砷类物抗癌机制的研究现状

Research Status of Anti-Cancer Mechanism of Arsenic

摘要: 砷类物最早用于抗肿瘤治疗源于1971年三氧化二砷治疗急性早幼粒细胞白血病开始。雄黄是最常见的砷的硫化物矿物之一，药理学研究证实纳米雄黄具有抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡、诱导细胞分化、抑制核酸合成、抑制新生血管生成等功能。基于以上药理作用，近年来对砷类物抗肿瘤的研究成为热点。本文通过检索近十年砷类物的相关文献，以雄黄为主综述砷类物在抗肿瘤方面的研究成果。希望通过这一综述加快雄黄等砷类物抗肿瘤的相关研究进程，为目前的临床抗肿瘤用药提供进一步的参考。

Abstract: Arsenic was first used in anti-tumor therapy since arsenic trioxide began to treat acute promyelo-cytic leukemia in 1971. Realgar is one of the most common arsenic sulfide minerals. Pharmacologi-cal studies have confirmed that nano realgar has the functions of inhibiting cell proliferation, in-ducing cell apoptosis, inducing cell differentiation, inhibiting nucleic acid synthesis, and inhibiting angiogenesis. Based on the above pharmacological effects, the research on anti-tumor effect of arse-nic compounds has become a hot spot in recent years. This paper reviews the research results of arsenic in anti-tumor, mainly realgar, by searching the relevant literature of arsenic in the past decade. It is hoped that this review will accelerate the research progress of arsenic compounds such as realgar in anti-tumor, and provide further reference for current clinical anti-tumor drugs.

1. 引言

随着现代医疗水平的发展，高血压、糖尿病等上世纪的疑难杂症得到了较好地解决，但恶性肿瘤一直未被妥善处理。如今恶性肿瘤的发病率及死亡率呈逐年上升趋势，已成为人类健康的一大杀手 [1]。若早期发现还可通过局部手术、靶向化疗等获得一线生机，耽误到晚期不仅让患者承受更多身体及心理不适，还会增加经济负担 [2]。随着祖国医学的不断发展传承，中药被认为具有较慢、较少的副作用及不良反应，现被广泛研究用于抗肿瘤治疗。雄黄是最常见的砷类矿物药，主要成份为As₂S₂或As₄S₄ [3]。关于雄黄的作用在不少中医古籍中都有记载，在《神农本草经》中，雄黄味苦，平，寒。主寒热，鼠瘘，恶疮，疽痔，死肌，杀精物，恶鬼，邪气，百虫，肿毒。李时珍在《本草纲目》记载：“雄黄乃治疮杀毒要药也，而入肝经气分，故肝风，肝气，惊痫，痰涎，头痛眩晕，暑疟泄痢，积聚诸病，用之有殊功；又能化血为水，治疟疾寒热，伏暑泄痢，酒饮成癖，头风。”历代文献中可见雄黄虽主要外用于疮疡，亦不乏治疗恶疮积聚、肿瘤毒邪的记载，为现代应用于肿瘤的治疗提供线索 [4]。

