抗肿瘤药物联合磁场在抑制肿瘤细胞增殖中的应用研究*

徐玲玲， 黄林洁， 洪文婷， 赵铁军， 方金勇

(浙江师范大学 化学与生命科学学院,浙江 金华 321004)

肿瘤是指生物体长期在致癌因素影响下，体内细胞在基因水平无法被正常调控，导致其生长失控从而形成的肿块，数十年来一直是高死亡率的疾病之一.治疗恶性肿瘤的主要手段有手术治疗、放疗、化疗等.手术治疗应用外科手术的方法对瘤体进行切除，放疗是利用放射性物质的辐射作用集中照射于肿瘤细胞从而抑制或杀死癌细胞的手段，但二者均具有一定的局限性.化疗是最基本的内科治疗手段，它利用化学治疗药物通过细胞毒性作用抑制肿瘤细胞生长,并随血液流动起到全身性治疗的效果，因此，在肿瘤的综合治疗中占据着不可替代的地位，但同时也存在一些不足：如抗药性强、副作用大等缺点.因此，为了提高肿瘤的治愈率，增强疗效，研究更为简便有效的治疗方法显得尤为重要.人们努力将各种治疗手段相结合(如化疗与物理因子结合)来提高治疗肿瘤的效果[1].近年来，抗肿瘤药物联合磁场的方法成为肿瘤治疗的新热点，并取得了一定的进展[2].

1 抗肿瘤药物的简介

1.1 抗肿瘤药物的分类

肿瘤是机体内局部组织发生单克隆性异常增殖，从而形成的新生物，根据新生物的危害性及细胞特性又可将其分为良性肿瘤和恶性肿瘤，恶性肿瘤一个明显的特性就是能在机体内进行扩散转移[3].目前，大约已有一百多种抗肿瘤药物在临床上使用.其中，顺铂、氮芥、阿霉素及环磷酰胺等的发现被认为是化学药物治疗中的里程碑事件[4].以前依据抗肿瘤药物的化学成分和性质，可将抗肿瘤药物分为6大类，分别有烷化剂、抗代谢类、激素类、抗生素类、植物类和其他(如靶向治疗等)[5].由于抗肿瘤药物研究发展迅速，经典的分类方式已经无法概括目前的抗肿瘤药物的种类，如生物反应剂、基因治疗等.因此，我们依据抗肿瘤药物作用的分子靶点将其分为四大类：

1)作用于DNA的药物，如氮芥、奥沙利铂、羟喜树碱、广谱抗肿瘤抗生素等；

2)影响核酸合成的药物，主要是抗代谢物，如甲氨蝶呤、氟尿嘧啶、巯嘌呤等；

4)其他类型的药物，如激素、维甲类化合物、基因治疗等.

1.2 抗肿瘤药物的特点

随着肿瘤发病率的逐年上升，抗肿瘤药物的使用率也在逐年提高，不断有新型的抗肿瘤药物问世，提高了治愈肿瘤的概率.与其他治疗手段相比，使用抗肿瘤药物的优点在于：

1)治疗范围广.抗肿瘤药物的作用范围更为广泛，能对患病机体进行全身性治疗，利用此特性能有效控制并减少肿瘤细胞的扩散和转移[6]，防止其复发，明显改善疗效，提高肿瘤治愈机会，这是手术和放疗所不能及的.

2)药物见效快.抗肿瘤药物多由口服或静脉注射进入机体.在几h至十几h内被机体吸收，作用于肿瘤细胞.如口服环磷酰胺，约1 h后其在血浆中浓度达最高峰，在体内存在作用4～6 h，之后经由肾脏排出[7].

3)药物选择多.随着抗肿瘤药物的不断开发和利用，其种类越来越多.可根据患者的实际情况，设计多种不同的抗肿瘤药物治疗方法，从中挑选最契合的方案对病患进行治疗.

