肿瘤化疗和细胞凋亡
作者：杨纯正 王树滨
单位：300020 天津，中国医学科学院、中国协和医科大学血液学研究所实验血液学国家重点实验室
关键词：
中华血液学杂志000601 化疗是肿瘤综合治疗手段之一，随着对细胞凋亡机制的深入了解，人们愈来愈清楚化疗药物是通过相类似的机制起作用的。
1 化疗药物诱导的细胞凋亡
1.1 诱导细胞凋亡的化疗药物:自1993年Kaufmann等发现足叶乙甙(Vp 16)可诱导HL-60细胞出现聚ADP核苷多聚酶(Poly-ADP-Ribose-Polymerase, PARP)裂解，导致DNA断裂后，大量研究表明，许多抗肿瘤药物杀伤肿瘤细胞的作用是通过启动细胞凋亡机制完成的。目前已发表的可诱导细胞凋亡的化疗药物有如下几类：①以DNA为靶点的药物：包括顺铂、环磷酰胺、氮芥、苯丁酸氮芥、博来霉素、丝裂霉素、卡氮芥、放线菌素D、胺苯吖啶、氟尿嘧啶、甲氨蝶呤、 5-氮杂胞苷、 阿糖胞苷、键择；②以Topo为靶点的药物：阿霉素、Vp16、威猛(Vm26)、喜树碱-11；③以RNA为靶点的药物： 羟基脲、巯嘌呤；④以微管为靶点的药物：长春花碱、紫杉醇、秋水仙碱。
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1.2 化疗药物诱导细胞凋亡的机制:化疗药物除通过同各自的靶点直接作用外，也可以通过诱导细胞凋亡而杀伤肿瘤细胞，目前认为化疗药物可以通过以下几种途径介导细胞凋亡：①依赖P53介导细胞凋亡：野生型P53是细胞内的“分子警察”，当细胞受到某种药物或放疗作用后，造成细胞DNA的损伤，受损细胞启动共济失调毛细血管扩张突变基因(gene mutated in ataxia-telangiectasia, ATM)使P53表达增加，引起细胞G1期阻滞以完成修复或进入凋亡以清除肿瘤细胞，这是化疗药物诱导细胞凋亡的最常见机制；②Fas/Fas L介导：Fricsen等发现在人T细胞白血病，阿霉素和甲氨蝶呤能够诱导Jurkat细胞Fas L表达，促使周围Fas表达的肿瘤细胞凋亡；③Bcl-2介导：Halder报道紫杉醇通过Bcl-2磷酸化抑制Bcl-2功能，促进细胞凋亡，新近研究表明细胞内Bax与Bcl-2/Bcl-xL的比值是决定化疗敏感性的重要因素；④ 神经酰胺(Ceramide)介导：神经酰胺是细胞凋亡信号调控中的一个第二信号分子，许多应激刺
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激包括化疗药物，如阿霉素能够激活神经鞘磷脂循环产生神经酰胺，导致多系细胞发生凋亡。
1.3 细胞凋亡与化疗药物的剂量依赖关系:研究证明细胞死亡过程与化疗药物剂量、作用时间存在依赖关系，小剂量化疗引起凋亡，大剂量化疗则引起坏死。Kroemer等提出了细胞如何调控细胞凋亡和坏死的理论：线粒体是调节细胞死亡的感受器，能够整合各种损伤刺激，通过其通透性的变化调节细胞色素C和凋亡诱导因子(Apoptosis inducing factor,AIF)的释放，其中细胞色素C既是细胞生存的必需分子，又是细胞的杀手分子，线粒体释放出细胞色素C可以通过两种方式杀死细胞:其一是少量释放细胞色素C,并通过Apaf-1激活caspase-3引起细胞凋亡;其二是大量释放细胞色素C，使线粒体氧化磷酸化受阻、ATP耗尽和活性氧(ROS)增加等使细胞坏死, 因此能量摧毁和caspase激活的相对平衡是决定细胞坏死和凋亡的关键因素。根据凋亡和坏死的剂量依赖关系，临床医生应尽量提高化疗剂量，避免小剂量化疗导致“凋而不亡”从而诱导肿瘤细胞耐药。
