噻唑烷二酮类药物抑制肿瘤细胞作用研究进展

尤文 张杰

（1.上海公利医院内分泌科 上海 200135； 2. 上海爱的发制药有限公司 上海 200003）

过氧化物增殖活化受体（PPARs）是核受体超家族成员，PPARs超家族有3个亚型：α、β/δ和γ，是细胞自我稳定的关键配体活化转录调节因子。PPAR-γ受刺激后可诱导细胞周期停止，也会促进脂肪细胞的末期分化。仅在PPAR：RXR （视黄醇X受体）异源二聚体的形式下，PPAR-γ激动剂才与DNA连接[1-2]。噻唑烷二酮类药物（thiazolidinediones, TZDs）是合成的PPAR-γ配体，临床上用于治疗2型糖尿病[3]；TZDs抑制有丝分裂原激活蛋白（mitogen-activated protein, MAP）激酶活性，使PPAR-γ磷酸化，诱导分化和生长抑制，对肿瘤可能发挥抑制作用。本文从体内外动物试验研究和临床试验研究两个方面，对其抑制肿瘤细胞的作用予以综述。

1 体内外动物实验研究

1.1 TZDs对前列腺细胞、滤泡癌细胞系的影响

促分化药物可能增强放疗对甲状腺癌的再敏感性。对于一些癌细胞系具有潜在分化作用，这些功能通过PPAR-γ进行调控。Frohlich等[4]观察了曲格列酮、罗格列酮和吡格列酮对于正常猪前列腺细胞、滤泡癌细胞系（FTC 133 和FTC 238）的分化作用。通过检测125I的吸收、碘-钠同向转移和甲状腺球蛋白的表达来观察其分化。TZDs和视黄醇、视黄醇酸一起进行检测。增殖选用膜蛋白V-labeling法，以[3H]-胸腺嘧啶脱氧核苷、细胞数量和凋亡等指标进行评估。对照药物包括维生素E、非候选TZDs和TZDs协同PPAR-γ拮抗剂GW9662。免疫组化、Western Blot和RT-PCR方法检测PPAR-γ和视黄醇X受体α（RXR）。研究发现，与原发肿瘤细胞相比，转移肿瘤细胞反应更为明显。与其它TZDs药物相比，曲格列酮效能更强，显著增加了125I吸收和凋亡，减少了[3H]-胸腺嘧啶脱氧核苷吸收和细胞数量。膜碎片的碘-钠同向转移数量明显增加，然而在治疗过程中甲状腺球蛋白未受影响，拮抗剂的加入并未阻止这些作用，视黄醇的协同作用并未检测到。所有转染的细胞表达PPAR-γ和PXR-α，但TZDs并未改变这些表达。因曲格列酮是其它药物作用的2倍，可能适于去分化前列腺癌的再分化治疗。

根据PPAR-γ激动剂——TZDs家族对前列腺癌潜在的治疗作用，Yang等[5]评估了这类药物抑制前列腺癌细胞分泌前列腺特异抗原（prostate specific antigen,PSA）的机制。他们的研究证实，TZDs对PSA的下调作用独立于PPAR-γ活化通路；不管PPAR-γ激动剂的效能如何，它对于PSA的下调作用是结构特异性的；与母化合物相比，曲格列酮和环格列酮的PPAR-γ非活性类似物△2TG和△2CG能够更强地抑制二氢睾酮（dihydrotestosterone, DHT）刺激的PSA分泌。尽管10 μM的曲格列酮和△2TG显著抑制PSA分泌，它们并没有改变雄激素受体（androgen receptor, AR）的表达水平，或没有影响到DHT活化的AR核易位。基因核染色免疫沉淀研究显示，曲格列酮和△2TG阻断了AR吸收PSA促进因子中的雄激素反应元素。该研究就提出了一个问题，曲格列酮降低前列腺癌患者PSA水平的作用是否具有临床治疗相关性。曲格列酮抗肿瘤作用的剂量数倍高于其下调PSA的剂量，很难达到治疗剂量；高剂量的曲格列酮和△2TG能够抑制AR的表达。从平行的角度来说，从PPAR-γ激动剂活性中分离出下调AR的功能，提供了一个应用曲格列酮设计AR抑制剂的平台。

1.2 TZDs对胰腺癌细胞系的影响

Galli等[6]分析了两种TZDs药物（罗格列酮和吡格列酮）对于人胰腺癌细胞系浸润的影响，以评价这些药物对于胰腺癌的潜在治疗作用。他们采用逆转录PCR检测人胰腺癌细胞系PPAR的表达，以western blot法进行确认。PPAR的活性用瞬时报告基因分析（transient reporter gene assay），浸润分析用改良版Boyden小室（modified Boyden chamber）来进行，用明胶酶谱法评估明胶分解和纤维蛋白融解程度。结果发现，TZDs抑制胰腺癌细胞的浸润，影响明胶分解和纤维蛋白融解的活性，其机制独立于PPAR，与基质金属蛋白酶2（matrix metalloproteinase-2, MMP-2）和纤溶酶原激活物抑制因子-1（plasminogen activator inhibitor-1, PAI-1）的表达有关。TZDs对于胰腺癌细胞的生长和浸润具有潜在的抑制作用，提示这些药物可能用于人类胰腺癌的防治。

