環氧化酶-2與腫瘤發生關系的研究進展

王繼貴

(中南大學湘雅二醫院，湖南長沙 410011)

環氧化酶(cyclooxygenase，COX)有兩個異構體，即環氧化酶1(COX-1)和環氧化酶-2(COX-2)，前者又稱為前列腺素內過氧化物合酶-1(Prostaglandin endoperoxide synthase-1，PGES-1)，后者又叫前列腺素內過氧化物合酶-2(PGES-2)。COX-1mRNA及蛋白質在正常生理情況下大多數組織中都可發現；而COX-2mRNA在正常組織中水平很低或不可檢出，其蛋白質在所有正常組織中都是不可檢出的[1]。大量的實驗和臨床證據支持COX-2在腫瘤發生中起著關鍵性的作用。臨床和流行病學的資料表明，COX-2的異常表達在某些實體腫瘤和血液學惡性腫瘤時，同不利的臨床后果有關聯。COX-2嚴重地影響腫瘤發生的所有階段，從腫瘤起始到腫瘤的進展以及腫瘤細胞的擴散，都與COX-2有關。本文簡要述及COX-2的生化特性以及它促進腫瘤發生的機制。

1 COX-2的生化特性

COX-2基因定位于1號染色體(1q25.2-q25.3)，其結構與COX-1有60%同源性。COX-2基因大約長8.3kb，由10個外顯子和9個內含子組成。COX-2基因編碼一種同型二聚體蛋白質，大小為604個氨基酸，在結構和酶促活性方面高度類似于COX-1。X-線結晶學分析顯示在COX-2單體的N-末端和C-末端內存在幾個功能域，它調節COX-2的細胞定位、在膜上的泊位以及催化活性[2]。COX-2在細胞內主要定位于內質網(ER)腔內及核被膜內，在腫瘤細胞中，COX-2定位于線粒體和脂質體中[3]。

花生四烯酸，一種20-碳鏈的多不飽和脂肪酸，它在5、8、11和14的位置含有四個順位雙鍵，是COX-2的主要基質，其他多不飽和脂肪酸衍生物，它們在8、11和14位置含有順位雙鍵，能夠用作COX-2的基質，包括2-花生四?；视?、花生四?；掖及芳傲u基花生四烯酸。除利用脂質基質外，COX-2能代謝許多外源性化學物質，包括飲食的、職業的及環境的致癌物[4]。這些化合物通過COX-2的過氧化物酶活性轉化成高反應性分子，它們同細胞DNA相互作用，產生堿性加成物，導致癌基因激活或腫瘤抑制物抑制。外源性化學物依賴于COX-2代謝物的轉化，顯示在某些腫瘤疾病中起著重要的致瘤作用，包括結腸癌和膀胱癌。

2 在實體瘤及血液學惡性腫瘤時COX-2過表達

除精囊、腎和腦的某些區域外，正常組織在基礎情況時顯示COX-2表達低或不可檢出。然而，在人類實體瘤和血液學惡性腫瘤時，COX-2過表達。在胃癌時，COX-2表達同凋亡和增殖標志相關，是一個強烈的預后指征[5]。在肺癌(特別是腺癌)時，COX-2表達是一個獨立的不良預后因素，特別是在早期階段，對于鑒別不良預后是有用的[6]。COX-2在40%侵襲性乳腺癌的病人中表達，它的出現同局部復發率增加、較高的遠處轉移和生存率降低相關[7]。最近已有報告COX-2表達和總的不良預后之間的關聯，在其他癌時也有發現[8，9]，包括腦腫瘤、卵巢和子宮癌、膽道腫瘤、肝癌、非小細胞肺癌、頭和頸腫瘤、甲狀腺腫瘤及黑色素瘤等。

COX-2促進造血細胞惡變，在急性白血病人的原始細胞中，COX-2表達上調[10]。在非何杰金氏淋巴瘤的病人中，COX-2的表達同復發增加及生存期降低相關[11]。在新診斷的多發性骨髓瘤病人的骨髓細胞中，COX-2水平增加同生存期降低，早期復發及不良預后相關[12]。

3 COX-2促進腫瘤發生的機制

在培養的腫瘤細胞株及鼠癌模型的研究中證實：COX-2在腫瘤的發生中起著關鍵性的作用。COX-2的過表達影響惡性腫瘤表型的幾個方面，包括細胞生長和增殖失控、增加逃避凋亡的能力、維持新血管形成、增加侵襲潛能以及轉移播散和逃避宿主的免疫監視能力[13]。COX-2在細胞自主的方式中經由活性氧族(reactive oxygen species，ROS)通過誘導遺傳學不穩定性及脂質過氧化物誘導DNA突變促進癌變前的細胞轉變成惡性細胞或進展成惡性腫瘤[14]。除這些細胞的自主效應以外，COX-2參與腫瘤細胞和它們周圍環境之間的相互作用。這些相互作用對生存、生長及腫瘤細胞播散是很關鍵的。的確，COX-2在修飾腫瘤微環境以創造一個庇護所，在庇護所內惡性腫瘤細胞能進一步地繁衍和進展，保護環境的強烈刺激，起著關鍵性的作用[15]。

