以多胺代謝為靶點(diǎn)的抗腫瘤研究進(jìn)展*

王 清 王艷林 曹春雨

多胺包括腐胺、精脒和精胺，是廣泛存在于所有哺乳動物細(xì)胞中的一類帶正電荷的烷基胺類小分子，可通過離子鍵與DNA、蛋白質(zhì)、磷脂等帶負(fù)電荷的生物大分子結(jié)合，從而廣泛參與細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞增殖與分化和細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要生命活動過程［1-2］。研究表明，腫瘤細(xì)胞的惡性增殖依賴其細(xì)胞內(nèi)的高多胺水平，在腫瘤細(xì)胞中多胺合成顯著增加。腫瘤細(xì)胞合成的多胺可進(jìn)入血液循環(huán)并通過腎臟分泌到尿液中，臨床上通過檢測腫瘤患者尿液和血液中的多胺含量可作為判斷腫瘤預(yù)后的重要參考［3］。大量研究發(fā)現(xiàn)，通過抑制腫瘤細(xì)胞內(nèi)多胺合成或者促進(jìn)多胺分解能耗竭細(xì)胞內(nèi)多胺水平，從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。由此多胺代謝成為新的抗腫瘤治療靶點(diǎn)［4-5］。本文簡要綜述近年來以耗竭多胺為策略的抗腫瘤研究新進(jìn)展。

1 細(xì)胞多胺代謝途徑

多胺是細(xì)胞內(nèi)精氨酸代謝的產(chǎn)物。精氨酸在精氨酸酶的作用下轉(zhuǎn)化為鳥氨酸，后者在鳥氨酸脫羧酶（ornithine decarboxylase，ODC）的催化下脫羧形成腐胺，腐胺再在精脒合成酶和精胺合成酶的催化下，依次轉(zhuǎn)化為精脒和精胺。在此過程中，S-腺苷甲硫氨酸脫羧酶（adenosylmethionine decarboxylase，AdoMetDC）催化甲硫氨酸脫羧產(chǎn)生的脫羧S-腺苷甲硫氨酸分別為精脒和精脒的生成提供氨丙基基團(tuán)。多胺的分解代謝途徑主要是由精脒/精胺N1-乙酰基轉(zhuǎn)移酶（spermidine/spermine-N1-acetyltransferase，SSAT）和乙酰多胺氧化酶（acetylpolyamine oxidase，APAO）相繼催化完成的。精胺也可在精胺氧化酶（spermine oxi?dase，SMO）的作用下，不通過乙酰化階段直接被氧化為精脒，同時產(chǎn)生可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的活性氧H2O2［6］。除了細(xì)胞內(nèi)多胺的合成和降解，細(xì)胞內(nèi)的多胺濃度還可由多胺跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白所調(diào)控。細(xì)胞內(nèi)多胺代謝酶依據(jù)環(huán)境條件迅速改變活性以維持細(xì)胞內(nèi)多胺含量的動態(tài)平衡。

2 基于多胺耗竭的抗腫瘤研究

由于腫瘤細(xì)胞的快速增殖、遷移和侵襲能力依賴細(xì)胞內(nèi)的高多胺濃度，如何有效降低細(xì)胞內(nèi)多胺濃度從而實(shí)現(xiàn)抑制腫瘤細(xì)胞增殖的目的成為抗腫瘤研究的熱點(diǎn)［7］。目前主要用于耗竭細(xì)胞內(nèi)多胺水平的方法和途徑包括：用多胺合成代謝關(guān)鍵酶抑制劑特異抑制腫瘤細(xì)胞內(nèi)多胺的合成代謝；用多胺結(jié)構(gòu)類似物競爭性抑制多胺合成代謝酶或誘導(dǎo)多胺分解代謝酶的活性，由此耗竭細(xì)胞內(nèi)多胺；抑制多胺跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，減少腫瘤細(xì)胞對細(xì)胞外多胺的攝取和利用［8］。

2.1 抑制多胺合成代謝

二氟甲基鳥氨酸（difluromethylornithine，DFMO）是多胺合成代謝途徑限速酶ODC的特異性抑制劑，能夠抑制細(xì)胞內(nèi)多胺合成，耗竭細(xì)胞內(nèi)多胺進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞生長、促進(jìn)細(xì)胞凋亡發(fā)生［9］。DFMO曾經(jīng)作為抗腫瘤治療藥物進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗(yàn)研究，但臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，DFMO單一療法對于腫瘤細(xì)胞抑制作用并不明顯，且由于有效濃度過高（毫摩爾水平），導(dǎo)致受試者心臟產(chǎn)生明顯的不良反應(yīng)［10-11］。有研究表明，DFMO在體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)效率較低，多胺抑制速度緩慢導(dǎo)致細(xì)胞代償性攝取細(xì)胞外多胺也可能是造成DF?MO臨床治療效果不佳的重要原因［11］。此外，由于DFMO對腫瘤的治療作用主要是通過耗竭細(xì)胞內(nèi)多胺引起腫瘤細(xì)胞凋亡，治療作用的不明顯提示可能有其他抑制凋亡的信號通路被激活。

