5-氟尿嘧啶及其衍生物抗肿瘤作用的研究进展

晁艳红，杨广建，齐丽娟，潘静，杨春洁，孙永琨#

1首都医科大学密云教学医院肿瘤内科，北京 101500

2国家癌症中心/国家肿瘤临床医学研究中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院内科，北京 100021

3北京市朝阳区三环肿瘤医院肿瘤科，北京 100021

4河南大学附属郑州颐和医院肿瘤科，郑州 450000

5赤峰市医院肿瘤内科，内蒙古 赤峰 024000

氟尿嘧啶合成至今已有60余年历史，抗瘤谱广，目前仍是包括消化系统肿瘤在内的多种恶性肿瘤的基础性治疗药物。5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）为细胞周期特异性药物，作用于细胞S期，其作用有时间依赖性，持续静脉滴注可提高疗效，联合亚叶酸钙有协同作用。5-FU一直是治疗大肠癌的主要药物，其单药有效率为20%左右。20世纪70年代以来，以5-FU为核心进行了多方面研究，以期提高疗效，延长生存期。

1 5-氟尿嘧啶的抗肿瘤作用机制及临床应用

1957年，Heidelberger等[1]首次设计并发现将尿嘧啶的第5位氢原子以大小相近的氟原子取代后所得到的氟化物不仅体积与原化合物相似，而且形成的C—F键非常稳定，在代谢过程中不易分解，能在分子水平上干扰正常代谢。自此，抗代谢类肿瘤药物5-FU问世，并迅速在临床成功应用，拉开了抗代谢类药物抗肿瘤作用的序幕。

5-FU本身并无生物学活性，其在体内首先转化为5-氟尿嘧啶核苷一磷酸（5-fluorouracil nucleoside monophosphate，5-FUMP）和 5-氟尿嘧啶脱氧核苷一磷酸（5-fluorouracil deoxyribonucleoside monophosphate，5-FdUMP）。5-FUMP在分子水平上伪装成肿瘤细胞核酸的重要前体——尿苷一磷酸（uridine monophosphate，UMP），并欺骗性地掺入RNA中，影响核酸的功能，干扰蛋白质合成；5-FdUMP在体内进一步磷酸化生成5-氟尿嘧啶脱氧核苷三磷酸（5-fluorouracil deoxyribonucleoside triphosphate，5-FdUTP）。5-FdUTP 除可直接掺入RNA外，还可直接掺入DNA以抑制DNA链的延长，同时改变DNA的稳定性，继而引起DNA双链断裂。更为重要的是，5-FdUMP还可与胸腺嘧啶合成酶（thymidylate synthase，TS）和甲酰四氢叶酸（分子式为CH2FH4）结合，形成稳定的三联复合物，从而抑制TS活性，导致不能有效地合成脱氧胸苷一磷酸（deoxythymidine monophosphate，dTMP）。dTMP作为DNA合成和修复的必需物质——脱氧胸苷三磷酸（deoxythymidine triphosphate，dTTP）生成的关键底物，当自身不能有效合成时，dTTP生成缺乏，此时不仅DNA链不能正常进行复制，DNA的修复功能也受到极大损伤，从而使细胞生长受到抑制，产生杀伤肿瘤细胞的作用。目前认为，5-FU活性代谢产物对TS的抑制，是其发挥抗肿瘤作用的主要机制[2]。

基于上述生化代谢机制，5-FU在临床上发挥了重要的抗肿瘤作用，但因其自身药代动力学上存在诸多缺点，限制了5-FU的进一步临床应用。首先，5-FU亲脂性低，药物对组织细胞的亲和能力差，生物利用度低；其次，5-FU口服吸收不完全，即使快速推注5-FU，其在血浆中仍代谢迅速，药物半衰期短，仅为10～20 min[3]，因此临床静脉应用5-FU时需要持续给药，不仅给患者和医务工作者带来不便，而且给药过程中血药浓度的骤然升高使药物不良反应的发生更加迅速明显；最后，5-FU应用的个体差异较大，其在体内代谢消除呈非线性药代动力学特点，不同患者对药物代谢的个体差异不同，从而使5-FU的骨髓抑制及消化系统不良反应尤为突出。

