锑化合物的毒性作用及临床应用研究概况

王玉婷，武红叶，曾 明

（1.中南大学湘雅公共卫生学院卫生毒理学系，湖南长沙410078；2.山西省大同市疾病预防控制中心，山西大同037009）

锑（antimony，Sb）是一种常见的重金属，自然界中主要以化合物形式存在，分无机和有机2种形态。无机形态主要是三氧化二锑（antimony trioxide，Sb2O3）、三氯化锑（antimony trichloride，SbCl3）、三硫化锑（antimonous sulfide，Sb2S3）、酒石酸锑钾（potassium antimony tartrate，PAT）和葡甲胺锑酸盐（meglumine antimoniate，MA）等；有机形态主要是甲基和三乙基的衍生物。锑化合物的毒性差异很大，元素锑比无机锑盐毒性大，三价锑（Sb3+）比五价锑（Sb5+）毒性大，硫化物毒性大于氧化物。我国的锑资源最为丰富，储存量约95万吨，其中湖南的锡矿山被称“世界锑都”。有研究者发现，湖南省矿山附近水稻和蔬菜中锑浓度分别为3.507和1267.2 mg·kg-1［1-2］。根据前期研究的摄入量和人均消耗量等结果，计算出人体慢性日摄入量超过WHO制定的人体每天通过饮食长期性摄取锑的参考限量标准0.4 μg·kg-1，表明长期食用该类食物可能会导致锑慢性中毒。除食物摄入外，锑及其化合物还可通过阻燃材料、塑料和油漆等工业生产等多种职业接触途径进入人体。潘兴富等［3］抽取我国8个省份的血液样本，发现锑元素含量中位数男女分别为3.42和3.48 μg·L-1，而大部分国家血液中锑含量均＜1 μg·L-1。研究表明，锑化合物急性中毒会造成头晕、心律紊乱、血压下降和血尿等症状，而慢性中毒可引起头痛、锑性皮炎和胃肠炎等毒性作用［4］。锑化合物在临床治疗上也有重要作用，我国曾是血吸虫病的高发区，自20世纪以来，锑剂一直是抗利什曼病及黑热病的一线药物。临床上锑剂还可作为示踪剂，用于乳腺癌前哨淋巴结活检［5-6］。虽锑剂尚未批准用于治疗癌症，但有研究表明，其对白血病细胞有特异性杀伤作用，具有临床应用潜力［7］。我国作为锑资源大国，由此导致的污染和健康问题已引起学术界的关注和重视。本文将对锑化合物的毒性作用及临床应用进行综述。

1 毒性作用

锑进入人体后，与血红蛋白结合，通过红细胞输运，广泛分布在肝、肾、心、甲状腺、骨骼和毛发中，长期接触可导致锑在组织中蓄积，对器官造成慢性损害。Coelho等［8］对大鼠静脉注射MA 21 d后，发现组织中24 h内锑残留浓度顺序是肾＞肝和肺＞心＞睾丸＞脑。流行病学调查发现，长期低浓度接触锑的冶炼工人的皮肤、心、肝和肺等组织器官出现不同程度的损害［9］。大鼠PAT的亚慢性实验（13周）结果显示，高剂量组（500 ppm）肝谷胱甘肽巯基转移酶活性升高，1只雄性大鼠出现肝硬化，3只有血尿，其他剂量组还可观察到甲状腺滤泡上皮细胞柱状化和垂体细胞空泡化等改变［10］。

