抗腫瘤藥物聯合磁場在抑制腫瘤細胞增殖中的應用研究*

徐玲玲， 黃林潔， 洪文婷， 趙鐵軍， 方金勇

(浙江師范大學 化學與生命科學學院,浙江 金華 321004)

腫瘤是指生物體長期在致癌因素影響下，體內細胞在基因水平無法被正常調控，導致其生長失控從而形成的腫塊，數十年來一直是高死亡率的疾病之一.治療惡性腫瘤的主要手段有手術治療、放療、化療等.手術治療應用外科手術的方法對瘤體進行切除，放療是利用放射性物質的輻射作用集中照射于腫瘤細胞從而抑制或殺死癌細胞的手段，但二者均具有一定的局限性.化療是最基本的內科治療手段，它利用化學治療藥物通過細胞毒性作用抑制腫瘤細胞生長,并隨血液流動起到全身性治療的效果，因此，在腫瘤的綜合治療中占據著不可替代的地位，但同時也存在一些不足：如抗藥性強、副作用大等缺點.因此，為了提高腫瘤的治愈率，增強療效，研究更為簡便有效的治療方法顯得尤為重要.人們努力將各種治療手段相結合(如化療與物理因子結合)來提高治療腫瘤的效果[1].近年來，抗腫瘤藥物聯合磁場的方法成為腫瘤治療的新熱點，并取得了一定的進展[2].

1 抗腫瘤藥物的簡介

1.1 抗腫瘤藥物的分類

腫瘤是機體內局部組織發生單克隆性異常增殖，從而形成的新生物，根據新生物的危害性及細胞特性又可將其分為良性腫瘤和惡性腫瘤，惡性腫瘤一個明顯的特性就是能在機體內進行擴散轉移[3].目前，大約已有一百多種抗腫瘤藥物在臨床上使用.其中，順鉑、氮芥、阿霉素及環磷酰胺等的發現被認為是化學藥物治療中的里程碑事件[4].以前依據抗腫瘤藥物的化學成分和性質，可將抗腫瘤藥物分為6大類，分別有烷化劑、抗代謝類、激素類、抗生素類、植物類和其他(如靶向治療等)[5].由于抗腫瘤藥物研究發展迅速，經典的分類方式已經無法概括目前的抗腫瘤藥物的種類，如生物反應劑、基因治療等.因此，我們依據抗腫瘤藥物作用的分子靶點將其分為四大類：

1)作用于DNA的藥物，如氮芥、奧沙利鉑、羥喜樹堿、廣譜抗腫瘤抗生素等；

2)影響核酸合成的藥物，主要是抗代謝物，如甲氨蝶呤、氟尿嘧啶、巰嘌呤等；

4)其他類型的藥物，如激素、維甲類化合物、基因治療等.

1.2 抗腫瘤藥物的特點

隨著腫瘤發病率的逐年上升，抗腫瘤藥物的使用率也在逐年提高，不斷有新型的抗腫瘤藥物問世，提高了治愈腫瘤的概率.與其他治療手段相比，使用抗腫瘤藥物的優點在于：

1)治療范圍廣.抗腫瘤藥物的作用范圍更為廣泛，能對患病機體進行全身性治療，利用此特性能有效控制并減少腫瘤細胞的擴散和轉移[6]，防止其復發，明顯改善療效，提高腫瘤治愈機會，這是手術和放療所不能及的.

2)藥物見效快.抗腫瘤藥物多由口服或靜脈注射進入機體.在幾h至十幾h內被機體吸收，作用于腫瘤細胞.如口服環磷酰胺，約1 h后其在血漿中濃度達最高峰，在體內存在作用4～6 h，之后經由腎臟排出[7].

3)藥物選擇多.隨著抗腫瘤藥物的不斷開發和利用，其種類越來越多.可根據患者的實際情況，設計多種不同的抗腫瘤藥物治療方法，從中挑選最契合的方案對病患進行治療.

