銅死亡在鼻咽癌治療中的作用研究進(jìn)展

吳敏,葉惠平

(貴州醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院 耳鼻咽喉科,貴州 貴陽 550000)

鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma,NPC)作為一種具有地域及民族分布特征的惡性腫瘤,其發(fā)病趨勢逐年上升[1]。在中國華南地區(qū)、東南亞等地特別普遍[2]。由于NPC對放療敏感,目前放療仍是其主要治療方式,但放療對早期NPC控制率較高,局部晚期NPC患者放療效果不太好[3]。目前的研究表明,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞銅死亡的發(fā)生是一種比較有效的降低癌細(xì)胞耐藥性的方法[4]。Tsvetkov等[5]銅死亡發(fā)生是由銅與三羧酸循環(huán)脂質(zhì)成分直接結(jié)合產(chǎn)生的,引起脂質(zhì)?；鞍拙奂?、鐵硫簇蛋白丟失,進(jìn)而引起蛋白毒性應(yīng)激,最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡,涉及各腫瘤的發(fā)生發(fā)展和治療,我們發(fā)現(xiàn)它在抗腫瘤領(lǐng)域具有廣闊的前景和潛力。因此,本文就銅死亡的作用機(jī)制及在NPC治療中的作用研究進(jìn)展綜述如下。

1 銅死亡的概述

不同的細(xì)胞死亡機(jī)制有不同的細(xì)胞死亡方式,常見的是細(xì)胞凋亡、壞死性凋亡、細(xì)胞焦亡和鐵死亡等[4]。與鐵死亡一樣,銅是所有生物體不可缺少的微量元素,通常在哺乳動物細(xì)胞中維持在非常低的水平。Tsvetkov等[5]提出的銅死亡依賴于銅,是一種新的死亡方式,與線粒體呼吸密切相關(guān)。朱潔潔等[6]近來研究發(fā)現(xiàn),銅離子含量超載或缺乏可導(dǎo)致各種疾病[7-9]?？傊?銅死亡的發(fā)生是通過銅與三羧酸循環(huán)脂質(zhì)成分的直接結(jié)合,引起脂質(zhì)?；鞍椎木奂?、Fe-S簇蛋白的丟失,進(jìn)而引起蛋白毒性應(yīng)激,最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

2 銅死亡的抗腫瘤作用機(jī)制

2.1 銅的泛素-蛋白酶體抑制劑抗癌

目前已知泛素-蛋白酶體系通過控制細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的降解,在細(xì)胞增殖和分化中起重要作用[10]。蛋白酶體抑制劑可以誘導(dǎo)細(xì)胞色素C侵入細(xì)胞質(zhì),激活caspase級聯(lián)反應(yīng),進(jìn)一步誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡[11]。一些含有過渡金屬(如銅、錳和金)的配合物,對蛋白酶體有抑制作用[12]。Cu2+可通過直接結(jié)合和部分氧化還原作用機(jī)制抑制蛋白酶體。目前,蛋白酶體抑制劑硼替佐米已應(yīng)用于多發(fā)性骨髓瘤等疾病的治療[13],硼替佐米聯(lián)合環(huán)磷酰胺作為誘導(dǎo)治療,可使80%以上的初診多發(fā)性骨髓瘤患者獲得緩解[14]。Chen等[15]研究發(fā)現(xiàn),雙硫侖-Cu2+配合物使乳腺癌細(xì)胞內(nèi)蛋白酶體活性持續(xù)受到抑制,致使泛素化蛋白增加,得出Cu2+可抑制蛋白酶體系統(tǒng)的結(jié)論。