4)用药损伤小.与手术和放疗造成的伤残相比，使用抗肿瘤药物对于机体健康的损伤更小一些，需要病患的耐受力更低.即便在治疗过程中感觉不适，通常也可以在2个疗程之间迅速恢复[8]，而且可视具体情况改换或停止用药.如果被批准在家服用抗肿瘤药物，则治疗过程基本不会对日常生活产生干扰.

但是抗肿瘤药物在临床使用中同样存有缺陷，最突出的问题是药物选择性不强[9]，常常敌我不分，在杀伤肿瘤细胞的同时，对人体正常细胞也造成一定的损伤，从而产生各种药物的毒副作用.其主要临床表现为骨髓抑制、粒细胞和血小板减少；对于心血管系统有毒性作用，甚至会引起心力衰竭；肝脏损害；脱发、局部组织坏死和色素沉着；损害消化系统，出现恶心、呕吐、食欲不振、腹泻、腹痛等症[10].另外在多次使用同一种抗肿瘤药物后，肿瘤细胞对此种抗肿瘤药物的抗性增强，导致药物积聚浓度急剧下降，从而降低了对肿瘤细胞的毒性作用；药物还提高了细胞对DNA损伤的修复能力，从而产生耐药性[11].因此，在接受抗肿瘤药物治疗的时候，不仅要考虑使其达到最佳的抗肿瘤效果，另一方面也要注意预防和处理抗肿瘤药物所带来的不良反应.

2 稳恒磁场的细胞生物学效应

随着生物磁学研究的进展，磁场对肿瘤的生物学效应逐渐成为该领域研究的热点之一，特别是磁场作用于生物体后，将会引起细胞器功能变化、细胞形状改变、细胞分化及细胞死亡等诸多变化，这些变化统称为磁场的生物学效应[12-17].磁场的生物学效应既依赖于磁场的强度和类型，也依赖于曝磁的方式和时间，此外，还与肿瘤细胞的类型和生长状态等有关[18-21].磁场对生物体的作用具有整体性，其生物学效应表现出叠加或综合现象[22-23].如表1所示，对稳恒磁场作用离体培养细胞诸多生物学效应作以归纳.

表1 稳恒磁场影响离体细胞的多种生物学效应

2.1 磁场对细胞结构的影响

诸多研究表明，当细胞受到磁场影响时，最先受到影响的细胞器很可能是细胞膜[47-48].细胞膜对于细胞来说有着重要的生理作用，细胞膜的改变不仅仅是细胞形态、大小发生了变化，同时还影响到细胞的内部结构和生理功能.Dini等[49]发现，当6 mT磁场作用于U937细胞12 h后，细胞形态改变，细胞膜表面变得粗糙，且有空泡产生.Pagliara等[50]将中等强度(6 mT)静磁场作用于U937后，研究发现U937细胞由圆形转变为巨噬细胞样形态，生长特性从悬浮改变为贴壁，并获得吞噬活性，细胞骨架也随之发生变化.并且暴露于6 mT强度的静磁场中还会使细胞伪足和细胞质突起的极化程度增加.

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2.2 磁场对细胞生长的影响

目前大量研究表明，磁场对细胞生长增殖存在重要的作用.Zhang等[51]研究报道，1 T稳恒磁场以细胞类型和细胞密度依赖方式影响细胞增殖，当细胞密度更高时，7种人类肿瘤细胞系中有6种发生了明显的细胞生长抑制.Rosen等[52]将GH3细胞持续暴露于0.5 T静磁场中5周，4周后即观察到细胞生长速度降低到二分之一，且无法恢复至对照组水平，另外细胞直径在暴露后显著增加.

