關于3-溴丙酮酸抗癌機制的探討

張 然，于敬坤，劉 冠，孟 聰，王長友 (華北理工大學附屬醫院普外科，河北 唐山 063000)

3-溴丙酮酸是常見的化學藥劑，屬于強烷化劑，主要用作殺菌劑噻菌靈的中間體；近年來，有相關學者指出3-溴丙酮酸具有抗腫瘤的作用，并已通過實驗得到證實。根據相關研究結果，3-溴丙酮酸可通過多種機制實現抗癌作用；就國內外關于3-溴丙酮酸的最新實驗結果，探討3-溴丙酮酸抗癌作用的可能機制，為3-溴丙酮酸在臨床上的抗癌新應用提供理論依據。

我國是一個惡性腫瘤發生大國，多種惡性腫瘤的發生率、病死率均明顯高于世界平均水平；此外，隨著我國人們生活習慣的改變、環境污染及人們預期壽命的延長等，我國惡性腫瘤的發生風險正逐年增高，使國民“談癌色變”，嚴重威脅著我國人們的身心健康[1]。3-溴丙酮酸(3-Bromopyruvic acid；3-Bp)是一種常見的強烷化劑，其分子式為C3H3BrO3(分子結構式如圖1)，分子量為166.96；其結構類似于細胞內糖類代謝產物，如丙酮酸、乳酸等，對細胞的能量代謝具有反向調節作用[2]。幾年來，很多相關研究指出：3-溴丙酮酸對部分惡性腫瘤具有拮抗作用。針對其可能的抗癌機制，現報告如下。

(BrCH2-CO-COOH)

1 3-溴丙酮酸抗癌作用的發現

本世紀初，Ko YH等[3-4]在關于高糖酵解型肝癌細胞的動物實驗研究中發現：經3-溴丙酮酸治療后的大鼠，其腫瘤生長受到明顯抑制，且腫瘤細胞內的己糖激酶(HK)活性明顯受抑制；Ji Su Kim等[5]也在其細胞學實驗中指出3-溴丙酮酸通過抑制腫瘤細胞的糖代謝途徑、減少ATP的合成，抑制肝癌細胞的生長、增殖，提高癌細胞的凋亡比例。隨著3-溴丙酮酸抗癌理念在近些年的提出，諸多實驗也相繼展開，通過研究證實3-溴丙酮酸的抗癌作用并指出其可能機制。

2 3-溴丙酮酸可能的抗癌機制

2.13-溴丙酮酸通過抑制腫瘤細胞有氧糖酵解途徑來抑制腫瘤細胞的生長、增殖：腫瘤細胞是機體正常組織細胞發生遺傳物質變異導致細胞異常分化而成，具有無限增殖、高代謝、高侵襲等特點；腫瘤細胞的分化程度與惡性程度呈反比關系，腫瘤惡性程度越高，其上述特點越明顯。機體正常細胞代謝相對緩和，主要是依賴于細胞內糖類物質的有氧氧化供能；但腫瘤細胞代謝快、耗能及氧耗高、對能量要求較高，其胞內有氧氧化途徑不足以維持腫瘤細胞的生長所需。在一定程度上，腫瘤細胞過多依賴于胞內糖酵解途徑供能，使胞內乳酸產生增多，即為有氧糖酵解，是腫瘤細胞相對特有的能量代謝方式；Warburg在二十世紀中期已觀察到腫瘤細胞內的糖酵解供能作用明顯高于正常組織細胞，即Warburg效應[6-7]。己糖激酶(HK)是糖酵解途徑中的關鍵酶之一，是影響細胞有氧及無氧供能途徑的重要因素，可明顯調節糖酵解途徑的進展，影響ATP的合成。哺乳動物細胞內有四種HK同工酶(Ⅰ-Ⅳ型)，其中 HKⅡ與腫瘤存在一定相關性，HKⅡ在很多惡性腫瘤細胞內呈高表達狀態；3-溴丙酮酸的分子結構類似于丙酮酸、乳酸等糖類代謝物，可通過與線粒體外膜己糖激酶Ⅱ(HKⅡ)的活性部位的-XH基團相結合，形成無酶活性的丙酮酸-己糖激酶復合體(E-XH+ BrCH2-CO-COOH →EX-CH2-CO-COOH+HBr)，使HKⅡ活性消失，糖酵解途徑產能減少，抑制腫瘤細胞內各種ATP依賴性的生理功能、降低腫瘤細胞活性，實現抑制腫瘤細胞生長、增殖的作用，或促使腫瘤細胞因能量供給不足而凋亡、死亡[8]。

