分子靶向藥物心臟毒性線粒體機制的研究進展*

何丹 丁瑞麟

(1. 四川中醫藥高等專科學校醫療技術學院，四川 綿陽 621000；2. 西南醫科大學附屬醫院國家藥物臨床試驗機構/GCP中心·西南醫科大學臨床藥理實驗室，四川 瀘州 646000)

抗腫瘤藥物除了對腫瘤細胞具有強有力的殺傷作用外，對正常組織細胞也有一定的影響。其中，對心血管功能的損害是眾多抗腫瘤藥物臨床應用受限的主要因素。除了傳統的阿霉素、順鉑等容易引起心血管損傷的抗腫瘤藥物外，新型的分子靶向藥物，如曲妥珠單抗、伊馬替尼、貝伐珠單抗等也被證明具有心臟毒性[1]。Santoni等[2]進行的薈萃分析顯示，心臟毒性是分子靶向藥物治療中出現的嚴重不良反應，嚴重影響患者的生活質量和生存期。

線粒體在維持心肌組織內穩態平衡中扮演著重要的角色[3]。線粒體功能的損傷將會導致心肌細胞的凋亡或壞死，最終引起心血管功能紊亂[1]。分子靶向藥物雖然具有很強的腫瘤細胞針對性，但它也和細胞毒性藥物一樣，能直接或間接的破壞正常心肌細胞的線粒體功能。對心肌細胞線粒體的破壞是藥物誘導的心臟毒性的主要機制之一。因此，本文就分子靶向藥物誘導的心臟毒性的線粒體機制做一綜述，以期為分子靶向藥物心臟毒性的防治方法的研發提供參考。

1 藥物誘導的線粒體損傷途徑

作為產生ATP的主要場所，線粒體在心肌細胞中擁有較高的數量，對心肌細胞的收縮反應、新陳代謝、離子平衡、細胞周期調控等有著重要的作用[4]。同時，線粒體還能通過應激信號(如細胞缺氧、氧化應激等)的激發誘導細胞的凋亡或壞死，是重要的細胞死亡調節器[5]。生理狀態下，心肌細胞損傷的線粒體能夠通過線粒體凋亡、線粒體生物合成和復制等過程被新生成的線粒體所取代[6]。但在藥物干預的情況下，藥物干擾線粒體功能、促進線粒體損傷，而線粒體損傷后無法被及時替代，最終導致ATP過多消耗、心肌細胞功能障礙[1]。

大量研究表明，藥物能夠通過多種途徑直接或間接的損傷心肌細胞線粒體。線粒體是產生活性氧(Reactive oxygen species，ROS)的主要產所。一些藥物能夠抑制三羧酸循環(Tricarboxylic acid cycle, TCA cycle)、破壞線粒體氧化防御系統，誘導大量ROS的產生。ROS能夠觸發多種線粒體依賴或非依賴細胞死亡程序，促進心肌細胞的凋亡或壞死[7,8]。同時，ROS能夠通過氧化反應直接破壞線粒體膜、電子傳遞鏈、線粒體DNA、甚至影響線粒體的鈣穩定[9]。研究發現，線粒體蛋白的氧化/硝化修飾在心肌細胞功能障礙中扮演著重要角色。而氧化/硝化修飾反應的直接促進因素就是大量ROS和活性氮(Reactive nitrogen species，RNS)的產生[10]。其它藥物損傷心肌細胞線粒體的途徑包括：藥物干擾線粒體DNA聚合酶的作用，抑制線粒體的新生；藥物直接抑制電子傳遞鏈，使ATP合成過程中電子失偶聯；藥物誘導線粒體通透性轉化孔(Mitochondrial permeability transition pore，MPTP)開放，促使線粒體內容物釋放；藥物促進鐵離子在線粒體內蓄積、谷胱甘肽加速消耗等[1,5,11]。而這些途徑或多或少都與ROS的產生有一定的聯系。

