抗氧化药在肿瘤防治过程中的应用进展Δ

王晓琴，王振华，刘梅，张波#

（1.石河子大学药学院，石河子市 832002；2.石河子大学医学院，石河子市 832002）

抗氧化药在肿瘤防治过程中的应用进展Δ

王晓琴1＊，王振华1，刘梅2，张波1#

（1.石河子大学药学院，石河子市 832002；2.石河子大学医学院，石河子市 832002）

目的：为肿瘤的有效化学预防及新的治疗策略提供思路。方法：以H2O2与肿瘤发生、发展、凋亡的关系为基础，探讨了抗氧化药与过氧化氢（H2O2）的关系及其在肿瘤防治过程中的不同作用。结果与结论：肿瘤在新生、增殖、浸润、转移等各阶段都依赖于H2O2，因此可以通过药物改变细胞内H2O2的含量来影响其生长。对于具有体外抗氧化性药物的实际抗肿瘤作用，目前并未建立明确的评价策略，这就要求在使用这些药物时，必须注意使用剂量、对象并建立合理的体内评估机制。

过氧化氢；抗氧化药；凋亡；肿瘤细胞

肿瘤细胞的生成、生长过程与过氧化氢（H2O2）密切相关，较高浓度的H2O2被认为是维系其恶性表型的关键因素。早期体外研究认为，抗氧化药可以被用于肿瘤的辅助治疗，但近年来发现一些抗氧化药在肿瘤实际防治过程中的具体作用值得商榷，如药物浓度改变、药物氧化还原特性改变等。抗氧化药对肿瘤细胞具有怎样的作用，如何评价这些抗氧化药？本文综述了抗氧化药在肿瘤防治时面临的困难，并对相关原因进行探讨，以期为肿瘤化疗提供新的思路。

1 肿瘤细胞生成生长的根源：H2O2

肿瘤细胞具有大量增殖、抵抗凋亡、诱导血管新生及侵润和转移的能力，这都与H2O2的积累密切相关（肿瘤细胞内存在较高水平的H2O2）[1，2]。有研究发现肿瘤细胞内H2O2是由线粒体直接释放的，在过氧化物酶体增殖物激动药诱导肿瘤新生的过程中发现H2O2会大量积累。近年来，随着哺乳动物烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶家族（NOXs）的发现，人们认识到肿瘤细胞通过细胞膜途径产生H2O2[3]。如果升高细胞内H2O2清除酶的含量，肿瘤细胞的这些恶性表型就会逆转[2]。此外，肿瘤新生过程中也会积累大量的H2O2并引起脱氧核糖核酸（DNA）损伤（如严重的DNA氧化损伤标志——8-羟基-2’-脱氧鸟苷（8-OHdG）[4]），与肿瘤恶性表型相关的基因被激活，并引起与细胞增殖、分裂相关基因的转录（环氧合酶-2（COX-2）、基质金属蛋白酶（MMP）及细胞周期蛋白B1）。另外H2O2还会引起Fenton反应，产生强氧化性的·OH并与嘌呤、嘧啶发生加合反应，引起基因突变及肿瘤新生[5]。所以H2O2的大量产生被认为是癌变过程中的关键因素，肿瘤细胞的形成和生存依赖于细胞内高水平的H2O2[2]。

2 肿瘤细胞生长调控的靶点：H2O2

由于肿瘤细胞与H2O2关系密切，肿瘤细胞内H2O2成为其正常生长的调控因素[6]。

上调肿瘤细胞内H2O2会引起细胞凋亡。目前认为H2O2可以通过蛋白激酶（MAPK）途径使氧化还原敏感的转录因子及其应答基因活化，促进了肿瘤细胞的增殖。低浓度的H2O2是作为信号分子调控细胞生长，但当H2O2的量超过临界值时，MAPK途径会过度活化，使得细胞周期受到阻滞，甚至引发凋亡。这一过程可以通过上调H2O2酶的表达来逆转[2]。槲皮素（Quercetin）通过引起H2O2的积累诱导HL-60细胞凋亡并导致DNA损伤（在细胞中能检测到8-OHdG）。而抗H2O2的HL-60细胞HP-100经槲皮素处理后未发现8-OHdG[7]。上调肿瘤细胞内H2O2的含量来突破其所能承受的氧胁迫极限是杀死肿瘤细胞的方法之一。临床上广泛使用的化疗药物如紫杉醇、三氧化二砷、他莫昔芬、阿霉素均以提高细胞内H2O2含量来达到治疗目的的[8～10]。