2.3 磁场对细胞DNA损伤的影响

有研究表明，由于DNA分子有着“众多同性电荷极性分布”的结构，极易受磁场的影响.Storch等[53]用低剂量电磁场作用于肺癌、头颈部、结直肠和胰腺等细胞系后，发现与对照组相比，磁场处理组细胞内DNA双链断裂增加.Wolf等[54]将HL-60白血病细胞、大鼠成纤维细胞和Wl-38二倍体成纤维细胞暴露于0.5～1.0 mT的50-Hz极低频电磁场中，在所有细胞系中皆观察到DNA损伤呈现剂量依赖性增加，并在24 h和72 h时出现了2个损伤高峰.当用抗氧化剂α-生育酚预处理细胞后，发现磁场是通过自由基物质间的相互作用来影响正常和肿瘤细胞DNA损伤的.

2.4 磁场对细胞周期的影响

细胞增殖是指细胞从上一次分裂结束开始生长，到下一次分裂结束所经历的过程，这是一个周期性的事件，也称为增殖周期.有研究表明，当磁场作用于肿瘤细胞后，可以对细胞周期产生阻滞[55-56].冯旭阳等[57]将人脐动脉平滑肌细胞(VSMC)暴露于10，50 Gs恒磁场48 h，曝磁后发现处理组细胞增殖能力下降，同时细胞周期检测发现G1期细胞比率增加.

3 抗肿瘤药物联合磁场在肿瘤治疗中的应用

在临床治疗使用抗肿瘤药物过程中产生了诸多弊端，如长期使用药物会对多种肿瘤细胞逐渐产生耐药性，因此，临床上通常会以加大药物剂量的方法作为应对.而过大的药物使用剂量，却又对正常组织器官和机体造成不可逆转的损伤，严重时甚至会引起系统性毒性反应甚至威胁到患者生命，即所谓的药物毒副作用[58-59].为了增强疗效，同时减小细胞毒副作用，人们意识到可将多种治疗肿瘤的手段进行有序的综合.目前人们已提出多种抗肿瘤药物联合物理因素的临床方案，即将抗肿瘤药物综合一种或多种物理能量，如联合电磁辐射线、低能离子束、超声波等，在一定条件下作用于患病机体，使其康复的治疗方案[56,60].Mouawad等[1]在研究中发现，顺铂和电离辐射对于头颈部鳞肿瘤具有协同杀伤的效果.而Chen等[61]在研究阿霉素联合脉冲聚焦电波作用于机体内前列腺肿瘤细胞时，依据核磁共振成像，发现脉冲聚焦电波可以增强肿瘤细胞对阿霉素的吸收，提高了药效.诸多实验发现某些类型的磁场可以抑制肿瘤细胞的增殖，因此，越来越多的专家开始关注抗肿瘤药物与磁场联合作用后，在肿瘤治疗领域的可能性[62-64](见表2).研究发现，磁场可以增强抗肿瘤药物对肿瘤细胞生长的抑制效果，并且减少药物剂量，然而其生物学机制不明.近年来，发现抗肿瘤药物联合磁场后抑制肿瘤的生物学效应有以下几类：

表2 抗肿瘤药物联合各种物理因素在疾病中的应用

3.1 抗肿瘤药物联合磁场对细胞膜的影响

Teodori等[70]发现6 mT稳恒磁场单独处理白血病细胞HL-60后，细胞凋亡或坏死变化不大.但是将喜树碱与磁场联用后却发现，细胞膜通透性增加，凋亡细胞向坏死细胞转变比率增多.齐浩等[67]证明细胞膜是稳恒磁场作用细胞后敏感的细胞器之一.当分别采用紫杉醇(生物碱)、阿霉素(蒽环霉素)、顺铂(铂类化合物)和环磷酰胺(烷化剂)这4种抗癌药物联合稳恒磁场作用于K562细胞时，原子力显微镜(AFM)观察细胞膜发现，对照组细胞膜光滑完整，而磁场处理组和药物处理组细胞的细胞膜上都有孔洞出现，且孔洞的数量、大小和形状取决于药物类型、SMF参数和细胞暴露于磁场中的时间.当磁场与药物联合作用后，孔洞结构变得更大更深，细胞膜损伤加剧.这表明，SMF可能会改变肿瘤细胞膜的通透性，通过提高抗肿瘤药物的流入量，以此来增强抗肿瘤药物的疗效.

