三氧化二砷抗实体瘤作用及其机理的研究现状
【摘要】 用三氧化二砷急性早幼粒细胞白血病效果显著，近年来国内外多项研究表明三氧化二砷对多种恶性实体瘤也有强大的抗癌作用，其作用机制十分复杂，主要有：诱导肿瘤细胞凋亡、分化；抑制肿瘤细胞增殖；直接损伤 DNA；抑制肿瘤血管生成；抑制肿瘤转移；影响机体免疫等。通过综述三氧化二砷的临床抗实体瘤的应用现状及可能的作用机 理，有助于指导其临床的应用及进一步探讨其作用机理。
【关键词】 三氧化二砷；实体瘤；机理
三氧化二砷（Arsenic trioxide, As2O3，ATO）是中药砒霜的主要成分，但它又是一种剧毒物质。20 世纪 70 年代我国学者首先使用三氧化二砷治疗复发性和难治性急性早幼粒细胞性白血病（APL），并取得了 52%~92% 的完全缓解[1]。由此受到国内外学者的广泛关注，近年来研究表明 ATO 除了能治疗血液系统疾病，对多种恶性实体瘤如胃癌、食管癌、肝癌等也有强大的抗癌作用，食品药品监督管理局已经批准 ATO 用于 APL 和肝脏肿瘤的治疗，这些进展极大促进了其应用于治疗各种恶性肿瘤的基础研究和临床实践。本文作者将该药在实体瘤方面的应用及机理的的研究进展综述如下。
1 ATO 对实体瘤的治疗作用
1.1 消化系统肿瘤 项颖[2]等报道，ATO 治疗16 例中晚期肝癌患者，有效率 18.6%。朱安龙[3]等尝试以动脉和静脉途径给予 ATO，在累计观察的 67 例不能手术切除的原发性肝癌患者中，完全缓解率 4.5%，部分缓解率 35.8%，绝大多数患者自觉症状改善。2004 年 9 月，我国食品药品监督局已经正式批准 ATO 注射液可用于晚期原发性肝癌的治疗。涂水平[4]等在三氧化二砷诱导胃癌细胞凋亡的实验研究中发现 ATO 诱导胃癌细胞凋亡的作用与 ATO 的浓度和时间存在相关性。邓志华等[5]发现 ATO 对胃癌、结肠癌、胰腺癌细胞均具有明显的抑制肿瘤细胞生长和诱导凋亡的作用。沈忠英等[6]通过研究发现 ATO 可作为治疗食管癌的辅助药物。
1.2 呼吸系统肿瘤 Du[7]等研究发现，ATO 对人鼻咽癌低分化鳞癌裸鼠移植瘤细胞有诱导分化作用，使用 ATO 后肿瘤生长受抑制，肿瘤细胞密度减少，出现角化细胞和角化珠；电镜见细胞间桥粒增多并互相连接，核浆比例降低，出现大量张力纤维并围绕核周；增值细胞核抗原表达明显减少。董继华等[8] 发现用 4 mol/L的 ATO 处理人肺癌 GLC-82 细胞株 96 h 后，增殖抑制率可达 81.05%，细胞周期阻滞于 G 2/M 期。陈黎明[9]发现 ATO 对口腔鳞癌细胞具有显著的体外生长抑制及凋亡诱导作用。
1.3 生殖系统肿瘤 黄守国等[10]进行系列研究发现 ATO 能诱导人卵巢癌细胞凋亡，它对人卵巢癌耐药细胞株细胞增殖和转移能力有很强的抑制作用。刘明远等[11]研究表明 ATO 能诱导宫颈癌 HeLa 细胞凋亡，其机制可能与降低线粒体膜电位有关。而吕秀宁等[12]则报道其机制可能与 ATO 抑制细胞内端粒酶活性有关。陈鑫等[13]研究表明 ATO 对人乳腺癌裸鼠移植瘤具有抑瘤作用，且无明显毒副作用。 Maeda 等[14]在用 ATO 处理人男性激素非依赖性的前列腺癌细胞株 PC-3、DU-145 和 TSU-PR1 时发现高浓度的 ATO 能使细胞发生凋亡，并使 p38 和 JNK 活化。
1.4 其他肿瘤 陆地等[15]研究表明 ATO 可通过下调 Bcl-xL蛋白的表达和激活 caspase-3 诱导人类恶性淋巴瘤细胞凋亡。童强松等[16]研究了 ATO 对人膀胱癌细胞株 BIU-87 的作用，同样发现 ATO 具有抑制肿瘤生长，下调 bcl-2 基因表达、诱导细胞凋亡的作用。
