。結果發現在19時或23時給藥，小鼠平均生存期最長，7時組最短，且在19時藥物耐受劑量提高50%。

2.1.2 紫杉醇類 泰素帝是一種紫杉醇類抗癌新藥，抑制細胞的微管系統，適用于局部晚期或轉移性乳腺癌的治療。研究發現，泰素帝的治療指數與其用藥時間位相有一定關系。Granda等[10]將最大耐受劑量的泰素帝分別于光照后3、7、11、15、19、23時給予荷MA13-C乳腺癌小鼠，結果發現光照后7 h給藥組腫瘤縮小率最高、小鼠存活率最高，分別為60%和100%；而光照后3時給藥組腫瘤縮小率為0，且全部死亡。

2.2 破壞DNA結構與功能類

2.2.1 喜樹堿類 伊立替康（CPT-11）是喜樹堿類抗癌藥，主要治療對5-氟尿嘧啶（5-Fu）耐藥的晚期大腸癌。CPT-11為細胞周期S期特異性藥物。在休息期，腫瘤細胞處S期高峰，而骨髓、腸、皮膚和口腔黏膜的正常細胞增殖較慢，此時給藥療效好、毒副反應較少。Granda等[11]報道CPT-11在荷骨肉瘤小鼠休息期后半部分（相當于人類早晨5時）給藥耐受性最好。

2.2.2 鉑類 目前發現鉑類的時辰節律與其主要的解毒劑還原型谷胱甘肽（GSH）的近日節律性分泌密切相關。同一個體GSH的晝夜分泌有1～5倍的差異，高峰期在下午。根據GSH的近日節律，目前鉑類藥物的給藥方法為從10～22時連續12 h正弦曲線形式給藥，在16時達峰[12]。

2.3 抗細胞代謝類

5-FU：一種抗嘧啶類抗代謝藥物，是時間化療領域中研究最多的藥物，血漿半衰期只有10～20 min。動物和人體實驗均顯示恒速靜脈點滴5-FU，其血漿濃度呈現明顯的近日節律。由于超過80%的5-FU被作用于S期細胞的代謝相關酶二氫嘧啶脫氫酶（DPD）分解代謝，所以DPD活性是影響5-FU血液濃度的決定性因素[13]。DPD活性在小鼠光照早期和人類黑暗早期達到高峰。從22～10時無論是健康人還是癌癥患者體內，DPD的活性都提高了近50%[14]，而此時進入S期的骨髓、小腸、皮膚及口腔黏膜細胞處于低谷，此時給予5-FU，其毒性顯著降低[15-16]。因此5-Fu給藥方案為22～10時連續12 h按正弦曲線靜脈滴注，給藥高峰在臨晨4時，不良反應明顯減少，毒性降低，較常規給藥方式更加高效低毒。

3 臨床研究

3.1 腫瘤的時辰化療

Levi[17]的最新研究發現，與持續給藥和錯誤時間給藥相比，根據時間化療的要求在特定的時間給予抗癌藥物可以使不良反應減少5倍。腫瘤時辰化療已廣泛應用于臨床，療效較肯定的腫瘤主要有以下幾種。

3.1.1 大腸癌 大腸癌是成人最常見的惡性腫瘤之一。Levi等[18]用西妥昔單抗結合時辰化療治療直腸癌56例，存活率和二次手術可切除率是常規化療的2倍。朱莉[19]對46例晚期結腸直腸癌進行常規與時辰化療，結果時辰組有效率為65.2%，常規組34.8%。白細胞下降、感覺神經異常、惡心嘔吐、腹瀉發生率時辰化療組均低于常規化療組，兩組患者差異有統計學意義。歐洲3個國家9個研究中心報道186例轉移性結直腸癌，時間化療和常規化療各93例，兩組患者有效率分別為51%與29%；嚴重黏膜毒性反應的發生率分別為14%和76%；外周神經炎發生率分別是16%和31%；腫瘤無進展時間分別為6.4個月和4.9個月[20]。

3.1.2 肺癌 Focan等[21]采用5-FU+四氫葉酸鈣（CF）+卡鉑（CBP）聯合時辰化療32例晚期非小細胞肺癌患者，結果顯示總的毒性反應均可耐受，4.6%患者出現Ⅲ、Ⅳ度白細胞下降，7%患者出現血小板下降，7.8%患者出現惡心、嘔吐，不到3%患者出現黏膜炎、腹瀉、脫發等，較常規化療者毒性反應均明顯降低。Levi F等[18]對45例非小細胞肺癌患者進行5-FU+CF+CBP時辰化療，當藥峰濃度在4 pm獲得最佳耐受性。

