硒化物—期待開發的含硒表觀靶向抗癌藥物

朱慧秋+華巖+王明麗

摘 要 硒對表觀遺傳修飾異常會產生干預影響，阻遏腫瘤的發生和轉移。硒化物是腫瘤特異性表觀標志物抑制劑，是期待開發的新型含硒表觀靶向抗癌藥物。

關鍵詞 硒 表觀遺傳修飾 表觀標志物抑制劑 抗癌藥 開發

中圖分類號：R979.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1533（2017）03-0075-04

Selenium compounds — looking forward to be developed as epigenetic targeting selenium-containing anti-tumor drugs*

ZHU Huiqiu1**， HUA Yan1， WANG Mingli2***

（1. Anhui Huaxin Pharmaceutical Co. Ltd.， Hefei 230000， China； 2. Anhui Medical University， HeFei 230032， China）

ABSTRACT Selenium compounds can produce an intervention effect on the abnormality of epigenetic modification and then repress the occurrence and metastasis of tumor. They can be used as the inhibitors of some tumor specific epigenetic markers and expected to be developed as a new type of epigenetic targeting selenium-containing anti-tumor drugs.

KEy WORDS selenium； epigenetic modification； inhibitors of epigenetic markers； anti-cancer drugs； development

硒最重要的生物學功能是抗癌，并以多種機制發揮其抗癌作用。近年來的研究發現，硒又可對表觀遺傳學調控機制異化產生干預影響，特別是對在腫瘤發生機制中的特異性靶點進行干預，進而阻抑腫瘤的發生及轉移。硒化物是某些腫瘤特異性表觀標志物有效的抑制劑。硒的這個功能不僅對臨床腫瘤診斷、治療、預防具有現實意義，更為“含硒表觀靶向抗癌藥物”開發提供了科學依據?！昂碛^靶向抗癌藥物”是期待開發的新型抗癌藥。現就近些年在這些方面的相關研究作一簡要介紹。

1 表觀遺傳學

什么是表觀遺傳學？從孟德爾遺傳規律講，親代（一代）把遺傳信息傳遞給子代（二代），主要由攜帶遺傳信息的脫氧核糖核酸（DNA）分子中堿基的排列順序（即堿基序列）來決定，并在細胞核內遺傳。但人們在研究中發現，在DNA堿基序列以外還有一套調控機制，包括 DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質重塑以及非編碼RNA等，它們在不涉及改變DNA堿基序列的情況下，影響轉錄活性并調控基因的表達，改變機體的性狀，并且是一種可以被干預和逆轉的遺傳機制。這種非孟德爾遺傳現象，稱作表觀遺傳學[1-2]。

2 硒對表觀遺傳修飾異常產生干預及逆轉作用

腫瘤發生發展的主要生物學原因是原癌基因活化和抑癌基因失活[3]。研究顯示，DNA甲基化水平同這些基因的表達密切相關。通常情況下，甲基化水平同基因表達呈負相關，甲基化程度越高，基因表達活性越低，甲基化程度越低，基因表達越活躍[4]。

DNA甲基化主要表現為基因組整體甲基化水平降低和局部CpG島[在哺乳動物中富含胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤（CpG）二核苷酸的一段DNA稱為CpG島]甲基化程度的異常升高，人類基因組的甲基化主要發生在CpG島[5]。

研究表明，實體瘤普遍存在基因組廣泛低甲基化現象，低甲基化使原癌基因活化，癌細胞異常增殖；低甲基化還使腫瘤轉移增加，例如胃癌的甲基化水平越低，癌細胞浸潤、轉移的傾向越明顯[6]。

CpG島的甲基化程度異常升高，會導致某些抑癌基因表達沉默，進而參與腫瘤的發生發展。在正常情況下，CpG島為非甲基化。當腫瘤抑癌基因的啟動子區域（CpG島）過度甲基化，就會使抑癌基因的表達沉默。其間DNA甲基轉移酶（DNMT）家族中的DNMT1發揮著重要的調控作用，它的高表達導致抑癌基因在CpG島失活。所以，CpG島高甲基化成了多種腫瘤特異性表觀標志物，已成為臨床多種腫瘤早期診斷的依據和指標[7]。

近年來，作為表觀遺傳學調控機制之一的組蛋白修飾在腫瘤研究領域受到越來越多的關注。組蛋白乙酰化由組蛋白乙酰轉移酶（HAT）和組蛋白去乙酰化酶（HDACs）共同調控，而編碼HAT或HDAC的基因如果發生染色體易位、擴增等突變會導致某些腫瘤的發生。

