三氧化二砷对肿瘤抑制作用及其机制研究进展

【关键词】三氧化二砷；细胞凋亡；综述

【中图分类号】R473.73 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484（2013）03-0117-02

三氧化二砷系中药砒霜的主要成分，其药用历史悠久。我国自古就有应用砒霜等砷类中药治疗包括肿瘤在内的多种恶性疾患的记载。于2000年9月25日通过FDA的审批，目前临床上主要用于治疗急性早幼粒白血病（APL）。经进一步的研究证实， As2O3 不仅治疗APL 有效，而且对其他淋巴、血液系统肿瘤以及一些实体瘤均有较好的抑制作用。其抗肿瘤的作用机制比较复杂，现综述如下。

1 抑制肿瘤细胞增殖

阻滞细胞周期是三氧化二砷抑制肿瘤生长的重要机制之一。三氧化二砷通过影响细胞周期，抑制其增殖、迁移。三氧化二砷对U2一OS细胞增殖有明显的抑制作用，能使u2-Os细胞阻滞于s期，有部分阻滞在G0/G1期，且与三氧化二砷药物浓度关系密切，可能存在浓度范围依赖性[1-2]。此外，Park 等[3] 证实，三氧化二砷< 5 μmol/L 能够使G1 期和G2/M 期细胞增加，S 期细胞减少。王酉等应用三氧化二砷诱导人肝癌SMMC-7721 细胞凋亡的实验中也获得了同样的结果。并且Park 等[4] 研究发现，三氧化二砷可通过调节细胞G2及G2/M 期转换的一些关键调控蛋白，如cyclin B 的表达，使细胞生长停滞在G2/M 期。cyclin D 类蛋白是和细胞周期密切相关的蛋白[5]，凌跃新等研究表明，在2 μmol/L 三氧化二砷作用下，胆囊癌cyclin D 蛋白表达明显受抑制，且cyclin D mRNA 翻译明显受抑，且三氧化二砷是通过抑制cyclin D 启动子的表达而抑制其表达。目前认为细胞周期阻滞先于细胞凋亡的发生，推测这种细胞周期的阻滞抑制了细胞的生长，从而最终引起细胞凋亡。但是，关于细胞周期的延迟在哪一期被捕获仍存在争论，有人认为凋亡与细胞周期的关系，不同药物不同细胞株有不同特征。

2 诱导肿瘤细胞凋亡及调控凋亡基因

在正常成年组织中，细胞增殖、凋亡和分化处于平衡状态，由此维持健康细胞的稳态水平。而在肿瘤细胞中，细胞增殖速度增高，这与细胞死亡速度降低有关。20世纪90年代中期研究表明，细胞凋亡减少或受到抑制是许多肿瘤重要的发病机理。因此，通过物理、化学和生物等手段诱导肿瘤细胞的凋亡将成为肿瘤治疗及预防的重要途径和策略。现在已知报道三氧化二砷作用于肿瘤细胞并诱导凋亡的机理主要为，原浆毒作用，降低线粒体跨膜电位，下调Bcl-2和降低Bcl-2/bax 比值及活化Caspase 等。

细胞凋亡是一个多基因参与的复杂的生命过程，其中Bcl-2 基因家族是哺乳动物细胞中调节凋亡的重要调控基因，担负着重要的调控作用。Bcl-2 通过抑制氧化应激引起的凋亡，影响细胞内钙流和释放，抑制线粒体cytC 释放，使caspase 无法活化，从而发挥抗凋亡的作用[6]。有实验证实，三氧化二砷的作用随着caspase-3 的活化和Bcl-2/bax 比值的下调，且具有时效性，据此推测，三氧化二砷可能通过下调Bcl-2/bax 基因的表达，使线粒体膜PT 通道开放，释放Cyto-C、AIF、钙离子等凋亡激发因子，与Apaf-1 结合后激发外源性Caspase 凋亡通路，活化Caspase-3，使细胞走向凋亡[7]。针对Bcl-2 蛋白的抗凋亡药物靶标设计，已经成为诱导肿瘤细胞凋亡或提高肿瘤细胞对化疗敏感性的一种新策略问题。

