分子靶向药物心脏毒性线粒体机制的研究进展*

何丹 丁瑞麟

(1. 四川中医药高等专科学校医疗技术学院，四川 绵阳 621000；2. 西南医科大学附属医院国家药物临床试验机构/GCP中心·西南医科大学临床药理实验室，四川 泸州 646000)

抗肿瘤药物除了对肿瘤细胞具有强有力的杀伤作用外，对正常组织细胞也有一定的影响。其中，对心血管功能的损害是众多抗肿瘤药物临床应用受限的主要因素。除了传统的阿霉素、顺铂等容易引起心血管损伤的抗肿瘤药物外，新型的分子靶向药物，如曲妥珠单抗、伊马替尼、贝伐珠单抗等也被证明具有心脏毒性[1]。Santoni等[2]进行的荟萃分析显示，心脏毒性是分子靶向药物治疗中出现的严重不良反应，严重影响患者的生活质量和生存期。

线粒体在维持心肌组织内稳态平衡中扮演着重要的角色[3]。线粒体功能的损伤将会导致心肌细胞的凋亡或坏死，最终引起心血管功能紊乱[1]。分子靶向药物虽然具有很强的肿瘤细胞针对性，但它也和细胞毒性药物一样，能直接或间接的破坏正常心肌细胞的线粒体功能。对心肌细胞线粒体的破坏是药物诱导的心脏毒性的主要机制之一。因此，本文就分子靶向药物诱导的心脏毒性的线粒体机制做一综述，以期为分子靶向药物心脏毒性的防治方法的研发提供参考。

1 药物诱导的线粒体损伤途径

作为产生ATP的主要场所，线粒体在心肌细胞中拥有较高的数量，对心肌细胞的收缩反应、新陈代谢、离子平衡、细胞周期调控等有着重要的作用[4]。同时，线粒体还能通过应激信号(如细胞缺氧、氧化应激等)的激发诱导细胞的凋亡或坏死，是重要的细胞死亡调节器[5]。生理状态下，心肌细胞损伤的线粒体能够通过线粒体凋亡、线粒体生物合成和复制等过程被新生成的线粒体所取代[6]。但在药物干预的情况下，药物干扰线粒体功能、促进线粒体损伤，而线粒体损伤后无法被及时替代，最终导致ATP过多消耗、心肌细胞功能障碍[1]。

大量研究表明，药物能够通过多种途径直接或间接的损伤心肌细胞线粒体。线粒体是产生活性氧(Reactive oxygen species，ROS)的主要产所。一些药物能够抑制三羧酸循环(Tricarboxylic acid cycle, TCA cycle)、破坏线粒体氧化防御系统，诱导大量ROS的产生。ROS能够触发多种线粒体依赖或非依赖细胞死亡程序，促进心肌细胞的凋亡或坏死[7,8]。同时，ROS能够通过氧化反应直接破坏线粒体膜、电子传递链、线粒体DNA、甚至影响线粒体的钙稳定[9]。研究发现，线粒体蛋白的氧化/硝化修饰在心肌细胞功能障碍中扮演着重要角色。而氧化/硝化修饰反应的直接促进因素就是大量ROS和活性氮(Reactive nitrogen species，RNS)的产生[10]。其它药物损伤心肌细胞线粒体的途径包括：药物干扰线粒体DNA聚合酶的作用，抑制线粒体的新生；药物直接抑制电子传递链，使ATP合成过程中电子失偶联；药物诱导线粒体通透性转化孔(Mitochondrial permeability transition pore，MPTP)开放，促使线粒体内容物释放；药物促进铁离子在线粒体内蓄积、谷胱甘肽加速消耗等[1,5,11]。而这些途径或多或少都与ROS的产生有一定的联系。

