亞砷酸治療急性早幼粒細胞白血病時砷代謝產物的分析

周 倩(綜述),周 晉(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院血液內科,血液腫瘤中心實驗室,哈爾濱 150001)

砷是自然界中的一種有毒微量元素，醫學上用砷劑治療牛皮癬、梅毒、風濕病、非洲錐蟲病等已有相當長的歷史[1-2]。近年來，我國學者在使用亞砷酸治療急性早幼粒細胞白血病(acute polymyelocytic leukemia,APL)方面已取得的進展令人矚目[3]，亞砷酸治療APL的療效在世界范圍內日益受到重視。但同時砷具有致畸、致突變、致癌的作用，在體內有一定的蓄積性，因此砷劑的不良反應一直很受人們關注。各種砷代謝產物在體內的濃度決定砷劑的療效和毒性，因此對砷的分析檢測非常重要。

1 自然界砷代謝產物的種類

砷元素及其化合物廣泛存在于環境中,砷化合物進入生物地球化學循環，經過氧化還原、甲基化、硫化等一系列的反應，產生了無機砷、甲基砷、砷的氫化物、硫砷、砷糖、砷堿等不同形態的砷化合物[4]。元素形態的砷,由于其不溶于水,幾乎沒有毒性,有毒性的主要是砷的化合物，無機砷是砷眾多形態中毒性最強的,甲基化砷的毒性較小,越是形態復雜的有機砷毒性越弱，如海產品中的總砷雖然含量高，但由于其中的主要砷成分為砷甜菜堿等復雜的有機砷，毒性小，一般不會引起中毒[5]。正是由于各種不同形態的砷具有不同的物理及化學性質，砷的代謝產物分析才越來越為人們所重視。

2 砷代謝產物濃度的檢測方法

常見的分離富集砷的代謝產物方法有:氣相色譜，高效液相色譜(high performance liquid chromatography，HPLC),毛細管電泳，超臨界流體色譜。常用的檢測方法有:紫外檢測、原子吸收光譜(atomic absorption spectroscopy，AAS)、電感耦合等離子體原子發射光譜(inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry，ICP-AES)、電感禍合等離子體質譜(inductively coupled plasma massspectrometry，ICP-MS)[6]、原子熒光光譜(atomic fluorescence spectrometry，AFS)等，原子熒光光譜運行成本低、儀器價格低廉、有便于維護的特點，電感耦合等離子體質譜則具有檢測限低、有線性范圍寬、穩定的優點[7-8]，但技術條件苛刻，所需的儀器太過復雜。另外，電分析法、中子活化分析等也被廣泛采用。電分析方法簡便經濟，但干擾因素多，選擇性差；色譜法盡管分離效率較高，但其常用檢測器為非專一性檢測器，靈敏度低，往往達不到要求。這說明單一儀器或技術很難完成砷形態分析的任務[9]。

目前在砷形態研究領域國內外專家先后采用HPLC和ICP-MS、電噴霧電離質譜(ESI-MS)、HG-AFS、HG-AAS、ES-MS-MS等檢測器在線聯用的技術,成為砷形態分析的有力工具[10]，聯用技術HPLC-ICP-AES、HPLC-AFS聯用技術的研究發展較晚，但是由于該技術具有應用便捷和儀器造價相對較低、分析靈敏度高、選擇性好的優點，且有學者認為HPLC-AFS與HPLC-ICP-MS的檢測結果相互可以很好地符合[11-12]，其發展前景和應用前景廣闊。

3 亞砷酸治療APL時各種砷代謝產物分析

目前，國際上對亞砷酸治療APL時各種砷代謝產物分析的研究較少，主要的研究報道例舉如下。

尿液是砷的主要代謝途徑之一，人體攝入的砷主要從尿液排出[13],尿樣采集簡單方便、基質干擾小,但尿砷的檢測受各種因素(個體之間、飲食、測定分析方法等)的影響，因此有效的評價方法是尿液中砷的化學形態測定[14]。2004年，Wang等[15]首先報道了4例亞砷酸治療的APL患者尿液中砷代謝產物分析情況，提示每日約60%的日劑量的亞砷酸隨尿液排出，尿液中砷形態包括無機砷和甲基化砷；推測砷還可經其他排泄途徑，如隨汗液、膽汁等排泄。