3 抑制肿瘤新生血管的生成

肿瘤的生长与新生血管的形成有密切关系，血管生成在肿瘤发生发展中至关重要。Tan 等[8] 用大鼠肝细胞癌为模型，进行三氧化二砷抑制肿瘤血管新生的演剧，显示经三氧化二砷干预后的肿瘤组织中微血管密度明显减低。有新研究发现，三氧化二砷能促进肿瘤血管内皮细胞的凋亡，干扰内皮细胞和肿瘤细胞之间的相互促进的环式作用，从而诱导内皮细胞凋亡，抑制肿瘤的新生血管生成，抑制肿瘤血管内皮细胞生长的机制与其影响凋亡相关蛋白有关。三氧化二砷可抑制内皮细胞高表达的Bcl-2，而Bcl-2 蛋白表达的减少，使得肿瘤血管处于缺氧环境，减少了连续的营养供应，使肿瘤生长受限，诱导Bax 构象改变，从而促进内皮细胞凋亡，血管平滑肌细胞的凋亡率增高，最终使得肿瘤细胞凋亡，其凋亡率可高达30%。Westem 印迹结果显示，三氧化二砷作用后的VSMCS 的Bcl-2 蛋白表达及内皮细胞的凋亡且具有时间、浓度和效应依赖性的特点。另外许多其他基因的异常表达和调控也参与了三氧化二砷诱导的VSMCS 的凋亡，如P53、C-myc、Fas 及其相关基因。

4 增强肿瘤细胞的放疗敏感性

三氧化二砷与放疗联合使用时在体内外都能够增强肿瘤的放疗敏感性。Ning等[9]采用成克隆分析法观察到三氧化二砷对恶性胶质瘤细胞及其移植瘤具有放射增敏作用。不论在离体细胞实验动物移植瘤体内实验及临床试验中，均观察到 三氧化二砷作用48h后对鼻咽癌细胞放射增敏作用显著[9，10]。Lin等[11]进行临床实验观察到放疗联合三氧化二砷治疗鼻咽癌，肿瘤消退比单纯放疗较快，说明亚砷酸对鼻咽癌有放射增敏作用，其作用机制可能与下调PC-NA和凋亡相关蛋白，抑制肿瘤增殖和凋亡诱导。

研究表明，三氧化二砷浓度过高具有毒性作用，严重者可造成机体死亡，但在较低浓度内可通过原浆毒及过氧化自由基发挥抗肿瘤作用，调节相关基因的表达诱导肿瘤细胞凋亡和死亡，诱导肿瘤细胞分化、减少肿瘤细胞内谷陇甘肤的含量，直接损伤DAN，改变细胞周期分布，这些因素与放射敏感性关系密切，为临床应用三氧化二砷进行放射增敏研究提供了理论依据。

5 逆转肿瘤多药耐药性

多药耐药（MDR）细胞的出现是恶性肿瘤化疗失败的主要原因之一。MDR是指肿瘤细胞对一种抗肿瘤药物产生耐药的同时，对结构和机制不同的抗肿瘤药物产生交叉耐药性。多数学者认为多药耐药相关基因及其编码的耐药蛋白的高表达在恶性肿瘤耐药中起着重要作用。三氧化二砷在与顺铂联合治疗卵巢癌的体外研究中，发现三氧化二砷可以提高顺铂的活性，能增强顺铂的细胞毒作用[12]。三氧化二砷可能通过抑制肿瘤细胞耐药基因P-gP和MRP1和GST-π的表达，抑制P-gP和MRP1蛋白的活性，增加细胞内的药物浓度，抑制肿瘤细胞将药物泵出，逆转BIU-87/HCPT细胞对羟基喜树碱的耐药性[14]。