2.23-溴丙酮酸促進惡性腫瘤細胞凋亡：凋亡是機體細胞重要的調節方式，當機體細胞受損嚴重而無法實現自身修復、細胞基因突變致使有癌變傾向或其他嚴重而不可逆改變時，細胞凋亡相關信號通路會被激活， 誘導細胞自身發生程序化死亡，以維持機體的正常。BAD是已知聯系細胞線粒體內糖酵解與細胞凋亡的關聯蛋白；3-溴丙酮酸通過抑制HKⅡ活性阻斷腫瘤細胞內的糖酵解過程，引起BAD脫磷酸化，使其與凋亡相關Bcl-2家族蛋白的結合位點發生結構改變；BAD與抑凋亡蛋白Bcl-2結合后可抑制細胞凋亡的發生，3-溴丙酮酸改變BAD與Bcl-2家族蛋白的結合活力，促進腫瘤細胞的凋亡[9]。與此同時，HKⅡ能與線粒體外膜電壓依賴性的陰離子通道(Voltage-dependent anion channel；VDAC)結合，催化糖酵解途徑；VDAC主要調控線粒體內外陰離子、陽離子、ATP及相關代謝產物的進出，可參與細胞的能量代謝、調控細胞凋亡、維持線粒體內外離子平衡等作用；VDAC與Bcl-2家族蛋白相互作用可抑制線粒體內膜空間蛋白的釋放(線粒體內膜空間蛋白具有誘導細胞凋亡的作用)，3-溴丙酮酸通過改變HKⅡ與VDAC的結合，使線粒體內膜空間蛋白的釋放增多，誘導腫瘤細胞的凋亡[10]。黃小艷等在其關于人宮頸癌Hela細胞的相關研究[11]中指出，經3-溴丙酮酸處理后的Hela細胞胞內染色質聚集、核碎裂、凋亡小體出現等細胞凋亡征象，并且抑制細胞的分裂，使G2/M期細胞比例明顯增高。也有文章指出3-溴丙酮酸可以明顯上調凋亡啟動蛋白Cleaved Caspase3及線粒體凋亡相關蛋白細胞色素C(Cytochrome C)的表達活性，誘發線粒體途徑的細胞凋亡過程[12]。X連鎖凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein；XIAP)是IAP家族中最新發現的凋亡抑制作用最強的蛋白因子，可以與凋亡啟動、執行蛋白分子Caspases家族蛋白結合，使Caspases家族蛋白活性降低，從而抑制細胞凋亡；經3-溴丙酮酸處理后的肝癌細胞內的XIAP的表達活性明顯降低，細胞凋亡比例明顯增加[13]。綜上可知，3-溴丙酮酸可通過多種途徑誘導腫瘤細胞的凋亡達到抗癌作用。

2.33-溴丙酮酸抑制腫瘤細胞的遷移、侵襲作用：惡性腫瘤細胞的高侵襲力、易擴散、易轉移特點也是影響腫瘤瘤體快速增大的原因之一。上皮-間充質轉化(Epithelial mesenchymal transitions；EMT)現象是指在上皮細胞來源的腫瘤發生、發展過程中，腫瘤細胞失去其上皮樣細胞的特征，而出現間質細胞的特征，進而獲得較強侵襲、轉移能力的過程；癌癥中常見。馮源在其肝癌Hep3B細胞遷移相關實驗結果[14]中指出：經3-溴丙酮酸處理后的Hep3B細胞，HK被抑制、糖酵解水平明顯減低，引起Hep3B細胞上皮標志物Occludin mRNA的表達水平增高，間質標志物N-Cadherin mRNA的表達水平降低，提示3-溴丙酮酸可抑制EMT現象以實現抑制腫瘤細胞遷移、侵襲的能力。同時，腫瘤細胞進行遷移、遷徙時，細胞代謝活躍、耗能高，3-溴丙酮酸抑制糖酵解途徑以減少ATP的產生，在一定程度上限制了腫瘤細胞的轉移[15]。關于3-溴丙酮酸抑制腫瘤細胞遷移、侵襲的研究還在逐步進展之中，相信隨著相關研究的不斷深入，其作用機制會越來越明朗。