2006年日本學者報道了1例患者的血樣中砷代謝產物分析情況。該APL復發患者應用亞砷酸治療，每日劑量為0.08 mg/kg，使用亞砷酸35 d誘導緩解治療后達完全緩解。間隔55 d，使用亞砷酸進行鞏固治療，在鞏固治療的第4、5日，檢測血清及尿液中的砷濃度來觀察砷劑的藥動學，其中無機砷及其甲基化代謝產物的濃度用HPLC測量。且采樣前3 d患者限制進食海鮮產品，以免來自海產品的砷影響檢測。檢測結果顯示，血清和尿液中三價無機砷，一甲基砷、二甲基砷，血漿中無機砷，一甲基砷、二甲基砷的總濃度為18～41 μg/L，尿液中總砷的濃度在第4日可達到4464 μg/d，表明作用在血清中砷的濃度在納摩爾水平范圍內就可以達到治療APL的效果[16]。

2007年日本學者又描述了12例復發的APL患者血清中各種砷代謝產物分析的結果。給予亞砷酸0.15 mg/kg后，收集了患者的血漿和尿液標本，對無機砷和主要代謝產物一甲基砷和二甲基砷含量應用HPLC/ICP-MS進行定量分析。結果顯示，血漿中三價和五價無機砷的濃度在第1日達到了相近的藥物峰濃度值[(12.4±8.4) μg/L和(10.2±3.9) μg/L]，而甲基化代謝產物在血中的出現是延遲的。在重復給藥期間，血漿的無機砷濃度達到一個穩定狀態。相反，一甲基砷和二甲基砷濃度的增加與重復給藥頻率的增加有關。在第1日，總砷排泄率的均值大約是日劑量的20%，在1～4周則保持在日劑量的60%。這項研究證明亞砷酸經由靜脈給予APL患者，給藥后產生的甲基化代謝產物被血漿迅速清除并經由尿液排泄出去，因此在血液中不易檢測到亞砷酸的蓄積[17]。

2009年有學者對經過誘導緩解治療后以及處于鞏固治療期APL患者不同時間點的血樣進行采集，以此來闡明砷劑代謝產物的變化規律。這例患者采用亞砷酸聯合Am-80(一種視黃醇的衍生物)方法治療。應用ICP-MS以及HPLC/ICP-MS法分別測定血細胞和血漿中總砷的含量以及血漿中無機砷和甲基化代謝產物的濃度。結果發現血細胞中總砷含量高出血漿中4～10倍。在所有的砷劑代謝產物中，血漿中的五價砷酸鹽是最容易從體內清除的，故其濃度最低。在停藥期階段，三價砷的血漿濃度比一甲基化和二甲基化的砷酸鹽下降得快。此外，檢測鞏固治療期患者外周血及血漿中砷濃度，發現血漿中的砷和砷代謝物濃度隨著時間增加而增加，有蓄積作用,由此認為亞砷酸的甲基化代謝產物在APL患者的治療中起主要作用[18]。

隨著APL患者生存期的延長,中樞神經系統白血病成為該病髓外復發、影響預后的重要因素[19]。對滲透入APL患者腦脊液的砷代謝分析報道提示，依據靜脈點滴亞砷酸達完全緩解狀態的APL患者血漿和腦脊液中的亞砷酸及其代謝產物濃度，可證明血漿中亞砷酸以與高分子量及低分子量蛋白結合的形式存在，其代謝產物似乎可以通過血腦屏障。亞砷酸治療后腦脊液中可檢測到一甲基砷，而且其濃度較血漿濃度高。亞砷酸輸注后可以檢測到三價無機砷和二甲基砷，但是腦脊液中砷代謝產物谷濃度較血漿低。這些結果表明，亞砷酸與其他化療方法聯合可能對中樞神經系統受累的APL患者有效，其中特定的砷成分(如一甲基砷)可能發揮重要作用[20]。