磷脂酰肌醇3-激酶（PI3Ks）蛋白家族參與細(xì)胞增殖、分化、凋亡和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)等多種細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)。PI3K活性的增加常與多種癌癥相關(guān)。PI3K激活的結(jié)果是在質(zhì)膜上產(chǎn)生第二信使PIP3，PIP3與細(xì)胞內(nèi)含有PH結(jié)構(gòu)域的信號蛋白Akt和PDK1結(jié)合，促使PDK1磷酸化Akt蛋白的Ser308導(dǎo)致Akt活化。新近研究發(fā)現(xiàn)，DFMO耗竭細(xì)胞內(nèi)多胺的同時使PDK1磷酸化水平升高，PDK1隨即誘導(dǎo)Akt 308位絲氨酸位點(diǎn)磷酸化水平增加導(dǎo)致Akt信號通路激活［12］。Akt是重要的細(xì)胞增殖信號，其激活可促進(jìn)細(xì)胞增殖，拮抗由多胺耗竭誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。Rajeeve等［13］聯(lián)合使用DFMO與Akt的抑制劑LY294002，發(fā)現(xiàn)可顯著增加DFMO對腫瘤的治療作用。這表明DFMO激活A(yù)kt信號通路是其腫瘤治療效果不佳的重要原因。

AdoMetDC是多胺合成代謝途徑的另一限速酶，抑制AdoMetDC將導(dǎo)致腐胺和精脒無法獲得氨丙基生成精脒和精胺，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)多胺耗竭。小分子化合物SAM486A是AdoMetDC特異性的抑制劑，能夠顯著降低細(xì)胞內(nèi)多胺濃度，因而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡。值得注意的是，SAM486A能夠顯著增加重要的抑癌基因p53的磷酸化水平，但不影響Akt磷酸化水平［14-15］。SAM486A在多種細(xì)胞及動物模型中顯示出較好的腫瘤治療作用，目前已進(jìn)入Ⅱ期臨床研究［16-17］。

2.2 促進(jìn)多胺分解代謝

通過誘導(dǎo)上調(diào)多胺分解代謝酶活性，促進(jìn)多胺分解代謝同樣可以達(dá)到耗竭細(xì)胞內(nèi)多胺，抑制腫瘤生長的目的。目前，部分藥物雖可上調(diào)SSAT或APAO的表達(dá)，但均涉及其他抗腫瘤治療的靶點(diǎn)，如順鉑、紫杉酚、5-氟尿嘧啶等。

研究發(fā)現(xiàn)，使用siRNA技術(shù)抑制SSAT基因表達(dá)可拮抗促凋亡藥物的腫瘤抑制作用［18］，而誘導(dǎo)SSAT基因表達(dá)則可抑制小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞生長［19］。而誘導(dǎo)APAO、SMO基因高表達(dá)亦可抑制腫瘤細(xì)胞生長。重要的是，SMO與APAO在降解多胺的過程中伴有H2O2產(chǎn)生，雖有文獻(xiàn)報(bào)道指出活性氧長期慢性增加可因DNA損傷而誘發(fā)腫瘤，但高表達(dá)SMO與APAO導(dǎo)致的多胺耗竭和H2O2大量產(chǎn)生會直接誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生。有研究發(fā)現(xiàn)，APAO也能降解抗癌多胺類似物CPENS，因而APAO高表達(dá)可減弱腫瘤細(xì)胞對CPENS的敏感性，APAO的抑制劑MDL-72527則可增加腫瘤細(xì)胞對多胺結(jié)構(gòu)類似物的敏感性［20］。這可能與CPENS本身可上調(diào)APAO的表達(dá)有關(guān)，且APAO的特異性抑制劑MDL72527自身具有抑制腫瘤增長的作用。因此，研發(fā)促多胺分解代謝酶藥物對于腫瘤治療具有重要前景。

2.3 多胺結(jié)構(gòu)類似物

人工合成的多胺類似物能夠通過干擾多胺代謝途徑，改變天然多胺在細(xì)胞內(nèi)的功能，從而達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞增殖、促進(jìn)細(xì)胞凋亡的作用［21-22］。與天然多胺不同，多胺類似物可導(dǎo)致DNA斷裂［23］，并抑制核小體形成，改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)［24］，從而影響基因表達(dá)，用于腫瘤細(xì)胞時，表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤效應(yīng)。

多胺結(jié)構(gòu)類似物對腫瘤產(chǎn)生抑制作用的機(jī)制不盡相同。CHENSpm與CPENSpm分別通過改變微管蛋白的聚合和上調(diào)多胺代謝酶SSAT的表達(dá)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生［25］。BENSpm則能夠在不同腫瘤細(xì)胞系中通過誘導(dǎo)SSAT或SMO活性使細(xì)胞生長阻滯于G1期。

