三氧化二砷治療急性早幼粒細胞白血病的進展

祝洪明，李軍民

上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院血液科，上海 200025

砷化合物是天然存在的化學物質，其作為藥物應用已有2400多年的歷史，中國傳統醫學有記載用砷化物治療銀屑病、梅毒等。18世紀西方醫學采用亞砷酸鉀（Fowler’s）溶液治療慢性粒細胞性白血病（CML）[1]等。20世紀初，隨著放化療技術的興起以及越來越多對砷劑毒性的報道[2]，砷劑逐漸淡出了醫學，尤其是血液腫瘤學領域。

急性早幼粒細胞白血病（APL）約占急性髓性白血病（AML）的10%～15%，較其他亞型的AML更易發生致死性出血及彌散性血管內凝血（DIC），曾被認為是最兇險的白血病。雖然傳統的以蒽環類藥物為基礎的化療可使75%APL患者獲得完全緩解（CR），但是這種單純化療可能增加DIC的發生率，并且2年內復發率高達35%[3]。

通過對APL細胞遺傳學及分子學的研究發現，98%以上的APL染色體核型發生t（15；17）（q22；q21）易位，表達早幼粒白血病基因（PML）和維甲酸受體基因（RARα）融合基因（PML-RARα）和融合蛋白，從而干擾APL細胞的正常轉錄，細胞分化凋亡受阻，停留在早幼粒細胞階段。全反式維甲酸（ATRA）正是特異性作用于PML-RARα中的RARα部分，使APL細胞轉錄激活并分化成熟，開啟了腫瘤誘導分化治療的先河[4]。1992年，中國學者孫鴻德等首次報道用三氧化二砷 （As2O3）治療32例APL患者，獲得了較高的CR率和5年生存率[5]。1997年，Shen等進一步將As2O3用于治療復發的APL患者，CR率可達90%[6]。由此，As2O3在復發難治及初治APL中的應用逐漸被科學家們所重視，并有望成為繼ATRA之后治療APL的一線用藥。

1 As2O3治療APL的作用機制

1.1 As2O3誘導APL細胞分化和凋亡

As2O3對APL細胞存在劑量依賴的雙重作用，高濃度（0.5～2.0 μmol·L-1）時引起細胞凋亡，而低濃度（0.1～0.5 μmol·L-1）時誘導細胞分化[7]。進一步研究表明，As2O3主要依賴與巰基（-SH）結合而發揮作用[8]。

針對As2O3引起腫瘤細胞凋亡，目前研究已發現多條途徑。調控基因轉錄方面，As2O3可通過下調抑癌基因Bcl-2[9]、抑制NF-κB釋放[10]等使細胞進入程序化凋亡。另外，As2O3也可使細胞內的活性氧（ROS）生成增多或清除減少[11]；或與線粒體通透性轉運復合物（PTPC）上的巰基結合，開放PTPC，使線粒體跨膜電位下降，細胞色素C（Cyt-C）等外漏[12]，可進一步激活Caspase級聯反應，介導細胞凋亡[13]。

As2O3誘導APL細胞分化的作用不及ATRA明顯，As2O3通常只能誘導APL細胞部分分化，而ATRA可使粒細胞分化成熟[4]。研究表明，環磷酸腺苷（cAMP）可與低濃度As2O3（0.25 μmol·L-1）協同作用，使NB4細胞及APL細胞徹底分化，而蛋白激酶A拮抗劑H89可阻斷As2O3和cAMP的協同分化作用，提示APL細胞的分化過程中存在未知的信號交叉通路[14]。

1.2 As2O3降解PML-RARα融合蛋白

目前認為PML-RARα的PML部分是As2O3治療APL的主要靶點，降解PML-RARα融合蛋白也是As2O3治療APL的最重要的分子機制。近期研究發現，As2O3可直接作用于PML-RARα融合蛋白或野生型PML蛋白中的PML-RBCC（RING-B box-coiled coil）區域，誘導RING-鋅指結構發生異構，進而促進其寡聚化、泛素化和蛋白酶體激活，最終導致PML降解[15]。在APL小鼠模型中發現蛋白酶體抑制劑可降低As2O3的誘導緩解率[16]，反向證明了前述PML-RARα降解機制。另有研究表明As2O3+ATRA可增加溶酶體的自噬作用，也促進了PML-RARα的降解[17]。