可見，DNA甲基化和組蛋白乙?；缺碛^遺傳修飾異常是腫瘤發生的另外一個機制。而近年研究發現，硒通過靶向干預可逆轉甲基化和乙?；惓５倪^程，從而抑制腫瘤的發生及轉移。硒化物成了潛在的治癌新藥物，是亟待開發、臨床應用前景可觀的“含硒表觀靶向抗癌藥物”。

2.1 硒對DNA甲基化產生干預作用

研究表明，膳食硒通過干預表觀遺傳過程顯示出其抗癌潛力，膳食缺硒時組織呈現整體低甲基化[8]。Davis等[9]早些時候研究發現，給大鼠喂食缺硒膳食，其肝臟和結腸都出現顯著DNA低甲基化，而經硒處理的人結腸癌細胞株Caco-2 DNA甲基化水平顯著高于未經硒處理的對照組，據此研究者認為，膳食缺硒會增加肝臟和結腸腫瘤的發生。Remely等[8]研究表明，膳食硒營養缺乏會引起動物組織和人體結腸癌DNA低甲基化。我國學者徐世文等[4]通過實驗也發現，飼料硒缺乏可導致雞肌肉組織 DNA甲基化水平降低。硒對DNMT有抑制作用，缺硒會導致DNMT活性增加，使原癌基因活化，引起結腸癌等多種腫瘤發生。保持硒等營養素均衡攝入，有利于維持DNA甲基化正常水平及抑制DNMT活性[6]。

CpG島DNMT1的高表達是使抑癌基因失活的重要機制。抑制DNMT1靶酶活性，使失活的抑癌基因復活，是腫瘤治療中探索的新途徑。硒在多種腫瘤中有去甲基化的生物學功能，能誘導失活的抑癌基因重新活化和表達[3]。研究發現，硒可以直接干預DNA甲基化，抑制腺癌細胞株DNMT的高表達[8]。膳食硒干預DNA甲基化的方式之一是通過去甲基化過程來調節DNMT1活性的；研究還證實，亞硒酸鈉和苯甲基氰酸硒（BSC）、1，4-苯雙（亞甲基）氰酸硒（p-XSC）兩種合成硒化物對人大腸癌細胞核提取物中DNMT的活性都有抑制作用[10]。

各方面的研究驗證，硒對DNA甲基化產生干預影響，是靶酶DNMT有效的抑制劑。

2.2 硒干預影響組蛋白的乙酰化

近年來，國內外學者研究發現，組蛋白去乙酰化酶與腫瘤的發生密切相關。HDACs家族中的HDAC1高表達可明顯增加腫瘤細胞的增殖能力。在食管鱗癌、前列腺癌等多種腫瘤中均發現HDAC的高表達，靶酶HDAC已成為首選的攻擊靶點。

目前，人們通過體內、體外的研究鑒定出了硒、丁酸鹽、曲古抑菌素A（TSA）等一些HDAC的抑制劑，這些抑制劑可在體外誘導多種腫瘤細胞的生長停滯、分化或凋亡[2]。Somech等[11]通過臨床試驗表明，HDAC抑制劑對人體白血病及實體瘤進行治療，表現出明顯的抗腫瘤增殖效果，研究者認為，各類HDAC抑制劑是另一類新型抗癌藥物、“癌癥治療的新工具”。

Xiang等[12]的研究證明，硒可以通過下調DNMT和抑制HDAC活性，活化人前列腺癌LNCaP細胞系中因高甲基化沉默的基因GSTP1， APC和CSR1。這些基因是具有保護免受氧化損傷的抗癌活性物質、化學致癌物解毒劑或腫瘤抑制劑。

甲基硒酸（MSA）是近年來新研制成的一種人工低分子量有機硒化合物，是很具潛力的抗癌制劑。Kassam等[13]通過對彌漫性大B細胞淋巴瘤細胞系（DLBCL）體外研究首次發現，MSA可以抑制該細胞系HDAC的活性。研究者認為，有關MSA抑制HDAC活性的作用以前從未報道過，從而為人們提供了硒元素一種新的機制，MSA是日后臨床試驗中可以使用的硒化物。

我國科研人員胡琛霏[2]通過蛋白質免疫印跡的方法，檢測到MSA可抑制食管鱗癌細胞系HDAC的活性，降低HDACl和HDAC2的蛋白表達，引起細胞內組蛋白乙?；斤@著升高；同時，還檢測到硒甲硫氨酸（SLM）對食管鱗癌細胞系KYSEl50細胞和MCF7細胞的作用，在SLM處理細胞24 h后，細胞中組蛋白去乙?；傅幕钚砸诧@著降低。