2.2 銅的氧化應(yīng)激抗癌

Cu2+載體與銅結(jié)合時(shí)產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species, ROS),可誘導(dǎo)氧化應(yīng)激,損傷DNA,導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯[16]。在正常生理狀態(tài)下,機(jī)體會產(chǎn)生少量的ROS參與機(jī)體正常代謝,體內(nèi)也存在抑制和清除ROS反應(yīng)的機(jī)制[17],當(dāng)該機(jī)制被破壞時(shí),過量的ROS可以直接作用于細(xì)胞,引起細(xì)胞死亡,引起疾病的產(chǎn)生[18]。腫瘤細(xì)胞通?？梢酝ㄟ^提高細(xì)胞內(nèi)ROS水平來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移[19]。Cu2+載體與銅結(jié)合時(shí)產(chǎn)生ROS,介導(dǎo)的線粒體蛋白毒性應(yīng)激引起銅死亡[20]。由此說明,通過銅與其配合物結(jié)合產(chǎn)生活性氧,形成氧化應(yīng)激,激活凋亡通路,誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡。因此,銅可以通過產(chǎn)生活性氧來誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡[21]。

2.3 銅依賴性細(xì)胞死亡

銅的狀態(tài)可以被用作癌癥易感性的標(biāo)桿,通過銅螯合劑耗盡銅池,驅(qū)動腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移途徑。據(jù)報(bào)道,銅與鉑類抗腫瘤化合物的耐藥性有關(guān),可作為癌癥聯(lián)合治療中的放射性治療劑[22]。目前的研究發(fā)現(xiàn)雙硫侖和伊利司莫,這兩種Cu2+載體可以殺死特定的耐藥性癌細(xì)胞[23]。雙硫侖的抗癌作用需要Cu2+參與,并快速轉(zhuǎn)化二乙基二硫代氨基甲酸銅,蓄積在腫瘤中,使大量的廢棄蛋白過度蓄積在細(xì)胞內(nèi),最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[24]。伊利司莫結(jié)合細(xì)胞外Cu2+,并將Cu2+從細(xì)胞外轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi),導(dǎo)致線粒體內(nèi)銅的持續(xù)堆積,最終誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[25]。由此可見,銅結(jié)合化合物在治療癌癥方面具有很大的潛力,能夠選擇靶向癌細(xì)胞的新型銅結(jié)合化合物,在癌癥的治療中逐漸受到歡迎。

2.4 銅的血管生成抑制劑抗癌

Folkman等[26]提出腫瘤進(jìn)展需要啟動腫瘤血管生成,早期快速生長的腫瘤出現(xiàn)大量血管化。銅是血管生成信號級聯(lián)中重要的輔助因子,銅是促進(jìn)血管生成的重要因素[27]。Cu2+與缺氧誘導(dǎo)因子結(jié)合,可降低缺氧誘導(dǎo)因子,血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)也相應(yīng)減少,減少血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖,減少血管通透性,難以維持血管內(nèi)皮完整性,引起細(xì)胞死亡[28]。有研究表明,銅可以直接刺激內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和增殖以及纖維連接蛋白的合成[16]。銅釋放的大量促血管生成因子促進(jìn)腫瘤細(xì)胞和腫瘤募集的巨噬細(xì)胞間的炎癥性干擾,刺激局部血管生成[29]。四硫鉬酸鹽通過降低銅濃度和降低血管生長相關(guān)因素,被用于抑制血管生成[13]。銅促進(jìn)血管生成的重要作用是使銅螯合劑成為治療腫瘤的有效血管抑制劑。

3 銅死亡在NCP治療中的作用研究進(jìn)展

由于NPC早期缺乏明顯的癥狀,導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)時(shí)通常已至晚期,易于復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。時(shí)至今日,NPC仍主要應(yīng)用多學(xué)科綜合序貫治療,包括手術(shù)切除、化療和放療聯(lián)合治療方法,但患者預(yù)后情況不容樂觀。順鉑作為一線化療藥物,與其他化療藥物、放射治療相結(jié)合,在臟器功能的保存中發(fā)揮著重要作用[30]。然而,和其他類型癌癥一樣,NPC對順鉑的耐藥性始終得不到有效降低。因此,為了改善治療效果,需要一種降低癌組織順鉑耐藥性的新方法。目前研究表明,通過誘導(dǎo)銅死亡的方式可以降低癌組織對順鉑的耐受性[31]。同時(shí),與銅死亡有關(guān)的藥物也能有效地促使癌細(xì)胞死亡,同時(shí)又不影響正常組織。這為提高NPC患者術(shù)后生存率提供了新的思路。