2 ATO 抗肿瘤的作用机理
2.1 诱导肿瘤细胞凋亡 细胞凋亡是由基因控制的细胞主动死亡过程。ATO 诱导细胞凋亡的机理可能与以下因素有关：①激活有丝分裂原激活的蛋白激酶（MAPK）信号通路；②抑制端粒酶活性及端粒酶逆转录酶基因的表达[17，18]；③降低线粒体跨膜电位[19，20]；④下调原癌基因 c-myc 的表达[21]；⑤影响caspase 依赖性凋亡通路[22]等。
2.2 抑制肿瘤细胞增殖 Seol 等[23] 发现ATO 可显著增强细胞周期依赖激酶抑制剂 P21 与细胞周期依赖激酶 cdc-2 的结合，导致 cdc-2 激酶的活性随时间的延长而下降，从而使细胞周期受阻于 G2/M期。
2.3 诱导肿瘤细胞分化 在临床上，在 ATO 治疗后第 2 周部分患者会出现高白细胞血症，难以用诱导细胞凋亡的机制来解释。张鹏等[24]发现 APL 患者经 ATO 治疗后，早幼粒细胞下降，中晚幼粒细胞及杆状、分叶核细胞逐渐增多，病情完全缓解，表明 ATO 能诱导早幼粒细胞成熟、分化。
2.4 直接损伤 DNA 砷能引起 CHOK 1 细胞染色体畸变和姊妹染色单体交换，以及 DNA 断裂和微核产生，抑制 DNA 修复。德国报道，0~10 mol·L-1 的亚砷酸钠能使人全血或淋巴细胞的分裂指数随浓度增大而减少，微核随浓度增大而增加，单细胞彗星电泳显示其彗尾随砷浓度增大而加长。这一研究中砷的作用浓度与临床抗肿瘤浓度较一致，且实验细胞是人的白细胞及淋巴细胞，因而研究中所揭示的砷对 DNA 的损伤可能是砷抗肿瘤作用的又一种途径，而且这种作用与大多数抗肿瘤药的作用一样，对正常细胞和肿瘤细胞是无选择性的。
2.5 抑制血管生成 海清等[25]在探讨 ATO 对肿瘤血管生成的影响时发现，ATO 有明显的抗肿瘤血管生成作用，并认为其机制可能与破坏内皮细胞结构和功能、抑制内皮细胞增生及抑制肿瘤组织 VEGF 表达有关。
2.6 抑制肿瘤细胞转移 CD44 基因编码产物是一种跨膜糖蛋白，是细胞黏附分子之一，常出现在已发生转移的肿瘤中，认为它是一种肿瘤扩散转移的标志物。刘铁夫等[26]以 ATO 作用于体外培养的人胃癌细胞株，通过免疫组化及流式细胞仪（FCM）技术对其 CD44 基因编码蛋白的表达进行了检测，结果显示胃癌细胞黏附因子 CD44 基因编码蛋白表达减少。
2.7 ATO对荷瘤机体免疫功能的影响 免疫功能的降低是导致肿瘤生长、的原因之一。机体内具有抗肿瘤、抗病毒、发挥免疫监督功能的重要细胞有杀伤细胞（NKC）、淋巴因子活化的杀伤细胞（LAKC）、T 淋巴细胞等。唐印华等[27]通过 ATO 对 H-2 肝癌荷瘤小鼠免疫功能的影响的实验研究，结果发现肝癌小鼠荷瘤对照组与正常组比较，CD3+、CD4+、CD4+/CD8+ 及 NKC 活性均明显减少（P < 0.01）；低剂量及高剂量 ATO 组与荷瘤对照组比较，CD3+、CD4+、CD4+/CD8+ 及 NKC 活性均明显升高（P < 0.05），CD8+ 无明显变化；而高剂量 ATO 治疗组与低剂量 ATO 治疗组比较，CD4+，NKC 活性明显升高（P < 0.05），CD3+、CD4+/CD8+ 无明显变化。因而他们认为 ATO 能提高肝癌小鼠机体免疫功能，抑制肿瘤的生长。ATO 的这种作用可能与其使 LAKC 的杀伤力显著增强及对细胞与细胞之间发生相互作用所涉及的两个分子CD38 和 CD54 明显上调有关。
3 结 论