1.3 TZDs对卵巢癌细胞系的影响

近年来的体内和体外研究表明，在癌症治疗中，特异性的PPAR配体作为细胞周期的调控者而起作用。为研究TZDs对人卵巢癌的作用机制，Kim等对于多种人卵巢癌细胞系（NIH：OVCAR3, SKOV3, SNU8,SNU840, SNU251, 2774）进行观察。合成的PPAR配体曲格列酮诱导了癌细胞呈剂量依赖型的生长抑制，而且，其它的PPAR配体（吡格列酮，环格列酮）在多种浓度下也都有类似的效果。人卵巢癌细胞系PPAR-mRNA的表达用RT-PCR检测，但生长抑制作用与PPAR-mRNA水平并未构成依赖型。加入视黄醇酸受体的合成配体——视黄醇9-cis视黄酸后，TZDs调节的生长抑制作用并未增强。尽管这些化合物（曲格列酮）与PPAR转录因子结合后起到激动剂的作用，研究表明，TZDs在凋亡等诸多功能方面，独立于PPAR通路而起作用。流式细胞仪研究表明，细胞周期在G1期时即发生停止，随后伴以亚G1波峰的出现。曲格列酮增加了2774、SNU251的凋亡细胞数量，但在SKOV3、SNU840、SNU8和NIH：OVCAR3中，凋亡细胞数量并未增加。在曲格列酮或环格列酮用药24 h和48 h后，在2774和SNU251观测到了DNA 片段化。Western blotting显示，TZDs用药后，BAX蛋白表达增加。既往研究表明，p53参与TZDs调控的细胞周期、细胞分化、DNA修复、程序性细胞死亡。然而，在卵巢癌中，生长抑制作用并不依赖于p53蛋白的表达水平。本研究显示，PPAR配体诱导卵巢癌细胞的生长抑制作用，是独立于p53和PPAR通路的。PPAR配体的肿瘤抑制作用及其低毒性使得它们成为与化疗药物联合用药的候选药物。

1.4 TZDs对口腔癌、前列腺癌、肾癌和子宫癌细胞系的影响

Ondrey等回顾了相关研究，关注的癌症细胞类型包括口腔癌、前列腺癌、腺癌和子宫癌，筛选药物有非甾体类药物（布洛芬、舒林酸和消炎痛）、内源性活性因子（前列腺素J2），视黄醇和TZDs（曲格列酮, 环格列酮, 吡格列酮和罗格列酮）等。PPAR报告基因用3X PPAR 反应元件（3X PPRE construct）来分析，细胞增殖用MTT法检测。Ondrey等发现，前列腺素J2和曲格列酮是最强的活化因子，这些成分在EC50范围内活化作用最强； MTT实验显示，以上诸多成分都能够显著抑制增殖；而非甾体药物仅有微弱的活性作用。

1.5 TZDs对腺囊癌细胞系和小鼠模型的影响

Wuertz等观察ACC-3的PPAR-γ（腺囊癌细胞系）。通过荧光酶报告基因检测PPAR-γ转录活性，并通过MTT检测这些配体对细胞增殖的影响。ACC-3细胞异种移植至裸鼠体内形成肿瘤，饲以小鼠吡格列酮以确定TZDs对肿瘤生长的影响。Wuertz等发现，TZDs组PPAR-γ的活性高出对照组2.4倍，使得PPAR-γ异源二聚体化，形成转录因子复合物，然后活化靶向基因转录。TZDs也呈剂量依赖性地降低ACC-3增殖。ACC-3异种移植建立裸鼠腺囊肿瘤模型，这些动物每天饲以0.25或100 mg/kg的吡格列酮，肿瘤增长速度呈现明显剂量依赖性差异。第1周后，吡格列酮组的肿瘤增长速度是对照组的76.6%。Wuertz等的研究表明，TZDs通过增加PPAR-γ活性和减少细胞增殖，起到延缓体内外肿瘤生长的作用。

