對于腫瘤這個領(lǐng)域,我不算太外行,但我是研究青蒿素抗腫瘤的,目前手頭就有一個腫瘤干細(xì)胞的基金課題在做。對于三氧化二砷和維甲酸,過去只零星看過一些文獻(xiàn),沒有親自介入相關(guān)研究,仍然是“門外漢”。不過,我對三氧化二砷和維甲酸的作用機(jī)理很感興趣,尤其是對這兩種藥物作用于白血病細(xì)胞的分子靶點(diǎn),我更是十分好奇。
我不是臨床醫(yī)生,而是基礎(chǔ)研究人員,不僅僅關(guān)心藥物的療效,更喜歡“玩”藥理與毒理,特別是在分子水平上。從現(xiàn)有文獻(xiàn)來看,三氧化二砷和維甲酸的分子靶點(diǎn)似乎不少,其中三氧化二砷的靶點(diǎn)幾乎無所不包(http://cancerres.aacrjournals.org/content/62/14/3893.full.pdf+html)。可是,它們卻只對早幼粒細(xì)胞白血病有特效,而對其他類型的白血病,要么療效較低,要么沒有療效。這是什么原因呢?
我百思不得其解!于是,我反復(fù)思考這樣一個問題:三氧化二砷和維甲酸能專門對付某種白血病,這種白血病細(xì)胞中是否存在兩種藥物特異結(jié)合的分子靶點(diǎn)?在了解三氧化二砷和維甲酸作用的分子機(jī)理之前,讓我們先了解一下白血病的成因。只有懂得分子病理,才能懂得分子藥理。
我歷來主張邊科普、邊學(xué)習(xí),更重要的是邊請教、邊進(jìn)步。因此,本文僅介紹該領(lǐng)域的“一鱗半爪”,必然會“以偏概全”、“掛一漏萬”,也一定存在諸多疏漏和謬誤,懇請行家不吝賜教,在此先表謝意!
一、白血病的分子病理學(xué)
白血病俗稱“血癌”,在腫瘤形態(tài)分類上相對于實(shí)體瘤而言屬于非實(shí)體瘤。白血病是一大類疾病的統(tǒng)稱,根據(jù)其發(fā)病方式(急性、慢性等)和細(xì)胞類型(粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞等)可以分成若干亞型。白血病的分類十分復(fù)雜,分類系統(tǒng)有很多,至今也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。不同類型的白血病對各種治療藥物的敏感性不同,因而白血病的診斷和分型在指導(dǎo)臨床治療上具有特殊意義。
1、白血病的染色體結(jié)構(gòu)變異
除了癥狀表現(xiàn)及血液學(xué)指標(biāo)異常外,白血病最顯著的細(xì)胞學(xué)特征就是染色體結(jié)構(gòu)變異,其中最常見的是染色體易位,即一條染色體的一個片段與另一條染色體的末端相連,其后果是激活癌基因而致癌。不過,導(dǎo)致染色體變異的確切原因還不清楚,但已知大部分均來自骨髓的體細(xì)胞突變。
以下列舉幾種白血病及其亞型的染色體結(jié)構(gòu)異常,主要包括易位(t)和倒轉(zhuǎn)(i),括號中的數(shù)字表示涉及的染色體編號。此外,還有染色體數(shù)目異常,如單體、三體等。
慢性粒細(xì)胞白血病 t(9:22)
急性粒細(xì)胞白血病
M1 急性粒細(xì)胞白血病(未成熟型)t(9:22)
M2 急性粒細(xì)胞白血?。ú糠殖墒煨停?/span>t(8:21)
M3 急性早幼粒細(xì)胞白血病 t(15:17)
M4 急性粒-單細(xì)胞白血病 i(16)
M5 急性單核細(xì)胞白血病 t(9:11)
M1,M2,M4 t(6:9)
M1,M2,M4,M5,M6 5號單體、7號單體、8號三體
慢性淋巴細(xì)胞白血病 t(11:14)
急性淋巴細(xì)胞白血病 t(9:22)
急性B細(xì)胞白血病 t(8:14);t(2:8);t(8:22)
急性T細(xì)胞白血病 i(14);t(14:14)
急性早幼粒細(xì)胞白血?。ˋPL)占急性粒細(xì)胞白血病(AML)的7%-27%,其中歐美各國為5%-15%,中國為12%-23%,拉美國家為15%-27%。95%以上的APL患者都具有特征性的t(15:17)易位染色體。
2、白血病的融合基因形成
以慢性粒細(xì)胞白血?。–ML)為例,22號染色體的一個大片段與9號染色體末端相連,結(jié)果產(chǎn)生一條更大的9號染色體和一條更小的22號染色體(費(fèi)城染色體)。于是,22號染色體的BCR基因與9號染色體的ABL基因融合,形成BCR-ABL融合基因。
同樣,APL的15號染色體早幼粒細(xì)胞白血?。≒ML)基因通過易位與17號染色體的維甲酸受體α(RARA)基因融合,形成PML-RARA融合基因。
二、三氧化二砷與維甲酸的分子藥理學(xué)
現(xiàn)以三氧化二砷即亞砷酸(ATO)和反式維甲酸(ATRA)為例,介紹這兩種藥物用于白血病靶向治療的分子機(jī)制。
1、靶向融合基因