3.1.3 轉移性肝癌 目前時辰化療治療在轉移性肝癌多采用5-FU+亞葉酸鈣（FA）+奧沙利鉑（L-OHP）方案，應用多通道輸液泵技術輸入。由于肝中腫瘤組織血供主要來源于肝動脈，研究者對29例發生肝轉移腫瘤患者進行肝動脈插管聯合時辰化療，無嚴重血液學或肝毒性反應，10個患者出現完全反應、耐受性好、安全有效，治療后13.7%患者可進行切除手術，中位總生存期達36個月[22]。

3.1.4 其他腫瘤的時辰化療 一項含23例轉移性胰腺癌（術后17例，無法切除6例）的Ⅱ期臨床研究顯示：時辰化給予5-FU（300 mg/（m2·d）、5 d/周，總量 8.4 g/m2）并聯合放療（平均劑量50.4 Gy）后，17例術后患者中12 例得到局部控制，7例甚至病灶完全消失，中位生存期達28個月，1年生存率為88%，6例無法切除的患者中位生存期也達到13個月，改善了胰腺癌的預后[23]。Coudert等[24]為確定毒性最低給藥時間，將90例乳腺癌患者隨機分為8個時間點進行長春瑞濱給藥，以中性粒細胞減少為參數，在21時給藥最佳；以白細胞減少作為參數，17時最佳；在10時給藥胃腸道毒性最低。最低毒性時間與動物實驗一致。

3.2 近日節律在腫瘤臨床早期診斷及預后中的作用

早期發現腫瘤一直是人們所探究的問題。從基因表達到細胞功能活動，腫瘤組織細胞的近日節律等均與正常組織細胞存在著明顯的差異，這在腫瘤的診斷和防治中具有一定理論意義和實踐價值。近年來研究發現，近日節律可作為一個獨立的指標用于一些腫瘤預后的判斷。國外學者對休息-活動周期及皮質激素的近日節律性與腫瘤患者的生存質量及預后的相關性進行了研究。對與激素相關的腫瘤流行病學研究中發現，體內激素水平近日節律的變化可以預示腫瘤的發生，如激素近日節律改變的婦女較節律正常者乳腺癌的患病率明顯增高。Mormont等[25]對200名轉移性直腸癌患者休息-活動周期（生物體內最主要的近日節律）的研究發現，該節律明顯的患者較節律幅度降低或節律發生改變的患者生存期長，前者2年存活率是后者的5倍。

4 展望

通過研究腫瘤與近日節律的相互影響，以及與腫瘤發生、發展有關的分子機制，把抗腫瘤藥的時效性與細胞分裂周期、DNA合成以及內源性鐘基因的表達相聯系，從分子水平上闡明抗腫瘤藥的時效性。臨床上由于個體差異性的存在，為了完善腫瘤時間治療的相關臨床方案，通過計算機等相關輔助工具將每個患者的日周期節律繪制成圖，顯示其節律改變范圍和特點，然后根據藥動學參數找出所用化療藥物毒性最低、療效最高的時間，實現治療方案的個體化，對腫瘤診斷、判斷腫瘤的預后及轉歸、以及指導臨床治療的最佳時間具有重要意義，這有望成為未來時辰治療的重要發展方向[26-27]。

[1] Dunlap JC.Molecular bases for circadian clocks[J].Cell,1999,96（2）:271–290.

[2] Vansteensel MJ,Michel S,Meijer JH.Organization of cell and tissue circadian pacemakers:a comparison among species[J].Brain Res Rev,2008,58（1）:18–47.

[3] Shigehiro OHDO.Chronopharmaceutics:pharmaceutics focused on biological rhythm[J]Biol.Pharm.Bull,2010,33（2）:159-167.

[4] Reppert SM,Weaver DR.Coordination of circadian timing in mammals[J].Nature,2002,418（6901）:935–941.

[5] Herzog ED.Neurons and networks in daily rhythms[J].Nat Rev Neurosci,2007,8（10）:790–802.

[6] Kang TH,Sancar A.Circadian regulation of DNA excision repair implications for chrono-chemotherapy[J].Cell Cycle,2009,8（11）:1665-1667.

[7] Levi F,Focan C,Karaboue A,et al.Implications of circadian clocks for the rhythmic delivery of cancer therapeutics[J]. Advanced Drug Delivery Reviews,2007,59（9-10）:1015-1035.

[8] Bernard S,Bernard BC,Levi F,et al.Tumor growth rate determines the timing of optimal chronomodulated treatment schedules[J].Plos Computationalbiology,2010,6（3）:e1000712.

