抗腫瘤藥物心臟毒性及機制探討

楊宗塊， 梁 平

1.浙江大學醫學院附屬第一醫院 衛生部多器官聯合移植研究重點實驗室，浙江 杭州 310003；2.浙江大學轉化醫學研究院，浙江 杭州 310029

2020年，腫瘤新發病例1 930萬，死亡病例達1 000萬[1]。雖然發病率逐年增加，但隨著腫瘤治療方案的改進，患者生存情況得到較大改善?？鼓[瘤藥物存在脫靶效應，主要不良反應之一為心臟毒性。心臟毒性限制著抗腫瘤治療中藥物的使用劑量與療程，影響腫瘤患者的預后。本文將抗腫瘤藥物歸為傳統化學療法藥物與新型抗腫瘤藥物，分別闡述其心臟毒性與相關機制。

1 傳統化學療法藥物

1.1 蒽環類藥物 蒽環類藥物廣泛應用于兒童及成人腫瘤的治療中，包括白血病、淋巴瘤、肉瘤、乳腺癌等。蒽環類藥物心臟毒性呈現出劑量依賴性。以多柔比星為例，當劑量達到400、550、700 mg/m2時，分別會造成3.5%、7.0%～16.0%、18.0%～48.0%患者出現充血性心力衰竭[2]。如果發展為心力衰竭，通常是不可逆的，但及早發現并治療，患者心功能的恢復情況較好[2]。蒽環類藥物的累積劑量是心臟毒性最主要的決定因素，而女性、高齡或低齡、腎衰竭、鐵超載、放射治療史、與其他化學療法藥物或靶向藥物聯用以及既往存在心臟疾病或動脈高壓等，也會增加患者對蒽環類藥物心臟毒性的敏感性[3]。蒽環類藥物引起心臟毒性可能的機制較多，其中氧化應激與凋亡介導的心肌細胞丟失為主要原因。蒽環類藥物主要通過4種方式促進活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產生[2]：一是醌基團一氧化氮合酶，黃素酶，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶等氧化還原酶作用下，發生氧化還原循環，促進ROS增加；二是增加線粒體內鐵累積，促進ROS產生，同時多柔比星-亞鐵離子復合物誘導線粒體脂質過氧化，線粒體膜通透性轉換孔開放，導致線粒體依賴性鐵死亡[4]；三是結合線粒體內膜的心磷脂，促進ROS形成；四是抑制心肌中拓撲異構酶Ⅱβ(topoisomerase Ⅱβ，Top2β)引起ROS增加。此外，Top2β抑制會引起DNA損傷，激活p53凋亡通路[5]。線粒體功能受損、鐵調節蛋白紊亂、鈣穩態破壞、一氧化氮和炎癥介質釋放以及細胞凋亡均參與蒽環類藥物誘導的心臟毒性[2]。

1.2 烷化劑 烷化劑可與DNA、RNA和蛋白質等生物大分子形成共價連接，與DNA的作用是其抗腫瘤的核心機制。在各種烷化劑中，環磷酰胺與異環磷酰胺最易引起心臟毒性。最嚴重的心臟毒性表現為出血壞死性心包心肌炎。當環磷酰胺劑量達到170～180 mg/kg，治療周期為4～7 d時，22%患者出現急性心臟毒性，并有11%患者發展為致死性的心臟毒性[6]。當治療劑量達200 mg/kg，治療周期4 d時，25%患者出現心臟毒性[6]。環磷酰胺經肝代謝產生各種代謝物，其中，丙烯醛的心臟毒性較大，會對心肌、心臟成纖維細胞和內皮細胞造成損害。環磷酰胺治療后，心臟脂肪酸結合蛋白和肉毒堿棕櫚酰轉移酶-1下調，使脂肪酸從胞質轉移到線粒體減少，游離脂肪酸和毒性中間代謝產物在細胞質中累積，并減少三磷酸腺苷產生，引起鈉鈣泵功能障礙，鈣穩態失調，誘發細胞自噬、炎癥、氧化應激以及心肌收縮功能障礙。