4)用藥損傷小.與手術和放療造成的傷殘相比，使用抗腫瘤藥物對于機體健康的損傷更小一些，需要病患的耐受力更低.即便在治療過程中感覺不適，通常也可以在2個療程之間迅速恢復[8]，而且可視具體情況改換或停止用藥.如果被批準在家服用抗腫瘤藥物，則治療過程基本不會對日常生活產生干擾.

但是抗腫瘤藥物在臨床使用中同樣存有缺陷，最突出的問題是藥物選擇性不強[9]，常常敵我不分，在殺傷腫瘤細胞的同時，對人體正常細胞也造成一定的損傷，從而產生各種藥物的毒副作用.其主要臨床表現為骨髓抑制、粒細胞和血小板減少；對于心血管系統有毒性作用，甚至會引起心力衰竭；肝臟損害；脫發、局部組織壞死和色素沉著；損害消化系統，出現惡心、嘔吐、食欲不振、腹瀉、腹痛等癥[10].另外在多次使用同一種抗腫瘤藥物后，腫瘤細胞對此種抗腫瘤藥物的抗性增強，導致藥物積聚濃度急劇下降，從而降低了對腫瘤細胞的毒性作用；藥物還提高了細胞對DNA損傷的修復能力，從而產生耐藥性[11].因此，在接受抗腫瘤藥物治療的時候，不僅要考慮使其達到最佳的抗腫瘤效果，另一方面也要注意預防和處理抗腫瘤藥物所帶來的不良反應.

2 穩恒磁場的細胞生物學效應

隨著生物磁學研究的進展，磁場對腫瘤的生物學效應逐漸成為該領域研究的熱點之一，特別是磁場作用于生物體后，將會引起細胞器功能變化、細胞形狀改變、細胞分化及細胞死亡等諸多變化，這些變化統稱為磁場的生物學效應[12-17].磁場的生物學效應既依賴于磁場的強度和類型，也依賴于曝磁的方式和時間，此外，還與腫瘤細胞的類型和生長狀態等有關[18-21].磁場對生物體的作用具有整體性，其生物學效應表現出疊加或綜合現象[22-23].如表1所示，對穩恒磁場作用離體培養細胞諸多生物學效應作以歸納.

表1 穩恒磁場影響離體細胞的多種生物學效應

2.1 磁場對細胞結構的影響

諸多研究表明，當細胞受到磁場影響時，最先受到影響的細胞器很可能是細胞膜[47-48].細胞膜對于細胞來說有著重要的生理作用，細胞膜的改變不僅僅是細胞形態、大小發生了變化，同時還影響到細胞的內部結構和生理功能.Dini等[49]發現，當6 mT磁場作用于U937細胞12 h后，細胞形態改變，細胞膜表面變得粗糙，且有空泡產生.Pagliara等[50]將中等強度(6 mT)靜磁場作用于U937后，研究發現U937細胞由圓形轉變為巨噬細胞樣形態，生長特性從懸浮改變為貼壁，并獲得吞噬活性，細胞骨架也隨之發生變化.并且暴露于6 mT強度的靜磁場中還會使細胞偽足和細胞質突起的極化程度增加.

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2.2 磁場對細胞生長的影響

目前大量研究表明，磁場對細胞生長增殖存在重要的作用.Zhang等[51]研究報道，1 T穩恒磁場以細胞類型和細胞密度依賴方式影響細胞增殖，當細胞密度更高時，7種人類腫瘤細胞系中有6種發生了明顯的細胞生長抑制.Rosen等[52]將GH3細胞持續暴露于0.5 T靜磁場中5周，4周后即觀察到細胞生長速度降低到二分之一，且無法恢復至對照組水平，另外細胞直徑在暴露后顯著增加.

2.3 磁場對細胞DNA損傷的影響

有研究表明，由于DNA分子有著“眾多同性電荷極性分布”的結構，極易受磁場的影響.Storch等[53]用低劑量電磁場作用于肺癌、頭頸部、結直腸和胰腺等細胞系后，發現與對照組相比，磁場處理組細胞內DNA雙鏈斷裂增加.Wolf等[54]將HL-60白血病細胞、大鼠成纖維細胞和Wl-38二倍體成纖維細胞暴露于0.5～1.0 mT的50-Hz極低頻電磁場中，在所有細胞系中皆觀察到DNA損傷呈現劑量依賴性增加，并在24 h和72 h時出現了2個損傷高峰.當用抗氧化劑α-生育酚預處理細胞后，發現磁場是通過自由基物質間的相互作用來影響正常和腫瘤細胞DNA損傷的.

