他汀类药物对肿瘤作用机制的研究进展

贺巾钊李琼唐飞羽王静李珊尤茹朱玲△

(1.四川大学华西基础医学与法医学院基础医学专业2011级,四川成都 610041; 2.四川大学华西基础医学与法医学院药理教研室,四川成都 610041)

他汀类药物对肿瘤作用机制的研究进展

贺巾钊1李琼2唐飞羽1王静1李珊1尤茹1朱玲2△

(1.四川大学华西基础医学与法医学院基础医学专业2011级,四川成都 610041; 2.四川大学华西基础医学与法医学院药理教研室,四川成都 610041)

他汀类药物是HMG-Co A还原酶抑制剂,能够减少体内胆固醇合成,主要用于降脂,对心血管作用尤为重要。近年来发现,他汀类药物在治疗肿瘤方面可通过作用于多个位点,干预多种途径来抑制肿瘤的生长。因而,他汀类药物的抗肿瘤作用也得到了广泛关注。本篇就他汀类药物的抗肿瘤机制研究进行综述。

他汀类药物;机制;肿瘤

他汀类药物是3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A(3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A,HMG-Co A)还原酶抑制剂,他汀类药物结合于HMG-Co A还原酶的活跃位点可逆的抑制该酶的活性从而抑制甲羟戊酸的合成,另外,他汀类药物还可上调肝细胞低密度脂蛋白(Low density lipoprotein,LDL)的表达来提高胆固醇的清除率。故他汀类药物是治疗动脉粥样硬化疾病患者的常用药物。除此效应,近年来,他汀类药物的抗肿瘤效应也得到了广泛认可和关注。十年随访数据显示,服用他汀类药物的患癌患者死亡率明显低于服用安慰剂患癌人群[1]。随着对他汀类药物抗癌作用的关注,其相关研究也取得了一定的研究进展但仍需进一步探究。

1 他汀类药物抗肿瘤作用的共同机制

1.1 对肿瘤细胞增殖抑制和诱导凋亡作用

他汀类药物可抑制甲羟戊酸的生成导致中间产物焦磷酸法尼酯(Farnesyl pyrophosphate,FPP)和香叶基焦磷酸(Geranylgeranyl pyrophosphate,GGPP)的生成减少。FPP是多种蛋白的脂质基团,包括小G蛋白超家族的亚家族成员Ras、Rho、Rab、Rac AC、Rap AP,协助将这些蛋白锚定到细胞膜上并参与翻译后修饰(即异戊烯化)。此外,他汀类药物还可以抑制异戊烯焦磷酸(Isopentenylpyrophosphate,IPP)的生成,从而抑制FPP转化为GGPP转化。FPP和GGPP减少可降低类异戊二烯的合成从而影响转录后蛋白的异戊二烯化,进而影响G蛋白的结构和功能。

他汀类药物的主要底物是Ras和Rho家族的蛋白,另外还有核层纤蛋白、一些GTP结合蛋白,如:Rab,Rac,Ral等[2]。其中Rho家族蛋白的主要功能是协调细胞的运动和肌动蛋白细胞骨架的重组、调节基因转录等[3]。他汀类药物通过抑制Ras和Rho蛋白的异戊二烯化,使得其不能被活化,继而对肿瘤细胞的增殖和分化产生影响[2]。研究显示,他汀类药物可以影响Rho A调节的抗凋亡蛋白BCL2的表达来增加细胞凋亡。在人类约30%的癌症中,检测到由于Ras的基因突变导致Ras蛋白的激活[4],提示Ras家族与肿瘤存在内在关联。然而,他汀类药物对于正常细胞并无明显抑制作用,因为正常细胞存在固醇调节的负反馈循环,而肿瘤细胞则抵抗这种负反馈,且肿瘤细胞内H MG-Co A还原酶和异戊二烯化需求的升高,因此,肿瘤细胞对于异戊二烯介导的抑制作用更为敏感[5]。