根據癌發生的常規模式，正常細胞獲得惡性腫瘤的表型以多步方式進行[16]，首先，遺傳的“不良影響”必須伴隨有額外的遺傳損傷，它導致致癌因素激活和腫瘤抑制基因瓦解。這些效應同克隆選擇周期聯合，在有利的微環境存在時，產生一群惡性前細胞，然后進展成惡性腫瘤細胞，進一步發展成轉移播散。大量的研究證據表明，COX-2影響腫瘤發生的每個步驟，從腫瘤起始到腫瘤進展直至轉移播散。下面分別詳述。

3.1 COX-2促進腫瘤的起始

Colby等[17]最近的研究提供了洞悉在腫瘤起始時COX-2的作用。COX-2表達的構成用牛角蛋白5促進劑指向胰腺外分泌的導管細胞，導致在6-8個月之后自發的發生胰導管腺癌。在這個模型中，通過一種慢性炎性反應，腫瘤發生明顯地提前，在3～4周時它被檢出，且伴隨有炎性細胞的一個早期炎癥，隨后伴隨有新血管形成和導管細胞化生的改變，它逐漸進展成異常結構，最終成為腺癌。COX-2啟動腫瘤的效應同炎性反應的發生相一致，它由COX-2啟動和維持，因此強調慢性炎癥和COX-2的腫瘤啟動效應之間有聯系。在培養細胞及胃腸道癌動物模型中所進行的研究支持慢性炎癥、COX-2和腫瘤發生之間的聯系。在這些研究中，胃或食管上皮細胞長期暴露到12指腸或胃液中，啟動一個局部炎性反應，逐漸演變成非典型的增生，繼后低度結構異常、再就高度結構異常，在沒有致癌物存在的情況下，最終發生癌變，在這些實驗情況下，在初始炎性反應時，早期檢測到COX-2過表達，促使轉化為瘤形成的轉變[18]。臨床證據進一步支持炎癥驅動COX-2在轉化-結構異常-癌發生順序中的作用。

3.2 COX-2促使腫瘤進展

大量的資料支持COX-2起著腫瘤促進劑的作用，雖然僅有COX-2的表達不足以觸發腫瘤的發展，它顯著地加速與飲食有關的致癌物、環境毒素和遺傳突變的致癌效應。在轉基因鼠之中，COX-2過表達，通過角蛋白與促進劑選擇性地指向皮膚，不發生自發性的皮膚腫瘤。然而，這些轉基因鼠更易感DMBA(9，10-二甲基苯蒽，誘導實驗性皮膚癌的一種化合物)，當暴露到DMBA之后，在COX-2轉基因的鼠中 (同野生型鼠比較)檢出了較高數量的皮膚癌。這些過表達COX-2的轉基因鼠當用TPA(十四烷酰佛波醇乙酸酯)治療時，可發生皮膚腫瘤。然而，當用antracine作為腫瘤的促進劑時，在COX-2轉基因的鼠中發生皮膚腫瘤的數量比野生型鼠高6倍[19]。而且，在COX-2轉基因鼠中的腫瘤，組織學上更具侵襲性(與野生型鼠比較)，這些結果支持COX-2發揮腫瘤促進效應的概念。

3.3 COX-2促進腫瘤轉移

癌細胞的播散需要有序的一系列事件，特征是移動性和侵襲性增加，通過周圍及淋巴循環的侵襲性移向遠處器官并定植。Solinas等[20]在報告中指出，炎癥是代表癌的第七個標志，髓單核細胞是癌有關炎癥的關鍵成份。腫瘤有關的巨噬細胞及它們的介質，在癌侵襲及轉移多步過程中是影響的關鍵要素。自同細胞外基質的相互作用到建立一個轉移前的合適位置，有證據表明炎癥介質影響遺傳穩定性并引起持久的外力改變，提示腫瘤微環境的炎癥成份，是對于產生轉移變異體有關影響的基本機制。因此，努力鑒別轉移表型的早期標志，在它們播散到遠處器官之前用于診斷和預后，對于癌轉移的治療干預，增加成功率是很關鍵的。

有足夠的證據表明COX-2影響轉移性小瀑布的每一個步驟，包括刺激上皮-間葉細胞的轉變、E-鈣黏蛋白的表達下調以及涉及在基底膜降解中的蛋白質水解酶上調，最近的研究強調后面這些效應的關聯。Sivula等[21]用免疫組化微矩陣法分析了278例侵襲性乳腺癌組織標本中COX-2和基質金屬蛋白酶-2(MMP-2)蛋白水平的表達。結果顯示：30%乳腺癌病人COX-2高表達，83%乳腺癌病人MMP-2高表達，這兩個因素呈正相關(P=0.003)。這些結果表明，侵襲性乳腺癌同COX-2和MMMP-2表達水平升高有關，這兩個參數是乳腺癌不良預后的標志。