1.6 TZDs对肾上腺皮质癌细胞系的影响

Ferruzzi等[7]评价了人肾上腺皮质癌（ACC）、正常肾上腺细胞和人ACC细胞系H295R的组织样本PPAR-γ mRNA和蛋白的表达。PPAR-γ mRNA在8个ACC中的6个、3个正常肾上腺细胞中的2个和H295R细胞都有表达，免疫组化证实了这些结果。报告基因分析显示，TZDs（如罗格列酮和吡格列酮）能诱导H295R细胞的PPAR-γ转录活性升高2至3倍，然而在PPAR-γ转染的细胞，罗格列酮或吡格列酮联合9-cis视黄醇酸能够进一步增强报告基因活性。TZDs呈剂量依赖性地抑制H295R细胞的增殖和浸润。20 μm的TZDs（罗格列酮或吡格列酮）减少了60%的胸腺嘧啶脱氧核苷的结合；视黄醇X配体9-cis视黄醇酸的联合应用也有辅助效果。TZDs增加了G0/G1期的细胞数量，减少了S期的数量。Western blot分析显示，TZDs增加了细胞周期抑制剂p21和p27的表达，减少了cyclin D1的表达。20 mM的罗格列酮和吡格列酮减少了85%的H295R浸润基质胶原。酶谱法和ELISA检测显示，TZDs呈剂量依赖性地抑制H295R细胞的MMP-2分泌。这些研究显示，TZDs降低了H295R细胞系的恶性程度，因此可能成为人ACC的一种新治疗手段。

2 临床试验研究

2.1 TZDs对2型糖尿病患者癌症发病率的影响

PPAR-γ调控细胞周期停止和脂肪细胞分化；对于脂肪肉瘤、肺癌和前列腺癌等具有肿瘤抑制活性；抑制小鼠结肠息肉形成。为评价用于治疗糖尿病的PPAR-γ配体TZDs对各种癌症的影响，对来自10家退伍军人医学中心的数据进行了回顾性分析[8]，从VISN 16数据库（Veterans Integrated Services Network 16）中选出40岁以上，在1997年至2003年被诊断为糖尿病的患者，记录他们先后被诊断为结直肠癌、肺癌和前列腺癌，以及TZDs、胰岛素和其它抗糖尿病药物的使用情况；TZDs的使用与癌症风险的关系用时间依赖性变数的COX回归方程来评价，对相对的风险进行了校正（年龄、种族、身高体重指数、胰岛素的使用情况和其它口服糖尿病药物）。在87 678名受试者中，1 137名患了结直肠癌，3 246名患了前列腺癌，1 371名患了肺癌。在对相对风险（0.67;95% CI, 0.51~0.87）做了校正之后，与未使用TZDs者相比，TZDs使用者肺癌风险降低了33%；而结直肠癌和前列腺癌的风险降低程度无统计学意义。提示TZDs的应用与肺癌风险的降低有关，进一步的研究有待证实。

2.2 TZDs对前列腺癌患者PSA的影响

有研究表明，TZDs能够下调前列腺癌细胞系的PSA水平；然而，TZDs对于具有前列腺癌风险的糖尿病患者的血清PSA水平的影响，目前仍不了解。Pini等对1999年至2005年接受糖尿病治疗的退伍军人患者进行了回顾性队列研究，以观察TZDs的使用能否对具有患前列腺风险退伍军人的PSA水平产生影响。纳入的患者为45岁以上的男性，服用至少1种口服抗糖尿病药物，有2次或以上的PSA数据记录。排除有前列腺癌病史或前列腺切除史的患者。13 791名患者被纳入校正后分析，2 016（14.6%）名患者服用一种TZDs，结果发现，TZDs的剂量累积作用对于PSA的影响并未被观察到（P=0.26）； TZDs用量的增加与PSA数值的改变无关，提示TZDs不可能会影响前列腺癌的检测[9]。

3 机制

TZDs的抗肿瘤特性可能在于其独立于PPAR-γ通路的抑制作用机制。Palakurthi等[10]采用 PPAR-γ -/-和PPAR-γ +/+小鼠胚胎干细胞，发现TZDs的肿瘤抑制作用独立于PPAR-γ通路。TZDs通过抑制翻译启动而阻断G1-S转换。翻译启动的抑制作用是细胞内钙库部分耗损的结果，该抑制作用导致蛋白酶R活化，磷酸化真核细胞启动因子-2（eIF2）的α亚单位，使得eIF2失活。而Chou等[11]首先提出，在TZDs影响细胞分化时，它和（或）PPAR-γ对于Wnt/β-catenin信号通路会产生相互作用。其它的研究也表明，TZDs调节的PPARγ和Wnt通路的串话，与PPARγ活化诱导的脂肪细胞分化有特别的联系[12-13]。除此之外，还有其它一些机制也对此进行阐释：磷脂酰肌醇-3激酶/Akt信号通路的抑制；视网膜母细胞瘤蛋白（Rb）脱磷酸化、细胞周期蛋白D1和Bcl-xl/Bcl-2表达的减少；p21和p27的上调；肿瘤坏死因子相关凋亡诱导蛋白配体活性（tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand,TRAIL）的增强等[14-18]。

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