3.1 泛素單蛋白酶體通路(ubiquitin-proteasome pathway,UPP)在NPC治療中的作用

Zhou等[32]確認(rèn)NPC的癌細(xì)胞阻斷物UPP能夠誘導(dǎo)凋亡促進(jìn)蛋白的表達(dá)提高,同時(shí)觀察凋亡抑制蛋白表達(dá)的提高。硼替佐米是第一個(gè)臨床批準(zhǔn)的蛋白酶體抑制劑,用于對幾種癌癥的抗腫瘤活性[33]。硼替佐米對NPC細(xì)胞有放療增敏作用,抑制蛋白酶體活性,阻斷細(xì)胞內(nèi)多種調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白降解,可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡[34]。雙硫侖可抑制蛋白酶的活性,引起多泛素化蛋白的積累以及細(xì)胞毒素蛋白的聚集,并導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡[35]。 雙硫侖-Cu2+可以與順鉑聯(lián)合使用,在體內(nèi)耐受性良好,可顯著抑制NPC組織的生長[36]。UPP作為銅死亡調(diào)控通路中關(guān)鍵的途徑之一,經(jīng)常通過靶向UPP并抑制其表達(dá),進(jìn)而誘導(dǎo)銅死亡的發(fā)生,發(fā)揮著顯著的抗腫瘤效果。目前NPC治療中對銅死亡相關(guān)藥物的應(yīng)用較少,尚未觀察到銅死亡藥物作為腫瘤抗癌藥物的可靠療效,今后仍需進(jìn)一步研究探索,篩選出更多有效治療藥物,為NPC患者的個(gè)體化治療提供理論依據(jù)。

3.2 ROS和谷胱甘肽在NPC治療中的作用

ROS引起的脂質(zhì)超氧化反應(yīng)被認(rèn)為是目前銅死亡的生物化學(xué)特征。雙硫侖被用作鐵、銅和鋅的有效螯合劑,通過破壞含銅的呼吸酶。雙硫侖-Cu2+可能影響ROS水平,誘導(dǎo)線粒體功能改變、氧化還原水平失衡、氧化應(yīng)激反應(yīng),進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞死亡[30]。用雙硫侖-Cu2+可以增強(qiáng)其逆轉(zhuǎn)耐藥性癌細(xì)胞化學(xué)耐藥性的活性[37]。雙硫侖-Cu2+可以通過激活ROS/MAPK信號通路誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生并導(dǎo)致NPC細(xì)胞凋亡[30]。進(jìn)一步研究表明,精氨酸可通過誘發(fā)NPC細(xì)胞中鐵離子濃度升高、ROS聚集、GSH損失誘導(dǎo)鐵死亡,發(fā)揮其抗腫瘤活性[38],相應(yīng)的青蒿琥酯可能聚集ROS,消耗谷胱甘肽,誘導(dǎo)銅死亡,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡。上述藥物在NPC中銅死亡的發(fā)生與耐藥性有很大的相關(guān)性,但具體作用機(jī)制尚未完全闡明,需要進(jìn)一步探索。

3.3 銅配合物在NPC治療中的作用

目前認(rèn)為銅是抗腫瘤藥物的候選金屬材料[39]。Cu2+與雙硫侖配合物通過產(chǎn)生活性氧誘導(dǎo)頭頸部腫瘤細(xì)胞死亡[40]。伊利司莫也是一種銅離子載體,目前為抗癌藥物,其可與Cu2+絡(luò)合形成配合體。結(jié)腸癌細(xì)胞中,伊利司莫和銅聯(lián)合處理導(dǎo)致銅滯留,引起活性氧累積,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。在NPC中,當(dāng)引起ROS平衡紊亂時(shí),可以誘導(dǎo)顯著的細(xì)胞周期停滯和凋亡[36],因此伊利司莫可能會消耗谷胱甘肽,誘導(dǎo)銅死亡,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡,可能作為治療NPC的藥物。銅配合物可通過影響銅穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)過程在鉑類藥物的治療中發(fā)揮重要作用[40]。上述的藥物都可能用來治療NPC,其機(jī)制有待研究。