這些年，越來越多的含硒組蛋白去乙酰化酶抑制劑被發現和驗證。亞硒酸鈉、酮–甲基硒丁酸鹽（KMSB）、甲基硒代半胱氨酸（MSC）、甲基硒丙酮酸（MSP）等硒化物都可以抑制HDAC活性，提高組蛋白乙酰化水平，作為潛在的HDAC抑制劑，發揮其抗腫瘤的作用[14]。Fernandes 等[15]介紹，KMSB 和 MSP在體外作為HDAC的競爭性抑制劑發揮抗癌作用；還報道，合成的SAHA含硒類似物（5-苯甲酰戊氰硒）二硒醚和5-苯甲酰戊氰硒對不同肺癌細胞株HDAC抑制效果比SAHA更好。SAHA是氧肟酸類HDAC抑制劑，是目前在臨床上以皮膚T淋巴細胞瘤（CTCL）為適應癥而廣泛應用的表觀靶向抗癌藥物。這也提示，含硒類抑制劑對靶酶HDAC抑制效果優于無硒類抑制劑。

為何上述各種硒化物都可靶向抑制DNMT和HDAC活性，研究發現不管其結構如何改變，硒都是這些化合物生物活性的中心元素，發揮著關鍵作用，硒的這一生物學功能對含硒抗癌藥物的開發具有重要的指導意義[16]。

2.3 硒對非編碼RNA調控機制產生干預效應

表觀遺傳學的一個重要調控機制是非編碼RNA。非編碼RNA是指不能翻譯為蛋白質的RNA分子。近年來，非編碼RNA一族中的微小RNA-200（miR-200）受到人們的高度關注。研究發現，miR-200家族中的成員微小RNA-200a（miR-200a）與腫瘤的發生發展關系密切，miR-200a在腫瘤組織中呈現明顯低表達。因此，miR-200a的表達下調是腫瘤發生的重要因素之一，miR-200a也成了腫瘤特異性表觀標志物[17]。

胡琛霏[2]通過TaqMan芯片，檢測了MSA處理食管鱗癌細胞后細胞中微小RNA（miRNA）的變化情況，發現MSA可以上調細胞中miR-200a 的表達水平，miR-200a 表達升高后，負性調控Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白-1（Keap1）的表達，使Keap1蛋白水平下降，上調轉錄因子NF-E2相關因子2（Nrf2）蛋白水平并提高其轉錄活性（Nrf2活性受其細胞質接頭蛋白Keap1的調控），從而活化Keap1-Nrf2信號通路。而Keap1-Nrf2信號通路在抗氧化、預防腫瘤發生等諸多方面有重要作用[18]。

體外研究顯示[19] ，人腦膜瘤組織中miR-200a表達明顯低于正常組織，β-循環蛋白（β-catenin）和其下游靶基因細胞周期蛋白D1表達顯著增高，二者和miR-200a呈現負相關，上調miR-200a可降低β-catenin的表達，進而阻斷Wnt/β-catenin信號傳導通路來抑制腦膜瘤的生長。胡琛霏課題組前期研究也發現MSA可以抑制食管鱗癌細胞系中β-catenin的表達[2] 。研究已證實，Wnt/β-catenin信號通路的激活和高表達可促進腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉移及抑制腫瘤細胞的凋亡[20]。

由此可見，MSA可能介導、調控著miR-200a表達及參與復雜的分子調控網絡，從而抑制腫瘤發生及轉移。

3 展望

加強硒與表觀遺傳學之間關聯的研究，有著重要的生物醫學意義。它有可能解釋硒化學抗腫瘤的新機制，從理論上證明硒元素可能具有表觀遺傳學的效應[21] 。綜上所述，硒在腫瘤形成中對表觀遺傳修飾異常產生干預影響，靶向抑制腫瘤特異性表觀標志物，逆轉表觀遺傳修飾發生異化過程，使我們認識了硒化學抗癌的新機制、新作用，硒化物是潛在開發的新型靶向抗癌藥物。Fernandes 等[15]指出，硒化物都是癌癥治療藥。目前，非表觀類含硒靶向抗癌藥如硒唑呋喃、依布硒啉、乙烷硒啉等早已進入臨床研究[16]，展示出很有希望的臨床應用前景。而含硒表觀靶向抗癌藥物是亟待開發的抗癌藥“富礦”，加快開發含硒表觀靶向抗癌藥物，可為臨床腫瘤治療增加一種“新的工具”，為癌癥患者戰勝病魔增添一份新的希望。人們熱切期盼“含硒表觀分子靶向抗癌藥物”早日問世。

致謝：本課題研究得到華中科技大學徐輝碧、黃開勛兩位教授和安徽醫科大學張文昌碩士的支持，在此表示衷心感謝。

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