精氨酸剥夺在恶性肿瘤治疗中的研究进展

洪 羽综述，邓述恺审校

（四川医科大学附属第一医院呼吸内一科，四川泸州646000）

精氨酸剥夺在恶性肿瘤治疗中的研究进展

洪 羽综述，邓述恺审校

（四川医科大学附属第一医院呼吸内一科，四川泸州646000）

精氨酸； 亚胺类； 精氨酸酶； 肿瘤/病理学； 氨基酸类/代谢； 药物耐受性； 综述

大量体内外试验已证实，通过干扰体内肿瘤细胞特定氨基酸代谢可显著影响肿瘤增殖和凋亡。虽然导致肿瘤细胞代谢缺陷的机制还不清楚，但是针对肿瘤细胞这种代谢特点，已经开发出了通过酶解法消耗某一特定氨基酸的治疗方法，如精氨酸的剥夺治疗（arginine deprivation therapy）。近年来，精氨酸剥夺治疗已是抗肿瘤代谢的研究热点，本文就精氨酸剥夺在肿瘤治疗中的新进展作一综述。

1 精氨酸代谢及精氨酸剥夺治疗

精氨酸是健康人体内的一种非必需氨基酸，主要来源于自身蛋白质降解、饮食摄入。其参与体内许多重要生理过程，不仅在能量代谢及蛋白质的合成起着关键作用，还参与一氧化氮（nitric oxide，NO）、多胺、核酸、肌酸、脯氨酸、谷氨酸和精胺等物质的合成。精氨酸的一个重要功能是参与生物体内的尿素循环。细胞通过尿素循环降低体内氨的水平，该酶促反应过程主要由2个关键酶来调节的，即精氨酸琥珀酸合成酶（arginosuccinate syntheteasl，ASS）及精氨琥珀酸裂解酶（arininosuccinate lyase，ASL），前者可催化瓜氨酸和天冬氨酸形成精氨琥珀酸，后者使精氨酸琥珀酸裂解为精氨酸及延胡索酸，从而为机体提供内源性的精氨酸。

Feun等[1]研究发现，部分恶性肿瘤细胞缺乏尿素循环中的关键限速酶ASS1，因此肿瘤细胞不能通过尿素循环来合成精氨酸，必须通过利用体外供给精氨酸才能满足生长、增殖的需求，这种依赖外源性精氨酸生长的肿瘤也被称为精氨酸营养缺陷型肿瘤。已有研究证实，ASS1的失活是由于肿瘤细胞内ASS1基因启动子甲基化，导致ASS1转录受阻[2]。目前发现精氨酸营养缺陷型肿瘤的种类很多，包括晚期黑色素瘤、胰腺癌、前列腺癌、间皮瘤、肝细胞癌及淋巴瘤等[3]。针对ASS1缺乏的精氨酸营养缺陷型肿瘤，研究者能够通过重组精氨酸降解酶来破坏血液中精氨酸，限制肿瘤细胞从血液中摄取足够精氨酸，从而抑制肿瘤细胞的生长，这种方法称为精氨酸剥夺疗法，而该过程不影响正常细胞精氨酸代谢。研究发现[4]，肿瘤细胞ASS1的低表达是临床上预测精氨酸剥夺治疗有效性的主要指标。与传统肿瘤治疗方法相比，精氨酸剥夺疗法具有高效、高特异性及毒性作用小的特点。目前临床试验中研究最深入精氨酸剥夺治疗的精氨酸降解酶主要包括两大类：来源于细菌的精氨酸脱亚氨酶（arginine deiminase，ADI）和来源于人体的精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）。