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2 细胞凋亡机制的研究对化疗的指导意义
2.1 细胞凋亡和肿瘤耐药:肿瘤细胞的抗凋亡是多药耐药的一个新机制。不同肿瘤细胞对化疗药物敏感性的差异，主要是因各种肿瘤细胞凋亡阈值的不同，肿瘤细胞对化疗耐药的实质是其凋亡途径不能被活化：①许多研究表明P53突变与肿瘤耐药有关。②体外研究表明肿瘤细胞Bcl-2过度表达导致对多种化疗药物耐受，最近临床研究显示白血病、淋巴瘤和前列腺癌的耐药和预后与Bcl-2表达相关，但也有相反报道。③某些化疗药物，如阿霉素作用于肿瘤细胞导致FasL表达增加，是杀伤肿瘤细胞的作用机制之一，但并非所有肿瘤均有Fas高表达。另外，缺乏Fas受体表达的肿瘤细胞可阻断Fas系统的传导，导致细胞凋亡阈值升高。④最近有研究发现，表达Pgp的白血病耐药细胞系对各种依赖caspase的凋亡刺激(Fas L、TNF、化疗和放疗)产生耐受，而对颗粒酶B等非caspase依赖的凋亡刺激敏感，同时Pgp逆转剂能够恢复对caspase依赖凋亡的耐受，表明Pgp除经典的药物泵功能外，尚有对caspase依赖的凋亡途径保护作用。
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2.2 化疗的新靶点是诱导细胞凋亡：传统的肿瘤细胞毒疗法(化疗和放疗)主要是抑制肿瘤细胞的继续增殖，而且由于药物缺乏特异性，往往对正常组织也造成损伤。随着对肿瘤形成机制研究的深入，人们认识到通过特异性地诱导肿瘤细胞凋亡，可能是肿瘤治疗中最具有广阔前景的尝试：①作用于线粒体的新药：经典的化疗药物多通过核酸和微管损伤诱导凋亡，大多作用于线粒体上游阶段，最近发现的一些抗肿瘤药物，如三氧化二砷、betulinic acid和Lonidamin则直接作用于线粒体，从理论上能够绕过线粒体上游的传导阶段，直接触发凋亡，从而克服由于信号传导障碍引起的耐药。②增加促凋亡基因/抑制抗凋亡基因的表达：已有报道将野生型P53基因经逆转录病毒转导至肿瘤细胞能够增加它对化疗的敏感，利用bcl-2反义寡聚核苷酸导入肿瘤抑制Bcl-2蛋白功能也能促进细胞凋亡。此外，也有人寻找和设计模拟P53和开发基于Bcl-2蛋白结构与功能的抗肿瘤新药。③作用于信号传导的新药：肿瘤不仅是一种细胞增殖紊乱的疾病，同时也是一种凋亡缺陷疾病，近年来以病变信号系统为靶点设计抗肿瘤药物已成为一个热门的研究领域，细胞凋亡中的信号传导分子已成为抗肿瘤治疗的新靶点，凋亡药理学悄然形成，酪氨酸激酶抑制剂、PKC抑制剂、法呢基转移酶抑制剂等已显示出较好的抗肿瘤活性。
对细胞凋亡和化疗的研究仍有许多问题尚未解决：缺乏体内评价细胞凋亡的方法；尚不清楚体外诱导细胞凋亡与临床治疗反应是否一致；化疗药物如何启动凋亡机制杀伤肿瘤细胞；如何减轻化疗所致凋亡对正常组织的损伤等。相信随着研究的不断深入，将为肿瘤发病机制的阐述提供理论依据，同时也将通过调节凋亡为肿瘤治疗提供新的思路和方法。
(收稿日期：1999-09-11), http://www.100md.com