下调肿瘤细胞内H2O2也会引起细胞凋亡。肿瘤细胞对H2O2的依赖性很强，下调细胞内H2O2，蛋白磷酸化就会受到抑制，使得由H2O2所引发的信号通路断路，最终抑制了细胞增殖。很多抗肿瘤药都有抗氧化性，如芹菜素可以通过清除H2O2来抑制表皮生长因子受体（EGFR）酪氨酸的磷酸化和下游MAPK的磷酸化，最终导致人甲状腺未分化肿瘤细胞增殖受到抑制，并诱发凋亡。染料木黄酮、植酸、异甘草素、白藜芦醇、茶多酚[11]等抗氧化药均被发现能诱导肿瘤细胞凋亡。比如紫外线（UV）-B可以使细胞产生大量的H2O2，增加了ERK、JNK、p38MAPK的磷酸化，而茶多酚、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）等酚类物质可以通过清除H2O2抑制由UV-B引起的人表皮角质细胞中MAPK的活化。对于肿瘤细胞，肿瘤坏死因子（TNF）能够刺激细胞H2O2的积累并活化MAPKK及下调JNK的表达，而白藜芦醇却能够阻止TNF引起的上述现象，并限制TNF诱导的U-937、Jurkat、HeLa以及H4神经胶质瘤细胞内核因子（NF）kB因子的活化，进而抑制细胞增殖。

由此可见，升高或降低H2O2水平来控制肿瘤细胞生长或诱导其凋亡是肿瘤防治的一个途径。但仔细考虑升高H2O2的做法，会发现这样的问题：如何才能保证H2O2升高到肿瘤细胞凋亡所需要的浓度？如果药物在体内靶细胞处并未达到有效的浓度，是否会促进肿瘤细胞增殖？如何控制药物引起的H2O2的升高只局限于肿瘤细胞而不会对正常细胞造成氧胁迫损伤？这些问题提示我们使用抗氧化药来降低细胞内H2O2的含量来防治肿瘤应理性。

3 H2O2在抗氧化药防治肿瘤过程中的角色

理想的肿瘤防治药物应该对正常细胞无毒副作用，遗憾的是目前很多临床应用的抗氧化药在肿瘤防治过程中却是把双刃剑。常见的一些抗氧化药所具有的酚羟基本身就具有氧化还原双重特性，比如将EGCG、槲皮素、没食子酸分别加入细胞培养基中都发现有大量H2O2产生。H2O2进入到正常细胞内会诱发肿瘤、炎症、衰老、血液病以及心、肝、肺、皮肤等方面的病变。常用的抗氧化药如β-胡萝卜素、维生素E、维生素C、姜黄素、辣椒素的助氧化作用也逐渐引起人们的关注[12，13]。这些药物到底是降低还是升高细胞内H2O2水平依赖于使用的浓度。如多酚类抗氧化药低浓度时能够活化MAPK通路，调节谷胱甘肽转移酶和NADPH氧化酶的表达，使细胞继续生存；高浓度时则可以通过Caspase途径诱导凋亡。也有报道认为这是由于药物对不同细胞有不同的氧化还原作用，如Leung等人发现木犀草素抑制人肺鳞癌CH27细胞凋亡是依赖于其抗氧化活性[14]，而Ju等人却发现木犀草素诱导人肺癌细胞凋亡是由于其能导致活性氧簇（ROS）的大量积累[15]。目前还不明确这些抗氧化药的抗肿瘤作用是仅依赖于抗氧化性还是仅依赖于助氧化性，或者是通过其他途径。这些药物的体外抗氧化结果也有可能是多重作用的最终复合结果。

