氯喹在抑制癌細胞增殖方面的研究進展

楊 罡，李 勁

(湖北省黃石市中醫醫院，湖北 黃石 435000)

氯喹在抑制癌細胞增殖方面的研究進展

楊 罡，李 勁

(湖北省黃石市中醫醫院，湖北 黃石 435000)

氯喹；癌癥；自噬；癌細胞增殖

全球癌癥發病呈現迅猛增長態勢，開發有效的抗癌藥物十分迫切，然而開發新的抗癌藥需要投入巨大的資金和精力，平均需要花費15年以及幾百億美元的費用，著名藥理學家及諾貝爾獎獲得者詹姆斯布萊克曾提到過“發現新藥的最有效的途徑是以現有藥物為出發點”[1-2]。解決這個問題的一個途徑是發現已有藥物的新的功能。氯喹因具有廣泛的生理學效應而備受關注，其具有抗炎的功效，從而在瘧疾、腸道外阿米巴病、風濕性關節炎及系統性紅斑狼瘡、自身免疫性肝炎等炎癥性疾病中發揮重要的治療作用。近幾年國內外學者研究發現，氯喹可作為放化療增敏劑提高抗癌療效，抑制細胞生長、分化并誘導細胞凋亡，特別是其能夠抑制自噬的功能在腫瘤治療中具有重要作用。因為自噬在腫瘤生長過程中的角色會隨著疾病的病程變化而不斷產生動態變化,與腫瘤的發展密切相關，自噬過程的抑制可以促使蛋白降解減少,合成和代謝過程相對增加,最終導致原癌細胞的持續增殖,癌細胞會通過自吞噬抑制來抵抗腫瘤的惡性環境，例如缺氧、酸性環境和營養缺乏。如果抑制了自噬的保護作用，腫瘤細胞將無法應對代謝壓力而死亡，因此氯喹的自噬抑制作用有望為腫瘤治療提供一種新方法[3-4]。本文將綜述近年來關于氯喹自噬抑制在抑制腫瘤細胞生長方面的研究，為癌癥治療的選擇提供一個參考。

1 氯喹的發現及性質

在18世紀，最初治療瘧疾的物質是由2位法國化學家從金雞納樹皮中提取分離出來的，將之稱為金雞納霜或奎寧，之后奎寧成為抗瘧最重要的藥物。1934年，德國拜耳制藥公司的漢斯·安德柴克博士研制出一個可以代替奎寧的抗瘧疾特效藥氯喹，它結構簡單，是一種4-氨基喹啉類的衍生物。氯喹從1944年開始應用于臨床，作為一種價廉、安全而有效的預防和治療瘧原蟲感染的藥物使用至今。同時它可以通過復雜的抗炎、免疫抑制和免疫調節作用，在臨床中發揮抑制關節炎、退熱、抗凝、消除皮疹和降血脂等多方面的作用。氯喹化學結構具有一個奎寧環和一個側鏈， 氯喹及其衍生物的4位和7位分別有氨基和氯原子,氨基的側鏈兩個氮原子間均為4個碳，它具有(-)-氯喹和(+)-氯喹兩個對映體。氯喹呈弱堿性、味苦，是一種無色二態晶體粉末。在pH 4.5時易溶于水，在中性和堿性條件下難溶于水[5-8]。

2 氯喹的自吞噬抑制作用

近年來的研究發現,自噬作用在腫瘤的發生和發展中起著重要作用,通過對自噬作用的研究，進一步揭示了腫瘤發生和發展的潛在機制，并且為腫瘤的預防和治療提供了新的思路,是目前國際腫瘤研究中的熱點[9-10]。氯喹是一種典型的自噬阻斷劑，它屬于靶向溶酶體藥,因此溶酶體是其濃集的部位。氯喹可以抑制磷脂酶A2、溶血脂酰基水解酶以及單酰基甘油脂肪酶的活性,從而進一步抑制花生四烯酸釋放，達到了抑制酸性依賴性的自噬作用,因此自噬體內的物質不能被溶酶體降解，細胞內堆積的自噬性囊泡逐漸增多,導致溶酶體膜的通透性發生改變，直至溶酶體腫脹、破裂而致細胞死亡，通過弱化溶酶體內酸性環境，使溶酶體中的酸性水解酶失活，穩定溶酶體膜，從而導致自噬溶酶體無法發揮作用[11-14]。細胞中溶酶體自吞噬功能與腫瘤具有重要關系，一方面可以為癌細胞的新陳代謝提供能量，尤其是當腫瘤組織內還未形成大量的血管為其擴增提供充足的營養時,自噬作用可以使腫瘤細胞克服營養缺乏和低氧的環境得以生存。如果抑制了自噬的保護作用，減少癌細胞的能量供應,使殘余的癌細胞在代謝應激時變得脆弱。在癌細胞中,隨著腫瘤惡性程度的增高，無氧代謝的增加,就會導致腫瘤組織pH值比周圍正常組織低,并且細胞酸化周圍環境能力增強,而氯喹作為一種弱堿性藥物,可以選擇性進入腫瘤細胞酸性溶酶體，有效抑制腫瘤細胞酸性溶酶體作用而抑制自噬,對pH正常細胞的作用很弱,這也為氯喹更好地作用于腫瘤細胞以及減少正常組織的不良反應打下了良好的微環境基礎。此外，一些抗癌藥物進入細胞中會被溶酶體吞噬，減弱其作用，而不能發揮作用,因此與氯喹合用可以減少抗癌藥的吞噬，使其更好地發揮作用。

