通过调控反应氧族防治耐药肿瘤的研究进展

岑娟刘芳芳张峰

作者单位：475004开封河南大学1天然药物与免疫工程重点实验室；2河南大学药学院

综述

通过调控反应氧族防治耐药肿瘤的研究进展

岑娟1刘芳芳1张峰2

作者单位：475004开封河南大学1天然药物与免疫工程重点实验室；2河南大学药学院

反应氧族（reactiveoxygenspecies，ROS）与肿瘤防治关系密切，近年研究表明ROS参与了肿瘤多药耐药（multidrug resistance，MDR）的形成。而基于ROS的生理活性与信号通路作用，调控肿瘤细胞的ROS含量及相关机制可逆转肿瘤MDR，达到有效治疗耐药肿瘤的目的。本文就ROS与肿瘤防治、ROS参与MDR的机制等作一综述。

反应氧族；肿瘤；多药耐药

由于多种抗肿瘤药物可通过增加癌细胞内反应氧族（r ea ct i v e o x ygen s pe c ie s，ROS）诱导细胞凋亡，因此，以往研究大多视ROS为细胞损伤的重要因素。然而，ROS还可作为第二信使介导信号转导，在肿瘤形成和恶化的病理过程中扮演复杂的角色［1］。迄今，肿瘤多药耐药（mu lt i dr ug r e s i s t an c e，M D R）仍是肿瘤治疗的最大障碍，其机制复杂、表型多样。近年研究表明，ROS及其介导的信号通路参与了M D R的形成机制，本课题组曾使用微量双氧水长期造模，成功诱导了人乳腺癌细胞产生M D R，证实了ROS可通过持续激活PI3K/Akt通路促进H IF-1α、Nrf2介导的转运蛋白与抗氧化物的上调而诱导M D R［2］。然而，ROS与耐药肿瘤的关系异常复杂，甚至在不同的研究中得到相反的结论。有研究表明药物可通过增加ROS、降低P-糖蛋白（P-g l y c op r o t ein，P-gp）表达而逆转耐药［3］。因此，ROS与M D R的关系仍需深入研究，本文就ROS与肿瘤防治、ROS参与M D R的机制作一综述。

1 ROS及其细胞内调控

ROS是机体代谢所产生含氧化合物的总称，包括超氧阴离子、羟自由基、过氧化氢和单线态氧等，其中超氧阴离子和过氧化氢为细胞内ROS的主要存在方式。线粒体是内源性ROS产生的主要部位，线粒体呼吸链、细胞色素P450酶和NA D P H氧化酶是ROS的主要来源。外界刺激也可引发细胞大量产生ROS，使细胞内的抗氧化系统无法清除过度产生的氧化因子，称为氧化应激，可破坏D NA、蛋白质和脂质引起组织损伤。

ROS是细胞特征和功能的重要决定因素，调控ROS可影响细胞内生理、病理过程。细胞对ROS的信号调节主要由细胞内的抗氧化酶决定，主要包括过氧化物酶（PR X s）、超氧化物酶（SO D）、谷胱甘肽过氧化物酶（GP X s）和过氧化氢酶（C A T）等。其中SO D能使超氧阴离子转换为过氧化氢；PR X则通过过氧化氢氧化其活性位点上的半胱氨酸，随后被硫氧蛋白还原酶和NA D P H还原；GP X s利用谷胱甘肽（GS H）发挥抗氧化作用。这些抗氧化酶的功能均依赖于过氧化氢的浓度发挥作用，其中PR X s可清除与信号通路相关的纳摩尔级水平的过氧化氢，GP X s仅在细胞内过氧化氢浓度较高时才发挥作用，而CAT对过氧化氢亲和力更低，多被限制在过氧化物酶体中优先发挥作用［4］。可见GP X s可迅速降低高水平ROS对细胞的损伤，并启动细胞内的自我保护机制，推测其与M D R的形成密切相关。另外，ROS的产生过程也可改变其信号能力，然而迄今对ROS产生的了解仍来源于孤立的线粒体和细胞，认为电子传递链的氧化还原状态和质子动力势是其产生的主要决定因素［5］。此外，由于ROS半衰期短，其信号作用也受线粒体定位的影响。因此，ROS释放位点与发挥信号功能位置间的距离决定了其作用效率［6］。