3.2 抗肿瘤药物联合磁场对细胞增殖的影响

Kamalipooya等[71]报道了稳恒磁场(7，10，15 mT)和顺铂联合作用于人宫颈癌HeLa细胞后，细胞中的氧化应激反应增强，细胞存活率降低约89%，而对正常皮肤成纤维Hu02细胞则影响不大.Tofani等[72]用电磁场曝磁结肠癌小鼠后发现，结肠癌细胞活力降低，并且荷瘤小鼠的生存率得到大幅度提高.文献[73]用低频脉冲电磁场与阿霉素联用后处理T细胞淋巴瘤EL4荷瘤小鼠，发现肿瘤生长减缓且延长了实验动物生存时间，二者联用后显示出极明显的协同抗肿瘤作用.

3.3 抗肿瘤药物联合磁场对细胞凋亡及周期的影响

戴闽等[74]分别使用不同强度的稳恒磁场和顺铂作用于U2-OS细胞，用四甲基氮唑比色法(MTT法)、流式细胞仪、逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)检测U2骨肉瘤细胞体外增殖、凋亡及相关基因表达，发现不同强度的稳恒磁场均能促进顺铂对人U2-OS细胞的抑制作用，尤以10 Gs场强下细胞的抑制率、凋亡率最高.而在基因表达中，p53 mRNA表达最强，bcl-2和c-mycmRNA表达最弱.因此，我们可以推测，不同强度的稳恒磁场联合顺铂通过诱导细胞内p53,bcl-2,c-myc基因表达发生改变是其抗肿瘤机制之一.Chen等[75]用流式细胞仪检测磁场处理后的K562细胞，G2/M期的细胞比例增加，而G1和S期的比率降低；而经顺铂处理的细胞，S期的比例增加；当磁场和顺铂的共同作用后，处于S期的细胞比例大幅增加，G1期的比例略减少，而G2/M期的比例几乎没有.数据结果表明，顺铂联合磁场后，大大增加了K562细胞的S期细胞的比例.

3.4 抗肿瘤药物联合磁场作用于肿瘤细胞及正常细胞的区别

当细胞暴露于磁场中，通过细胞内磁通量的改变可产生磁-细胞效应.首先，肿瘤细胞的体积比正常细胞要大，穿过它的磁通量就比正常细胞要多，因此能产生较大的感应电流，导致肿瘤细胞更容易被破坏，乃至死亡.而且肿瘤组织的磁化率也比正常组织的磁化率要大，这使得磁场对肿瘤组织的作用力要大于正常组织.另外，由于肿瘤细胞的增殖速度与正常细胞相比要快得多，也就是说，其DNA的复制速度较正常细胞也快得多，所以肿瘤细胞对磁场的敏感性要高于正常的细胞和组织[76].

4 总 结

磁场的广泛存在不仅为研究提供了便利，还能够降低抗肿瘤药物的使用浓度并有效抑制肿瘤的生长.目前大约已有近百种抗肿瘤药物应用于临床，但由于药物治疗存在的不稳定性和副作用，使得根治肿瘤还远不能实现，故寻找新的肿瘤治疗方案已迫在眉睫.研究指出，抗肿瘤药物联合磁场后不仅可以有效抑制肿瘤细胞的生长，还可以使药物的药效在原有基础上得以进一步提高，这将为今后临床治疗肿瘤提供一个崭新的治疗手段.目前抗肿瘤药物与磁场结合的治疗手段已经在体内外实验中得到广泛的研究[77]，然而对于其应用于临床的研究报道却很少，取得的结果也存在一定的局限性，其具体作用机制也未完全探究清楚，还需要大量的临床试验来验证该治疗手段.因此，如若将其应用于未来临床研究中，还需对磁场类型、抗肿瘤药物处理时间、药物剂量及安全性等方面进行深入探讨，从而为提高肿瘤治疗效果提供理论基础.