单位：300020 天津，中国医学科学院、中国协和医科大学血液学研究所实验血液学国家重点实验室
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中华血液学杂志000601 化疗是肿瘤综合治疗手段之一，随着对细胞凋亡机制的深入了解，人们愈来愈清楚化疗药物是通过相类似的机制起作用的。
1 化疗药物诱导的细胞凋亡
1.1 诱导细胞凋亡的化疗药物:自1993年Kaufmann等发现足叶乙甙(Vp 16)可诱导HL-60细胞出现聚ADP核苷多聚酶(Poly-ADP-Ribose-Polymerase, PARP)裂解，导致DNA断裂后，大量研究表明，许多抗肿瘤药物杀伤肿瘤细胞的作用是通过启动细胞凋亡机制完成的。目前已发表的可诱导细胞凋亡的化疗药物有如下几类：①以DNA为靶点的药物：包括顺铂、环磷酰胺、氮芥、苯丁酸氮芥、博来霉素、丝裂霉素、卡氮芥、放线菌素D、胺苯吖啶、氟尿嘧啶、甲氨蝶呤、 5-氮杂胞苷、 阿糖胞苷、键择；②以Topo为靶点的药物：阿霉素、Vp16、威猛(Vm26)、喜树碱-11；③以RNA为靶点的药物： 羟基脲、巯嘌呤；④以微管为靶点的药物：长春花碱、紫杉醇、秋水仙碱。
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1.2 化疗药物诱导细胞凋亡的机制:化疗药物除通过同各自的靶点直接作用外，也可以通过诱导细胞凋亡而杀伤肿瘤细胞，目前认为化疗药物可以通过以下几种途径介导细胞凋亡：①依赖P53介导细胞凋亡：野生型P53是细胞内的“分子警察”，当细胞受到某种药物或放疗作用后，造成细胞DNA的损伤，受损细胞启动共济失调毛细血管扩张突变基因(gene mutated in ataxia-telangiectasia, ATM)使P53表达增加，引起细胞G1期阻滞以完成修复或进入凋亡以清除肿瘤细胞，这是化疗药物诱导细胞凋亡的最常见机制；②Fas/Fas L介导：Fricsen等发现在人T细胞白血病，阿霉素和甲氨蝶呤能够诱导Jurkat细胞Fas L表达，促使周围Fas表达的肿瘤细胞凋亡；③Bcl-2介导：Halder报道紫杉醇通过Bcl-2磷酸化抑制Bcl-2功能，促进细胞凋亡，新近研究表明细胞内Bax与Bcl-2/Bcl-xL的比值是决定化疗敏感性的重要因素；④ 神经酰胺(Ceramide)介导：神经酰胺是细胞凋亡信号调控中的一个第二信号分子，许多应激刺
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激包括化疗药物，如阿霉素能够激活神经鞘磷脂循环产生神经酰胺，导致多系细胞发生凋亡。
1.3 细胞凋亡与化疗药物的剂量依赖关系:研究证明细胞死亡过程与化疗药物剂量、作用时间存在依赖关系，小剂量化疗引起凋亡，大剂量化疗则引起坏死。Kroemer等提出了细胞如何调控细胞凋亡和坏死的理论：线粒体是调节细胞死亡的感受器，能够整合各种损伤刺激，通过其通透性的变化调节细胞色素C和凋亡诱导因子(Apoptosis inducing factor,AIF)的释放，其中细胞色素C既是细胞生存的必需分子，又是细胞的杀手分子，线粒体释放出细胞色素C可以通过两种方式杀死细胞:其一是少量释放细胞色素C,并通过Apaf-1激活caspase-3引起细胞凋亡;其二是大量释放细胞色素C，使线粒体氧化磷酸化受阻、ATP耗尽和活性氧(ROS)增加等使细胞坏死, 因此能量摧毁和caspase激活的相对平衡是决定细胞坏死和凋亡的关键因素。根据凋亡和坏死的剂量依赖关系，临床医生应尽量提高化疗剂量，避免小剂量化疗导致“凋而不亡”从而诱导肿瘤细胞耐药。