1.3 As2O3和ATRA共同去除白血病啟動細胞

Nasr等提出，APL中存在一群白血病啟動細胞（LIC），它們可以通過自我更新不斷產生成熟障礙的APL細胞，故APL治療的關鍵不僅在于誘導細胞分化成熟，更需要清除LIC，才能獲得根治。在APL小鼠模型和部分臨床試驗中發現，在ATRA和As2O3的共同作用下，PML-RARα降解，導致體內的LIC迅速被清除，而LIC的清除和細胞分化無明顯相關性[16]。這也吸引更多的學者探究PML-RARα是如何刺激LIC的自我更新，以及如何更快速徹底地降解PML-RARα。目前就ATRA或脂質體ATRA單藥給藥、兩者聯合用藥或ATRA+蒽環類藥物化療比較而言，ATRA和As2O3聯合用藥時PML-RARα降解最顯著，LIC的清除也最快，同時可誘導細胞分化而無細胞毒作用，臨床可獲得完全緩解且無復發[18]。

1.4 As2O3與其他藥物的協同作用

由于As2O3聯合ATRA的治療方案取得了顯著療效，故As2O3與ATRA的協同作用也成為研究熱點。大量體外和體內實驗證明：ATRA作用于PMLRARα的RARα部分，主要在轉錄基因水平發揮誘導APL細胞分化成熟的作用，而As2O3作用于PML部分，主要在轉錄后修飾和蛋白質水平發揮誘導細胞凋亡和降解PML-RARα的作用。但兩者在誘導APL細胞的分化、凋亡和降解PML-RARα方面都存在一定的協同作用，機制之一可能為：ATRA使跨膜蛋白AQP9表達上調，顯著提高As2O3的攝取率，從而增加APL細胞對As2O3的敏感性[19]。此外，抗壞血酸等藥物可通過降低細胞內谷胱甘肽水平而促進As2O3對腫瘤細胞的凋亡作用[20]。

1.5 APL細胞對As2O3的耐藥機制

隨著對As2O3臨床研究的大量開展，As2O3的耐藥問題也逐漸有所報道。在前述As2O3與PMLRARα的結合位點的研究基礎上，Goto等進一步探索該結合位點的改變，在其研究的2例As2O3耐藥的APL患者中，均發現PML B2結合區域的氨基酸序列發生改變，As2O3無法對其產生泛素化作用，故不能降解PML-RARα[21]。由此推測，B2區域的突變可能是As2O3耐藥的重要機制之一，但該突變是否為長期使用As2O3所致[22]，以及還存在哪些不同形式和不同機制的結合位點改變，尚待進一步探討。

2 As2O3治療APL的臨床應用

自ATRA成為APL一線誘導用藥以來，APL的完全緩解率（CR）和總體生存率（OS）得到顯著提高，目前APL的標準治療包括ATRA+蒽環類藥物為基礎的化療、蒽環類藥物鞏固治療及ATRA±小劑量化療持續1～2年的維持治療，該方案可獲得90%的CR率和80%的OS，但仍有5%～30%的患者復發，且多為高危患者（白細胞計數＞10×109/L），易發生ATRA耐藥[23-24]。傳統的二線治療通常為大劑量化療繼以自體或異體骨髓移植，而細胞毒藥物的過多使用無疑增加了患者的早期死亡率和移植風險[25]。因此有必要探索新的治療方案，以更高的療效和更低的毒副作用改善患者的CR、OS及無復發生存（RFS）。表1列出了1996年以來As2O3用于治療復發及初發APL的一些臨床研究，其在APL各階段的應用也日漸成為血液學家們關注的焦點。