2 分子靶向藥物心臟毒性的線粒體機制

2.1 抗HER-2藥物心臟毒性的線粒體機制

曲妥珠單抗(Trastuzumab)是針對人表皮生長因子受體2(Human epidermal growth factor receptor-2, HER-2)的人源化的單克隆抗體，能特異性作用于HER-2過表達的乳腺癌細胞和胃癌細胞，是HER-2陽性的晚期乳腺癌和胃癌的有效治療方案[12]。研究顯示，HER-2在心臟的胚胎發育和成人心臟保護中發揮著重要作用，HER-2相關信號通路能促進心肌細胞的生長、抑制心肌細胞凋亡[13]。因此，特異性作用于HER-2的曲妥珠單抗可能會誘發嚴重的心臟毒性反應。Mantarro等[14]對29000例乳腺癌患者所做的薈萃分析顯示，曲妥珠單抗誘導的嚴重心臟毒性的發生率高達3%。

HER-2通路的二聚化是細胞增殖的主要信號之一。當心肌細胞遭遇乏氧、氧化應激等刺激時，冠狀動脈微血管內皮和心內膜釋放的神經調節蛋白與HER-2/HER-4異二聚體結合，通過PI3K/Akt和MAPK途徑維持心肌細胞活性[15,16]。同時這一通路能通過增加細胞轉錄因子抑制細胞凋亡，能通過激活蛋白激酶B(Protein kinase B，Akt)減少線粒體ROS的產生。曲妥珠單抗能夠與HER-2受體胞外區的IV區結合，阻斷HER-2受體和HER-4受體二聚化過程，從而抑制HER-2通路對心肌細胞的保護作用[17,18]。研究表明，曲妥珠單抗還能夠誘導ROS在線粒體內大量蓄積，促進凋亡相關蛋白的表達(例如BAX)，導致Bcl-xL和Bcl-xS失衡激活線粒體凋亡途徑[1]。最終上述事件會引起線粒體功能的缺失，導致MPTP開放，激活心肌細胞死亡相關程序[1,19]，見圖1。

其他抗HER-2單抗，如帕妥珠單抗，也被證明具有心臟毒性。與曲妥珠單抗不同，帕妥珠單抗主要結合HER-2受體的II區，同時也能與HER-3配體結合，從而阻斷HER-2二聚化，影響HER-2信號通路的傳遞[16]。

2.2 ABL抑制劑心臟毒性的線粒體機制

伊馬替尼(Imatinib)是以BCR/ABL融合基因、PDGFRA等為靶點的小分子酪氨酸激酶抑制劑，對慢性粒細胞白血病和胃腸道間質瘤有著較好的治療效果。伊馬替尼所致心臟毒性，目前仍存在一些爭議。但現在的普遍觀點認為線粒體功能紊亂是伊馬替尼所致心臟毒性的主要標志之一[20]。Kerkela等[21]對伊馬替尼治療后心衰患者進行了心肌活檢，證明這些患者心肌線粒體功能均存在明顯異常。Will等[22]對離體大鼠心臟進行研究時發現，伊馬替尼并非直接作用于心肌細胞線粒體，而是通過其他途徑轉導引發心臟毒性。隨后的研究證明，伊馬替尼能激發內質網應激從而引起心肌細胞的線粒體損害，這一途徑是伊馬替尼所致心臟毒性的重要誘發因素。具體來說，伊馬替尼對ABL激酶的抑制將會引發內質網應激，誘導蛋白激酶R樣內質網激酶(PRKR-like endoplasmic reticulum kinase，PERK)表達以及eIF2α的磷酸化。線粒體內膜轉運蛋白TIM23是線粒體蛋白轉運裝置的重要組成部分，對蛋白質進入線粒體基質起著關鍵作用[23]。PERK能夠減少TIM23的表達，影響線粒體的蛋白穩態。因為TIM23的減低發生于eIF2α磷酸化后，這就可能導致大量非折疊的蛋白質在線粒體內膜區域蓄積，激活線粒體凋亡途徑，同時影響多個線粒體代謝途徑，包括線粒體DNA的合成、β氧化以及檸檬酸循環等(圖1)[24]，進而引起線粒體功能的破壞和細胞的損傷。同時，ROS也在伊馬替尼所致的心臟毒性中發揮著重要作用。有研究發現，ROS的產生和蓄積將加重伊馬替尼誘導的心肌細胞線粒體損傷和細胞凋亡[25]。