2 精氨酸剥夺的抗肿瘤机制

精氨酸缺乏抑制恶性肿瘤细胞生长机制还未完全清楚。精氨酸降解酶可以通过降低血清精氨酸水平，直接抑制肿瘤细胞蛋白质合成，影响肿瘤细胞生长及增殖；也可能通过影响细胞内谷氨酰胺代谢及胸腺嘧啶核苷的合成，导致肿瘤细胞凋亡[5]；Kim等[6]发现，来源于乳酸球菌的ADI可以使胃癌细胞阻滞于G0/G1期，上调细胞周期抑制因子p53和p27Kip1的表达，并且进一步引起细胞核的皱缩及碎裂，促使细胞发生凋亡；在体外内皮细胞及异种移植的黑素瘤的研究中证实ADI具有抑制血管内皮细胞生长，降低内皮细胞迁移及血管形成能力，减少新生血管的形成，从而抑制肿瘤细胞的生长[7-8]；同时在神经胶质母细胞瘤研究中还发现精氨酸缺乏能够影响微丝骨架功能，抑制肿瘤细胞侵袭及增殖能力[9]。

2.1 ADI的研究进展 ADI是精氨酸降解酶中的研究热点，其可以将精氨酸分解为瓜氨酸和氨，最早在铜绿假单胞菌细胞中发现，其广泛存在于细菌、支原体、厌氧真核生物中，在哺乳动物中尚未发现。支原体来源的ADI可显著的抑制体内恶性黑色素瘤、脑胶质瘤、膀胱癌、肝细胞癌、纤维黏液肉瘤及鼻咽癌等多种恶性肿瘤细胞的生长[10]。由于ADI的高抗原性，ADI可诱导人体及动物产生抗体及发生严重过敏反应，使其在临床中运用受到限制。经聚乙二醇（PEG）修饰改良后的ADIPEG20，在保留其生物活性的基础上，不仅能降低免疫原性，而且进一步延长其作用半衰期。ADI-PEG20应用于肝细胞癌的Ⅰ期和Ⅱ期临床试验已在美国、意大利等地完成，研究纳入了超过180例患者，研究结果表明，ADI-PEG20对肝细胞癌患者治疗是安全有效的，能持续降低血清精氨酸水平，患者疾病的控制率为31%～63%[11-13]，ADI-PEG20与安慰剂疗效的对照Ⅲ期临床试验正在进行之中。针对晚期黑色素瘤的Ⅰ期和Ⅱ期临床研究也已经在美国和意大利完成，Ott等[14]发现，晚期黑色素瘤患者中对高剂量的ADI-PEG20耐受性良好，能够引起一致但短暂的精氨酸清除的效果，Feun等[15]研究显示，在低表达ASS的晚期黑色素瘤患者中，ADIPEG20疗效与药物剂量有明显量效关系；关于ADIPEG20联合多西他赛在晚期恶性实体肿瘤中的Ⅰ期临床试验也正在进行之中。值得注意的是，ADI-PEG20已成为FDA批准药物，被认为是目前最适用于临床精氨酸剥夺治疗的精氨酸降解酶，具有良好的应用前景。

2.2 精氨酸酶的临床研究进展 Arg-1在人体肝脏中高表达，无明显抗原性，能将精氨酸转化为鸟氨酸和尿素，对氨有重要的解毒作用。重组精氨酸酶（recombinant human arginase，rhArg1）已经在枯草芽孢杆菌及大肠埃希菌等中成功克隆和表达。精氨酸酶在正常生理pH下酶活性低、半衰期短，不利于在体内环境下发挥作用，经纳米药物及PEG修饰处理后可克服上述的缺点，使之能应用于临床研究。在恶性黑色素瘤、急性T淋巴细胞白血病、胰腺癌及前列腺癌等研究中[16]，rhArg1均能显著抑制肿瘤细胞生长；在肝细胞癌的Ⅰ期临床试验中[17]，PEG化重组人长效精氨酸酶（PEG-rhArg1）对血液中精氨酸水平有持续的抑制效果，治疗期间患者血液中精氨酸含量很低，几乎不能检测出，血清检测也未发现相关的中和抗体，结合实际的疗效情况，给Ⅱ期临床试验推荐的最适给药浓度是1 600 U/kg。此外，Cheng等[18]发现，rhArg能够抑制某些高表达ASS1的肿瘤细胞生长，这可能与鸟氨酸转氨甲酰酶（ornithine transcarbamylase）缺失有关，需试验进一步证实。而目前Arg-1还未成为FDA批准药物，相对于ADI-PEG20，PEG-rhArg还需要更加深入临床研究。