2.1 As2O3治療復發難治或不能耐受化療的APL

20世紀90年代以來，中國學者Shen ZX等陸續報道用As2O3治療初發和復發的APL患者獲得50%～90%的CR率[3，6，26]。1998年Soignet等將As2O3用于12例復發的APL患者，11例達CR，其中8例PMLRARα融合基因轉陰[27]。隨后Soignet等繼續開展了一項較大樣本的多中心臨床研究[28-29]，對52例一次或多次復發的APL患者以As2O3誘導緩解，部分患者輔以As2O3鞏固或維持治療，獲得了85%的CR率，預計18月OS和無復發生存率（RFS）分別為66%和50%。

Lengfelder[30]等將 1997～2011年的 14個以As2O3治療復發APL的臨床研究進行匯總，估計As2O3單藥誘導可使86%的復發APL患者獲得二次緩解（CR2），2年OS達50%～81%。基于以上研究，美國國家癌癥綜合網（NCCN）指南自2006年起推薦As2O3用于治療標準誘導失敗的APL，2007年起又將其作為不能耐受化療的APL首選用藥之一。

但目前As2O3治療復發APL的研究多為單臂、短期臨床試驗，主要探討了As2O3單藥[31]或聯合ATRA、吉妥單抗（GO）[32]、化療等的療效和副作用，只有Raffoux等進行了一項含20例患者的小型隨機對照試驗，比較As2O3和As2O3+ATRA治療復發APL的療效，發現無明顯差異[33]。仍缺乏大樣本的隨機對照試驗證明對于復發難治APL患者，As2O3與ATRA或蒽環類化療藥物聯用是否獲益更大。

表1 三氧化二砷（As2O3）治療急性早幼粒細胞白血病（APL）的臨床研究

2.2 As2O3治療初發APL的嘗試

2.2.1 誘導治療 As2O3在復發難治APL患者中的應用已得到廣泛認可，而對于初發APL患者，As2O3又可帶來哪些新的獲益，這已成為當前研究的新焦點。1999年至今，As2O3用于初發APL誘導緩解治療的研究集中討論了As2O3是否可成為誘導治療的一線用藥，增加現有誘導方案的療效，包括CR、OS、無病生存（DFS）等，以及As2O3是否可減低甚至取代化療，從而使細胞毒作用最小化。

張鵬[26]、Niu[34]等早在20世紀90年代就嘗試用As2O3治療初發APL患者，CR率分別達73.3%和72.7%，初步證明了As2O3可作為初發APL患者的誘導用藥。

隨后Ghavamzadeh等對197例初發APL患者以As2O3單藥誘導+As2O3×1～4療程的鞏固治療，CR率達85.8%，5年OS和DFS分別為64.4%、66.7%，證明 As2O3單藥誘導治療初發 APL療效顯著[35-36]。Mathews等也以As2O3單藥誘導為主要手段，得出了與前述臨床實驗相似的結論，并進一步發現低危（白細胞（WBC）＜5×109/L及血小板計數（PLT）＞20×109/L）和高危（除上述標準外）患者的5年OS和無事件生存（EFS）存在顯著差異，低危組患者的療效與傳統誘導治療相當，提示As2O3單藥對低危APL的誘導效果理想，可用于不能耐受化療的初發APL患者，而對高危APL可能需增加其他干預手段，如ATRA或化療[37]。

在As2O3單藥誘導獲得成功的同時，Shen等還開展了一項隨機對照試驗，比較ATRA、As2O3及ATRA+As2O3對初治APL的療效，結果發現三組患者CR率無顯著差異，而聯合用藥組較任一單藥治療組達CR的用時更短、DFS持續時間更長，即CR的質量更高[38]。據此，Hu等將ATRA+As2O3組擴展至85例患者，并結合 ATRA和 As2O3協同作用于PML-RARα的分子機制，推薦As2O3成為APL誘導治療的一線用藥[39]。

Estey、Ravandi等采用ATRA+As2O3±GO聯合用藥，進行誘導及鞏固治療，亦獲得較高的CR率和OS率，并提出對于初治APL患者 （尤其是低危患者），As2O3可替代傳統方案中的化療藥物，從而減低細胞毒作用[40]。