1.1 器官毒性

1.1.1 肝毒性

锑化合物属亲肝性化合物，吸收进入体内易在肝蓄积，造成肝损害。职业性锑中毒患者可见明显肝肿大和血清谷丙转氨酶活性增加［11］。锑剂治疗时可引起明显的肝损害，尤其是突击疗法时更为严重，患者出现肝肿大、压痛和谷丙转氨酶升高等，严重者可发生急性肝坏死和肝昏迷［12］。有调查发现，某锑矿区重度慢性锑中毒患者中谷丙转氨酶和谷草转氨酶均明显升高，血清玻璃酸（透明质酸）和Ⅳ型胶原等肝纤维化指标也显著升高，提示慢性锑中毒可影响肝功能，严重者可引起肝硬化进而导致死亡［13］。Grimaldi等［14］用MA以人类治疗标准剂量（每天20 mg·kg-1）和低剂量（每天5 mg·kg-1）处理已感染利什曼的猕猴，发现2组猕猴肝组织均有肝细胞坏死和炎症细胞浸润。研究认为，锑化合物是通过与肝线粒体中的谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）结合，促进氧化应激反应，肝组织内脂质过氧化物累积，P450等氧化相关酶活性降低，从而导致炎症和凋亡。李姝等［15］发现，低浓度SbCl3可使小鼠肝丙二醛含量增加，可能的原因是低浓度Sb3+具有免疫佐剂的功效，使机体处于氧化应激态，肝细胞脂质过氧化加强。Coelho等［16］将MA经皮下注射到小鼠体内，发现重复给药会降低小鼠肝CYP1A活性。重金属损伤组织细胞的机制除促进脂质过氧化破坏膜结构以及干扰酶活性导致胞内代谢紊乱，还可通过诱导细胞周期改变促进肝细胞凋亡，从而损伤肝组织。体外研究结果显示，低浓度PAT会造成L-02细胞S期阻滞和凋亡，高浓度PAT则引起G1期阻滞和细胞坏死［17］。这提示诱导细胞周期改变和凋亡可能是PAT引起肝损伤的重要原因，但其机制是否与氧化应激导致线粒体跨膜电位下降从而触发细胞凋亡的级联反应有关，仍需进一步研究。

1.1.2 心脏毒性

锑化合物对动物和人类都可造成心功能改变和毒性。2010年，美国国家健康和营养调查（National Health and Nutrition Examination Survey，NHANES）数据显示，充血性心力衰竭及心脏病死亡率与尿锑水平有相关性［18］。陈德明等［19］对锑作业工人检查发现，暴露组心电图部分项目异常率高于对照组，以ST-T改变和窦性心律不齐为主，其次可见窦性心动过缓，左心室高电压和传导阻滞等改变。Thakur等［20］报道，用葡萄糖锑钠治疗利什曼原虫病，80名患者中40%有心电图改变，5%死于心脏毒性。

目前，锑化合物引起心脏毒性的机制尚无定论，研究认为可能与下列机制有关：锑化合物可抑制心肌细胞内抗氧化酶活性，促进活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成，引起氧化与抗氧化失衡而导致细胞氧化损伤，破坏胞膜结构及功能，导致细胞内钙超载，引起心肌细胞损害。Bento等［21］发现，MA可使小鼠心脏等器官蛋白质羰基化和脂质过氧化水平增加，超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性降低，表明MA会引起小鼠体内氧化应激反应。用PAT 50和100 μmol·L-1处理心肌细胞2 h后，GSH水平及GSH-Px和丙酮酸脱氢酶的活性明显降低，用PAT处理4 h后，心肌细胞ATP水平也减少［22］。Toraason等［23］体外研究发现，在低浓度锑（5和10 μmol·L-1）处理心肌细胞24 h后可导致游离钙离子失衡而引起细胞损伤。但又有研究显示，PAT 5和10 μmol·L-1刺激新生大鼠心肌细胞18 h后，细胞内GSH水平上升，热休克蛋白70（heat shock protein 70，HSP70）和HSP25/27等应激蛋白大量表达；心肌细胞经PAT 0.5～10 μmol·L-1预处理48 h后再接受PAT 200 μmol·L-1的暴露，可使细胞释放的乳酸脱氢酶呈浓度依赖性下降，加入蛋白合成抑制剂则会破坏这种耐受现象［24］。推测低浓度PAT可诱导细胞产生应激反应，使得GSH水平增加，从而保护心肌细胞耐受后续更高水平的锑暴露，而GSH的升高可能与低浓度PAT诱导心肌细胞γ-谷氨半胱氨酸合成酶表达上调有关。