4 COX-2抑制劑抗腫瘤效應的機制

非類固醇抗炎藥 (nonsteroidal antiinflammatory drug,NSAIDS)可以減少發生癌癥的危險性[22]，由于其抑制了對胃腸道粘膜有保護作用的COX-1，使其胃腸道的付作用較大，導致發展了COX-2特異的抑制劑昔布類(coxibs)。塞來考昔(celecoxib)和羅非考昔(rofecoxib)是第一批被發展的昔布類。隨后發展的有艾托考昔(etoricoxib)、伐地考昔(valdecoxib)和魯米那考昔(luminaracoxib)。

coxibs是慢的，依賴時間的COX-2抑制劑，它不可逆地結合到COX-2催化活性位置的特殊殘基上，導致它的失活。在培養的腫瘤細胞株中及腫瘤異種移植物中證實這些化合物具有明顯的抗腫瘤特性。在某些腫瘤細胞中，coxibs發揮抗腫瘤效應，只有當應用的濃度高于抑制COX-2活性需要的濃度時，而且腫瘤細胞缺乏表達一種COX-2，這種COX-2具有類似敏感的coxibs抗增殖效應[23]。這些發現假定coxibs具有不依賴COX-2的效應。已經開發出coxibs的結構類似物，它們沒有來自于COX-2抑制劑的不利付作用。例如二甲基塞來考昔(Dimethylcelecoxib,DMC),可有效地抑制增殖及各種腫瘤細胞株的細胞生存，然而，DMC及其他的coxibs類似物的機制仍不完全清楚。一項最近的研究指出DMC抑制前列腺素E2(Prostaglandin，PGE2)的產生[24]。上述發現強調DMC及它的類似物的抗腫瘤機制，在它們推薦到臨床試驗之前，需要進行額外的實驗研究。

與昔布類藥物類似，NSAIDS和阿匹林具有抗腫瘤性質，來自于它們能夠抑制COX酶，同時，NSAIDS是弱的不依賴于時間的COX-1和COX-2抑制劑；阿司匹林能強有力的和不可逆的抑制COX-1和COX-2。然而，NSAIDS及阿司匹林對腫瘤細胞也有不依賴于COX的效應，例如，阿司匹林經由激活核因子-κB(NF-κB)誘導腫瘤細胞凋亡。最近的研究[25]明確地證實一種新的機制，舒林酸(Sulindac)，一種COX-1和COX-2的抑制劑，通過同視黃酸(retinoic)受體X alpha相互作用和抑制AKT(蛋白激酶B)的激活，可誘導凋亡。

5 COX-2抑制劑的臨床應用

coxibs藥物的發展，初始用于化學預防，后來用于癌癥治療。Stinbach等首先用塞來考昔治療家庭性腺瘤息肉病，證實結直腸息肉的數量和大小顯著減少。隨后幾個大型隨機臨床試驗均證實用塞來考昔預防腺瘤性結腸息肉病，用400mg塞來考昔每天一次，在息肉切除后三年內可顯著地降低結直腺瘤的發生[26]。然而，用coxibs治療，血栓形成事件的發病率及嚴重性則顯著增加，在停止治療后它仍持續一年[27]。然而，最近一項meta-分析對72份研究進行獨立評估[28]，發現在同長期使用塞來考昔有關的心血管效應危險性方面，沒有顯著增加，除非病人以前已有心血管病的危險因素。盡管COX-2抑制劑在癌癥治療中的效力還有些問題，用塞來考昔聯合系統化療或放療的幾個臨床試驗，當前正在繼續進行。從這些試驗的結果，將提供有用的信息，可進一步地評價COX-2抑制劑在輔助化療中的效力。

6 小結

流行病學、臨床及實驗研究的主要證據均支持COX-2促進腫瘤發生，COX-2促進腫瘤發生的機制，仍然是一個令人興奮的研究領域，它將毫無疑問地繼續影響我們對腫瘤細胞行為復雜性的理解。需要進行額外的基礎研究，以明確地確定當腫瘤轉化時，COX-2是原因或是結果？遍及多年在體外實驗及動物模型中積累的發現，應當加速通過用原發腫瘤樣本進行研究。

在癌癥治療中，在體外，COX-2抑制劑強有力的抗腫瘤效應，和它們在臨床試驗中的效力，存在明顯的差異；臨床試驗的結果和幾個經驗教訓，也可學習和應用到將來的研究中，以達到更好地理解COX-2在腫瘤形成中的作用。在癌癥治療中，COX-2抑制劑不能不加區別地應用，應基于病人腫瘤的COX-2的狀況，而不同的應用。在治療之前，應進行組織學分析，以確定COX-2在原發腫瘤中的表達，以弄清COX-2表達腫瘤可能對COX-2抑制劑的反應；同樣也應評價在PGE2降解中酶的伴隨表達，特別是在對COX-2抑制劑治療沒有反應的病人。

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