研究表明,骨形成蛋白(Bone morphogenetic protein,BMP)通路与肿瘤的发生也有一定的关系,BMP2是细胞发生凋亡的启动子,他汀类药物可以激活BMP及BMP基因来诱导细胞凋亡。有实验发现,微囊蛋白1在肿瘤细胞中呈高表达,它存在于细胞膜上,是许多信号分子的结合位点,它可以促进细胞增殖,侵袭,转移和血管形成,而研究发现他汀类药物能够作用于该基因从而抑制肿瘤细胞凋亡以及发挥一定的化学抵抗作用。Cho等人实验发现[6],他汀类药物能够通过NF-kB途径抑制了血管内皮生成因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)的表达,导致血管的形成受到抑制,使肿瘤细胞得不到足够的血液供应,最后发生死亡。他汀类药物能有效的抑制AKt蛋白的磷酸化,使得PAKt生成减少,PI3K/Akt通路不能被激活,细胞的生长被阻断,从而发生凋亡[7]。另外,他们还发现,他汀类药物和吉西他滨或5-FU联合应用时,明显抑制了PAKt的生成,阻断了癌细胞的生长和诱导了细胞的凋亡,提示他汀类类药物可以增强癌细胞对化学药物和细胞抑制剂的敏感性。另外,他汀类药物还能通过RAF-有丝分裂激活蛋白激酶1 (Mitogen activated protein kinase,MAPK)和细胞外调节蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinase,ERK)途径诱导细胞凋亡[8]。他汀类药物还能通过激活FAS(CD95)来诱导凋亡[]。

在急性髓系白血病、单核细胞白血病、宫颈鳞状细胞癌、髓母细胞瘤、横纹肌肉瘤、恶性间皮瘤、胰腺肿瘤以及其他肿瘤的研究中均观察到他汀类药物可以下调CDK-2的活性并伴随有CDK抑制因子p21Cip1和p27Kip1水平的上调来调控细胞周期,从而使得癌细胞产生G1期阻滞来抑制细胞增殖[10]。他汀类药物对肿瘤细胞增殖抑制和诱导凋亡作用的基本机制如图1所示。

1.2 抑制肿瘤的侵袭作用

他汀类药物不仅可以阻断G蛋白的异戊二烯化抑制细胞增殖和诱发细胞凋亡[11],还能够介导的肿瘤的侵袭。如:胰腺肿瘤,结肠肿瘤和胃癌[12],乳腺癌和黑色素瘤[13]等。

有研究证实,他汀类药物通过ROCK通路,抑制肿瘤细胞增殖,侵袭,粘附和转移[14]。研究也显示,在直肠癌、乳腺癌、膀胱癌、胰腺癌中,均有Rho A和RhoC的过表达,且肿瘤细胞中的Rho A和RhoC异构体有高度相似性。通过干扰RNA的研究发现,RhoC异构体对肿瘤的入侵发挥着重要的作用;Rho A参与上皮向间质的转换过程[2,15];RhoB也参与肿瘤的发展。此外,Bcl XL蛋白能够促进癌细胞的转移,他汀类药物能够有效抑制Bcl XL表达,降低癌细胞的侵袭力并且他汀类药物可以促进PTEN表达,降低细胞癌变率[16]。因而,他汀类药物可通过Rho靶点抑制肿瘤细胞的侵袭,转移。

1.3 抗血管生成

肿瘤的生长离不开血管的生成,甚至对于血液系肿瘤来说,血管生成对肿瘤的发展也起到重要作用。肿瘤在生长过程中视缺氧为一强烈刺激因素来促进血管异生。包括血管发生、血管生成和动脉形成[17]。在肿瘤生长过程中,早期肿瘤组织低氧和缺血会通过缺氧诱导转录因子-1α(Hypoxia inducible transcription factor-1,HIF-1α)刺激自身血管开始形成,HIF-1α通过促进VEGF等因子的表达引起血管内皮细胞的增生,引起内皮细胞基因的活化,促使尿纤溶酶原激活物(Urine plasminogen activator,u-PA)和组织型纤溶酶原激活物(Tissue-type plasminogen activator,t-PA)表达上调,使得内皮细胞表达蛋白水解酶和组织因子活化,从而诱导了血管形成[18,19]。此外,血管的生成还受一些非经典的分子如促红细胞生成素(Erythropoietin,EPO)、内皮素、尿紧张素、脂联素、肾上腺髓质素、瘦素、抑制素等的影响,它们是通过激活血管周围的细胞而产生,这些因子能够促进血管形成或受体调节的,直接或间接作用于内皮细胞,促进血管增殖、分化及成熟[20]。他汀类药物对血管生成具有双重作用,对肿瘤组织具有抑制作用。对心血管受损的个体则具有促进作用。另有临床数据显示,低剂量的他汀类药物通过激活AKT和KLF2,增加一氧化氮(Nitric oxide,NO)合成和血管异生[21]。而高剂量药物通过抑制上述两种因子起到相反作用。他汀类药物还可使血流得到重新分配,降低肿瘤组织毛细血管密度,极大的降低肿瘤细胞生长速度。