[9] Filipski E, Amat S,Lemaigre G,et al.Relationship between circadian rhythm of vinorelbine toxicity and efficacy in P388-bearing mice[J].Pharmol Exp Ther,1999,289（1）:231-35.

[10] Granda TG, Filipski E, Attino RMD’,et al.Experimental chronotherapy of mouse mammary adenocarcinoma MA13/C with docetaxcel and doxorubicin as single agents and in combination[J].Cancer Res,2001,61（50）：1996-2001.

[11] Granda TG,Dattino RM,Filipski E,et al.Circadian optimization of irinotecan and oxaliplatin efficacy in mice with glasgow osteosarcoma[J].Br J Cancer,2002,86（6）:999.

[12] Asna N,Wy H,Ashkenazi IE,et al.Time dependent protection of amifostine from renal and hematopoietic cisplatin induced toxicity[J].Life science,2005,76（16）:1825-1834.

[13] Abolmaali K,Balakrishnan A,Stearns AT,et al.Circadian variation in intestinal dihydropyrimidine dehydrogenase（DPD）expression:A potential mechanism for benefits of 5-FU chrono-chemotherapy[J] Surgery,2009,146（2）:269-273

[14] Zeng ZL,Sun J,Guo L,et al.Circadian rhythm in dihydropyrimidine dehydrogenase activity and reduced glutathione content in peripheral blood of nasopharyngeal carcinoma patients[J].Chronobiol Int,2005, 22（4）:741-754.

[15] Bjarnason GA,Jodan R.Rhythms in human gastrointestinal mucosa and skin[J].Chronobiol Int,2002,19（1）:129-140.

[16] Smaaland R,Sothern RB,Lote K,et al.Rhythms in human bone marrow and blood cells[J].Chronobiol Int,2002,19（1）:101-127.

[17] Levi F.The circadian-timing system:A determinant of drug activity and a target of anticancer treatments [J].Ann Pharm Fr,2008,66（3）:175-184.

[18] Levi F,Karaboue A,Gorden L,et al.Cetuximab and circadian chronomodulated chemotherapy as salvage treatment for metastatic colorectal cancer（mCRC）:safety,efficacy and improved secondary surgical resectability[J].Cancer chemotherapy and Pharmacology,2011,67（2）:339-348.

[19] 朱莉.常規化療與時辰化療在晚期結直腸癌治療中的臨床觀察[J].江西醫藥,2010,45（5）:456-457.

[20] Garufi C,Vanni B,Aschelter AM,et al.Randomised phase II study of standard versus chronomodulated CPT-11 plus chronomodulated 5-fluorouracil and folinic acid in advanced colorectal cancer patients[J].European Journal of Cancer,2006,42（5）:608-616.

[21] Focan C,Kreutz R,Moeneclaye N,et al.Randomised study to evaluate the chronotolerance of a combination infusional chemotherapy with 5-fluorouracil,folinic acid and carboplatin in non small cell lung cancer（NSCLC）patients[J].Pathol Biol（Paris）,2003,51（4）:206-207.

[22] Bouchahda M,Adam R,Giacchetti S,et al.Rescue chemotherapy using multidrug chronomodulated hepatic arterial infusion for patients with heavily pretreated metastatic colorectal cancer[J].Cancer,2009, 115（21）:4990-4999.

[23] Penberthy DR,Rich TA,Shelton CH.et al.A pilot study of chronomodulated infusional 5-fluorouracil chemoradiation for pancreatic cancer[J].Annal of Oncology,2001,12（5）:681-684.

[24] Coudert B,Focan C,Genet D,et al.A randomized multicenter study of optimal circadian time of vinorelbine combined with chronomodulated 5-fluorouracil in pretreated metastatic breast cancer patients: EORTC trial 05971[J].Chronobiology International,2008,25（5）:680-696.

[25] Mormont MC,Waterhouse J,Bleuzen P,et al.Marked 24-h rest/activity rhythms are associated with better quality of life,better response,and longer survival in patients with metastatic colorectal cancer and good performance status[J].Clinical Cancer Research,2000,6（8）:3038-3045.

[26] Hrushesky WJM, Grutsch J Wood P,et al.Circadian clock manipulation for cancer prevention and control and the relief of cancer symptoms[J].Integr Cancer Ther,2009,8（4）:387-397.

[27] Ueda HR, Chen W,Minami Y.Molecular-timetable methods for detection of body time and rhythm disorders from single-time-point genome-wide expression profiles[J].Proc Natl Acad Sci USA,2004,101（31）:11227-11232.