3 肿瘤的耐药及联合用药

3.1 肿瘤细胞的耐药 Long等[19]研究发现，与常规的化疗相类似，在进行精氨酸剥夺治疗一段时间后，肿瘤细胞有耐药的情况产生，目前耐药机制还不清楚。在黑色素瘤ADI-PEG20的临床试验中，耐药细胞株中出现了ASS1表达的上调，导致肿瘤细胞重新利用瓜氨酸合成精氨酸，相关机制可能是由于Ras/P13K/ERK信号通路的激活，诱导了c-myc原癌基因的持续稳定表达，导致ASS1启动子激活，促进ASS1转录，提高了肿瘤细胞内的ASS1蛋白水平；Szlosarek[20]研究发现精氨酸的缺失、内环境营养缺乏诱导恶性肿瘤细胞发生细胞自噬，肿瘤细胞利用自身细胞质及细胞器的蛋白降解所产生的精氨酸存活，导致精氨酸剥夺治疗的失效；还有研究发现ADI-PEG20能诱导机体产生ADI中和抗体，抑制精氨酸酶的活性，导致血清精氨酸水平很快回升，也可能是导致耐药现象的原因之一。

3.2 联合用药 Yoon等[21]认为针对精氨酸剥夺治疗可向联合用药的方向发展。精氨酸降解酶与传统化疗药物及相关通路抑制剂的联合应用，可以加速细胞凋亡，延缓或者阻滞耐药产生，增强化疗药物的效果。Tsai等[22]发现，将Ras/ERK通路抑制剂与ADI联合用药后，ASS1阴性的黑色素瘤小鼠黑色素瘤细胞耐药明显降低，Ras/ ERK抑制剂与ADI产生协同效应；You等[23]研究发现，加用长春新碱后，骨髓微环境中间充质干细胞的功能受到抑制，可以提高急性淋巴细胞白血病患者对于PEGArg在精氨酸剥夺治疗中的敏感性；此外，ADI-PEG20与顺铂的联合用药，对于ASS1缺乏的恶性肿瘤，可以发挥各自优点，增强抗肿瘤效果[24]。

另一方面，联用抑制细胞自噬的药物可能成为一种新的有效的联合用药方式。Syed等[25]研究表明，在ADIPEG20恶性脑胶质瘤治疗中，氯喹通过阻断细胞自噬来增加细胞凋亡；Wang等[26]发现，环孢霉素A抑制肿瘤细胞的自噬作用，从而增强与rhArg两者联合应用时的抗肿瘤效应；此外，Allen等[27]发现细胞凋亡相关的肿瘤坏死因子（TNF-related apoptosis inducing ligand，TRAIL）可以抑制2种自噬相关基因Beclin-1和Atg5的表达，因而TRAIL联合ADI-PEG20可抑制细胞自噬功能，加快肿瘤细胞凋亡。

4 小 结

精氨酸剥夺治疗是一种非常有研究前景的治疗恶性肿瘤的方法，将这种治疗方法在临床有效、合理运用，还需要进一步明确ADI和Arg抗肿瘤作用机制、改良和优化ADI和Arg在体内的代谢，采取合理、有效的联合用药方式克服肿瘤的耐药机制。随着研究的深入，新技术、新试验方法及新药物的出现，精氨酸剥夺治疗在抗肿瘤治疗中有可能进一步发挥积极作用。

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A

1009-5519（2015）20-3094-03

2015-05-27）

洪羽（1988-），女，四川凉山人，在读硕士研究生，主要从事肺癌基础与临床的相关研究；E-mail：1633573684@qq.com。

邓述恺（E-mail：dsk_lan@163.com）。