3.4 VEGF在NPC治療中的作用

VEGF可誘導(dǎo)新生血管生成,在NPC淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[41]。另有研究顯示,轉(zhuǎn)移性NPC患者的血清VEGF水平顯著升高[42]。二氫亞特米西寧是青霉素的半合成衍生物,是治療惡性瘧疾的有效藥物。最近的研究發(fā)現(xiàn),二氫亞特米西寧通過促進(jìn)NPC細(xì)胞的凋亡、誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和自噬、抑制血管生成,抑制癌細(xì)胞的侵入和遷移,顯示抗腫瘤活性[43]。貝伐珠單抗是最早用于治療NPC的抗血管生成藥物之一,能夠選擇性地與VEGF結(jié)合,抑制腫瘤新生血管的生成。VEGF在NPC中高表達(dá),與預(yù)后相關(guān),提供抗血管新生治療所需的靶點(diǎn)。此外,抗血管生成治療具有誘導(dǎo)腫瘤血管正?；淖饔?這為抗血管生成協(xié)同治療、化療、免疫治療及其他治療手段創(chuàng)造了有利條件,已在臨床試驗(yàn)中取得初步成果,但其不良反應(yīng)尤其是出血及心血管事件等應(yīng)引起高度重視?？寡苌芍委烴PC的臨床應(yīng)用模式將進(jìn)一步優(yōu)化,改善NPC尤其是進(jìn)展期NPC患者的預(yù)后。

4 小結(jié)與展望

最近,Tsvetkov等[5]將銅死亡確定為新的程序性細(xì)胞死亡。銅死亡是一種多信號通路機(jī)制,由多細(xì)胞器、表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄、翻譯后修飾等多個(gè)層面組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)過程。研究發(fā)現(xiàn),銅代謝失衡會嚴(yán)重影響心臟和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育,并對肝臟的正常代謝產(chǎn)生一定的影響[44]。由遺傳變異引起的銅穩(wěn)態(tài)失衡甚至可能導(dǎo)致危及生命的疾病,如威爾遜氏癥[45]和帕金森病[40]。此外,據(jù)報(bào)道血清銅濃度降低與子宮內(nèi)膜癌的發(fā)展有關(guān)[46]。在頭頸部惡性腫瘤的進(jìn)展中也觀察到銅穩(wěn)態(tài)的不平衡[47]。因此,最近用于調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞凋亡的銅死亡信號途徑正在成為一種新的有效的抗腫瘤策略,相應(yīng)地也產(chǎn)生了銅死亡藥物。據(jù)報(bào)道,銅與鉑類抗腫瘤化合物的耐藥性有關(guān),可作為癌癥聯(lián)合治療中的放射性治療劑[48]。銅還可以通過與雙硫侖結(jié)合來增強(qiáng)患者的抗腫瘤能力[49]。NPC對放療效果較敏感,但對局部晚期NPC患者的效果較差,因此,將銅死亡用于NPC的治療具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值。

NPC經(jīng)常以UPP為靶點(diǎn)抑制表達(dá),誘導(dǎo)銅死亡,發(fā)揮明顯的抗腫瘤效果;相比之下,銅絡(luò)合物可以通過影響銅穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)過程對鉑類藥物的治療起重要作用;最后,銅穩(wěn)態(tài)失衡抑制了腫瘤細(xì)胞的血管生成,這都表明銅死亡作為NPC治療的新靶點(diǎn)。

本文闡述了銅死亡在NPC治療中的作用,為銅死能降低癌組織對順鉑的耐藥性提供了機(jī)制基礎(chǔ)。因此,銅死亡可作為NPC治療的新靶點(diǎn),但其具體療效有待進(jìn)一步臨床驗(yàn)證。