尽管大量实验证明 ATO 抗实体肿瘤机理是多途径、多靶点的，但是其临床疗效与急性早幼粒细胞白血病相比并不突出，可能由于急性早幼粒细胞白血病乃单一特异性基因所致，而肝癌等实体肿瘤乃多基因、多因素所致。对于 ATO 如何通过与其他化疗药物联合应用或多途径、多靶点导向治疗，达到减毒增效的目的仍存在着争议，这些均需要大样本及多中心实验研究进一步证实。相信随着研究的深入及经验的积累，ATO 会有更理想的应用前景。
【】
〔1〕 Chen GQ, Zhu J, Shi XG, et al. In vitro studies on cellular and molecularmechanisms of arsenic trioxide(ATO) in the treatment of acute promyelocytic leukemia: ATO induces NB4 cell apoptosis with downregulation of Bcl-2 expression and modulation of PML-RAR alpha/PML proteins〔J〕. Blood, 1996, 88(3):1052-1061
〔2〕 项颖, 黄风鸣. 三氧化二砷注射液治疗中晚期原发性肝癌16例报告〔J〕. 临床肿瘤学杂志, 2003, 8(1):36-37
〔3〕 朱安龙, 刘连新, 朴大勋, 等. 应用三氧化二砷连续区域化疗治疗肝癌〔J〕. 中华肝胆外科杂志, 2003, 9(4):205-206
〔4〕 涂水平, 江石湖, 谭继宏, 等. 三氧化二砷诱导胃癌细胞凋亡及对相关基因表达的影响〔J〕. 肿瘤, 2001, 21(5): 327-330
〔5〕 邓志华, 蔡洪培, 伞石, 等. 氧化砷诱导结肠癌细胞凋亡及分子机制〔J〕. 肿瘤防治研究, 2000, 27(2):105-108
〔6〕 沈忠英, 沈健, 陈铭华, 等. 三氧化二砷诱导食管癌细胞系细胞凋亡的研究〔J〕. 汕头大学医学院学报, 2001, 14(1):1-4
〔7〕 Du CW, Li DR, Lin YC, et al. Arsenic trioxide induces differentiation of human nasopharyngeal carcinoma in BALB/C nude mice xenograft model〔J〕. Ai Zheng, 2003, 22(1):21-25
〔8〕 董继华, 吴裕丹, 董晓荣, 等. 三氧化二砷对人肺癌细胞株增殖和凋亡的影响〔J〕. 肺癌杂志, 2000, 3(6):435-437
〔9〕 陈黎明. 三氧化二砷体外诱导口腔鳞癌细胞凋亡的研究〔J〕. 第二军医大学学报, 2003, 25(6):546-548
〔10〕黄守国, 孔北华, 马玉燕, 等. 三氧化二砷对人卵巢癌耐药细胞株细胞增殖和转移能力的影响〔J〕. 癌症, 2002, 21(8):863-867
〔11〕刘明远, 侯霞, 马洪星, 等. 三氧化二砷诱导Hela 细胞凋亡的机制研究〔J〕. 黑龙江医药, 2002, 25(5):50-51
〔12〕吕秀宁, 郑杰. As2O3诱导宫颈癌Hela细胞凋亡与细胞内端粒酶活性关系的研究〔J〕. 东南大学学报(医学版), 2003, 22(4): 227-229, 241
〔13〕陈鑫, 吴诚义. 三氧化二砷对乳腺癌裸鼠移植瘤的作用〔J〕. 中华实验外科杂志, 2003, 20(8):722-723
〔14〕Maeda H, Hori S, Nishitoh H, et al. Tumor growth inhibition by arsenic trioxide (As2O3) in the orthotop ic metastasis model of androgen independent prostate cancer〔J〕. Cancer Res, 2001, 61(14):5432-5440