2012年日本學者對1例復發的APL患者靜脈使用亞砷酸進行治療，骨髓和外周血中的砷代謝物使用HPLC/ICP-MS進行定量分析，骨髓中一甲基砷和二甲基砷的濃度是逐漸增加的，從第42日后逐漸下降，其中二甲基砷含量比一甲基下降緩慢。然而無機砷的濃度仍然保持較低的水平，在使用亞砷酸后的14 d才逐漸增加，在第28日達到峰值，之后逐漸下降，到第56日含量已很微弱了，五價無機砷的濃度下降是最快的，濃度也是最低的，表明骨髓中砷代謝的情況與外周血中基本符合[21]，外周血的砷代謝情況可以提示骨髓中的情況。

唾液也是部分學者研究砷代謝的標本之一。2008年Yuan等[22]首次對砷暴露者唾液中砷形態進行檢測，認為檢測唾液中的砷可以反映砷代謝及蓄積情況。唾液腺血流量較高，化學品和代謝物可以通過被動擴散、主動轉運、超濾等方式從血液聚集到唾液中，提示唾液也是測量砷的途徑。2013年加拿大和中國學者對7例初治和2例復發的APL患者的唾液進行分析，9例患者均是靜脈注射使用劑量為10 mg/d的亞砷酸，在使用亞砷酸后連續3 d對9例患者連續收集唾液標本，采集標本前APL患者需用去離子水徹底清洗口腔，共收集了108個標本。對無機砷和主要的代謝產物一甲基砷和二甲基砷含量使用HPLC/ICP-MS進行定量分析，對收集的標本進行統計分析發現在唾液中三價無機砷占總砷含量的71.8%，甲基砷僅占7.8%，此外隨著砷劑每日的輸入，唾液中甲基砷的含量逐漸下降，可能意味著砷的甲基化過程隨著砷劑的大量輸入趨于飽和。這一結果可表明唾液可以作為合適的臨床樣本來檢測APL患者體內砷的含量[23]。

4 結 語

以上研究僅描繪了亞砷酸治療APL時各種砷代謝產物在體內的濃度及變化規律，尚未涉及這種變化與亞砷酸療效及不良反應的關系，但為這方面研究打下了理論和技術的基礎，有助于醫學工作者通過亞砷酸治療APL時砷代謝產物的分析來設法減輕砷劑引起的不良反應并取得更好的治療效果。APL患者體內關于亞砷酸的詳細研究應該繼續開展，以提供APL更好的治療效果及不良反應監測方法。

[1] Baker N,de Koning HP,M?ser P,etal.Drug resistance in African trypanosomiasis:the melarsoprol and pentamidine story[J].Trends Parasitol,2013,29(3):110-118.

[2] Dilda PJ,Hogg PJ.Arsenical-based cancer drugs[J].Cancer Treat Rev,2007,33(6):542-564.

[3] Hu XM,Liu F,Ma R.Application and assessment of Chinese arsenic drugs in treating malignant hematopathy in China[J].Chin J Integr Med,2010,16(4):368-377.

[4] 陳保衛,X Chris Le.中國關于砷的研究進展[J].環境化學,2011,30(11):1937-1943.

[5] Brisbin JA,B′hymer C,Caruso JA.A gradient anion exchange chromatgraphic method for the speciation of arsenic in lobster tissue extracts[J].Talanta,2002,58(1):133-145.

[6] Vela NP,Heitkemper DT,Stewart KR.Arsenic extraction and speciation in carrots using accelerated solvent extraction,liquid chromatography and plasma mass spectrometry[J].Analyst,2001,126(7):1011-1017.