2.4 磁場對細胞周期的影響

細胞增殖是指細胞從上一次分裂結束開始生長，到下一次分裂結束所經歷的過程，這是一個周期性的事件，也稱為增殖周期.有研究表明，當磁場作用于腫瘤細胞后，可以對細胞周期產生阻滯[55-56].馮旭陽等[57]將人臍動脈平滑肌細胞(VSMC)暴露于10，50 Gs恒磁場48 h，曝磁后發現處理組細胞增殖能力下降，同時細胞周期檢測發現G1期細胞比率增加.

3 抗腫瘤藥物聯合磁場在腫瘤治療中的應用

在臨床治療使用抗腫瘤藥物過程中產生了諸多弊端，如長期使用藥物會對多種腫瘤細胞逐漸產生耐藥性，因此，臨床上通常會以加大藥物劑量的方法作為應對.而過大的藥物使用劑量，卻又對正常組織器官和機體造成不可逆轉的損傷，嚴重時甚至會引起系統性毒性反應甚至威脅到患者生命，即所謂的藥物毒副作用[58-59].為了增強療效，同時減小細胞毒副作用，人們意識到可將多種治療腫瘤的手段進行有序的綜合.目前人們已提出多種抗腫瘤藥物聯合物理因素的臨床方案，即將抗腫瘤藥物綜合一種或多種物理能量，如聯合電磁輻射線、低能離子束、超聲波等，在一定條件下作用于患病機體，使其康復的治療方案[56,60].Mouawad等[1]在研究中發現，順鉑和電離輻射對于頭頸部鱗腫瘤具有協同殺傷的效果.而Chen等[61]在研究阿霉素聯合脈沖聚焦電波作用于機體內前列腺腫瘤細胞時，依據核磁共振成像，發現脈沖聚焦電波可以增強腫瘤細胞對阿霉素的吸收，提高了藥效.諸多實驗發現某些類型的磁場可以抑制腫瘤細胞的增殖，因此，越來越多的專家開始關注抗腫瘤藥物與磁場聯合作用后，在腫瘤治療領域的可能性[62-64](見表2).研究發現，磁場可以增強抗腫瘤藥物對腫瘤細胞生長的抑制效果，并且減少藥物劑量，然而其生物學機制不明.近年來，發現抗腫瘤藥物聯合磁場后抑制腫瘤的生物學效應有以下幾類：

表2 抗腫瘤藥物聯合各種物理因素在疾病中的應用

3.1 抗腫瘤藥物聯合磁場對細胞膜的影響

Teodori等[70]發現6 mT穩恒磁場單獨處理白血病細胞HL-60后，細胞凋亡或壞死變化不大.但是將喜樹堿與磁場聯用后卻發現，細胞膜通透性增加，凋亡細胞向壞死細胞轉變比率增多.齊浩等[67]證明細胞膜是穩恒磁場作用細胞后敏感的細胞器之一.當分別采用紫杉醇(生物堿)、阿霉素(蒽環霉素)、順鉑(鉑類化合物)和環磷酰胺(烷化劑)這4種抗癌藥物聯合穩恒磁場作用于K562細胞時，原子力顯微鏡(AFM)觀察細胞膜發現，對照組細胞膜光滑完整，而磁場處理組和藥物處理組細胞的細胞膜上都有孔洞出現，且孔洞的數量、大小和形狀取決于藥物類型、SMF參數和細胞暴露于磁場中的時間.當磁場與藥物聯合作用后，孔洞結構變得更大更深，細胞膜損傷加劇.這表明，SMF可能會改變腫瘤細胞膜的通透性，通過提高抗腫瘤藥物的流入量，以此來增強抗腫瘤藥物的療效.

