关于3-溴丙酮酸抗癌机制的探讨

张 然，于敬坤，刘 冠，孟 聪，王长友 (华北理工大学附属医院普外科，河北 唐山 063000)

3-溴丙酮酸是常见的化学药剂，属于强烷化剂，主要用作杀菌剂噻菌灵的中间体；近年来，有相关学者指出3-溴丙酮酸具有抗肿瘤的作用，并已通过实验得到证实。根据相关研究结果，3-溴丙酮酸可通过多种机制实现抗癌作用；就国内外关于3-溴丙酮酸的最新实验结果，探讨3-溴丙酮酸抗癌作用的可能机制，为3-溴丙酮酸在临床上的抗癌新应用提供理论依据。

我国是一个恶性肿瘤发生大国，多种恶性肿瘤的发生率、病死率均明显高于世界平均水平；此外，随着我国人们生活习惯的改变、环境污染及人们预期寿命的延长等，我国恶性肿瘤的发生风险正逐年增高，使国民“谈癌色变”，严重威胁着我国人们的身心健康[1]。3-溴丙酮酸(3-Bromopyruvic acid；3-Bp)是一种常见的强烷化剂，其分子式为C3H3BrO3(分子结构式如图1)，分子量为166.96；其结构类似于细胞内糖类代谢产物，如丙酮酸、乳酸等，对细胞的能量代谢具有反向调节作用[2]。几年来，很多相关研究指出：3-溴丙酮酸对部分恶性肿瘤具有拮抗作用。针对其可能的抗癌机制，现报告如下。

(BrCH2-CO-COOH)

1 3-溴丙酮酸抗癌作用的发现

本世纪初，Ko YH等[3-4]在关于高糖酵解型肝癌细胞的动物实验研究中发现：经3-溴丙酮酸治疗后的大鼠，其肿瘤生长受到明显抑制，且肿瘤细胞内的己糖激酶(HK)活性明显受抑制；Ji Su Kim等[5]也在其细胞学实验中指出3-溴丙酮酸通过抑制肿瘤细胞的糖代谢途径、减少ATP的合成，抑制肝癌细胞的生长、增殖，提高癌细胞的凋亡比例。随着3-溴丙酮酸抗癌理念在近些年的提出，诸多实验也相继展开，通过研究证实3-溴丙酮酸的抗癌作用并指出其可能机制。

2 3-溴丙酮酸可能的抗癌机制

2.13-溴丙酮酸通过抑制肿瘤细胞有氧糖酵解途径来抑制肿瘤细胞的生长、增殖：肿瘤细胞是机体正常组织细胞发生遗传物质变异导致细胞异常分化而成，具有无限增殖、高代谢、高侵袭等特点；肿瘤细胞的分化程度与恶性程度呈反比关系，肿瘤恶性程度越高，其上述特点越明显。机体正常细胞代谢相对缓和，主要是依赖于细胞内糖类物质的有氧氧化供能；但肿瘤细胞代谢快、耗能及氧耗高、对能量要求较高，其胞内有氧氧化途径不足以维持肿瘤细胞的生长所需。在一定程度上，肿瘤细胞过多依赖于胞内糖酵解途径供能，使胞内乳酸产生增多，即为有氧糖酵解，是肿瘤细胞相对特有的能量代谢方式；Warburg在二十世纪中期已观察到肿瘤细胞内的糖酵解供能作用明显高于正常组织细胞，即Warburg效应[6-7]。己糖激酶(HK)是糖酵解途径中的关键酶之一，是影响细胞有氧及无氧供能途径的重要因素，可明显调节糖酵解途径的进展，影响ATP的合成。哺乳动物细胞内有四种HK同工酶(Ⅰ-Ⅳ型)，其中 HKⅡ与肿瘤存在一定相关性，HKⅡ在很多恶性肿瘤细胞内呈高表达状态；3-溴丙酮酸的分子结构类似于丙酮酸、乳酸等糖类代谢物，可通过与线粒体外膜己糖激酶Ⅱ(HKⅡ)的活性部位的-XH基团相结合，形成无酶活性的丙酮酸-己糖激酶复合体(E-XH+ BrCH2-CO-COOH →EX-CH2-CO-COOH+HBr)，使HKⅡ活性消失，糖酵解途径产能减少，抑制肿瘤细胞内各种ATP依赖性的生理功能、降低肿瘤细胞活性，实现抑制肿瘤细胞生长、增殖的作用，或促使肿瘤细胞因能量供给不足而凋亡、死亡[8]。