自从发现5-FU的抗肿瘤作用呈现显著的时间依赖性，相关学者通过进一步研究表明将5-FU持续静脉滴注可保持恒定有效的血药浓度，并可持续杀伤不断增殖进入S期的肿瘤细胞，从而平稳长效地发挥其抗肿瘤活性[4-5]。20世纪90年代，针对晚期大肠癌患者进行的随机对照研究结果表明，每两周大剂量持续静脉滴注亚叶酸钙与5-FU（De Gramont方案）对比小剂量静脉推注亚叶酸钙和5-FU（Mayo Clinic方案），持续静脉滴注5-FU不仅缓解率高，而且骨髓抑制和消化系统不良反应的发生率明显降低[6]。自此，临床上5-FU静脉滴注全面取代静脉推注，其抗肿瘤作用得到了大幅度提升。然而临床发现即便是匀速静脉滴注5-FU，其血浆浓度仍不恒定，表现为明显的昼夜节律变化。生化学家进一步研究发现二氢嘧啶脱氢酶（dihydropyrimidine dehydrogenase，DPD）作为5-FU代谢的限速酶，在人体内表现出昼夜节律性。从午夜至上午10：00，DPD活性较其他时间段明显提高约50%[7]。由于DPD活性节律的关系，5-FU的最高血药浓度出现在每日凌晨4：00左右，且此时机体对5-FU的耐受性也相对较高。如果在此最敏感的时间给药，则可用最小的药物剂量收到最好的治疗效果，并且可以减轻不良反应，这就是时辰化疗[8]。

随着人们对5-FU临床抗肿瘤作用的不断深入研究发现，生化调节剂醛氢叶酸钙输注人体后，可在体内被还原成甲酰四氢叶酸，而甲酰四氢叶酸可促进5-FdUMP、TS、甲酰四氢叶酸三联复合物的形成，加强对TS的抑制，和5-FU有协同增效作用，但同时也增加了5-FU的不良反应，醛氢叶酸钙为200 mg/m2时增效作用最佳[9-10]。随着临床肿瘤学的不断发展，第3代铂类药物奥沙利铂、5-FU及醛氢叶酸钙组合而成的FOLFOX系列化疗方案经过多重演变改良，现已成为结直肠癌内科化疗的标准方案。5-FU在消化系统肿瘤乃至其他实体肿瘤中，依旧发挥着重要的抗肿瘤作用。

2 5-FU衍生物的研发及临床应用

基于5-FU静脉应用的不便及上述诸多药理学方面的不足，使5-FU在临床的进一步应用受到限制。为寻找疗效更好、不良反应发生率更低、应用更加便捷及药效发挥更加稳定的氟尿嘧啶类似物，一系列5-FU衍生物相继被研发问世并应用于临床，为肿瘤患者带来更多的治疗选择与临床获益。

2.1 第2代氟尿嘧啶衍生物——替加氟

替加氟最初于1968年由前苏联学者合成，为第2代氟尿嘧啶衍生物的经典代表。第2代氟尿嘧啶衍生物主要包括喃氟啶（呋氟尿嘧啶、呋喃氟尿嘧啶FT-207）和双喃氟啶（双呋氟尿嘧啶、双呋喃氟尿嘧啶）。同5-FU一样，它们也是5-FU的无活性前体，需要肝药酶代谢及细胞色素P450系统降解，转化为5-FU，最终发挥抗肿瘤作用。替加氟脂溶性高，可口服应用，胃肠吸收迅速，半衰期较5-FU长，药效维持超过12 h[11]。替加氟化疗指数为5-FU的2倍，而不良反应的发生率仅为5-FU的1/7～1/4[12]。

2.2 第3代氟尿嘧啶衍生物——卡莫氟

卡莫氟作为第3代氟尿嘧啶衍生物的代表药物，1975年由日本首次成功合成。与第2代氟尿嘧啶衍生物不同，卡莫氟可直接水解释放，胃肠吸收迅速，且在体内不需要细胞色素P450系统代谢就可以缓慢释放出活性5-FU而发挥疗效。5-FU的体内半衰期为10～20 min，而卡莫氟的体内半衰期为11 h，口服卡莫氟可维持较长时间的血药浓度且不良反应轻，对胃癌、结直肠癌、乳腺癌均有较好的疗效[13]，尤其在治疗结直肠癌方面，卡莫氟的敏感性和缓解率明显高于5-FU[14]。5-FU治疗直肠癌的缓解率为15%，而Koyama[15]在卡莫氟的Ⅱ期研究中报道卡莫氟治疗直肠癌的缓解率为43.3%。国内关于卡莫氟疗效的回顾性分析数据显示，以卡莫氟为主的联合化疗对晚期消化系统肿瘤治疗的客观缓解率可达92%，其中2例直肠癌术后肝转移的患者经卡莫氟联合化疗后达到完全缓解[16]。