3 氯喹的自吞噬抑制作用在胃癌細胞中的研究

氯喹是一種自噬特異性抑制劑，具有提高溶酶體中的pH值,穩定溶酶體膜的功能,它能增強多種化療藥物對腫瘤細胞的殺傷作用[15-16]。氯喹抗癌功效依賴于其可以抑制自吞噬的功能。張慧卿等[17]研究了氯喹促進順鉑誘導胃癌SGC7901細胞凋亡及其機制。在此實驗中,合用氯喹組與單用順鉑對照組進行對比,順鉑與胃癌細胞SGC7901作用24 h后，細胞凋亡率為21.07%±2.12%，同時觀測到自噬囊泡增多且LC3-Ⅱ蛋白表達升高；順鉑和氯喹合用后細胞凋亡顯著增加，氯喹特異性抑制自噬活性提高了順鉑誘導的細胞凋亡率；檢測到Bcl-2蛋白表達下降，凋亡相關蛋白P53和Caspase-3表達增加，LC3-Ⅱ/Ⅰ比值降低,自噬囊泡明顯減少,細胞的增殖和凋亡無明顯變化,提示氯喹通過抑制自噬活性促進順鉑誘導細胞凋亡的能力。順鉑作為胃癌化療的常用藥物，在誘導胃癌細胞SGC7901凋亡的同時也誘發了保護性自噬，加入自噬抑制劑氯喹能增強順鉑對胃癌細胞的殺傷作用，提高了化療敏感性。因此，氯喹和化療藥物的聯合應用有望成為胃癌治療的新策略，值得進一步研究其體內作用和臨床療效。

4 氯喹的自吞噬抑制作用在人結腸癌細胞中的研究

在腫瘤生長過程中，自噬在腫瘤進展中的角色會隨著疾病的病程變化而不斷產生動態變化,最終會導致原癌細胞的持續增殖,癌細胞會通過自吞噬抑制來抵抗腫瘤的惡性環境，例如酸性環境、缺氧和營養缺乏[18]。氯喹通過抑制溶酶體酸化發揮抑制細胞自噬的作用。有關氯喹的自吞噬作用與腫瘤的關系，研究者在人結腸癌細胞HT-29上進行了試驗，研究氯喹與5-氟尿嘧啶(5-Fu)合用或單用5-Fu的抗癌效果[19]。該研究組分別用MTT法測定了細胞的存活率、用流式細胞儀測試了細胞凋亡，此外還用免疫印記技術對細胞的自噬進行了測定。實驗結果顯示，5-Fu抑制細胞的增殖，主要是依賴于細胞在G0/G1期的凋亡，而此階段的凋亡是由氯喹誘導的，氯喹使細胞的p21和p27表達增加，而使CDK2得表達減少。此外，由于氯喹是靶向溶酶體藥物氯可以抑制細胞自噬, 促進化療藥物對腫瘤細胞的殺傷作用。因此，5-Fu與氯喹聯合使用，是結腸癌治療的一種且有廣闊前景的治療方式。王堯等[20]對氯喹聯合拓撲替康在各種結腸癌細胞的增殖抑制作用及其可能的機制進行了研究。用MTT法檢測了拓撲替康對結腸癌SW620、Colo205、SW480和LoVo細胞的抑制率,同時檢測了拓撲替康和氯喹聯合作用對LoVo細胞的抑制作用。通過免疫印跡法檢測拓撲替康或氯喹作用后的LoVo細胞中，自噬標志蛋白P62、LC3及自噬相關蛋白Beclin1的表達;采用小干擾RNA 沉默Beclin1基因表達后,應用拓撲替康作用LoVo細胞,用錐蟲藍染色法測定細胞死亡率。并且用共聚焦顯微鏡下觀察細胞質內YFP-LC3的點狀聚集。實驗結果顯示，低濃度的氯喹能夠增強拓撲替康對LoVo細胞的增殖抑制作用;通過siRNA沉默自噬相關基因Beclin1的表達,也可增強拓撲替康對LoVo細胞的殺傷作用。低濃度氯喹主要通過改變溶酶體膜的通透性或者溶酶體的其他功能來干擾自噬溶酶體，從而阻斷拓撲替康誘導的自噬。