2.23-溴丙酮酸促进恶性肿瘤细胞凋亡：凋亡是机体细胞重要的调节方式，当机体细胞受损严重而无法实现自身修复、细胞基因突变致使有癌变倾向或其他严重而不可逆改变时，细胞凋亡相关信号通路会被激活， 诱导细胞自身发生程序化死亡，以维持机体的正常。BAD是已知联系细胞线粒体内糖酵解与细胞凋亡的关联蛋白；3-溴丙酮酸通过抑制HKⅡ活性阻断肿瘤细胞内的糖酵解过程，引起BAD脱磷酸化，使其与凋亡相关Bcl-2家族蛋白的结合位点发生结构改变；BAD与抑凋亡蛋白Bcl-2结合后可抑制细胞凋亡的发生，3-溴丙酮酸改变BAD与Bcl-2家族蛋白的结合活力，促进肿瘤细胞的凋亡[9]。与此同时，HKⅡ能与线粒体外膜电压依赖性的阴离子通道(Voltage-dependent anion channel；VDAC)结合，催化糖酵解途径；VDAC主要调控线粒体内外阴离子、阳离子、ATP及相关代谢产物的进出，可参与细胞的能量代谢、调控细胞凋亡、维持线粒体内外离子平衡等作用；VDAC与Bcl-2家族蛋白相互作用可抑制线粒体内膜空间蛋白的释放(线粒体内膜空间蛋白具有诱导细胞凋亡的作用)，3-溴丙酮酸通过改变HKⅡ与VDAC的结合，使线粒体内膜空间蛋白的释放增多，诱导肿瘤细胞的凋亡[10]。黄小艳等在其关于人宫颈癌Hela细胞的相关研究[11]中指出，经3-溴丙酮酸处理后的Hela细胞胞内染色质聚集、核碎裂、凋亡小体出现等细胞凋亡征象，并且抑制细胞的分裂，使G2/M期细胞比例明显增高。也有文章指出3-溴丙酮酸可以明显上调凋亡启动蛋白Cleaved Caspase3及线粒体凋亡相关蛋白细胞色素C(Cytochrome C)的表达活性，诱发线粒体途径的细胞凋亡过程[12]。X连锁凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein；XIAP)是IAP家族中最新发现的凋亡抑制作用最强的蛋白因子，可以与凋亡启动、执行蛋白分子Caspases家族蛋白结合，使Caspases家族蛋白活性降低，从而抑制细胞凋亡；经3-溴丙酮酸处理后的肝癌细胞内的XIAP的表达活性明显降低，细胞凋亡比例明显增加[13]。综上可知，3-溴丙酮酸可通过多种途径诱导肿瘤细胞的凋亡达到抗癌作用。

2.33-溴丙酮酸抑制肿瘤细胞的迁移、侵袭作用：恶性肿瘤细胞的高侵袭力、易扩散、易转移特点也是影响肿瘤瘤体快速增大的原因之一。上皮-间充质转化(Epithelial mesenchymal transitions；EMT)现象是指在上皮细胞来源的肿瘤发生、发展过程中，肿瘤细胞失去其上皮样细胞的特征，而出现间质细胞的特征，进而获得较强侵袭、转移能力的过程；癌症中常见。冯源在其肝癌Hep3B细胞迁移相关实验结果[14]中指出：经3-溴丙酮酸处理后的Hep3B细胞，HK被抑制、糖酵解水平明显减低，引起Hep3B细胞上皮标志物Occludin mRNA的表达水平增高，间质标志物N-Cadherin mRNA的表达水平降低，提示3-溴丙酮酸可抑制EMT现象以实现抑制肿瘤细胞迁移、侵袭的能力。同时，肿瘤细胞进行迁移、迁徙时，细胞代谢活跃、耗能高，3-溴丙酮酸抑制糖酵解途径以减少ATP的产生，在一定程度上限制了肿瘤细胞的转移[15]。关于3-溴丙酮酸抑制肿瘤细胞迁移、侵袭的研究还在逐步进展之中，相信随着相关研究的不断深入，其作用机制会越来越明朗。