2.43-溴丙酮酸提高某些腫瘤化療藥物的敏感性：化學藥物治療腫瘤是目前臨床上常用的腫瘤輔助治療方法之一，廣泛應用于肺癌、結腸癌、乳腺癌、胰腺癌等各種惡性腫瘤，并取得了良好的治療效果。但化療藥物也會引起一系列的不良反應及副反應，如惡心、嘔吐、食欲減退等胃腸道反應，骨髓抑制及肝腎功能損傷等，嚴重時可能會惡化患者病情、降低患者生活質量；另一方面，隨著化療藥物的應用劑量增大、周期延長及不合理應用等，腫瘤細胞對化療藥物的耐藥性問題也日益凸顯。

有研究指出，3-溴丙酮酸不僅對部分惡性腫瘤細胞直接發揮抗腫瘤作用，而且還會使具有耐藥性的腫瘤細胞對化療藥物的耐藥性明顯降低[16-17]。趙素容等在關于肝癌HepG2、SMMC7721細胞的研究中指出3-溴丙酮酸與順鉑可以發揮協同促進肝癌細胞凋亡[13]；3-溴丙酮酸對肺癌細胞也有較強的抑制作用，與化療藥物聯合應用時也可產生協同抗腫瘤作用[18]；此外，3-溴丙酮酸在鼻咽癌[19]、結腸癌[20]、神經母細胞瘤[21]等腫瘤細胞的體外實驗中也會與化療藥物發揮協同抗癌作用。考慮：3-溴丙酮酸可增強化療藥物對惡性腫瘤細胞的敏感性，以協同增強抗癌作用。

3 3-溴丙酮酸的安全性

3-溴丙酮酸作為常見的化學藥劑，在臨床上的使用范圍有限，關于其臨床應用的致死毒副反應未見明確報道。Geschwind等[22]在家兔肝癌的研究中發現：3-溴丙酮酸經肝動脈注射治療后，肝癌組織的活細胞率明顯降低，但腫瘤周圍正常組織及其他臟器無明顯改變。在人淋巴瘤的基礎研究中，3-溴丙酮酸可在體外殺死人類淋巴瘤Raji細胞，在小鼠體內也會對人淋巴瘤發揮殺滅作用，但對小鼠腫瘤周圍正常組織及其他臟器無明顯影響[23]。考慮3-溴丙酮酸可能對依賴氧化磷酸化途徑供能的正常機體細胞無明顯毒性作用；但關于3-溴丙酮酸的臨床安全問題仍需要進一步證明。

4 問題與展望

自3-溴丙酮酸抗腫瘤理論提出以來，國內外關于3-溴丙酮酸抗癌的相關研究還局限于腫瘤能量代謝、凋亡等領域，拓展領域還是比較局限，相關研究也并不算充足，其更具體的抗癌機制仍有待人們進一步發現；其臨床安全性問題也有待確定。如3-溴丙酮酸的抗癌相關機制及藥品安全性問題得以明確，其有待成為新一代的抗癌藥物或輔助抗癌藥物，必定為腫瘤患者帶來福音。

5 總結

3-溴丙酮酸作為一種常見的化學藥劑，廉價且易獲得；綜上所述： 3-溴丙酮酸具有較為明確的抗癌作用，并可能通過抑制腫瘤細胞內的有氧糖酵解供能、誘導腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞轉移能力等途徑發揮其抗癌作用，有待成為臨床上新的抗癌藥物。