5 氯喹的自吞噬抑制作用在人乳腺癌細胞中的研究

現有大量的研究表明，細胞自噬與凋亡是緊密聯系的，二者在信號通路上存在交叉[21-22]。研究顯示在80%乳腺癌患者中HSF1與Atg7的表達水平呈正相關，這2種表達的物質與乳腺癌患者的生存期縮短及預后不良密切相關。而HSF1/Atg7 在抗腫瘤藥誘導的自噬中發揮重要作用，并借此促進腫瘤細胞耐藥[23]。張旭東等[24]在人乳腺癌細胞MCF-7中研究了載多西他賽的PEG-PLGA膠束與氯喹合用以后的抗癌效果，以單一的載多西他賽的PEG-PLGA膠束抗癌效果作為對照，將二者的結果進行比較。MCF-7細胞與藥物制劑培育24 h之后，實驗組和對照組的細胞的半數致死量(IC50)分別為(1.75±0.43)mg/mL和(22.30±1.32)mg/mL,合用氯喹后抗癌療效提高了12倍。同理，MCF-7細胞與藥物分別培育48 h和72 h之后，結果都顯示實驗組的藥物對細胞的抑制作用更強。該課題組進一步研究了制劑在SCID裸鼠體內的抑瘤率，合用氯喹后，藥物制劑的抑瘤效果顯著增加。為了證明自吞噬抑制劑氯喹在體內能夠真正發揮作用，實驗者熒光免疫化學組織測定法檢測了內源性的LC3蛋白的組織分布，同樣在SCID裸鼠體內進行，實驗結果顯示加有氯喹的實驗組自噬小體在細胞內顯著積累，說明氯喹阻止了自噬小體與溶酶體的結合。以上的實驗結果充分表明，氯喹可以加強抗癌藥物多西他賽的抗癌作用。

6 氯喹的自吞噬抑制作用在人肺癌細胞中的研究

研究表明具有凋亡缺陷的腫瘤細胞可以憑借自噬作用減少壞死和炎癥反應，以減輕代謝壓力下的基因損傷，維持長久生存。但另一方面，自噬作用的缺陷與腫瘤的增長亦相關。對于自噬作用的研究進一步揭示了腫瘤發生、發展的潛在機制，也為腫瘤的治療和預防提供了新的思路[25]。氯喹不僅發揮直接的抗癌作用，它的自吞噬抑制作用還可增強輻射以及化學治療對腫瘤的敏感性，這些作用在肺癌的實驗中獲得證明[26]。實驗結果顯示，氯喹通過抑制托泊替康誘導的細胞自噬以及激活不依賴于Bcl-2的凋亡，繼而增強肺癌A549細胞對托泊替康的敏感性。然而，其機制有待于進一步研究，筆者推測，在A549細胞中托泊替康誘導的自噬抵抗了抗腫瘤藥的作用，從而誘導細胞對抗腫瘤藥耐受。而氯喹通過抑制促生存的細胞自噬，繼而增強腫瘤細胞對抗腫瘤藥的敏感性。無獨有偶，在小細胞肺癌亦發現了類似的情況[27]。新型抗腫瘤藥ABT-737可同時上調小細胞肺癌中自噬與凋亡,與凋亡不同,細胞自噬在此發揮了促進細胞生存的作用。氯喹與ABT-737聯用時可下調 Mcl-1以及上調NOXA，繼而明顯增強腫瘤細胞的凋亡強度，最終使抗腫瘤藥的效力加強。與抗腫瘤藥相仿，氯喹通過抑制輻射誘導的保護性自噬，增強輻射引發的凋亡，借此增強肺癌細胞細胞對輻射治療的敏感性。

7 結 語

氯喹是溶酶體靶向劑，可以通過抑制溶酶體酸化而發揮抑制細胞自噬的作用，可作為放化療増敏劑提高抗癌療效，抑制細胞生長、分化并誘導細胞凋亡，尤其是其能夠抑制自噬的功能在腫瘤治療中具有重要作用，抑制自吞噬來治療癌癥可以為腫瘤治療開辟新思路，是抗癌藥物研究的一個新方向，并且將能更好地指導氯喹的研究和應用。

[1] Solomon VR,Lee H. Chloroquine and its analogs:a new promise of an old drug for effective and safe cancer therapies[J]. Euro J Pharmacol,2009,625(1):220-233

[2] Rosales-Hernandez MC,Bermudez-Lugo J,Garcia J,et al. Molecular modeling applied to anti-cancer drug development[J]. Anti-Cancer Agents Med Chem,2009,9(2):230-23