2. 雄黄的抗肿瘤机制

2.1. 抑制细胞增殖

① 王巍炜 [5] 等人通过酶联免疫法测量培养24 h、48 h后的细胞在490 nm的吸光度值(A₄₉₀)来测算生长抑制率，结果显示雄黄组的A值明显低于生理盐水对照组且不同时间点的生长抑制率明显高于对照组，说明雄黄对肺癌A549细胞增殖有抑制作用。② 詹秀琴等 [6] 通过水飞法、气流法、微射流法将雄黄制备成不同直径的粒子来处理肝癌SMMC7721细胞，结果显示三组的增殖抑制率分别为36.6%、56.2%和71.1%，说明雄黄对癌细胞的增殖抑制会随着粒子直径的减小而增强。③ 已有研究表明纳米雄黄对肺癌A549细胞及急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia, AML)细胞株THP-1有抑制增殖作用，且抑制效应与浓度和时间呈正相关 [7] [8]。④ 齐元富等 [9] 证明纳米雄黄对A549细胞β-catenin与c-myc表达均有明显抑制作用，并随药物浓度增大抑制作用增强。β-catenin和c-myc是Wnt信号通路的上下游关键因子，而Wnt信号通路与癌症的发生有着十分密切的联系 [10]，因此说明纳米雄黄可以通过某种途径阻断Wnt信号转导通路从而抑制肺癌A549细胞增殖。⑤ 王孟昌 [11] 等人通过cDNA表达芯片技术检测、分析雄黄治疗前后72 h的多发性骨髓瘤细胞(RPMI8226)系基因表达谱发现治疗后BTG1和CCL2明显上调。BTG1 (B细胞易位基因)是一个P53调控基因，是抗增殖基因大家庭的一员 [12]，有研究表明BTG1在卵巢癌、喉癌、食管鳞癌等肿瘤中低表达，参与肿瘤的生长、转移和浸润 [13] [14] [15]。CCL2作为趋化因子中CC亚族中重要的一员，也称为单核细胞趋化蛋白-1 (monocyte chemotactic protein-1, MCP-1)，或小诱导细胞A2 (small inducible cytokine A2) [16]，已有文献 [17] [18] 证实CCL-2在肿瘤进展中起重要作用。基于以上阐述说明雄黄可能通过上调BTG1及CCL2的表达从而调控抗增殖基因来抑制骨髓瘤细胞的增殖，但具体分子机制亟待进一步研究。

2.2. 诱导细胞凋亡

细胞凋亡是细胞在生理或病理条件下，调控一系列基因的激活、表达等，自主有序的结束自身生命的过程 [19]。目前大量研究证实雄黄抗肿瘤的主要机制就是细胞凋亡，唐敏等人 [20] 认为正是因为这种程序性死亡才让细胞凋亡成为杀伤肿瘤细胞的最佳方式。① 研究表明雄黄可以诱导卵巢癌细胞凋亡 [21]，且抑制作用存在时间剂量依赖关系 [22]。② 程艳香等 [23] 研究证实雄黄可以剂量依赖性的诱导宫颈癌细胞HPV16/18凋亡，并且考虑凋亡可能与细胞色素C的释放和caspase-3，caspase-9的活化有关。③ 马淑云 [24] 等研究发现24 mg/L雄黄混悬液处理时间越长，G1期细胞阻滞越严重，且浓度与Caspase-3的表达呈正相关。进一步提示雄黄对卵巢癌细胞的诱导凋亡作用可能与影响细胞周期及激活Caspase-3活性有关。④ 已有研究表明 [25] [26] 雄黄诱导细胞凋亡可能与下调Bcl-2蛋白和上调P53表达有关。齐元富等通过实验证实随雄黄浓度的升高Bcl-2表达与浓度呈负相关，而P53表达呈正相关。提示雄黄凋亡皮肤鳞癌A431细胞与Bcl-2下调及P53上调有关。⑤ 赵婧 [27] 研究发现雄黄可能通过调控Bcl-2/Bax比例，促进细胞内ROS的生成，降低线粒体膜电位膜水平，从而激活Caspase-3介导的细胞凋亡途径。

2.3. 诱导细胞分化

雄黄对肿瘤细胞的诱导分化作用最早源于陈思宇 [28] 的研究，他发现雄黄对NB4白血病细胞具有促进分化作用。后来罗丽云 [29] 通过研究雄黄纳米微粒对人白血病细胞株HL260的诱导分化作用时发现0.50 μmol/L纳米雄黄诱导分化作用最强。王川 [30] 研究发现低浓度的雄黄水分散剂型可促进慢性髓系白血病K562细胞红系分化标志性蛋白血红蛋白和血型糖蛋白A (GlycophorinA, CD235a)表达上调，诱导K562细胞发生红系分化并表现出时间和剂量依赖效应。袁丽佳等 [31] 研究发现，雄黄处理30分钟后ROS处于最低水平，24小时后反弹至高于对照组的水平，且减少和增加都是雄黄浓度依赖的。该实验结果证明雄黄对HL60 (人早幼粒白血病细胞)的分化作用呈浓度依赖性，而且发现MPTP的开放和ROS的降低与分化密切相关。