2.3 新型氟尿嘧啶衍生物复合制剂——尿嘧啶替加氟

尿嘧啶替加氟片（compoundtegafurtablet，UFT）作为由替加氟及DPD抑制剂尿嘧啶以1∶4摩尔比例组成的复合制剂，UFT使肿瘤病灶内的5-FU达到最佳浓度，其半衰期为6～14 h。尿嘧啶通过抑制体内5-FU分解从而提高5-FU水平，使其在肿瘤内维持有效浓度的时间较长。据报道，UFT治疗胃癌的单药缓解率达27.7%[17]，且口服方便，价格便宜。Nio等[18]报道胃癌患者口服UFT 300～600 mg/d，共6周，缓解率达39%。亦有相关研究表明，胃癌患者口服UFT较注射用同等剂量5-FU的患者血药浓度高[19]。国内相关回顾性研究数据表明，UFTP方案（UFT+亚叶酸钙+顺铂）治疗晚期胃癌患者的总缓解率可达51.47%，对初治的晚期胃癌患者缓解率达71.43%，复发患者的缓解率达42.55%[20]，主要不良反应是消化系统不良反应、口腔黏膜溃疡、轻度骨髓抑制和脱发，患者均可耐受。另有两项Ⅲ期临床试验比较了UFT/LV方案与5-FU/LV方案一线治疗转移性结直肠癌的疗效，结果显示两组患者的疾病控制率和中位生存期相似，UFT治疗组的主要不良反应的发生率均低于5-FU治疗组，且UFT组患者的依从性更好[21-22]。

2.4 新型高效低不良反应氟尿嘧啶衍生物——替吉奥

替吉奥是20世纪90年代日本以替加氟为基础开发出来的新型口服氟尿嘧啶衍生物复合制剂，由替加氟、吉美嘧啶和奥替拉西钾以1.0∶0.4∶1.0摩尔比例组成。替加氟所产生的活化的5-FU易被正常组织和肿瘤组织中的DPD快速降解而失活，而吉美嘧啶作为一种有效的DPD抑制剂，可以长时间维持较高的5-FU血药浓度，进而增强5-FU的抗肿瘤效果[23]。奥替拉西钾口服后分布于胃肠道，可择性抑制5-FU磷酸核糖化，在不影响5-FU抗肿瘤活性的同时减轻胃肠道不良反应[24]。国外相关临床研究表明，替吉奥单药治疗晚期胃癌患者的总缓解率达44.6%，治疗结直肠癌的总缓解率达35.5%，同时受试者的耐受性较好[25-27]。

日本ACTS-GCⅢ期试验分析了Ⅱ～Ⅲ期胃癌R0和D2淋巴结清扫术后的患者接受疗程为1年的替吉奥胶囊（tegafur gimeracil and oteracil porassium capsule，TS-1）辅助化疗与单纯手术治疗效果比较，术后辅助化疗组患者的3年生存率为80.1%，明显高于单纯手术组的70.1%[风险比（hazard ratio，HR）=0.68][28]。SPIRITS研究的最终结果显示，接受替吉奥联合顺铂治疗的晚期胃癌患者的总生存期长于接受替吉奥单药治疗的患者（13.0个月vs11.0个月，P=0.04）；接受替吉奥联合顺铂治疗的患者的中位无进展生存期明显长于接受替吉奥单药治疗的患者（6.0个月vs4.0个月，P＜0.01）。因此，1999年替吉奥被日本被批准用于晚期胃癌治疗[25]。随后，替吉奥在转移性非小细胞肺癌、转移性乳腺癌、转移性胰腺癌、转移性胆管癌、中晚期鼻咽癌等治疗中均获得较好效果，因此日本相继批准替吉奥对这5种肿瘤的治疗，目前替吉奥相关的临床抗肿瘤研究正在各国广泛开展。