2 ROS与肿瘤进程

ROS与细胞新陈代谢息息相关，改变细胞的氧化还原状态可导致特定蛋白酶、可溶性因子等功能发生改变，因此ROS在肿瘤细胞中的含量和分布对肿瘤进展具有重要作用［7］。研究表明肿瘤细胞的ROS含量比正常细胞高；而恶性肿瘤细胞内ROS含量又高于良性肿瘤，耐药肿瘤细胞内ROS含量高于敏感肿瘤细胞［1］。但细胞内ROS的急剧升高会对细胞产生毒性作用。因此，ROS的双向调控或均可用于肿瘤防治，即通过降低其含量抑制早期肿瘤的发生或通过升高其含量对肿瘤细胞产生毒性。

2.1 ROS参与肿瘤细胞存活、增殖、转移和扩散

ROS可致基因组损伤和遗传不稳定直接影响细胞核内的基因表达，诱导癌变和肿瘤恶性进展。如在ROS含量较高的肿瘤细胞中，线粒体基因组频繁突变导致糖酵解增加是肿瘤细胞的一大特征［8］。在肺癌小鼠模型中发现线粒体复合物Ⅲ锚定非依赖性生长需要ROS的存在；而敲除线粒体转录因子A则可通过破坏使线粒体功能减少ROS，抑制肿瘤发生。这些研究结果提示，线粒体ROS的产生对于细胞增殖和肿瘤的早期发生至关重要。在细胞质中，ROS可作为第二信使介导肿瘤进展，如ROS可氧化并抑制p38促分裂原活化蛋白激酶磷酸化从而促进癌细胞存活和增殖［9］。ROS还可通过磷酸化或氧化作用激活APE X1、NF-κB、p53、H IF-1α等转录因子，最终导致靶基因表达改变而发挥抑制细胞死亡、促进细胞增殖的作用［10］。另有研究证实，ROS也是癌细胞转移、细胞黏附和肿瘤扩散的必要条件［11］。一个针对肿瘤转移的假说认为，恶性肿瘤的氧化还原信号和新陈代谢多处于上调趋势，而扩散则是其综合作用的结果，因此避免扩散应首先防止在原发肿瘤部位产生过量的ROS，避免过量ROS引发的氧化损伤［12］。近来已有研究证实抗氧化剂可有效干预肿瘤干细胞的自我更新、干扰细胞运动，发挥治疗肿瘤的作用［13］。

2.2 ROS参与肿瘤多药耐药

化疗药物产生ROS是否直接导致肿瘤耐药尚待进一步研究。顺铂、氮芥可通过卵巢癌A2780细胞产生ROS、诱导细胞死亡，但长期使用则导致ROS的产生水平下降，导致M D R；增加ROS含量可增加细胞的敏感性，降低ROS含量则加剧耐药性［14］。此外，线粒体氧化损伤可激活氧化还原敏感性的转录因子，从而增加细胞内抗氧化物的表达，降低化疗药物的作用；抑制过氧化氢酶可促进耐药肿瘤细胞产生ROS，同时恢复ROS诱导细胞凋亡［15］。近来研究认为Nrf2是化疗药物诱导肿瘤细胞产生ROS，从而形成耐药的重要应答机制，如ROS可通过激活Nrf2、级联及其下游GS T和H O-1表达、增加GS H含量、增加细胞耐药性［16］。因此推测ROS介导耐药的主要机制为细胞内抗氧化酶水平的提高，但此假设需基于一个必要条件，即抗氧化酶必须直接或间接通过ROS诱导。然而更多证据表明，ROS主要通过可逆性修饰翻译后的蛋白质发挥信号通路的调节作用，已知以这种方式调节的靶酶包括P T P1B、P T EN、MAPK等，如ROS可调节MAPK亚显性结构域中的苏氨酸和酪氨酸磷酸化而改变其信号通路、介导M D R［17-18］。