1.1.3 肾毒性

进入体内的锑大部分随尿液排泄，因此肾也成为锑化合物的靶器官之一。对锑冶炼厂工人流行病学调查显示，接触组工人尿锑和肾损伤程度明显高于正常对照组，且尿蛋白含量随其锑作业工龄增长而升高［25］。锑化合物对肾细胞的损害机制主要为破坏细胞膜完整性并抑制细胞内能量产生，从而影响细胞内离子稳态，最终导致细胞肿胀和溶解。Rashedy等［26］发现，Sb2S3经口染毒12周后，大鼠肾小球结构被破坏，细胞出现空泡化，近曲小管基底膜增厚、微绒毛缺失，远曲小管管腔堵塞，有大量组织碎片存在；血尿素、血清肌酐、血清钠和钾水平升高。Verdugo等［27］通过测量细胞氢化酶间接表示线粒体呼吸活性，发现Sb2O36～18 μmol·L-1可使HEK-29中的线粒体呼吸活性呈浓度依赖性降低，但在Sb2O31～10 μmol·L-1的作用下ROS生成并未增加，考虑可能是由于在该浓度范围内细胞依旧可保持氧化还原平衡。

1.1.4 肺毒性

锑尘能否引起肺组织纤维化，迄今尚无统一认识。有流行病学调查及动物实验显示，锑化合物的反复暴露可影响机体肺功能，引起肺间充质炎症甚至肺间充质纤维化。炼锑厂工人的肺通气功能检查结果显示，男性用力肺活量、第一秒时间肺活量、最大呼气中段流速以及女性用力肺活量指标较正常对照组均降低，以气道阻塞及功能损害为主［28］。研究者在武汉随机抽取2个社区的居民分析尿锑与肺功能相关性，发现肺功能随尿锑水平的升高而逐渐下降［29］。在临床上对Sb2O3尘肺患者肺组织活检，可发现有典型的纤维结节形成，肺泡内可见尘细胞；电镜下观察肺间充质内有纤维细胞以及胶原纤维形成［30］。实验通过对大鼠进行染尘一段时间后，观察大体肺的改变、病理切片、测定肺干重及全肺胶原蛋白含量。结果提示，Sb2O3致肺纤维化能力虽较SiO2弱，但长期反复吸入Sb2O3粉尘，亦可导致一定程度的肺组织纤维化病变［31］。也有学者认为，锑接触工人胸片结节阴影可能与肺内沉积的锑尘对X线的不透过性有关，冶炼工锑尘肺患病率较高但病变无进展。动物实验显示，锑可诱导少量胶原纤维增生，但病变可逆转，提示肺内锑尘有自净现象［32］。Knight等［33］生化模拟实验发现，道路灰尘中的锑对肺泡液的亲和力更高。该研究提示，日常生活中需警惕低剂量锑暴露对肺的损害。

1.1.5 皮肤及其他毒性

锑化合物对皮肤的损害大多是接触Sb2O3粉尘引起。回顾性研究发现，锑性皮炎的主要表现为丘疹、水泡和脓肿，且发病率随接触锑化合物的时间的增长逐渐降低，在脱离粉尘接触后可自行痊愈［34］。目前，锑化合物引起的皮肤损害大多数为临床案例的整理和流行病学调查，机制方面的研究较少，可能是由于锑可降低机体免疫能力，造成皮肤感染。有流行病学发现，血清IgG，IgA和IgE水平与锑暴露程度呈负相关。体外实验表明，Sb3+和Sb5+均可使鸡胚外周血白细胞数量下降，说明锑对机体免疫功能有损害［35-36］。此外，锑作为重金属之一，与铅和汞一样具有神经毒性，会导致神经行为功能紊乱。Tanu等［37］发现，经PAT处理过的小鼠在高架十字迷宫开放臂中停留的时间显著减少而在闭合臂中的时间增加，在Morris水迷宫中，处理组比对照组发现平台所用的时间显著增加，表明锑会引起焦虑和学习记忆障碍等神经行为紊乱。Scinicariello等［38］基于2005年美国NHANES数据进行多因素回归分析发现，＞20岁人群中尿锑与睡眠不足和阻塞性睡眠呼吸暂停有较高相关性。