2.43-溴丙酮酸提高某些肿瘤化疗药物的敏感性：化学药物治疗肿瘤是目前临床上常用的肿瘤辅助治疗方法之一，广泛应用于肺癌、结肠癌、乳腺癌、胰腺癌等各种恶性肿瘤，并取得了良好的治疗效果。但化疗药物也会引起一系列的不良反应及副反应，如恶心、呕吐、食欲减退等胃肠道反应，骨髓抑制及肝肾功能损伤等，严重时可能会恶化患者病情、降低患者生活质量；另一方面，随着化疗药物的应用剂量增大、周期延长及不合理应用等，肿瘤细胞对化疗药物的耐药性问题也日益凸显。

有研究指出，3-溴丙酮酸不仅对部分恶性肿瘤细胞直接发挥抗肿瘤作用，而且还会使具有耐药性的肿瘤细胞对化疗药物的耐药性明显降低[16-17]。赵素容等在关于肝癌HepG2、SMMC7721细胞的研究中指出3-溴丙酮酸与顺铂可以发挥协同促进肝癌细胞凋亡[13]；3-溴丙酮酸对肺癌细胞也有较强的抑制作用，与化疗药物联合应用时也可产生协同抗肿瘤作用[18]；此外，3-溴丙酮酸在鼻咽癌[19]、结肠癌[20]、神经母细胞瘤[21]等肿瘤细胞的体外实验中也会与化疗药物发挥协同抗癌作用。考虑：3-溴丙酮酸可增强化疗药物对恶性肿瘤细胞的敏感性，以协同增强抗癌作用。

3 3-溴丙酮酸的安全性

3-溴丙酮酸作为常见的化学药剂，在临床上的使用范围有限，关于其临床应用的致死毒副反应未见明确报道。Geschwind等[22]在家兔肝癌的研究中发现：3-溴丙酮酸经肝动脉注射治疗后，肝癌组织的活细胞率明显降低，但肿瘤周围正常组织及其他脏器无明显改变。在人淋巴瘤的基础研究中，3-溴丙酮酸可在体外杀死人类淋巴瘤Raji细胞，在小鼠体内也会对人淋巴瘤发挥杀灭作用，但对小鼠肿瘤周围正常组织及其他脏器无明显影响[23]。考虑3-溴丙酮酸可能对依赖氧化磷酸化途径供能的正常机体细胞无明显毒性作用；但关于3-溴丙酮酸的临床安全问题仍需要进一步证明。

4 问题与展望

自3-溴丙酮酸抗肿瘤理论提出以来，国内外关于3-溴丙酮酸抗癌的相关研究还局限于肿瘤能量代谢、凋亡等领域，拓展领域还是比较局限，相关研究也并不算充足，其更具体的抗癌机制仍有待人们进一步发现；其临床安全性问题也有待确定。如3-溴丙酮酸的抗癌相关机制及药品安全性问题得以明确，其有待成为新一代的抗癌药物或辅助抗癌药物，必定为肿瘤患者带来福音。

5 总结

3-溴丙酮酸作为一种常见的化学药剂，廉价且易获得；综上所述： 3-溴丙酮酸具有较为明确的抗癌作用，并可能通过抑制肿瘤细胞内的有氧糖酵解供能、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞转移能力等途径发挥其抗癌作用，有待成为临床上新的抗癌药物。