3 调控ROS相关的靶点防治耐药肿瘤

3.1 依据ROS与肿瘤进程的量效关系防治耐药肿瘤

临床试验表明，肝癌患者用索拉非尼时，细胞内超氧化物歧化酶增加、ERK1/2降低与ROS水平下降有关。因此，通过测量ROS的含量或可示踪肿瘤患者对药物治疗的反应性。当ROS促进耐药肿瘤进程时，抗氧化剂的使用可起有效防治作用。此类治疗药物包括聚合SO D、黄嘌呤氧化酶抑制剂、血红素加氧酶1诱导剂、自由基清除剂及合成抗氧化剂等。然而，想达到靶向治疗肿瘤则需要识别特定的活性氧传感信号，进而实现对不同细胞功能的区别性调控。当ROS可抑制耐药肿瘤时，选择天然产物来源的ROS诱导剂则更具防治优势。如萝卜硫素可通过氧化还原反应调控端粒酶发挥其抗癌和防癌作用［19］。而基于正常细胞与肿瘤细胞在抗氧化酶或细胞氧化还原状态的差异性，ROS诱导剂可对恶性肿瘤细胞表现出更强的选择性［20］。此外，通过引入病毒蛋白诱导ROS产生成为抗肿瘤治疗的新方法，如人类无致病性的鼠细小病毒H-1P V的NS1蛋白可通过诱导ROS促进凋亡蛋白酶活化，导致癌细胞凋亡［21］。

事实上，ROS变化对M D R的影响非常复杂，如ROS与P-gp的调控存在复杂的剂量关系，因此在不同研究中常得出相反的结论［2-3］。通过调控ROS水平，防治耐药肿瘤更需深入了解其量效关系。近年来对该量效关系的报道仍然有限，揭示其机制或涉及一些专属性靶点。如γ-生育三烯酚可通过下调P-gp逆转M C F-7/A D M细胞M D R，发挥该作用的药物浓度仅可少量升高细胞的ROS含量（升高25%左右），其作用靶点或为3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A［22］。而具有较好抗肿瘤活性的天然产物gu tt i f e r one K、o bl ongi f o l in C、i s oja c a r eu b in可增加Ca c o-2细胞内ROS的含量1.2～2.5倍，通过ERK、p38、c-Jun途径增加P-gp的表达，促进耐药发生［23］。K o r y s t o v等［24］研究表明ROS与M D R的量效关系为当细胞ROS降低或增加1.5到2倍时肿瘤细胞均会产生M D R。但ROS升高或降低诱导M D R产生的机制不同，降低ROS通过稳定H IF-1促进M D R，而升高ROS则通过激活NF-k B促进M D R。当ROS升高3倍或更高时，M D R则会减弱，其机制与转运蛋白的表达和功能降低有关［24］。由于这些研究往往针对不同细胞株进行，因此一些结论仍存在矛盾，仍需对ROS与M D R的量效关系进行深入、全面探讨。

3.2 靶向ROS相关的通路分子逆转多药耐药

首先，调控ROS介导的通路抑制药物转运蛋白可逆转多药耐药。如Nrf2、D NA-PK C、整合素和基质金属蛋白酶均参与了ROS介导的耐药蛋白表达［25］。靶向此类功能分子可增加耐药细胞的敏感性［26］。其次，抑制肿瘤细胞的抗氧化酶系统或可通过调控ROS的含量产生积极的治疗意义［27-28］。如过氧化氢酶抑制剂3-氨基三唑可促进羟基自由基在特异性位点生成，抑制肿瘤恶性表型。另外，靶向耐药癌细胞中ROS相关的耐药信号通路可治疗耐药肿瘤。如卵巢癌细胞的耐药需至少开启两个ROS相关基因AR H GEF6和CD K6，通过mi RNA等手段靶向此类基因或蛋白，或可提高化疗效果［29］。此外，研究表明在氧化性D NA修复基因中，许多抗氧化基因的单核苷酸多态性（SNP）与人类癌症敏感性关系密切。而氧化应激同样在调节表观遗传进程和改变基因表达中发挥重要作用。其中异常的D NA甲基化模式或可作为肿瘤细胞耐药的潜在生物标志和治疗靶点［30］。

4 小结

综上，细胞内氧化还原状态、ROS的含量与种类、ROS在癌细胞内的分布及作用均涉及复杂的调控机制，在肿瘤M D R的形成和维持中发挥重要作用。迄今为止，大多研究仍主要关注如何使用ROS诱导剂杀伤肿瘤细胞，而对ROS本身的功能多样性、ROS的量效关系研究甚少。鉴于ROS与M D R的密切联系，笔者认为进一步深入了解ROS的信号作用及其调控机制，探索对ROS的双向性调控方式或解决肿瘤M D R问题的关键所在。

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［2017-01-10收稿］［2017-03-13修回］［编辑江德吉］

R737.9

A

1674-5671（2017）03-04

10.3969/j.issn.1674-5671.2017.03.16

国家自然科学基金资助项目（U1204830）

张峰。E-mail：zhangfeng_825@163.com