2.2.2 鞏固維持治療 鑒于As2O3可顯著提高復發APL患者的CR2，部分學者設想，As2O3若早期介入治療，如加入鞏固或維持治療，是否可改善患者CR后的質量。

Gore[41]等對45例ATRA+柔紅霉素（DNR）誘導緩解后的APL患者進行阿糖胞苷 （Ara-C）+DNR+ As2O3×1療程的鞏固治療，其中DNR總量低于標準治療劑量，而Ara-C用量稍增加，3年DFS和OS分別為90%和88%，與傳統的ATRA+DNR鞏固治療的療效相仿[42]，而As2O3的使用可減少蒽環類藥物的累積劑量及可能產生的心肌毒性。

Powell等的C9710試驗是目前唯一研究As2O3在鞏固治療中所起作用的大型多中心隨機對照試驗。該臨床研究以ATRA+DNR+Ara-C為誘導，試驗組較對照組在鞏固治療中加入了2個療程的As2O3，結果表明As2O3組的EFS、DFS分別為80%和90%，較非As2O3組（EFS 63%、DFS 70%）均明顯獲益[43]。該試驗證明了As2O3用于鞏固治療可顯著降低復發率，同時減輕化療藥物引起的骨髓抑制和心臟毒性等，但對于As2O3的具體用法用量以及是否可替代阿糖胞苷（Ara-C）等問題，仍有待進一步探索。

目前歐洲正在進行的APL2006[44]臨床試驗將APL患者分為低/中危組和高危組，試圖回答在低/中危組病人中，As2O3或ATRA是否可替代Ara-C進行鞏固治療，以及對于高危組病人，As2O3與Ara-C聯合鞏固治療是否可以減低后者的用量，從而降低細胞毒作用。

因APL93研究[45]與AIDA 0493研究[46]在APL的維持治療上存在分歧：前者認為間斷ATRA+持續6-巰基嘌呤（6-MP）+甲氨蝶呤（MTX）的方案療效佳，降低早期復發，而不增加遠期復發；而后者認為對于鞏固治療后PML-RARα陰性的患者，維持治療沒有體現任何遠期優勢，由此推測維持治療的療效主要取決于前期誘導和鞏固治療時藥物及療程數的差異，故As2O3用于APL維持治療的研究也少有報道。Hu[39]等在APL 93維持治療方案的基礎上加用As2O3，但其較高的DFS、EFS等與其新穎的誘導和鞏固治療方案也不無關系。Au等研究了長期口服As2O3的療效、可行性及安全性，希望通過口服給藥方式降低維持治療期間的住院率[47]，并進一步研究口服As2O3后的血漿和腦脊液（CSF）砷濃度，提示可能對中樞APL有一定療效[48]。

2.3 “上海方案”的成果與展望

近年發現，WBC升高和PLT降低是影響APL患者預后的危險因素，據此可將患者進行高危（WBC＞10×109/L）、中危（WBC≤10×109/L，PLT≤40× 109/L）、低危（WBC≤10×109/L，PLT＞40×109/L）分層治療[49]。2010年起，NCCN指南明確了APL的分層治療方案，將ATRA加入鞏固治療，并在高危組患者的鞏固治療中加入中大劑量Ara-C，但均未將As2O3作為一類推薦，且目前治療方案的化療藥物負荷仍較大。

2001年開始，上海瑞金醫院將As2O3作為APL的一線用藥之一，并形成了以ATRA+As2O3±伊達比星（IDA）為誘導、DA（DNR+Ara-C）/中劑量Ara-C/HA（高三尖杉堿酯HHT+Ara-C）方案為鞏固、ATRA/As2O3/6-MP或MTX交替5療程為維持的 “上海方案”（見表1 Hu 2009年），獲得了94.1%的CR率，5年OS、EFS分別為91.7%和89.2%，CR患者的 5年 RFS高達94.8%[39]。結合分層治療的理念，瑞金醫院即將開展一項多中心臨床研究，通過隨機對照試驗回答如下兩個問題：①As2O3是否可替代低危患者的化療？②是否可降低甚至取代高危患者Ara-C的使用？