2.5 新一代具有靶向性的氟尿嘧啶衍生物——卡培他滨

卡培他滨是美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准的唯一口服氟尿嘧啶衍生物，于1998年5月首先在美国上市，迄今为止，其也是最具生物活性的口服氟尿嘧啶类药物，可以达到甚至超过其他氟尿嘧啶药物静脉给药的疗效[1]。与其他氟尿嘧啶衍生物比较，卡培他滨治疗实体肿瘤的特异性高、选择性强，主要与其自身巧妙的结构设计及独特的“三步激活机制”有关。卡培他滨口服进入体内后，以原型被胃肠道黏膜完整吸收，在肝脏和肿瘤组织内首先相继转化为5'-脱氧-5-氟胞苷（5'-deoxy-5-fluorocytidine，5'-DFCR）及5'-脱氧-5-氟尿苷（5'-deoxy-5-fluorouridine，5'-DFUR），其次在肿瘤细胞内胸苷磷酸化酶作用下转化为有活性的5-FU而发挥作用。卡培他滨及其代谢产物5'-DFCR及5'-DFUR不具有细胞毒性，其在代谢过程中最终产生的5-FU对肿瘤细胞有选择性杀伤作用[29]。体外研究已证实，肿瘤组织中胸苷磷酸化酶的活性明显高于正常组织，约为后者的

2.6 新型口服氟尿嘧啶衍生物——TAS-102

TAS-102是一种全新的核苷类抗肿瘤药物，由三氟尿苷和盐酸硫脲嘧啶组成。三氟尿苷是TAS-102的活性成分，可直接与肿瘤细胞DNA结合，导致DNA功能失常。但三氟尿苷被口服后，其绝大部分被降解，而盐酸硫脲嘧啶具有抗血管生成的作用，并可防止三氟尿苷降解[32]。TAS-102的RECOURSEⅢ期临床试验结果显示，接受TAS-102治疗的转移性结直肠癌患者的中位总生存期为7.1个月，而安慰剂对照组（最佳支持治疗）为5.3个月，TAS-102治疗组患者的中位无进展生存期为2.0个月，而安慰剂对照组为1.7个月[33]。基于上述试验数据的支持，TAS-102于2015年9月由美国FDA批准用于既往接受含氟尿嘧啶、奥沙利铂及伊立替康方案化疗后进展，或RAS野生型患者接受一种抗血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和抗表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）治疗后进展的转移性结直肠癌患者的治疗。3～10倍[30]。卡培他滨的选择性药效释放，最大程度降低了5-FU对正常人体组织的损伤。

自从FOLFOX方案（5-FU联合奥沙利铂）成为结肠癌辅助化疗的标准后，对XELOX（卡培他滨联合奥沙利铂）能否成为另一个标准方案的关注和期待持续存在。NO16968Ⅲ期临床试验对比了XELOX方案与FOLFOX方案一线治疗晚期结直肠癌的疗效，结果显示XELOX方案在无进展生存方面不劣于FOLFOX方案（HR=1.04，非劣效性界限上限＜1.23），而在总生存方面，二者相似（HR=0.99）；在安全性方面，卡培他滨治疗组发生中性粒细胞减少的患者更少；试验结果表明，XELOX方案不劣于FOLFOX方案，现已成为一线治疗晚期结直肠癌的标准方案[31]。

3 小结与展望

自20世纪50年代末5-FU被发现以来，人们不断研究如何提高5-FU在肿瘤组织中的浓度，有针对性地杀伤肿瘤细胞，并减少对正常细胞的损伤。随着现代肿瘤学和临床药理学的不断发展，氟尿嘧啶衍生物的抗肿瘤作用取得了长足的进步。随着分子生物学日新月异的发展，人们逐渐发现肿瘤干细胞、肿瘤特异性抗原及肿瘤微环境在肿瘤的生长中起着重要的作用。或许在不久的将来，会出现一种新型氟尿嘧啶类药物，使活化的5-FU可以通过识别肿瘤特异性抗原进入肿瘤微环境，特异性地作用于肿瘤细胞，甚至作用于肿瘤干细胞，从而直接抑制肿瘤的生长，并进一步降低氟尿嘧啶的不良反应发生率，氟尿嘧啶衍生物在肿瘤内科治疗中具有良好的应用前景。