1.2 遗传毒性

锑化合物对机体遗传物质具有毒性作用。体外研究发现，SbCl3和Sb2O3可增加V79细胞的姐妹染色单体交换率，而SbCl5和Sb2O5则无此作用，可能是Sb3+毒性大于Sb5+原因之一［39］。在质粒DNA切口实验中，SbH3显示有遗传毒性［40］。根据美国NHANES 1999-2002年调查数据显示，在20～85岁人群中，尿锑值范围在＞0.13 ng·L-1时，由全血分离出的DNA上端粒长度随尿锑水平的增高而降低［41］。端粒是位于真核细胞染色体末端由DNA和蛋白质组成的一种特殊结构，其长度决定细胞寿命，若长度降低则往往提示DNA受损。熊旭等［42］发现，经SbCl3处理泥鳅96 h后，各浓度处理组外周血红细胞微核率均上升，且微核数与SbCl3浓度和处理时间呈正相关，进一步证实锑具有遗传毒性。锑等金属离子引起DNA受损的机制并不相同，常见的是与碱基亲核基团结合、诱导蛋白质等大分子构象改变或介导DNA分子氧化应激。流行病学调查研究接触Sb2O3的工人外周血结果显示，AP位点增加，可检测到DNA损伤，但该结果不能用氧化机制解释，因为DNA损伤与测量到的总氧化能力之间缺乏显著的相关性，考虑Sb2O3可能是与染色体中的蛋白结构相互作用诱导遗传物质损伤［43］。Moreira等［44］用MA（Sb5+）20 mg·kg-1处理已感染利什曼原虫的小鼠20 d，彗星实验结果发现，处理组外周血细胞有DNA损伤；用甲酰胺基嘧啶-DNA糖基化酶和内切酶-Ⅲ处理细胞后，发现损伤进一步增加，表明MA是通过氧化DNA碱基引起基因组损伤。研究显示，SbCl3不仅可通过启动一系列氧化应激事件促进DNA降解和细胞凋亡，还可干扰细胞对受损遗传物质的修复过程。近期研究发现，SbCl3作用于HeLa S3细胞BRCA1和RAD51位点，阻碍对γ-辐射诱导DNA双链断裂的修复，这也可能是锑诱导细胞癌变的潜在机制［45］。

1.3 致癌性

目前，锑化合物致肺癌和结肠癌等相关实验研究较少，流行病学调查也未能得出确切的结论。研究发现，锑熔炉以及玻璃制作工人死于肿瘤的危险性增高，肺癌死亡率增加［46］。在Sb2O3吸入和经口染毒52周的实验中发现，大鼠有肺纤维化和增生等病理改变，但仅有27%雌性大鼠发生肺癌［47］。国际癌症研究机构基于大、小鼠的实验资料，将Sb2O3认定为可能对人致癌物；而Sb2S3由于动物实验证据不充分，被认定为可疑对人致癌物。

PAT具有促进前列腺癌细胞增殖和提高克隆形成能力。王建文等［48］以PAT 8 μmol·L-1处理PC3细胞后发现，细胞迁移以及侵袭能力、羟基末端结合蛋白2（C-terminal binding protein 2，Ct BP2）

表达水平均增加；在体内实验中，处理组种植瘤体积增大，肿瘤组织中Ct BP2以及下游预测蛋白HBV前S2反式调节蛋白和c-Myc蛋白表达水平均升高，提示低剂量锑通过Ct BP2-c-Myc信号通路促进肿瘤发展。研究认为，Ct BP2表达水平与前列腺癌的进展和预后不良高度相关，敲除Ct BP2可抑制转移性肿瘤的增殖。Zhang等［49］用PAT处理人前列腺癌LNCaP细胞后，发现雄激素受体转录靶基因NKX3.1的mRNA表达和雄激素受体磷酸化水平均显着增加，说明锑化合物可通过模仿雄激素效应来促进前列腺癌的生长。研究显示，Sb3+有较高的雌激素样的作用，但其内分泌干扰作用是否会促进乳腺癌发展还需进一步研究。