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2 细胞凋亡机制的研究对化疗的指导意义
2.1 细胞凋亡和肿瘤耐药:肿瘤细胞的抗凋亡是多药耐药的一个新机制。不同肿瘤细胞对化疗药物敏感性的差异，主要是因各种肿瘤细胞凋亡阈值的不同，肿瘤细胞对化疗耐药的实质是其凋亡途径不能被活化：①许多研究表明P53突变与肿瘤耐药有关。②体外研究表明肿瘤细胞Bcl-2过度表达导致对多种化疗药物耐受，最近临床研究显示白血病、淋巴瘤和前列腺癌的耐药和预后与Bcl-2表达相关，但也有相反报道。③某些化疗药物，如阿霉素作用于肿瘤细胞导致FasL表达增加，是杀伤肿瘤细胞的作用机制之一，但并非所有肿瘤均有Fas高表达。另外，缺乏Fas受体表达的肿瘤细胞可阻断Fas系统的传导，导致细胞凋亡阈值升高。④最近有研究发现，表达Pgp的白血病耐药细胞系对各种依赖caspase的凋亡刺激(Fas L、TNF、化疗和放疗)产生耐受，而对颗粒酶B等非caspase依赖的凋亡刺激敏感，同时Pgp逆转剂能够恢复对caspase依赖凋亡的耐受，表明Pgp除经典的药物泵功能外，尚有对caspase依赖的凋亡途径保护作用。
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2.2 化疗的新靶点是诱导细胞凋亡：传统的肿瘤细胞毒疗法(化疗和放疗)主要是抑制肿瘤细胞的继续增殖，而且由于药物缺乏特异性，往往对正常组织也造成损伤。随着对肿瘤形成机制研究的深入，人们认识到通过特异性地诱导肿瘤细胞凋亡，可能是肿瘤治疗中最具有广阔前景的尝试：①作用于线粒体的新药：经典的化疗药物多通过核酸和微管损伤诱导凋亡，大多作用于线粒体上游阶段，最近发现的一些抗肿瘤药物，如三氧化二砷、betulinic acid和Lonidamin则直接作用于线粒体，从理论上能够绕过线粒体上游的传导阶段，直接触发凋亡，从而克服由于信号传导障碍引起的耐药。②增加促凋亡基因/抑制抗凋亡基因的表达：已有报道将野生型P53基因经逆转录病毒转导至肿瘤细胞能够增加它对化疗的敏感，利用bcl-2反义寡聚核苷酸导入肿瘤抑制Bcl-2蛋白功能也能促进细胞凋亡。此外，也有人寻找和设计模拟P53和开发基于Bcl-2蛋白结构与功能的抗肿瘤新药。③作用于信号传导的新药：肿瘤不仅是一种细胞增殖紊乱的疾病，同时也是一种凋亡缺陷疾病，近年来以病变信号系统为靶点设计抗肿瘤药物已成为一个热门的研究领域，细胞凋亡中的信号传导分子已成为抗肿瘤治疗的新靶点，凋亡药理学悄然形成，酪氨酸激酶抑制剂、PKC抑制剂、法呢基转移酶抑制剂等已显示出较好的抗肿瘤活性。
对细胞凋亡和化疗的研究仍有许多问题尚未解决：缺乏体内评价细胞凋亡的方法；尚不清楚体外诱导细胞凋亡与临床治疗反应是否一致；化疗药物如何启动凋亡机制杀伤肿瘤细胞；如何减轻化疗所致凋亡对正常组织的损伤等。相信随着研究的不断深入，将为肿瘤发病机制的阐述提供理论依据，同时也将通过调节凋亡为肿瘤治疗提供新的思路和方法。
(收稿日期：1999-09-11), http://www.100md.com