氧化應激介導阿霉素引起心臟毒性機制及其防治進展

李承斌 徐志猛 李萍（通訊作者）

（中國藥科大學中藥學院 江蘇 南京 210009）

阿霉素（Doxorubicin，DOX）是一種蒽環類抗腫瘤抗生素，應用于急性白血病、惡性淋巴瘤、乳腺癌等。心臟毒性是其主要不良反應，主要表現為心律失常、左心室射血分數下降甚至是充血性心力衰竭。

DOX引起心臟毒性的機制有很多，包括氧化應激、細胞凋亡、鈣離子穩態失調等[1]。目前研究認為氧化應激是DOX引起心臟損傷的重要原因，但其確切的機制仍然不明確。以下主要從氧化應激方面歸納總結了DOX引起心臟毒性的機制，為臨床防治DOX引起的心臟毒性提供一些思路。

1.氧化應激介導DOX引起心臟毒性機制

活性氧是含有氧原子的活性分子，包括超氧陰離子自由基（O2-）、過氧化氫（H2O2）等。活性氧過多會導致氧化應激。氧化應激是活性氧生成與清除之間不平衡，導致其過多累積的現象。DOX引起氧化應激有以下機制。

1.1 線粒體產生活性氧

線粒體是活性氧產生的重要場所，也是DOX引起的心臟毒性中損傷最嚴重的亞細胞器。線粒體中產生活性氧的酶通過單電子還原將DOX轉化為半醌，而半醌易與氧分子反應產生（O2-）[2]。DOX還可以通過減少位于線粒體內膜的呼吸鏈復合物I的氧化循環導致活性氧產物增加[3]。心磷脂是線粒體內膜的重要組成部分，它具有負電荷而DOX有正電荷，兩者容易相互結合形成不可逆復合物。DOX破壞了心磷脂蛋白質導致呼吸鏈中的酶不能與心磷脂結合，影響氧化磷酸化過程并且產生超氧化物[4]。

1.2 NADPH氧化酶激活

NADPH氧化酶（NADPH oxidase，NOX）是與線粒體膜結合的氧化酶，通過單電子還原將分子氧轉化為（O2-）。NOX 是除線粒體外活性氧的主要來源。DOX誘導的心臟毒性與自由基的產生有關，最終導致活性氧爆發。這些自由基是通過NOX催化，由DOX氧化還原循環產生[5]。大鼠在給與DOX后NOX的表達量升高，產生（H2O2），引起氧化應激[6]。NOΧ2敲除的小鼠與野生型相比，在DOX引起心臟毒性模型中心功能受損程度減輕[7]。

1.3 一氧化氮合酶解偶聯

一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）是一種能夠催化產生NO的同工酶。心臟中NO主要由內皮型一氧化氮合酶（eNOS）與誘導型一氧化氮合酶（iNOS）產生。DOX能夠與eNOS的還原酶域結合，通過單電子還原使DOX成為半醌自由基，這個過程消耗氧分子產生O2-[8]。Neilan等指出敲除eNOS可以減輕DOX引起的心功能障礙，而且小鼠活性氧生成水平明顯降低[9]。iNOS在DOX引起心臟毒性過程中的具體機制還不明確。DOX處理心肌細胞后，iNOS的水平升高[10]。抑制iNOS后可以減輕心臟毒性[11]。

1.4 DOX-鐵配合物影響鐵代謝

DOX-鐵配合物在1980年就有報道，當時認為這些復合物與帶負電的細胞膜相互作用并引起脂質過氧化[12]。有研究表明，DOX對鐵代謝的影響不是直接由DOX-鐵相互作用介導，而是通過蛋白質螯合影響細胞內鐵穩態介導。DOX代謝物與鐵調節蛋白1（iron regulatory Protein，IRP-1）形成復合物，增強了轉鐵蛋白（transferrin，TRF）mRNA的穩定性并防止翻譯，使自由基生成循環永久化[13]。