2 临床应用

2.1 抗肿瘤作用

20世纪中期以来，多种锑化合物的抗癌作用逐渐被人们发现，其中以抗癌锑（Sb-71）的作用较强并推荐临床使用，但由于历史原因相关研究未能继续。21世纪以来，不断有研究发现PAT等锑化合物能抑制多种肿瘤细胞的生长。Lecureur等［50］发现，PAT同As2O3一样，通过引起ROS介导的细胞凋亡从而抑制白血病细胞的生长，且细胞毒作用较As2O3小。国内有学者也发现，PAT通过诱导肝癌细胞和胃癌细胞凋亡而发挥抑癌作用［51-52］。陈懿［53］发现，有机锑化合物〔t-BuN（CH2C6H4）2〕SbCl和｛〔t-BuN（CH2C6H4）2〕Sb｝2O可抑制人肺腺癌细胞A549和人肝癌细胞HepG2的生长，其中人肺腺癌A549细胞实验结果提示，有机锑化合物诱导癌细胞凋亡的途径与Bax和Bcl-2有关。还有研究显示，PAT可通过抑制瘤内血管生成阻碍癌组织发展而抑制裸鼠移植瘤生长，其机制可能与PAT抑制相关的受体酪氨酸激酶活性有关［54］。锑化合物通过诱导癌细胞凋亡发挥抗癌作用的机制可能是其可诱导癌细胞内ROS产生增加，进而作用于线粒体，引起线粒体结构和功能障碍导致细胞凋亡；或通过直接损伤DNA，引起P53活化，促进Noxa和Bax基因的表达而诱导凋亡发生。

2.2 抗利什曼病作用

利什曼病是经白蛉传播由利什曼原虫引起的一组具有不同临床表现的人畜共患寄生虫病，临床上分为内脏型、黏膜型和皮肤型。1910年锑剂PAT（鞑靼催吐剂，tartar emetic）被首次运用于抗利什曼原虫并疗效显著，但有学者发现，该化合物有剧毒以及热不稳定性。自20世纪30年代中期，MA毒性较小的Sb5+药物逐渐取代Sb3+药物。但研究者发现，Sb5+化合物依旧存在毒性作用，包括恶心呕吐、腹部绞痛、皮疹以及肝、肾毒性［55-56］。目前，临床上仍以Sb5+药物为主，如葡萄糖酸锑钠（斯锑黑克，sodium stibogluconate），不良反应少，多以牙龈出血、腹痛、腹泻为主，有六日疗法和三周疗法，六日疗法每天剂量是：成人20～25 mg锑·kg-1，儿童33～40 mg锑·kg-1，每天1次；三周疗法剂量是成人总量133 mg锑·kg-1，儿童总量200 mg锑·kg-1，平分6次，每周2次［57］。Saheki等［58］流行病学调查显示，临床上皮肤型利什曼病常用的高剂量锑（每天20 mg·kg-1）治疗方法虽比实验组的低剂量锑（每天5 mg·kg-1）治愈率高16.7%（90%CI，3.7～29.7），但高剂量组的临床不良反应事件发生率是低剂量组的2.6倍（95%CI，1.04～6.54），提示当毒性作用较大时，低剂量锑可能是治疗首选。近年来，临床上发现利什曼原虫的耐药率也逐渐上升，其耐药机制是通过降低细胞水通道蛋白1表达或增加硫醇水平和转运蛋白促进活性药物与硫醇结合，以减少对Sb3+的摄取。为解决利什曼原虫耐药性问题，研究开发了其他治疗药物，如两性霉素B、喷他脒和米替福新等，但由于不良反应大、成本高，黑热病治疗首选药物目前仍为Sb5+剂［59］。研究发现，将葡萄糖酸锑钠与三萜甘草酸联用可降低葡萄糖酸锑钠耐受利什曼病感染率，其机制是三萜甘草酸抑制了P-糖蛋白和多药耐药结合蛋白1的表达和排出，这为研发联合用药以降低利什曼病锑剂耐受率提供了思路［60］。

3 结语

综上，锑化合物具有肝、心、肾及肺等器官毒性及致癌性。另外，锑化合物对肿瘤细胞生长的抑制作用、药物联用的相关研究也提供其治疗癌症以及降低利什曼病耐药率的依据。目前，关于锑化合物的研究仍然存在不足，如环境中锑与砷等其他金属联合暴露的相互作用及其机制的研究资料较少，锑剂作为治疗利什曼病的一线药物，其联用以减轻不良反应的相关研究进展缓慢。此外，锑剂对多种肿瘤细胞均有诱导凋亡的作用，但其诱导机制及抗癌性等潜在价值有待进一步研究。