2 分子靶向药物心脏毒性的线粒体机制

2.1 抗HER-2药物心脏毒性的线粒体机制

曲妥珠单抗(Trastuzumab)是针对人表皮生长因子受体2(Human epidermal growth factor receptor-2, HER-2)的人源化的单克隆抗体，能特异性作用于HER-2过表达的乳腺癌细胞和胃癌细胞，是HER-2阳性的晚期乳腺癌和胃癌的有效治疗方案[12]。研究显示，HER-2在心脏的胚胎发育和成人心脏保护中发挥着重要作用，HER-2相关信号通路能促进心肌细胞的生长、抑制心肌细胞凋亡[13]。因此，特异性作用于HER-2的曲妥珠单抗可能会诱发严重的心脏毒性反应。Mantarro等[14]对29000例乳腺癌患者所做的荟萃分析显示，曲妥珠单抗诱导的严重心脏毒性的发生率高达3%。

HER-2通路的二聚化是细胞增殖的主要信号之一。当心肌细胞遭遇乏氧、氧化应激等刺激时，冠状动脉微血管内皮和心内膜释放的神经调节蛋白与HER-2/HER-4异二聚体结合，通过PI3K/Akt和MAPK途径维持心肌细胞活性[15,16]。同时这一通路能通过增加细胞转录因子抑制细胞凋亡，能通过激活蛋白激酶B(Protein kinase B，Akt)减少线粒体ROS的产生。曲妥珠单抗能够与HER-2受体胞外区的IV区结合，阻断HER-2受体和HER-4受体二聚化过程，从而抑制HER-2通路对心肌细胞的保护作用[17,18]。研究表明，曲妥珠单抗还能够诱导ROS在线粒体内大量蓄积，促进凋亡相关蛋白的表达(例如BAX)，导致Bcl-xL和Bcl-xS失衡激活线粒体凋亡途径[1]。最终上述事件会引起线粒体功能的缺失，导致MPTP开放，激活心肌细胞死亡相关程序[1,19]，见图1。

其他抗HER-2单抗，如帕妥珠单抗，也被证明具有心脏毒性。与曲妥珠单抗不同，帕妥珠单抗主要结合HER-2受体的II区，同时也能与HER-3配体结合，从而阻断HER-2二聚化，影响HER-2信号通路的传递[16]。

2.2 ABL抑制剂心脏毒性的线粒体机制

伊马替尼(Imatinib)是以BCR/ABL融合基因、PDGFRA等为靶点的小分子酪氨酸激酶抑制剂，对慢性粒细胞白血病和胃肠道间质瘤有着较好的治疗效果。伊马替尼所致心脏毒性，目前仍存在一些争议。但现在的普遍观点认为线粒体功能紊乱是伊马替尼所致心脏毒性的主要标志之一[20]。Kerkela等[21]对伊马替尼治疗后心衰患者进行了心肌活检，证明这些患者心肌线粒体功能均存在明显异常。Will等[22]对离体大鼠心脏进行研究时发现，伊马替尼并非直接作用于心肌细胞线粒体，而是通过其他途径转导引发心脏毒性。随后的研究证明，伊马替尼能激发内质网应激从而引起心肌细胞的线粒体损害，这一途径是伊马替尼所致心脏毒性的重要诱发因素。具体来说，伊马替尼对ABL激酶的抑制将会引发内质网应激，诱导蛋白激酶R样内质网激酶(PRKR-like endoplasmic reticulum kinase，PERK)表达以及eIF2α的磷酸化。线粒体内膜转运蛋白TIM23是线粒体蛋白转运装置的重要组成部分，对蛋白质进入线粒体基质起着关键作用[23]。PERK能够减少TIM23的表达，影响线粒体的蛋白稳态。因为TIM23的减低发生于eIF2α磷酸化后，这就可能导致大量非折叠的蛋白质在线粒体内膜区域蓄积，激活线粒体凋亡途径，同时影响多个线粒体代谢途径，包括线粒体DNA的合成、β氧化以及柠檬酸循环等(图1)[24]，进而引起线粒体功能的破坏和细胞的损伤。同时，ROS也在伊马替尼所致的心脏毒性中发挥着重要作用。有研究发现，ROS的产生和蓄积将加重伊马替尼诱导的心肌细胞线粒体损伤和细胞凋亡[25]。