臨床研究發(fā)現(xiàn)，多胺結(jié)構(gòu)類似物與化療藥物聯(lián)用能夠達(dá)到更好的抗腫瘤治療效果，亦可增強(qiáng)對化療耐藥腫瘤的治療效果［25］。BENSpm與5-氟尿嘧啶，氟脫氧尿苷，順鉑，紫杉醇，多西紫杉醇，長春瑞濱聯(lián)合使用具有抗腫瘤治療的協(xié)同效應(yīng)［26］。但藥物聯(lián)合使用效果受多重因素影響，BENSpm與化療藥物同時處理腫瘤細(xì)胞120 h或使用BENSpm預(yù)處理腫瘤細(xì)胞24 h后再與化療藥物共同作用96 h可對乳腺癌、結(jié)腸癌產(chǎn)生殺傷腫瘤細(xì)胞的協(xié)同效應(yīng)；如果先用化療藥物預(yù)處理后再與BENSpm共同作用于腫瘤細(xì)胞則將會產(chǎn)生拮抗作用［27］，表明二者聯(lián)合應(yīng)用的效果受藥物作用先后順序的影響。而與此相反，化療藥物預(yù)處理24 h后，再使用CHENSpm或CPENSpm共同處理96 h可產(chǎn)生對乳腺癌的抗腫瘤協(xié)同效應(yīng)，如果同時處理腫瘤細(xì)胞120 h或先使用CHENSpm與CPENSpm預(yù)處理腫瘤細(xì)胞24 h后再與化療藥物共同作用96 h則將會產(chǎn)生拮抗作用［28-29］。兩個相反的結(jié)果提示，聯(lián)合用藥效果與多胺結(jié)構(gòu)類似物種類有關(guān)。此外，在卵巢癌細(xì)胞中，使用化療藥物預(yù)處理24 h后，再聯(lián)合使用BENSpm、DENSpm可產(chǎn)生腫瘤抑制的協(xié)同作用；但如果使用BENSpm、DENSpm預(yù)處理則將會產(chǎn)生腫瘤抑制的拮抗作用，表明多胺結(jié)構(gòu)類似物與化療藥物的聯(lián)合用藥具有較大腫瘤細(xì)胞系差異性［30］。

上述現(xiàn)象提示，使用化療藥物預(yù)處理，可能會改變多胺類似物的作用靶點(diǎn)，也可能會阻止多胺類似物在細(xì)胞周期的敏感期發(fā)揮作用。聯(lián)合用藥時同時處理與依次處理效果往往不同，用藥順序不同也會對作用結(jié)果產(chǎn)生較大影響。細(xì)胞系、多胺類似物、化療藥物種類均是影響藥物聯(lián)用的重要因素。

2.4 干預(yù)多胺轉(zhuǎn)運(yùn)

快速增殖的腫瘤細(xì)胞對多胺需求增加，當(dāng)自身合成不足時，腫瘤細(xì)胞能夠通過多胺轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)從胞外跨膜攝取。多胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑AMXT-1501，ORI1202，HIV-Tat通過抑制腫瘤細(xì)胞多胺的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，減少多胺攝取，從而產(chǎn)生抗腫瘤治療作用［25］。多胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因缺陷型荷瘤小鼠的生存時間較野生型荷瘤小鼠長［29-30］，體內(nèi)證明抑制多胺轉(zhuǎn)運(yùn)可有效進(jìn)行抗腫瘤治療。腫瘤細(xì)胞中多胺轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)處于超活化狀態(tài)，對多胺的攝取能力增加，但轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)對多胺的選擇性降低［8］。因此可利用多胺骨架作為遞藥載體，將含多胺的藥物靶向遞送到腫瘤細(xì)胞內(nèi)，增加抗癌藥物的敏感性［31-32］。

3 結(jié)語

腫瘤細(xì)胞內(nèi)的多胺代謝受多種復(fù)雜的因素調(diào)控，通過多種途徑耗竭細(xì)胞內(nèi)多胺均可產(chǎn)生抑制腫瘤細(xì)胞增殖的效果。耗竭多胺會改變其他腫瘤相關(guān)信號通路，從而對腫瘤治療產(chǎn)生影響，且這種影響根據(jù)作用靶點(diǎn)的不同差異性較大。單一方式耗竭多胺后，多胺可通過其他方式代償性增高，因此同時使用多胺結(jié)構(gòu)類似物誘導(dǎo)多胺分解代謝，抑制多胺合成代謝酶活性和阻斷攝取細(xì)胞外多胺的途徑等多種方式耗竭多胺，能夠顯著增加抗腫瘤治療的效果。此外，多胺結(jié)構(gòu)類似物和化療藥物間的聯(lián)合使用效果受多重因素影響，聯(lián)合使用之前應(yīng)進(jìn)行深入的研究，以最大化發(fā)揮抗腫瘤治療的協(xié)同效應(yīng)。而多胺綴合物則能夠借助多胺轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)對多胺的特異性攝取、靶向攜帶抗腫瘤藥物進(jìn)入腫瘤細(xì)胞發(fā)揮治療作用。

綜上所述，以多胺代謝為靶點(diǎn)的抗腫瘤治療研究具有良好的前景，但鑒于多胺代謝調(diào)控過程的復(fù)雜性，靶向多胺代謝的抗腫瘤治療還有待更深入的研究。

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