三氧化二砷抗腫瘤作用機制研究進展

冉 伶 劉文君

成都大學醫護學院，四川成都 610017

三氧化二砷（AS2O3）是中藥砒霜的重要有效部分。近年來，三氧化二砷被廣泛的應用與血液系統尤其是急性早幼粒細胞性白血病的治療，其緩解率高，近幾年其也被研究用于治療多種實體瘤，同樣具有良好的效果。其抗腫瘤的作用機制比較復雜，現綜述如下。

1 抑制腫瘤細胞增殖

阻滯細胞周期是三氧化二砷抑制腫瘤生長的重要機制之一。三氧化二砷通過影響細胞周期，抑制其增殖、遷移。阻滯K562細胞G1期細胞向S期細胞轉化進程，造成G1期細胞增多，S期細胞減少，從而使得G2/M期細胞相對增多。G2/M期細胞增多是細胞受損的普遍反應[1]，也是細胞凋亡的一種表現。此外，Park等[2]證實，三氧化二砷＜5 μmol/L能夠使G1期和G2/M期細胞增加，S期細胞減少。王酉等應用三氧化二砷誘導人肝癌SMMC-7721細胞凋亡的實驗中也獲得了同樣的結果。并且Park等[3]研究發現，三氧化二砷可通過調節細胞G2及G2/M期轉換的一些關鍵調控蛋白，如cyclin B的表達，使細胞生長停滯在G2/M期。cyclin D類蛋白是和細胞周期密切相關的蛋白[4]，凌躍新等研究表明，在2 μmol/L三氧化二砷作用下，膽囊癌cyclin D蛋白表達明顯受抑制，且cyclin D mRNA翻譯明顯受抑，且三氧化二砷是通過抑制cyclin D啟動子的表達而抑制其表達。

2 誘導腫瘤細胞凋亡及調控凋亡基因

細胞凋亡是由基因編碼調控的細胞主動自殺過程，又稱程序性細胞死亡，既是生物體維持自身穩定和平衡的一個重要機制，也是消除異常增殖細胞的理想途徑。也有研究表明，三氧化二砷對其他惡性血液病及實體瘤細胞具有明顯的抑制生長及促進凋亡作用，但促進凋亡的機制不明，目前仍然處于起步階段[5]?，F在已知報道三氧化二砷作用于腫瘤細胞并誘導凋亡的機理主要為，原漿毒作用，降低線粒體跨膜電位，下調Bcl-2和降低Bcl-2/bax比值及活化Caspase等。

細胞凋亡是一個多基因參與的復雜的生命過程，其中Bcl-2基因家族是哺乳動物細胞中調節凋亡的重要調控基因，擔負著重要的調控作用。Bcl-2通過抑制氧化應激引起的凋亡，影響細胞內鈣流和釋放，抑制線粒體cytC釋放，使caspase無法活化，從而發揮抗凋亡的作用[6]。有實驗證實，三氧化二砷的作用隨著caspase-3的活化和Bcl-2/bax比值的下調，且具有時效性，據此推測，三氧化二砷可能通過下調Bcl-2/bax基因的表達，使線粒體膜PT通道開放，釋放Cyto-C、AIF、鈣離子等凋亡激發因子，與Apaf-1結合后激發外源性Caspase凋亡通路，活化Caspase-3，使細胞走向凋亡[7]。針對Bcl-2蛋白的抗凋亡藥物靶標設計，已經成為誘導腫瘤細胞凋亡或提高腫瘤細胞對化療敏感性的一種新策略問題。

P53是重要的凋亡調節基因，其表達水平的變化與凋亡的發生發展密切相關。P53在多種腫瘤中存在基因突變，被認為是多基因變化的基礎。野生型P53抑制細胞轉化，是一種抑癌基因，而突變型P53則誘使細胞轉化、癌變，與惡性腫瘤的進展和預后有明顯的關系。突變和野生型P53蛋白相結合，形成的這種寡聚蛋白不能結核DNA，使得一些癌變基因轉錄失控導致腫瘤的發生。有研究表明，三氧化二砷具有誘導K562細胞產生凋亡的活性，可以明顯下調Bcl-2和突變型P53蛋白的表達，其機制可能通過抑制Bcl-2基因以及突變型P53基因表達與蛋白合成水平，從而導致凋亡發生。