近来,也有实验证明,他汀类药物产生抗血管生成效应是通过阻断G蛋白的异戊二烯化,导致血管内皮细胞的增殖受到抑制和内皮细胞的发生凋亡。除此之外,他汀类药物还能使血管内皮生长因子合成受到抑制,导致血管生成减退[12]。

有研究显示,低浓度的他汀类药物诱导内皮细胞凋亡,辛伐他汀可提高氧化型LDL(Oxidized LDL,ox LDL)来对内皮细胞产生细胞毒性[22]。他汀类药物可通过影响肌球蛋白磷酸化而影响肿瘤微环境的形成。其对血管细胞的影响取决于血管的类型,他汀类药物在大血管中可引起内皮细胞Akt激酶的激活,小血管则引起Akt激酶活性抑制,从而促进大血管的官腔形成,抑制小血管内皮细胞。

淋巴细胞功能相关性抗原(Lymphocyte function associated antigen,LFA)可介导白细胞的迁徙和T细胞的激活。多种他汀类药物可以直接结合至整合素LFA1的I区域的L位点,从而影响其功能,同时还可以抑制其余细胞粘附分子ICAM1的相互作用来影响细胞的侵袭,通过对小鼠EBV-淋巴瘤的研究发现,他汀类药物结合于该位点还能抑制细胞的凋亡。他汀类药物抑制肿瘤微环境形成的基本机制如图2示。

图1 他汀类药物对肿瘤细胞增殖抑制和诱导凋亡作用的基本机制

他汀类药物抑制HMG-Co A还原酶从而抑制甲羟戊酸的合成,导致中间产物FPP和GGPP的生成减少,影响参与PI3K/AKt、RAF-MAPK或ERK等信号通路的G蛋白/Rho、Ras的活化,从而影响下游分子BCL、细胞周期相关因子、肿瘤细胞中微囊蛋白1,从而抑制细胞增殖、促进细胞凋亡。

他汀类药物影响参与PI3K/AKt通路G蛋白/Rho、Ras的活化,影响内皮细胞NO的合成。同时他汀类药物肌蛋白磷酸化等信号通路,从而影响血管收缩、细胞迁移,抑制肿瘤组织微环境的形成。

1.4 抗炎作用

除了阻断LFA1的表达和降低ICAM1的表达,他汀类药物还能抑制通过Rho蛋白所控制的NF-κB进而影响其下游的细胞因子,化学因子和粘附分子,以及重要的炎性分子C反应蛋白(C reactive protein,CRP)的产生,从而影响炎症反应。

2 他汀类药物与各类肿瘤

2.1 他汀类药物与胃肠癌

结直肠癌以其极高的发病率和致死率成为威胁人类健康的一大杀手。结直肠癌细胞多源于基因缺陷的结肠隐窝细胞的异常增殖,许多研究都已证实,结直肠癌变的形成就是由于细胞凋亡程序被抑制而细胞增殖被激活[23]。

Kodach等人发现,他汀类药物可以通过BMP蛋白增加肿瘤细胞对他汀类药物的敏感性,诱导结肠癌细胞的凋亡以及降低结肠癌细胞的增殖。另外,Kaneko等发现洛伐他汀诱导人类结肠癌细胞SW480的凋亡是通过阻断胆固醇的合成来实现的[24]。

有研究发现,他汀类药物作用于脂肪细胞,通过增加脂联素的水平,降低肿瘤坏死因子(Tumor necrosis factor,TNF)、促炎性细胞因子,瘦蛋白等的水平,抑制结直肠癌前病变的形成,从而阻止由炎症引起的肥胖型结直肠癌的发生。