小结

综上所述，三氧化二砷治疗肿瘤的机制可能通过上述机制的一种或多种方式共同作用，或存在其他未知途经。砷剂对不同细胞的作用靶点、凋亡机制等问题尚未完全阐明，仍有待深入研究。

近年来国内外对三氧化二砷的抗肿瘤机制进行了大量研究，通过三氧化二砷作用于卵巢癌、肝胆癌、结肠癌、胃癌、鼻咽癌口腔癌、黑色素瘤、眼癌、膀肌癌、肺癌、等多种细胞的体内外实验进展到临床试验，发现它对多数实体瘤有效说明，有广阔的抗肿瘤范围，是一种前景乐观的广谱抗癌药。因此，随着三氧化二砷的作用机制不断深入研究，相信三氧化二砷为治疗肿瘤提供新的思路，为寻找经济有效且毒副作用小的抗肿瘤药物提供了新的契机，更好地为患者服务。

参考文献：

[1] 秦建英，陈清汉。三氧化二砷对人骨肉瘤U2一OS细胞增殖和周期的影响 山东医院 2011 51（47）：47-48

[2] 丁凡，邵增务，张保龙，等.维甲酸对人骨肉瘤细胞抑制增殖和诱导分化的影响[J].临床骨科杂志，2009，12（5）：561-564.

[3] Park WH，Seol JG，Huun JM，et al.Arsenic trioxide-mediated growth inhibition in MC/CAR myelom a cells via cell cycle arrest in association with induction of cyclin-dependent kinase inhibitor，P21 and apoptosis[J].Cancer Research，2000，60（2）：3065-3071.

[4] Park JW，Choi YJ，JangMA，et al.Arenic trioxide induces G2/M growth arrest and apoptosis after caspase-3 activation and bcl-2 phosphory lation in promonocytic U937 cell[J].Biops Res Commun ，2007，286（4）：726-734.

[5] Knudsen KE，Diehl JA，Haiman CA，et al.cyclin D1：polymorphism ，aberrant splicing and cancer risk[J].Oncogene ，2008（25）：1620-1628.

[6] Kim H，Rafiuddin-Shah M，Tu HC，et al.Hierarchical regulation of mitochondrion-dependent apoptosis by BCL-2 subfamilies[J].Nat Cell Biol，2006，8（12）：348-358.

[7] Joza N.Essential role of the mitochondrial apoptosis-inducing factor in programmed cell death[J].Nature，2001，410（6828）：549-5544.

[8] Tan B，Huang JF ，WeiQ，et al.Anti-hepatoma effect of arsenic trioxide on experimental liver cancer induced by 2-acetam idofluorene in rats[J].World J Gastioenterol ，2008，11（38）：5938-5943.

[9] Xie LX，Lin XH，Li DR，et al.Synergistic therapeutic effect of arsenic trioxide and radiotherapy in BALB/C nudemice bearing nasopharyngeal carcinoma xenografts [J].Exp Oncol，2007，29（1）：45

[10] Li DR，Xie LX，Lin YC，et al.Arsenic trioxide enhances adiosensitivity of nasopharyngeal arcinoma in vitro [J].Exp Oncol，2007，25（4）：248

[11] Lin YC，Li DR，Lin W Relationgship between radiotherapy ennancing effect of arsenic trioxide and the prodreation and apoptosis of related protein in nasopharyngeal carcinomapatients [J].Zhongguo Zhong Xi Yi Jie He Za Zhi，2007，27（8）：74

[12] 郑亦胡，周蒙滔.三氧化二砷诱导胃癌细胞凋亡和Bc l一2表型变化的意义[J] 温州医学院学报，2010，40（1）：9-12

[14] 刘春来，宋涛.三氧化二砷对膀胱癌细胞BIU-87耐药相关基因的影响 [J]现代肿瘤医学 ，2012，20（1）：21-24