3 誘導腫瘤細胞分化

誘導分化療法是一種治療惡性腫瘤的新方法，三氧化二砷用于誘導白血病細胞的分化期理論基礎是白血病細胞喪失了正常分化的能力，表現為分化障礙及失控性增殖，利用三氧化二砷可以使白血病細胞部分或全部恢復分化潛能，轉變為正常細胞或者導致細胞凋亡，從而達到治療白血病的目的。因而，誘導分化療法的主要特點是選擇性誘導白血病分化成熟后自然死亡，而對正常的細胞沒有明顯的毒副反應。三氧化二砷可誘導K562細胞產生不完全分化，組蛋白去乙酰化酶抑制劑（HDACI）能夠抑制組蛋白乙?；福℉AT）活性，阻斷由于去乙?；蓙y而導致的基因表達受抑制而誘導腫瘤細胞分化。推測HDACI能夠和三氧化二砷協同抑制慢性粒細胞白血病細胞株K562細胞的增殖。有研究發現，三氧化二砷對白血病細胞NB4細胞有劑量依賴性雙向效應，高濃度可誘導細胞凋亡，低濃度長時間作用可誘導細胞部分分化，在其小劑量時，三氧化二砷可通過降解融合蛋白PML/RARa，使得前骨髓細胞克服它們的成熟障礙繼續分化下去[8]。也有研究說明三氧化二砷能有效降低細胞中Bcl-2的表達，這可能也是三氧化二砷誘導白血病的另外的機制。Guillemin等[9]的研究表明低濃度的三氧化二砷與環腺苷酸類似物8-CPT-CAMP和8-CI-CAMP之間在誘導APL細胞分化方面有顯著的協同作用，提示其誘導細胞分化的機制可能與環磷酸腺苷蛋白激酶路徑的激活有關。

4 抑制腫瘤新生血管的生成

腫瘤的生長與新生血管的形成有密切關系，血管生成在腫瘤發生發展中至關重要。Tan等[10]用大鼠肝細胞癌為模型，進行三氧化二砷抑制腫瘤血管新生的演劇，顯示經三氧化二砷干預后的腫瘤組織中微血管密度明顯減低。

有新研究發現，三氧化二砷能促進腫瘤血管內皮細胞的凋亡，干擾內皮細胞和腫瘤細胞之間的相互促進的環式作用，從而誘導內皮細胞凋亡，抑制腫瘤的新生血管生成，抑制腫瘤血管內皮細胞生長的機制與其影響凋亡相關蛋白有關。三氧化二砷可抑制內皮細胞高表達的Bcl-2，而Bcl-2蛋白表達的減少，使得腫瘤血管處于缺氧環境，減少了連續的營養供應，使腫瘤生長受限，誘導Bax構象改變，從而促進內皮細胞凋亡，血管平滑肌細胞（VSMCS）的凋亡率增高，最終使得腫瘤細胞凋亡，其凋亡率可高達30%。Westem印跡結果顯示，三氧化二砷作用后的VSMCS的Bcl-2蛋白表達及內皮細胞的凋亡且具有時間、濃度和效應依賴性的特點。另外許多其他基因的異常表達和調控也參與了三氧化二砷誘導的VSMCS的凋亡，如P53、C-myc、Fas及其相關基因。

三氧化二砷對腫瘤血管生成的調控因子也有重要作用。血管內皮細胞生長因子（VEGF）是目前知道的作用最強的促血管生長因子，VEGF的生物學效應是可通過與血管內皮細胞膜上的受體VEGFR-1（Flt-1）和VEGFR（KDR/Flk-1）實現的。三氧化二砷可以作用于VEGF，可以通過抑制腫瘤細胞內VEGF mRNA及VEGF蛋白的表達而抑制腫瘤細胞的VEGF表達，隨著三氧化二砷濃度的增加，VEGF表達更低，呈現劑量依賴性。Liu等[11]發現三氧化二砷可以抑制裸鼠肝細胞癌移植瘤的生長，并且抑制瘤細胞中VEGF蛋白表達。對實體瘤的生長呈同樣結果，用三氧化二砷治療實體瘤，在腫瘤組織生長緩慢，血管密度減少的同時，腫瘤細胞的VEGF的表達下降，血管密度減低。而Kimura等認為轉錄因子HIF-1調控VEGF的表達，而HIF-1的活性主要取決于HIF-1α蛋白的穩定性，活性氧（ROS）的增加可迅速降解HIF-1α蛋白，三氧化二砷可通過誘導腫瘤細胞產生ROS[12]，ROS作為第2信使激活下游的信號通路，抑制細胞增殖并誘導細胞發生凋亡。