ATRA為靶向治療APL的一線藥物,它能降低PML-RARA的活性,改變其構(gòu)型與定位,啟動早幼粒細(xì)胞分化成熟。ATO也可靶向PML-RARA,降解PML,一般用于復(fù)發(fā)APL。BCR-ABL具有很強(qiáng)的酪氨酸激酶活性,而格列衛(wèi)可抑制其活性。ATO也能降低BCR-ABL活性,可與格列衛(wèi)合用產(chǎn)生協(xié)同作用。
2001年由張亭棟、王振義、陳賽娟和陳竺等共同發(fā)表于Oncogene的一篇論文指出,ATO對白血病有雙重作用,高濃度(0.5-2.0微摩)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,低濃度(0.1-0.5微摩)誘導(dǎo)細(xì)胞分化。ATO在較寬的濃度范圍(0.1-2.0微摩)內(nèi)可降解PML-RARA蛋白。此外,ATO與ATRA有協(xié)同作用。
2010年由陳賽娟和陳竺等聯(lián)名在Science發(fā)表了一篇論文,文中說ATO能直接結(jié)合于PML-RARA及PML的RBCC結(jié)構(gòu)域中鋅指的半胱氨酸殘基,誘導(dǎo)PML寡聚體化,促進(jìn)其與小泛素樣蛋白修飾物(SUMO)結(jié)合酶UBC9的相互作用,由此增強(qiáng)PML-RARA的SUMO介導(dǎo)泛素化及蛋白酶體指導(dǎo)降解作用。
ATO還能通過絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)通路減少甲狀腺素沉默介導(dǎo)因子(SMRT)的磷酸化,快速抑制SMRT共抑制物與PML-RARA之間的相互作用,從而誘導(dǎo)細(xì)胞分化。
ATRA不僅能使轉(zhuǎn)錄共抑制因子與PML-RARA及RARA分離,還可以通過特異的蛋白降解途徑促使PML-RARA降解,讓POD結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常,使受阻遏的基因轉(zhuǎn)錄得以解除。
2、靶向凋亡因子
ATRA可降低抗凋亡因子BCL-2的活性,ATO則降低另一種抗凋亡因子BCL-XL的活性,兩者都能促進(jìn)細(xì)胞凋亡。
ATO還能作用于氧化還原系統(tǒng),通過一個復(fù)雜的電子傳遞網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和促進(jìn)細(xì)胞凋亡。
ATO可直接作用于線粒體,使之釋放細(xì)胞色素C,激活Caspase-9和Caspase-3而引起細(xì)胞凋亡。此外,還可通過阻遏過氧化物降解、激活JNK激酶、上調(diào)細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子等方式促進(jìn)細(xì)胞凋亡。
3、靶向血管生成
血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(VEGF)可上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)生存素和XIAP等抗凋亡因子表達(dá),ATRA可抑制VEGF和血管生成,從而間接降低生存素和XIAP水平。ATO可直接降低XIAP水平。
4、靶向信號轉(zhuǎn)導(dǎo)
ATRA能抗IL-6,抑制Stat活性,干擾Jak-Stat信號轉(zhuǎn)導(dǎo),從而抑制腫瘤發(fā)生和擴(kuò)散。
據(jù)我的理解,ATRA和ATO既是多靶點(diǎn)作用藥物,又是單靶點(diǎn)作用藥物。我認(rèn)為,在高濃度時為多靶點(diǎn)作用,結(jié)果導(dǎo)致白血病細(xì)胞及正常細(xì)胞發(fā)生凋亡,這與普通抗腫瘤藥沒有顯著不同;相反,在低濃度時為單靶點(diǎn)作用,結(jié)果導(dǎo)致白血病細(xì)胞分化成為正常白細(xì)胞,白血病有所好轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象恰好印證了“物極必反”的道理。
我進(jìn)一步推論,含PML-RARA融合基因的早幼粒細(xì)胞白血病的好轉(zhuǎn)是由于ATO及ATRA誘導(dǎo)細(xì)胞分化的結(jié)果,因而具有很好的療效;其他類型的白血病用ATO及ATRA治療與其他凋亡誘導(dǎo)藥物無異,因此療效不佳。我還相信,凡是存在染色體易位的白血病類型,除非“脫胎換骨”進(jìn)行骨髓移植,否則其骨髓中的體細(xì)胞突變將會終生傳遞下去,不管用哪種藥物都不可能完全治愈,盡管可以延長生命周期并改善生活質(zhì)量。
附:
有關(guān)三氧化二砷抗白血病作用機(jī)理的部分文獻(xiàn)
JNCI J Natl Cancer Inst-1998-ShaoRosenauerDavisonMiller-124-33.pdf
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