〔15〕陆地, 白晓春, 桂莉, 等. 三氧化二砷诱导人类恶性淋巴瘤细胞凋亡及机制探讨〔J〕. 第一军医大学学报, 2003, 23(10):997-1101, 1108
〔16〕童强松, 曾莆清, 鲁成功, 等. 三氧化二砷抑制人膀胱细胞BIU-87体外生长实验研究〔J〕. 临床泌尿外科杂志, 2000, 15(2):72-74
〔17〕王丽, 陈治文, 夏俊, 等. 三氧化二砷对黑色素瘤B16细胞端粒酶活性的影响〔J〕. 蚌埠医学院学报, 2004, 29(3): 202-204
〔18〕章尧, 赵燕, 陈昌杰. 三氧化二砷对HL-60细胞凋亡及其端粒酶 hTERT-mRNA表达影响的实验研究〔J〕. 中国药通报, 2003, 19(2):206- 209
〔19〕Pu YS, Hour TC, Chen J, et al. 1Arsenic trioxide as a novel anti-cancer agent against human transitional carcinoma-characterizing its apoptotic pathway〔J〕. Anticancer Drugs, 2002, 13(3):293-300
〔20〕Nakagawa Y, Akao Y, Morikawa H, et al1Arsenic trioxide in duced apoptosis through oxidative stress in cells of colon cancer cell lines〔J〕. Life Sci, 2002, 70(19):2253-2269
〔21〕邓友平, 林晨, 张雪艳, 等. 三氧化二砷诱导人食管癌Ec109细胞凋亡伴随c-myc基因的降调节〔J〕. 中国医学科学院学报, 2000, 22(1):67-70
〔22〕Shin S, Sung BJ, Cho YS, et al. An anti-apoptotic protein human survivin is a direct inhibitor of caspase-3 and -7〔J〕. Bio Chem, 2001, 40(4):1117-1123
〔23〕Seol J G, Park WH , Kim ES, et a1. Effect of arsenic trioxide on cellcvcle arrest in head and neck cancer cell line PCI-I 〔J〕. Biochem Biophys Res Commun, 1999, 265(2): 400-409
〔24〕张鹏, 王树叶, 胡龙虎, 等. 三氧化二砷治疗急性早幼粒细胞性白血病7年-附242例分析〔J〕. 中华血液学杂志, 2000, 21(2):67-70
〔25〕华海清, 秦叔逵, 王锦鸿, 等. 三氧化二砷抗肿瘤血管生成研究〔J〕. 世界华人消化杂志, 2004, 12(1):27-31
〔26〕刘铁夫, 成秉林, 关宇光, 等. CD44基因编码蛋白表达与三氧化二砷抗肿瘤作用关系的研究〔J〕. 哈尔滨医科大学学报, 2001, 35(2):111-112
〔27〕唐印华, 刘铁夫, 庄丽维, 等. 三氧化二砷对H-2肝癌荷瘤小鼠免疫功能及瘤体的影响〔J〕. 中国肿瘤生物治疗杂志, 2002, 9(3):172-174