2.2 他汀类药物与前列腺癌、乳腺癌、卵巢癌

有研究表明,阿托伐他汀通过调控ROCK和FAK通路来抑制前列腺癌肝细胞的粘附和分化。特定剂量的阿托伐他汀可通过减少前列腺癌细胞表面的整合素的表达,进而抑制下游信号分子ROCK和FAK的表达,从而使前列腺癌干细胞的分化被抑制。此外,还有研究表明阿托伐他汀可特异性的诱导前列腺癌细胞PC3产生自噬效应而不会对正常前列腺组织产生相似效应[25]。

有研究表明,他汀类药物促进MDA-MB-231乳腺癌细胞中PTEN表达,降低细胞癌变率[16]。他汀类药物同样可以通过抑制卵巢癌细胞的生长和诱导其凋亡来达到抗卵巢癌的效果。

2.3 他汀类药物与肝癌、胰腺癌

P2X7是存在于胰腺细胞膜上的一种重要受体,慢性胰腺炎和胰腺癌细胞中,P2X7是呈高表达的[26]。研究发现,他汀类药物可通过P2X7介导而抑制AKt的磷酸化,从而抑制了癌细胞的生长并诱导癌细胞发生凋亡,但关于他汀类药物通过P2X7发挥作用的具体作用机制,目前还不是很清楚。

转录因子STAT3首先被IL-6激活,随后在受体相关激酶的催化下磷酸化,构成同源或异源二聚体,进入细胞核并对DNA进行直接调控,影响细胞增殖、分化或血管再生[27],而他汀类药物可通过抑制IL-6介导的CRP的酰化反应阻断这一过程[28],从而发挥其抗癌作用。

图2 他汀类药物抑制肿瘤微环境形成的基本机制

2.4 他汀类药物与其他肿瘤

黑色素瘤中,他汀类药物通过诱导黑色素瘤自分泌的正反馈放大效应,抑制黑色素瘤细胞AKT通路,减少G2/M期细胞数的比值来发挥作用[29]。在鳞状细胞癌中,他汀类药物可以损害细胞内能量工厂线粒体,使ATP生成减少,能量缺乏,细胞处于代谢应激状态,此时一系列代偿性信号通路被激活一旦失代偿则导致鳞癌细胞的凋亡,其中常见信号通路有LKB1/ AMPK通路、表皮生长因子受体(Epidermal growth factor receptor,EGFR)抑制通路和集成应激反应(Integrated stress response,ISR)通路。在骨髓瘤中,他汀类药物可通过其所存在的Chk1–Cdc25A-cyclin A/CDk2途径来抑制细胞周期停滞,促进细胞凋亡,降低多发性骨髓瘤细胞的生存力[30]。在神经母细胞瘤中发现,他汀类药物可诱导小鼠神经瘤细胞系生成NO,伴有一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase,NOs)的合成增加,因而他汀类药物对于治疗神经系统肿瘤也具有重要意义[31,32]。除此之外,他汀类药物对横纹肌肉瘤、甲状腺未分化癌、淋巴瘤、膀胱癌等多种肿瘤,均有抑制作用。

3 展望

由于他汀类药物的有效性和安全性,使得其在抗癌领域一直备受关注。虽然有关的具体准确的抗癌机制仍不甚清楚,但对其进行深入研究,他汀类药物无论是作为化疗药物,还是与其他药物联合应用增加抗肿瘤效应,其抗肿瘤方面的临床应用都值得期待。

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Study progress about the effects of statin on tumor

He Jin-zhao1,Li Qiong2,Tang Fei-yu1,Wang Jing1,Li Shan1,You Ru1,Zhu Ling2△(
1.Basic Medical Base Class 2011,West China School of Preclinical and Forensic Medicine,Sichuan university,Sichuan Chengdu 610041; 2.Department of Pharmacology,West China School of Preclinical and Forensic Medicine,Sichuan university,Sichuan Chengdu 610041)

2015-7-6)

贺巾钊,女,四川大学华西基础医学专业,Email:18200288030 @163.com。

△通讯作者:朱玲,女,教授,主要从事药理学研究工作,Email:Zhuling529@163.com。