2.4. 抑制核酸形成

早在1998年，周霭祥 [32] 将青黛与雄黄按比例(9:1, 8:2, 7:3)制成胶囊或片剂(雄黄比例越大作用越强)治疗慢粒，发现青黄散对L615、S180细胞的DNA、RNA合成有不同程度的抑制作用，且抑制作用呈浓度相关性。唐永等人 [33] 发现雄黄可与细菌胞内酶的功能基(-SH基)结合改变或抑制其活性从而影响细菌DNA的合成。近期只有王明哲等人 [34] 在关于雄黄抑制核酸复制的研究中发现，用不同影响因素处理人腺病毒3型(HAdV-3)感染Hep-2细胞并测量各组病毒载量，发现HAdV-3病毒对照组病毒复制量(699,932 ± 23.85)，利巴韦林组(459124.84 ± 12.82)，雄黄组则为(912435.44 ± 16.57)，分析数据不难发现雄黄纳米微粒对腺病毒的核酸复制有一定的抑制作用，但利巴韦林组抑制作用更强。该研究对临床抑制肿瘤复制提供了新思路。

2.5. 抑制肿瘤血管生成

肿瘤的生长必须依赖血管生成，抑制肿瘤生长过程中的血管新生，切断肿瘤的供养，最终达到遏制肿瘤生长和转移的目的，是一种全新的靶向肿瘤治疗方法 [35]。李秀荣等人 [36] 用不同浓度纳米雄黄处理皮肤鳞癌A431细胞，采用免疫组化法和RT-PCR法检测色素上皮源性因子(PEDF)和VEGF mRNA的表达情况，发现纳米雄黄可增加血管抑制因子PEDF的表达且呈浓度依赖性，而对血管内皮生长因子VEGF呈浓度依赖性的抑制作用。该研究提示雄黄抑制肿瘤血管的生成与PEDF的上调和VEGF的下调有关。Zhang L [37] 等人发现经As₄S₄处理后的胃癌细胞内E-cadherin和KLF4表达上调，β-catenin、VEGF和Sp1表达下调，提示雄黄可阻断肿瘤细胞黏附、抑制其血管生成。Song Peng [38] 等人通过体内斑马鱼和鸡胚绒毛尿囊膜模型实验研究雄黄转化液(RTS)抗血管生成的机制，发现RTS可通过抑制VEGF/bFGF诱导的VEGFR2和ERK、FAK、Src等下游蛋白激酶的磷酸化从而抑制血管生成。齐元富等人 [39] 发现雄黄不仅能通过下调VEGF抑制血管生成，还可通过抑制缺氧诱导因子(HIF)-1的表达来抑制血管生成，且抑制作用随浓度增高作用增强。刘寨东等人 [40] 用流式细胞仪检测纳米雄黄处理后的肺癌A549细胞内的b-FGF、MMP-9表达，发现雄黄对其的表达呈浓度依赖性的抑制作用，提示雄黄可能通过抑制b-FGF、MMP-9的表达发挥抗血管作用。

3. 小结

三氧化二砷的抗肿瘤作用除了上述几点外，还可以促进免疫应答、抑制肿瘤干细胞分化及微量三氧化二砷的保护作用。砷类物因其对人体具有一定的毒性使用率较低，但随着纳米雄黄、雄黄转化液等现代多学科产物的出现，雄黄的药物毒性问题得到进一步解决。上述文章中已有许多蛋白及因子被发现可以参与抑制肿瘤生长及转移，所以我们亟需进一步研究抗肿瘤机制的通路等具体问题。