2.3 抗血管生成药物心脏毒性的线粒体机制

肿瘤的生长和转移依赖于血管，对肿瘤血管的抑制能阻断肿瘤细胞的营养供应，从而到达“饿死”肿瘤的目的[26]。因此，抗肿瘤血管生成药物越来越受到临床的重视，在肺癌、乳腺癌、直肠癌等多种肿瘤的治疗中发挥着重要作用。抗血管生成药物的主要靶点为血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)及其受体，其副作用相对较小，但临床上依然发现了不少严重的心脏毒副反应。研究表明，抗血管生成药物所致心脏毒性部分依赖于其对血管新生的抑制，但线粒体相关信号途径的破坏依然起着非常重要的作用[22]。

图1 曲妥珠单抗、伊马替尼诱导心脏毒性的线粒体机制[1]注：BAD：Bcl-2相关死亡促进因子；mtDNA synthesis：线粒体DNA合成；Krebs cycle：柠檬酸循环；Beta oxidation：β氧化；TOM：线粒体外模转运酶。

贝伐珠单抗是人源化的抑制VEGF-A的单克隆抗体，其心脏毒性可能与内皮细胞的损伤相关。VEGF/VEGFR通路是血管内皮细胞线粒体调节一氧化氮生成(Nitric oxide，NO)的主要因素。贝伐珠单抗能够阻断VEGF/VEGFR通路，影响NO的线粒体合成。血管内皮因失去NO的调节而出现功能紊乱，最终引起复杂的心血管综合征[27]。

多靶点VEGF-TKI舒尼替尼(Sunitinib)也被证明具有较高的心血管事件风险。舒尼替尼的作用靶点包括：VEGF、PDGFR、KIT等，理论上多靶点抑制剂相较于单靶点药物具有更高的心脏风险[17]。服用舒尼替尼所致慢性心衰的发病率高达8%～12.5%[28]。研究表明，舒尼替尼所致心脏毒性的线粒体机制主要与AMPK蛋白相关[29]。AMPK蛋白是心肌细胞获取能量的关键蛋白，对维持线粒体正常功能具有重要作用。多项研究发现，舒尼替尼能够抑制AMPK蛋白的活动，导致心肌细胞线粒体结构的改变，最终引起心肌细胞损伤[30,31]。French等[32]用舒尼替尼作用于小鼠心肌细胞，发现线粒体肿胀、胞浆空泡等现象普遍存在。同时，舒尼替尼也被证明能够抑制线粒体电子传递链的复合物I和II，影响线粒体ATP的合成[33]。

重组人血管内皮抑素(Endostar，恩度)是我国自主研发的抗血管生成药物，目前广泛应用于肺癌等恶性肿瘤的治疗。心脏毒性是恩度的主要不良反应，其发生机制目前还不明确。覃晶等认为心肌细胞线粒体可能是恩度心脏毒性的作用靶标，经线粒体依赖途径诱导的心肌细胞凋亡是恩度心肌损伤的机制之一[34]。但其具体机制仍需研究以明确。

3 小结与展望

分子靶向药物高效低毒的优点使其在肿瘤的治疗中占据着重要的地位。但分子靶向药物的心脏毒性却是不能忽视的一个问题。过去临床医生只关注了曲妥珠单抗等少数分子靶向药物的心脏毒性。目前研究显示，越来越多的分子靶向药物被证明具有心脏毒性，其中VEGF-TKI、抗VEGF单抗、抗EGFR单抗的高级别心脏毒性事件的发生率较高[2]，心脏毒性成了分子靶向药物临床应用的主要限制因素。线粒体在心肌细胞能量代谢中占据着重要地位，并且线粒体相关途径也是许多分子靶向药攻击主要靶点。直接或间接的破坏线粒体功能，成为了分子靶向药物诱导心脏毒性的主要因素。但目前许多分子靶向药物的心脏毒性发病机制仍不明确，如雷莫芦单抗、凡德他尼等。只有明确这一机制，才能更好的对分子靶向药物诱导的心脏毒性进行早期预防、检测和管理。