[3] Rahim R,Strobl JS. Hydroxychloroquine,chloroquine,and all-trans retinoic acid regulate growth,survival,and histone acetylation in breast cancer cells[J]. Anti-cancer Drugs,2009,20(8):736-745

[4] Munshi A. Chloroquine in glioblastoma-New horizons for an old drug[J]. Cancer,2009,115(11):2380-2383

[5] Amaravadi RK,Lippincott-Schwartz J,Yin XM,et al. Principles and current strategies for targeting autophagy for cancer treatment[J]. Clin Cancer Res,2011,17(4):654-666

[6] Rosenfeldt MT,Ryan KM. The multiple roles of autophagy in cancer[J]. Carcinogenesis,2011,32(7):955-963

[7] Janku F,McConkey DJ,Hong DS,et al. Autophagy as a target for anticancer therapy[J]. Nature Reviews Clin Oncol,2011,8(9):528-539

[8] Sotelo J,Briceno E,López-González MA. Adding chloroquine to conventional treatment for glioblastoma multiforme:A randomized,double-blind,placebo-controlled trial[J]. An Intern Med,2006,144(5):337-343

[9] 韋艷,吳冰. 細胞自噬與腫瘤[J]. 海南醫學,2014,25(16):2413-2415

[10] 相建峰,林盛明. 細胞自噬與腫瘤治療[J]. 中國中西醫結合影像學雜志,2012,10(2):174-176

[11] Vander Heiden MG,Cantley LC,Thompson CB. Understanding the Warburg effect:the metabolic requirements of cell proliferation[J]. Science,2009,324(5930):1029-1033

[12] Takamura A,Komatsu M,Hara T,et al. Autophagy-deficient mice develop multiple liver tumors[J]. Genes Development,2011,25(8):795-800

[13] Inami Y,Waguri S,Sakamoto A,et al. Persistent activation of Nrf2 through p62 in hepatocellular carcinoma cells[J]. J Cell Biol,2011,193(2):275-284

[14] Michaud M,Martins I,Sukkurwala AQ,et al. Autophagy-dependent anticancer immune responses induced by chemotherapeutic agents in mice[J]. Science,2011,334(6062):1573-1577

[15] Levy JM,Thorburn A. Targeting autophagy during cancer therapy to improve clinical outcomes[J]. Pharmacol Ther,2011,131(1):130-141

[16] Kimura T,Takabatake Y,Takahashi A,et al. Chloroquine in cancer therapy:a double-edged sword of autophagy[J]. Cancer Res,2013,73(1):3-7

[17] 張慧卿,方念,蘆珊,等. 氯喹促進順鉑誘導胃癌SGC7901細胞凋亡及其機制[J]. 中國腫瘤臨床,2013,40(16):947-950

[18] 李新,任輝明,趙平,等. 自噬在胰腺癌中作用的研究進展[J/CD]. 中華臨床醫師雜志：電子版，2013,7(19):8890-8893

[19] Sasaki K,Tsuno NH,Sunami E,et al. Chloroquine potentiates the anti-cancer effect of 5-fluorouracil on colon cancer cells[J]. BMC Cancer,2010,10(1):370

[20] 王堯,李丹丹,朱孝峰,等. 氯喹聯合拓撲替康對結腸癌細胞增殖的抑制作用[J]. 腫瘤,2010,30(7):555-560

[21] 張海亮,唐圣松. 細胞自噬與腫瘤耐藥[J]. 中國生物化學與分子生物學報,2014,30(3):224-232

[22] Santagata S,Hu R,Lin NU,et al. High levels of nuclear heat-shock factor 1 (HSF1) are associated with poor prognosis in breast cancer[J]. Proceed National Acad Sci,2011,108(45):18378-18383

[23] 羅韜. Gankyrin調控自噬及其在肝癌進展中的作用及機制研究[D]. 上海：第二軍醫大學，2014

[24] Zhang X,Zeng X,Liang X,et al. The chemotherapeutic potential of PEG-b-PLGA copolymer micelles that combine chloroquine as autophagy inhibitor and docetaxel as an anti-cancer drug[J]. Biomaterials,2014,35(33):9144-9154

[25] 劉溶,翟清波,張偉東,等. 細胞自噬與腫瘤治療[J]. 藥學進展,2010,34(5):210-214

[26] Wang Y,Peng RQ,Li DD,et al. Chloroquine enhances the cytotoxicity of topotecan by inhibiting autophagy in lung cancer cells[J]. Chinese J Cancer,2011,30(10):690

[27] Zinn RL,Gardner EE,Dobromilskaya I,et al. Combination treatment with ABT-737 and chloroquine in preclinical models of small cell lung cancer[J]. Molecular Cancer,2013,12(1):16

2013年度山東省科學技術廳醫學基金項目(SDKJ201344410)

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.24.045

R979.1

A

1008-8849(2015)24-2734-03

2015-01-15