三氧化二砷可作用于基質金屬蛋白酶（MMP），MMP是一類特異的蛋白水解酶類，能降解細胞外基質，腫瘤血管則通過MMP使內皮細胞向周圍組織侵入。VEGF、MMP-2和MMP-9在血管新生過程中也有調控關系。VEGF促進內皮細胞增殖，并促進內皮細胞表達MMP-2或MMP-9降解細胞外基質，而內皮細胞增生，細胞外基質降解構成了血管新生的兩個基本環節。有研究提示，血管生成素-2和VEGF在肝細胞癌的過表達可增加MMP-2和MMP-9的水平，抑制VEGF表達幾乎完全抑制了MMP 的表達[13]?？梢奙MP和VEGF之間關系密切，在促進腫瘤血管的生成上具有協同效應。

5 下調端粒酶活性

端粒酶是一種特殊的核糖核蛋白多聚酶，其結構為RNA和蛋白質的復合物，其中的RNA成分是端粒合成的模板，其蛋白質成分是一種逆轉錄酶，因此，端粒酶的活化可以彌補復制造成的端粒縮短。端粒-端粒酶學說認為，大多數的腫瘤細胞均有端粒酶活性的顯著升高，腫瘤細胞在其復制過程中，盡管其端粒不斷縮短，甚至比相應的正常組織更短，但由于細胞在惡變過程中發生了端粒酶的再激活，因此仍表達端粒酶活性。由于持續存在高水平的端粒酶活性，細胞的端粒長度隨著細胞的不斷分裂仍保持相對的穩定，使得細胞成為一種永生化的狀態，因此，端粒酶的活化與腫瘤的發生密切相關，是一種新型的腫瘤標志物，是多種腫瘤細胞無限增殖的重要徑路，因而端粒酶成為腫瘤診斷的標志物和腫瘤治療的靶點。

急性白血病普遍表達端粒酶活性，與白血病的發生發展有密切的關系。端粒酶活性增高提示體內存在失控性增殖的腫瘤細胞，與白血病病情轉變密切相關。端粒酶活動度分析提示，初診及復發時候急性淋巴細胞和急性粒細胞白血病患者均表現出較高的端粒酶活性，骨髓增生異常綜合征轉變為急性白血病或慢性白血病急性變后，端粒酶的活性較原來明顯增加。急性白血病在不同階段，其端粒酶水平表達不完全一樣，復發和難治性急性白血病的端粒酶活性明顯高于緩解及惡性程度低的急性白血病，并且，端粒酶活性越高，患者的治療效果及預后越差，存活率越低。研究發現，白血病患者經過三氧化二砷治療后，獲得臨床血液及骨髓細胞學緩解，同時端粒酶活性較原來明顯降低。研究提示，三氧化二砷抑制白血病及實體瘤細胞增殖和誘導凋亡過程中端粒酶活動度下調，并且阻滯細胞周期在G2/M期，細胞周期蛋白和凋亡相關蛋白表達改變等[14]，有資料證實，K562細胞需要較大劑量的三氧化二砷才能出現生長抑制，三氧化二砷治療急性白血病實際上下調端粒酶的活性，即三氧化二砷調節端粒酶活性是其抗腫瘤的重要途徑。

綜上所述，三氧化二砷抗腫瘤的機制比較復雜，它可以通過抑制腫瘤細胞增殖， 誘導腫瘤細胞凋亡及調控凋亡基因， 誘導腫瘤細胞分化， 抑制腫瘤新生血管的生成， 下調端粒酶活性等機制發揮抗腫瘤作用，也可能為多種方式的共同作用，也可能還有很多未知的途徑。但與此同時，Au等[15]報道，在三氧化二砷治療白血病的同時誘發實體瘤，長期應用三氧化二砷是否可致畸，可致基因突變，也成為新的關注問題。因此，在對三氧化二砷的研究中，應該從臨床和基礎上均加強三氧化二砷對抗腫瘤機制的研究，應用現代生物學新技術從新角度出發去探索新的機制，為三氧化二砷的應用提供理論依據。

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