[7] 王振華,何濱,史建波.液相色譜-雙通道原子熒光檢測聯用法同時測定砷和硒的形態[J].色譜,2009,5(27):711-716.

[8] Wang F,Zhang G.Simultaneous quantitative analysis of arsenic,bismuth,selenium,and tellurium in soil samples using multi-channel hydride-generation atomic fluorescence spectrometry[J].Appl Spectrosc,2011,65(3):315-319.

[9] 劉娜,張蘭英,杜連柱,等.高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜法測定汞的3種形態[J].分析化學,2005,33(8):1116-1118.

[10] Mato-Fernández MJ,Otero-Rey JR,Moreda-Piňeiro J,etal.A rsenic extraction in marine biological materials using pressurised liquid extraction[J].Talanta,2007,71(2):515-520.

[11] Slejkovec Z,Falnoga I,Goessler W,etal.Analytical artefacts in the speciation of arsenic in clinical samples[J].Anal Chim Acta,2008,607(1):83-91.

[12] Jesus JP,Suárez CA,Ferreira JR,etal.Sequential injection analysis implementing multiple standard additions for as speciation by liquid chromatography and atomic fluorescence spectrometry(SIA-HPLC-AFS)[J].Talanta,2011,85(3):1364-1368.

[13] 薛鵬,富景奇,徐苑苑,等.兩種尿砷檢測方法的比較[J].環境與健康雜志,2008,25(7):624-627.

[14] Aposhian HV,Zheng B,Aposhian MM,etal.DMPS-arsenic challenge test Ⅱ.Modulation of arsenic species,including monomethylarsonous acid(MMA(111)),excreted in human urine[J].Toxieol Appl Pharmacol,2000,165(1):74-83.

[15] Wang Z,Zhou J,Lu X,etal.Arsenic speciation in urine from acute leukemia patients undergoing arsenic trioxide treatment[J].Chem Res Toxicol，2004,17(1):95-103.

[16] Fukai Y,Hirata M,Ueno M,etal.Clinical pharmacokinetic study of arsenic trioxide in an acute promyelocytic leukemia (APL) patient:speciation of arsenic metabolites in serum and urine[J].Biol Pharm Bull,2006,29(5):1022-1027.

[17] Fujisawa S,Ohno R,Shigeno K,etal.Pharmacokinetics of arsenic species in Japanese patients with relapsed or refractory acute promyelocytic leukemia treated with arsenic trioxide[J].Cancer Chemother Pharmacol,2007,59(4):485-493.

[18] Yoshino Y,Yuan B,Miyashita SI,etal.Speciation of arsenic trioxide metabolites in blood cells and plasma of a patient with acute promyelocytic leukemia[J].Anal Bioanal Chem,2009,393(2):689-697.

[19] Burry LD,Seki JT.CNS relapses of acute promyelocytic leukemia after all-trans retinoic acid[J].Ann Pharmacother,2002,36(12):1900-1906.

[20] Kiguchi T,Yoshino Y,Yuan B,etal.Speciation of arsenic trioxide penetrates into cerebrospinal fluid in patients with acute promyelocytic leukemia[J].Leuk Res,2010,34(3):403-405.

[21] Iriyama N,Yoshino Y,Yuan B,etal.Speciation of arsenic trioxide metabolites in peripheral blood and bone marrow from an acute promyelocytic leukemia patient[J].J Hematol Oncol,2012,5:1.

[22] Yuan C,Lu X,Oro N,etal.Arsenic Speciation Analysis in human saliva[J].Clin Chem,2008,54(1):163-171.

[23] Chen B,Cao F,Yuan C,etal.Arsenic speciation in saliva of acute promyelocytic leukemia patients undergoing arsenic trioxide treatment[J].Anal Bional Chem,2013,405(6):1903-1911.