3.2 抗腫瘤藥物聯合磁場對細胞增殖的影響

Kamalipooya等[71]報道了穩恒磁場(7，10，15 mT)和順鉑聯合作用于人宮頸癌HeLa細胞后，細胞中的氧化應激反應增強，細胞存活率降低約89%，而對正常皮膚成纖維Hu02細胞則影響不大.Tofani等[72]用電磁場曝磁結腸癌小鼠后發現，結腸癌細胞活力降低，并且荷瘤小鼠的生存率得到大幅度提高.文獻[73]用低頻脈沖電磁場與阿霉素聯用后處理T細胞淋巴瘤EL4荷瘤小鼠，發現腫瘤生長減緩且延長了實驗動物生存時間，二者聯用后顯示出極明顯的協同抗腫瘤作用.

3.3 抗腫瘤藥物聯合磁場對細胞凋亡及周期的影響

戴閩等[74]分別使用不同強度的穩恒磁場和順鉑作用于U2-OS細胞，用四甲基氮唑比色法(MTT法)、流式細胞儀、逆轉錄-聚合酶鏈反應(RT-PCR)檢測U2骨肉瘤細胞體外增殖、凋亡及相關基因表達，發現不同強度的穩恒磁場均能促進順鉑對人U2-OS細胞的抑制作用，尤以10 Gs場強下細胞的抑制率、凋亡率最高.而在基因表達中，p53 mRNA表達最強，bcl-2和c-mycmRNA表達最弱.因此，我們可以推測，不同強度的穩恒磁場聯合順鉑通過誘導細胞內p53,bcl-2,c-myc基因表達發生改變是其抗腫瘤機制之一.Chen等[75]用流式細胞儀檢測磁場處理后的K562細胞，G2/M期的細胞比例增加，而G1和S期的比率降低；而經順鉑處理的細胞，S期的比例增加；當磁場和順鉑的共同作用后，處于S期的細胞比例大幅增加，G1期的比例略減少，而G2/M期的比例幾乎沒有.數據結果表明，順鉑聯合磁場后，大大增加了K562細胞的S期細胞的比例.

3.4 抗腫瘤藥物聯合磁場作用于腫瘤細胞及正常細胞的區別

當細胞暴露于磁場中，通過細胞內磁通量的改變可產生磁-細胞效應.首先，腫瘤細胞的體積比正常細胞要大，穿過它的磁通量就比正常細胞要多，因此能產生較大的感應電流，導致腫瘤細胞更容易被破壞，乃至死亡.而且腫瘤組織的磁化率也比正常組織的磁化率要大，這使得磁場對腫瘤組織的作用力要大于正常組織.另外，由于腫瘤細胞的增殖速度與正常細胞相比要快得多，也就是說，其DNA的復制速度較正常細胞也快得多，所以腫瘤細胞對磁場的敏感性要高于正常的細胞和組織[76].

4 總 結

磁場的廣泛存在不僅為研究提供了便利，還能夠降低抗腫瘤藥物的使用濃度并有效抑制腫瘤的生長.目前大約已有近百種抗腫瘤藥物應用于臨床，但由于藥物治療存在的不穩定性和副作用，使得根治腫瘤還遠不能實現，故尋找新的腫瘤治療方案已迫在眉睫.研究指出，抗腫瘤藥物聯合磁場后不僅可以有效抑制腫瘤細胞的生長，還可以使藥物的藥效在原有基礎上得以進一步提高，這將為今后臨床治療腫瘤提供一個嶄新的治療手段.目前抗腫瘤藥物與磁場結合的治療手段已經在體內外實驗中得到廣泛的研究[77]，然而對于其應用于臨床的研究報道卻很少，取得的結果也存在一定的局限性，其具體作用機制也未完全探究清楚，還需要大量的臨床試驗來驗證該治療手段.因此，如若將其應用于未來臨床研究中，還需對磁場類型、抗腫瘤藥物處理時間、藥物劑量及安全性等方面進行深入探討，從而為提高腫瘤治療效果提供理論基礎.