3 As2O3治療APL的藥代動力學及不良反應

3.1 藥代動力學

雖然As2O3是劇毒化合物，人一次口服As2O3的致死劑量約為60 mg，但作為藥物小劑量使用時，尚具有較高的安全性和良好的耐受性。目前治療APL的誘導劑量10 mg·d-1或0.15 mg·kg-1·d-1，均由傳統中醫使用劑量沿用而來，關于As2O3劑量、療程與毒性的Ⅰ期臨床試驗因存在較大風險，至今仍未開展，其藥代動力學研究僅局限于數個臨床研究。

目前認為，As2O3靜脈給藥后約4 h血漿濃度達峰值[6]，血漿中半衰期較短，約12 h，且不隨連續給藥而變化[51]。As2O3經血流分布至全身各臟器，經氧化為五價砷、甲基化為甲基砷酸（MMA）、二甲基砷酸（DMA）等過程[52]，最終每天攝入的砷有1%～8%至32%～65%經尿液排出[51]。毛發、指甲等組織的蛋白中富含巰基，As2O3易與之結合而沉積，但停藥后毛發、指甲中的砷含量逐漸下降，而尿砷一段時間內可持續排出[6，52]，但長期隨訪尿砷含量在正常范圍內。故對血砷、尿砷及毛發、指甲中的砷含量進行檢測，有助于了解患者體內砷的短期負荷量和長期蓄積量，預防急慢性不良反應的發生。

3.2 近期不良反應

As2O3的主要近期不良反應包括：APL分化綜合征（7%～35%）、高白細胞血癥（32%～72%）、心電圖異常、肝功能損害、周圍神經病變、胃腸道反應、皮疹、高血糖等[30]。

APL綜合征（APLDS）目前認為是As2O3所致最嚴重的副作用，舊稱維甲酸綜合征，但As2O3單藥[28，35，37]或與 ATRA聯合[40]誘導治療時也可出現體重增加、水腫、發熱、呼吸困難等類維甲酸綜合征表現，故統稱為APLDS。上述臨床癥狀大多可通過地塞米松控制，但如出現呼吸窘迫、肺浸潤等亦可致死。研究表明，As2O3與ATRA聯合應用并不增加APLDS的發生率[38]。

高白細胞血癥通常發生在As2O3治療早期，且白細胞增高的患者發生APLDS的概率更高[50]，故近期臨床試驗中若出現高白細胞血癥，多采用羥基脲或蒽環類藥物為主的化療等進行干預[37]。

心電圖異常主要表現為Q-T間期延長[28，40]，其他可有T波改變、陣發性室上性心動過速[37]等，亦可發生扭轉性室性心動過速[28]等威脅生命的心律失常。上述心電活動改變可能與As2O3影響心肌細胞ROS，從而導致動作電位持續時間延長有關，低血鉀或低血鎂可增加心臟事件的發生率[53]。因此治療過程中需監測心電圖及維持電解質平衡。

肝功能損害的發生率亦較高，Hu[39]等報道了75%的患者在As2O3聯合ATRA治療中發生肝酶升高，但大多為Ⅰ-Ⅱ級損害，表現為肝酶和/或膽紅素輕度升高，而無肝區疼痛、黃疸等報道，均未中止用藥，罕有Ⅲ-Ⅳ級肝功能損害，且療程結束后長期隨訪患者肝功能均恢復正常。

3.3 遠期毒副作用

目前對于砷劑蓄積作用和慢性中毒的報道多涉及水資源污染和工業區的空氣污染，其中最嚴重的是其致癌作用。長期慢性接觸砷含量超標的飲用水或空氣，皮膚癌、肺癌、膀胱癌等惡性腫瘤發生率明顯升高，可能與砷劑引起細胞內ROS增多、氧化還原平衡破壞，導致DNA損傷有關[54]。Hu等隨訪2001年至2008年經ATRA+As2O3治療的APL患者，未發現As2O3致二次腫瘤的病例[39]，其他幾項臨床試驗的長期隨訪[36-37]也均未報道致皮膚癌等二次腫瘤。