4 体外实验指导临床应用时面临的困难

鉴于肿瘤与H2O2的密切关系，最早的实践是直接使用H2O2来治疗肿瘤。1957年Holman发现给植入腺癌Walker256的小鼠饮用含45%H2O2的水15～60d就使50%～60%的小鼠痊愈。另有研究也发现给欧利希氏癌的荷瘤小鼠饮用H2O2可以降低死亡率。之后大量体外实验表明H2O2能诱导多种肿瘤细胞凋亡，人们认识到H2O2的抗癌功效，甚至称之为医学奇迹。但随后体内研究发现动物的抗氧化酶会影响到H2O2的实际应用，使靶细胞难以达到凋亡所必需的氧化水平。这就是说，直接使用外源H2O2不可能达到预期的效果，所以人们再一次倾向于使用抗氧化药来辅助治疗癌症。但是，药物在体内真能按照其体外实验表现的抗氧化性来下调H2O2吗？近年来，人们结合体内外实验结果对抗氧化药的实际作用产生了质疑。如白藜芦醇在浓度高于20μmol·L－1时，对多种细胞株体外实验均表现为明显的抑制生长及诱导凋亡作用；但当浓度降低至4～8μmol·L－1时却对H2O2诱导的HL-60细胞凋亡产生抑制作用。这看似矛盾的结果使我们不禁要问，白藜芦醇在人体内的血药峰值浓度是多少？小鼠每日经口高剂量摄入白藜芦醇50mg·kg－1，白藜芦醇的血药浓度低于10μmol·L－1。而人对白藜芦醇的生物利用度表明，摄入360μg·kg－1浓度的白藜芦醇（是葡萄酒中白藜芦醇浓度的20倍），30min内其血药浓度峰值仅为20μmol·L－1，且其血浆内半衰期仅为12～15min，如此低浓度的白藜芦醇可能会抑制肿瘤细胞凋亡。另外Chen等人[16]发现维生素C体外诱导肿瘤细胞凋亡是由于其导致H2O2的大量产生，而且另外一些研究都显示维生素C对肿瘤的治疗是有效的。这使得将维生素C作为肿瘤治疗的辅助药物争议颇多。小剂量的维生素C不足以产生足够浓度的H2O2，而大量的维生素C可促使金属离子发生Fenton反应，产生·OH，有诱发正常细胞癌变的可能。这表明维生素C能防治肿瘤还是具有致癌性，依赖于它在细胞中的浓度[17]。Heaney等人[18]也发现维生素C会影响多种抗肿瘤药的治疗效果。还有被用于作为癌症辅助治疗的维生素E最近也被证明在高剂量时会增加全因死亡率[19]。可见抗氧化药的体内过程可能与体外研究结果并不一致，使用时还需注意使用剂量及血药浓度。

5 总结与展望

全球每年有600万人因肿瘤死亡，化学防治是目前主要的控制途径，其有效实施依赖于人们对肿瘤生长调控机制的深入认知。现有证据表明肿瘤在新生、增殖、浸润、转移等各阶段都依赖于H2O2，因此可以通过药物改变细胞内H2O2的含量来影响其生长。目前临床上使用的很多抗肿瘤药都有抗氧化活性，通过清除H2O2使细胞缺乏了需要借助氧活化的信号分子，以致细胞周期受阻，凋亡启动。但这些药物也会成为助氧化剂，使细胞产生H2O2，如果超出了细胞所能够耐受的范围，凋亡也会开启。不幸的是，药物也可能会使正常细胞内H2O2含量升高，诱发正常细胞癌变。也就是说一个药物究竟是抑制肿瘤生长还是反其道而行之，可能依赖于到达靶细胞时的浓度，或者对不同的细胞有不同的效应。这方面的研究还有待深入。对于这些具有体外抗氧化性的药物实际的抗肿瘤作用，目前并未建立明确的评价策略，这就要求在使用这些药物时，必须注意使用剂量、对象并建立合理的体内评估机制。

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R979.1

A

1001-0408（2011）18-1716-03

Δ国家自然科学基金资助项目（30760058）；石河子大学高层次人才启动资金专项（RCZX200759）；石河子大学“自然科学与技术创新”重点项目课题（ZRKX2009ZD01-3）

＊硕士，讲师。研究方向：肿瘤药理学。电话：18799286133。E-mail：xinlangwangxq@sina.com

＃通讯作者：副教授，博士。研究方向：肿瘤药理学。电话：0993-2057150。E-mail：bozhang_lzu@126.com

2010-06-13

2010-09-20）

·药师与临床·