三氧化二砷抗肿瘤作用机理研究及临床运用进展
【摘要】 三氧化二砷（Arsenic trioxide，As2O3），是传统中药砒霜的有效成分之一。祖国医学很早就对其性质做了描述并用于临床，本文就现阶段内三氧化二砷的抗肿瘤作用的实验研究及临床运用的进展作一综述。
【Abstract】 Arsenic trioxide （As2O3） is the mainly effective component of arsenic. Long term clinical and experimental studies have indicated that the arsenic trioxide is very effective in the treatment of diseases in China..This paper reviews the current research situation of the arsenic trioxide against malignant tumor, exploring the possibilities for the efficacy and mechanism in treatment of malignant tumor, and provides the reference for developing a new field in arsenic trioxide against malignant tumor.
【Key words】 arsenic trioxide；tumor ;therapy ; apoptosis; calcium channel。
三氧化二砷（Arsenic trioxide,As2O3），是传统中药砒霜的有效成分之一，祖国医学很早就对其性质做了描述并用于临床。20世纪70年代后，张亭栋等单用As2O3注射液用于急性早幼粒细胞白血病（APL）的治疗取得显著疗效，许多学者尝试着将其用于其他恶性肿瘤的治疗。随着研究的不断深入,证明As2O3具有良好的抗肿瘤作用,而且已被广泛应用于白血病、骨髓瘤、乳腺癌、肝癌等肿瘤的治疗，取得了良好的临床效果。大量体内和体外实验研究证明,三氧化二砷对实体瘤同样有显著治疗效果，本文就现阶段内三氧化二砷的抗肿瘤作用机理的实验研究及临床运用的进展作一综述。
1.1 激活caspase家族 研究表明AS2O3的细胞毒作用有caspase依赖和非caspase依赖两种途径［1］。caspase—3在半胱氨酸家族中占重要地位，广泛分布于组织中并参与不同细胞的凋亡［2］。As2O3通过破坏线粒体跨膜电位（△ψm）， 触发了线粒体凋亡途径，导致了caspase3的活化，促使细胞凋亡［3］。有实验认为，线粒体和微管可能是三氧化二砷的主要作用位点,为三氧化二砷发挥凋亡诱导效应的启动因素，caspase—3 途径的激活可能为三氧化二砷诱导口腔鳞癌细胞凋亡的关键途径之一。
1.2 ROS过度生成 砷剂可使细胞内ROS生成增多是由于：（1）MPT开放，线粒体内氧化呼吸链受阻，致ROS外漏。（2）活化黄素蛋白依赖的超氧化物酶，使H2O2产生增多，后者可通过从线粒体释放Cyto—C，活化caspase—3并裂解多聚ADP核糖多聚酶（PARP）而介导凋亡；又可通过与线粒体巯基形成复合物而降低GSH的活性等途径使ROS清除减少。故砷剂可通过改变细胞内的氧化还原状态诱导凋亡。Lin［4］等认为As2O3作用于细胞产生ROS在细胞凋亡过程中起主要作用，ROS可通过线粒体端酶途径诱导凋亡，也可直接作用于DNA导致细胞凋亡，细胞对As2O3诱导凋亡的敏感性与他们固有的ROS水平密切相关。
1.3 降解融合蛋白 通过转基因小鼠实验可证实Pml—R ARα融合蛋白是APL发病的主要分子基础,As2O3能增强Pml与SUMO1的共价结合，从而引发PML降解，诱导细胞凋亡。砷剂使 PML—RARα，ＰＭＬ重新共定位于PODs 并快速降解之。最初砷剂对APL的促凋亡作用在于特异性地降解其融合蛋白Pml—RARa，现发现砷剂对多种白血病细胞株均有诱导凋亡的作用，说明维甲酸受体通路并非是砷剂诱导凋亡的惟一通路。近年发现，在APL中除AOL—RARa外，PLZF—RARa也为APL的致癌因子，研究表明As2O3只引起含Pml—RARa的APL细胞凋亡。As2O3可特异地增强PIC—1/SU—MO—1对Pml—RARa和Pml的共价修饰，从而形成大分子量的物质，后者被富集到Pml核体，最终介导凋亡的发生。PIC—1/SU—MO—1被双酵母实验证明是APL的伴侣分子，它与泛素有同源序列，与核孔复合物相关蛋白RanGAP共价连接，参与凋亡信号的传导，DNA重组和修复过程。