2.3 抗血管生成藥物心臟毒性的線粒體機制

腫瘤的生長和轉移依賴于血管，對腫瘤血管的抑制能阻斷腫瘤細胞的營養供應，從而到達“餓死”腫瘤的目的[26]。因此，抗腫瘤血管生成藥物越來越受到臨床的重視，在肺癌、乳腺癌、直腸癌等多種腫瘤的治療中發揮著重要作用。抗血管生成藥物的主要靶點為血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)及其受體，其副作用相對較小，但臨床上依然發現了不少嚴重的心臟毒副反應。研究表明，抗血管生成藥物所致心臟毒性部分依賴于其對血管新生的抑制，但線粒體相關信號途徑的破壞依然起著非常重要的作用[22]。

圖1 曲妥珠單抗、伊馬替尼誘導心臟毒性的線粒體機制[1]注：BAD：Bcl-2相關死亡促進因子；mtDNA synthesis：線粒體DNA合成；Krebs cycle：檸檬酸循環；Beta oxidation：β氧化；TOM：線粒體外模轉運酶。

貝伐珠單抗是人源化的抑制VEGF-A的單克隆抗體，其心臟毒性可能與內皮細胞的損傷相關。VEGF/VEGFR通路是血管內皮細胞線粒體調節一氧化氮生成(Nitric oxide，NO)的主要因素。貝伐珠單抗能夠阻斷VEGF/VEGFR通路，影響NO的線粒體合成。血管內皮因失去NO的調節而出現功能紊亂，最終引起復雜的心血管綜合征[27]。

多靶點VEGF-TKI舒尼替尼(Sunitinib)也被證明具有較高的心血管事件風險。舒尼替尼的作用靶點包括：VEGF、PDGFR、KIT等，理論上多靶點抑制劑相較于單靶點藥物具有更高的心臟風險[17]。服用舒尼替尼所致慢性心衰的發病率高達8%～12.5%[28]。研究表明，舒尼替尼所致心臟毒性的線粒體機制主要與AMPK蛋白相關[29]。AMPK蛋白是心肌細胞獲取能量的關鍵蛋白，對維持線粒體正常功能具有重要作用。多項研究發現，舒尼替尼能夠抑制AMPK蛋白的活動，導致心肌細胞線粒體結構的改變，最終引起心肌細胞損傷[30,31]。French等[32]用舒尼替尼作用于小鼠心肌細胞，發現線粒體腫脹、胞漿空泡等現象普遍存在。同時，舒尼替尼也被證明能夠抑制線粒體電子傳遞鏈的復合物I和II，影響線粒體ATP的合成[33]。

重組人血管內皮抑素(Endostar，恩度)是我國自主研發的抗血管生成藥物，目前廣泛應用于肺癌等惡性腫瘤的治療。心臟毒性是恩度的主要不良反應，其發生機制目前還不明確。覃晶等認為心肌細胞線粒體可能是恩度心臟毒性的作用靶標，經線粒體依賴途徑誘導的心肌細胞凋亡是恩度心肌損傷的機制之一[34]。但其具體機制仍需研究以明確。

3 小結與展望

分子靶向藥物高效低毒的優點使其在腫瘤的治療中占據著重要的地位。但分子靶向藥物的心臟毒性卻是不能忽視的一個問題。過去臨床醫生只關注了曲妥珠單抗等少數分子靶向藥物的心臟毒性。目前研究顯示，越來越多的分子靶向藥物被證明具有心臟毒性，其中VEGF-TKI、抗VEGF單抗、抗EGFR單抗的高級別心臟毒性事件的發生率較高[2]，心臟毒性成了分子靶向藥物臨床應用的主要限制因素。線粒體在心肌細胞能量代謝中占據著重要地位，并且線粒體相關途徑也是許多分子靶向藥攻擊主要靶點。直接或間接的破壞線粒體功能，成為了分子靶向藥物誘導心臟毒性的主要因素。但目前許多分子靶向藥物的心臟毒性發病機制仍不明確，如雷莫蘆單抗、凡德他尼等。只有明確這一機制，才能更好的對分子靶向藥物誘導的心臟毒性進行早期預防、檢測和管理。