慢性砷中毒還可引起心血管系統、消化系統、神經系統等多系統病變，如心律失常[55]、血管內皮受損、高血壓、惡心嘔吐、腹痛腹瀉、肝功能異常、肝硬化、手足麻木、肌肉無力、神經傳導速度下降等[56]。

以上毒副作用基本涵蓋了As2O3所致的常見近期不良反應，提示臨床醫生需監測患者體內的砷劑蓄積量，從而合理制定As2O3的使用劑量和療程，避免短期不良反應轉變為慢性砷中毒甚至二次腫瘤。Hu等對33例As2O3停藥2年以上的患者進行血、尿、毛發及指甲的砷含量測定，發現上述指標較正常對照僅輕度升高，而血、尿砷濃度較治療中的患者明顯下降，尿砷含量明顯低于安全限值，同時心電圖、超聲心動圖、胸片等均無明顯異常，亦未發現皮損、腫瘤等[39]，提示治療劑量的As2O3安全性較高。但由于慢性砷中毒尤其是致腫瘤作用常在10～20年后方有所表現，故仍需長期隨訪患者的砷蓄積情況。

4 總 結

As2O3用于治療APL已逾20年，大量臨床試驗證明As2O3對各階段、各年齡段的APL患者均有顯著療效[28，36，43，57]，這有賴于其作用于早幼粒細胞的分子機制。研究證明As2O3可通過誘導細胞分化和凋亡、降解PML-RARα、清除LIC、抑制腫瘤細胞增殖和抑制血管生成等多條途徑發揮抗腫瘤作用[8，16]，其中As2O3和ATRA分別作用于PML-RARα的PML部分和RARα部分，協同降解PML-RARα而無交叉耐藥，被認為是治療APL最重要的分子機制[58]，也是臨床以ATRA+As2O3聯合治療APL的重要理論依據，樹立了腫瘤靶向治療的成功典范。

對于復發難治的APL患者，As2O3較傳統的二線方案明顯改善了患者的CR2，達80%以上，同時減少了細胞毒藥物的使用，提高患者的長期生存率和骨髓移植成功率[25]，已成為復發難治APL的推薦用藥。而在初發APL中，現有的治療方案雖可獲得90%的CR，但復發率仍較高，將As2O3引入當前的誘導、鞏固和/或維持治療中，可縮短達到CR的時間[38]，更重要的是，可明顯提高APL患者的OS、DFS、EFS、RFS等[43]，使APL從最兇險的白血病變為預后最好、可能治愈的白血病[4]。

As2O3作為一種高毒性無機化合物，長期慢性接觸可致皮膚、心血管、消化系統、神經系統等多組織器官病變[54]，甚至可致皮膚癌、肺癌、膀胱癌等二次腫瘤[55]，小劑量用于治療APL可發生APLDS、高白細胞血癥、心電圖異常、肝功能損害、周圍神經病變等不良反應[30]，多可逆或可控，但目前尚未有報道致二次腫瘤作用，嚴重的臟器損害亦罕見，治療結束2年后，在人體內無明顯蓄積[39]，提示治療劑量的As2O3耐受性好、安全性高。

目前已上市的As2O3主要有亞砷酸氯化鈉注射液（商品名：伊泰達，哈爾濱伊達藥業）、三氧化二砷注射劑（商品名Trisenox，美國Cell Therapeutics公司）、注射用三氧化二砷凍干粉針劑（商品名：納維雅，北京雙鷺藥業）等，臨床療效與不良反應均無明顯差異。As2O3用于治療APL獲得了理想的療效，不良反應輕微，有望通過進一步臨床試驗使其成為初發APL的一線用藥，第二代As2O3也正在研發中。

隨著對APL危險程度分級、分子學緩解（mCR）等認識的更新[59]及微小殘留病灶（MRD）測定的開展[60]，As2O3的治療目標也相應改變，希望在保持高mCR率、長期RFS和低毒性的同時，As2O3還可替代低危組病人的化療、減低或取代中高危組病人的大劑量化療（主要為Ara-C），從而降低化療的毒副作用，部分APL也有望成為無需化療而獲得治愈的血液學腫瘤。

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