1.5 解偶聯蛋白與活性氧生成

解偶聯蛋白（uncouPling Protein，UCP）是一種線粒體內膜蛋白，與線粒體活性氧調節密切相關。Bugger等發現DOX造模后大鼠心臟中的UCP2表達量下降，而且線粒體活性氧水平升高，提示UCP2與DOX引起心臟氧化應激有關聯[14]。一般性調控阻遏蛋白激酶2（general control nonderePressible-2，GCN2）在氨基酸代謝中起調節作用。Wang等發現GCN2通過eIF2α/CHOP/UCP2途徑介導DOX引起的心臟毒性，最后UCP2被抑制[15]。UCP2被抑制導致線粒體內膜外進入線粒體基質的質子減少，內膜兩側質子電化學梯度升高。這一過程加速氧化磷酸化偶聯，呼吸鏈上的電子泄露增加使活性氧產生增多[16]。

1.6 抗氧化酶抑制

DOX可以顯著降低一些抗氧化酶的水平，如超氧化物歧化酶（suPeroxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）[17]。這些抗氧化酶水平降低使活性氧的累積增多，進一步加劇氧化應激。

1.7 其他機制

除了上述機制之外，還有一些因素與氧化應激介導DOX引起心臟毒性有關聯，但確切機理仍不清楚。轉錄因子E2相關因子2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2）通過誘導在DOX處理期間發生的自噬來預防氧化應激，調節氧化應激和自噬之間的平衡[18]。沉默信息調節因子1（silent information regulator 1，Sirt1）也參與調節DOX引起的氧化應激，過表達Sirt1能夠降低新生大鼠心室肌細胞的活性氧水平[19]。血管緊張素轉化酶2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）是腎素-血管緊張素-醛固酮系統中的一種轉化酶，有研究表明過表達ACE2可以降低DOX引起大鼠心臟的氧化應激[20]。

2.從氧化應激方面改善DOX引起心臟毒性的途徑

許多研究嘗試使用不同方法干預DOX引起的心臟毒性。這里主要總結通過調節氧化應激改善DOX心臟毒性的藥物干預方法。

2.1 右雷佐生

右雷佐生是應用最多的DOX化療心臟保護輔助藥品。它是一種鐵螯合劑，可以與細胞內鐵結合，減少DOX-鐵配合物生成，干擾鐵離子介導的自由基生成，從而減輕DOX的心臟毒性[21]

2.2 抗氧化劑

抗氧化劑如維生素C、維生素E等對DOX引起的心臟毒性也有一定的改善作用。維生素C可以通過降低DOX模型大鼠心肌活性氧和提高抗氧化酶活性保護心臟[22]。維生素E具有較強的抗氧化能力。它可以減輕DOX導致的氧化應激[23]。目前抗氧化劑防治DOX引起心臟損傷大多是依據經驗來使用。由于DOX引起氧化應激的機制復雜，單獨使用抗氧化劑效果可能不明顯。

2.3 天然產物

許多研究表明一些天然產物也能在一定程度上減輕DOX引起的心臟損傷。胡蘿卜硫素通過調節Nrf2增加下游抗氧化應激產物來減輕DOX引起的心臟損傷[24]。白藜蘆醇具有抗氧化作用，DOX造模前預給藥2周可以明顯減少心臟活性氧和提高抗氧化酶水平[25]。但對這些天然產物的研究基本停留在動物水平，缺乏臨床試驗的支撐。

3.小結

DOX導致的氧化應激主要是由于氧化還原平衡被破壞，一方面活性氧生成量增加，另一方面活性氧清除量減少。雖然氧化應激在DOX引起心臟毒性中的研究很多，但如何尋找合適的預防策略仍需要更進一步的研究。許多動物模型上的研究往往與臨床應用存在差距，這也與DOX引起心臟毒性機制的復雜性有關。本文從線粒體、NOX、NOS等方面總結了氧化應激介導DOX引起心臟毒性機制，為臨床從減輕氧化應激方面防治DOX引起的心臟損傷提供研究思路。