1.4 影响bcl—2蛋白家族表达 bcl—2属抑凋亡因子又称长寿基因，是维持癌细胞无限制生长的主要基因，bcl—2对细胞周期无明显影响，而对细胞死亡的干扰有选择性，阻止了细胞死亡的最后途径，包括核苷酸内切酶对DNA的降解，bcl—2的下调会导致凋亡的发生。有研究表明As2O3可通过下调bcl—xl，bcl—2的表达而诱导肿瘤细胞凋亡［5］。Lbrado等认为As2O3可以通过上调线粒体渗透性膜电位（△ψm），caspase 3 , caspase 8,促使组胺高度去酰化，降低bcl—2,bcl—xl表达抑制细胞的增生并促使细胞凋亡［6］。As2O3除可使NB4细胞bcl—2的表达在mRNA和蛋白两个水平降低外，在诱导多种巨核细胞白血病细胞株Meg—01、UT7和NoTe凋亡时也伴有bcl—2的下调，而抗As2O3诱导凋亡的HL60细胞、人的乳腺癌细胞株ZR75和MCF细胞中bcl—2表达并无变化。在As2O3对淋巴瘤细胞株的作用研究中，发现不同淋巴瘤细胞株对As2O3的反应性不同，有些细胞仅仅表现为生长抑制，而有些细胞表现为凋亡，而只有凋亡细胞伴有bcl—2的下调，砷剂可通过对bcl—2基因的抑制诱导某些肿瘤细胞的凋亡。但As2O3并不影响恶性淋巴瘤细胞及某些成神经细胞瘤细胞系bcl—2（Bcl—xl）的表达，提示bcl—2可能不是参与诱导以上细胞凋亡的主要中介。
1.5 抑制NF—κB的活化 NF—κB在肿瘤细胞中发挥着重要的抗凋亡作用，抑制肿瘤细胞NF—κB的活性将引起肿瘤细胞的凋亡，从而抑制肿瘤的生长。As2O3可因浓度和接触时间不同，对同一细胞的NF—κB活性起双重作用［7］。Hu等［8］证实25μmol/l针剂短时间（3～24h）作用人纤维母细胞GM847能够诱导NF—κB活化，而0.1～0.5μmol/L长时间（10周）接触则对GM847中的NF—κB起抑制作用。Liao［9］等用105μmol/L As2O3作用人角化细胞48h后发现，NF—κB活性明显升高且细胞增殖，而用5μmol/LAs2O3诱导细胞则显著抑制NF—κB活性，同时细胞凋亡比例也增高。
1.6 胞内Ca2+失衡 不同种类细胞膜上离子通道结构类型不同和巯基含量不同可能是导致其对As2O3的敏感性和耐受性不同的原因。砷剂与细胞蛋白酶的巯基结合，细胞氧化呼吸障碍，能量产生受阻，从而改变胞质Ca2＋浓度： 有研究表明As2O3影响细胞外钙内流和细胞内钙库释放,导致心肌细胞内的游离钙升高,其机制可能有电压依赖性钙通道参与。低浓度引起胞内一过性钙升高;高浓度导致胞内持续性钙升高。后者可能是As2O3诱导细胞凋亡的机制之一。Zhang等［10］发现以As2O3处理胃癌细胞系MGC803时，胞质Ca2＋浓度升高与MGC803 细胞凋亡呈平行关系，且两者对As2O3呈时间、剂量依赖性。
1.7 作用于致癌因子而诱导凋亡 由于特异染色体易位而产生融合基因，融合基因编码的融合蛋白可以促进肿瘤发生、发展成为致癌因子。如Pml—RARAa是APL的致癌因子，它可直接或间接地影响凋亡相关基因p53、bcl—2、c—myc等促进白血病的发生。bcr—abl是慢性粒细胞白血病（Cml）的致癌因子，该蛋白具有酪氨酸激酶活性，可通过活化ras、c—myc、JAK—STAT、IP3等通路抑制细胞凋亡。
2.1 抑制肿瘤血管生成 通过采用ＭＴＴ法、鸡胚绒毛尿囊膜 （ＣＡＭ ）血管形成实验和免疫组化等方法 ,观察Ａｓ2Ｏ3（三氧化二砷 ）对人脐静脉内皮细胞 （ＥＣＶ304）增生、ＣＡＭ血管形成以及对裸鼠肝癌移植瘤ＬＣＩ—Ｄ20表达血管内皮生长因子 （ＶＥＧＦ）的影响 ,发现As2O3有明显的抗肿瘤血管形成作用,其机制可能与破坏内皮细胞结构和功能、抑制内皮细胞增生以及抑制肿瘤组织表达ＶＥＧＦ有关。
2.2 抑制肿瘤细胞增殖 由于微管蛋白巯基含量高因而可以作为砷剂的靶点。Yong等［11］研究发现微管单体经As2O3处理后，三价砷即与其GTP结合部位巯基CYS—12、CYS—213交联，使GTP结合点失活，干扰了有丝分裂期GTP诱导的微管蛋白的聚集和微管的形成，激活凋亡基因引发凋亡。有研究表明As2O3以剂量依赖式使细胞周期阻滞，显著抑制所有骨髓瘤细胞增殖［12］。 As2O3也可作用骨髓病的微环境，减少瘤细胞与骨髓基质细胞结合，抑制瘤细胞黏附所诱导的IL—6和血管内皮因子分泌，从而阻断骨髓瘤细胞黏附于骨髓基质后的增殖［13］。
端粒酶具有抗凋亡作用，抑制其活性可以诱导细胞的凋亡［14］ 在不同时间点对细胞的端粒酶活性进行检测发现，As2O3对细胞端粒酶活性的抑制随时间延长而加强。这表明其抑制作用具有剂量和时间依赖性。有研究报道2μmol/l As2O3诱导HL—60细胞凋亡过程中，人端粒酶逆转录酶（hTERT）mRNA表达水平下调，细胞内hTERT蛋白质也相应减少，其端粒酶活性明显受到抑制。