1.3 抗代謝藥物

1.3.1 嘧啶類抗代謝藥物 5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil，5-FU)與卡培他濱是應用較多的兩種嘧啶類抗代謝藥物，廣泛應用于腫瘤治療，如結腸癌、乳腺癌和頭頸部腫瘤。有研究報道，5-FU與卡培他濱心臟毒性被嚴重低估，5-FU引起的冠狀動脈痙攣和內皮損傷是其心臟毒性的關鍵過程[7]。內皮損傷將激活內皮與心肌的自噬與凋亡通路，可促使循環中內皮素-1、尾加壓素-2等促血管收縮因子水平升高[8]。當內皮損傷伴隨血小板和纖維蛋白的積累，最終甚至會導致血栓形成。此外，5-FU治療后心肌氧化應激增強，谷胱甘肽水平下降，導致線粒體功能紊亂，心肌耗氧量增加[8]。

1.3.2 嘌呤類抗代謝藥物 氯法拉濱是第二代嘌呤核苷酸類似物，最初用于治療難治性復發性急性白血病，隨后被納入急性白血病患者的一線治療方案。氯法拉濱在治療兒童急性淋巴性白血病患者時，27%出現左心室功能不全，但大部分的左心室功能不全是臨時性的[9]。

2 新型抗腫瘤藥物

2.1 單克隆抗體藥物

2.1.1 曲妥珠單抗 曲妥珠單抗是第一種人表皮生長因子受體2(human epidermal growth factor receptor-2，HER2)靶向抑制劑。15%～20%乳腺癌患者中存在HER2基因擴增或過表達的情況，曲妥珠單抗可以顯著改善患者生存情況[10]。接受曲妥珠單抗治療后，7.5%患者出現左心室功能不全，1.9%患者發展為心力衰竭[10]。隨著治療時間延長，出現心臟毒性概率逐漸增大[11]。大部分出現心功能不全的患者在停藥4～6周后，心功能不全得到改善，并且癥狀改善后，可以重新接受治療[12]。HER2信號通路在心臟發生發展以及維持正常心臟結構和功能方面發揮著重要作用[10]。一般認為，曲妥珠單抗心臟毒性是由阻斷HER2信號通路引起。在生理情況下，HER2下游的磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B，絲裂原活化蛋白激酶及JAK-STAT信號通路具有調節心肌穩態、能量代謝、肌絲發育，細胞存活等作用[10]。HER2通路受阻在一定程度上還會影響細胞內ROS的清除。在小鼠模型中，HER2基因敲除導致自發性擴張型心肌病[13]。在人誘導多能干細胞衍生的心肌細胞(human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes，hiPSC-CMs)中，曲妥珠單抗減少心肌細胞的糖攝取，抑制線粒體功能，并且心肌收縮力和鈣調控也受到影響[14]。因此，曲妥珠單抗不直接損傷心肌細胞，而是通過阻礙這一重要的信號通路影響心肌能量代謝及穩態，最終導致心功能不全。

2.1.2 貝伐單抗 貝伐單抗是一種血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信號通路抑制劑，可以結合循環中可溶性VEGF-A，從而抑制腫瘤內血管生成，可用于轉移性結直腸癌，轉移性乳腺癌，非小細胞肺癌等腫瘤的治療[15]。在治療期間，貝伐單抗心血管毒性不可忽視，27%患者出現高血壓表現，1%患者出現充血性心力衰竭，動脈血栓栓塞風險增高。停藥后，60%～80%患者的心臟毒性可以逆轉[16]。貝伐單抗心臟毒性是由阻斷VEGF信號引起[16]。VEGF可以通過VEGF受體激活內皮細胞中VEGF信號，刺激內皮細胞增殖和存活，增強心臟微血管可塑性。抑制VEGF信號通路后，可塑性受到影響，進而使心肌在缺血缺氧時出現與血管網密度不相適應的肥大，引起病理狀態。有研究提示，貝伐單抗導致心肌細胞線粒體功能障礙，內質網應激以及細胞外調節蛋白激酶通路抑制，進而引起心臟毒性[17]。

2.2 小分子蛋白激酶抑制劑

2.2.1 斷裂點簇集區-艾貝爾遜白血病病毒酪氨酸激酶抑制劑 伊馬替尼是一種小分子抑制劑，靶向抑制斷裂點簇集區-艾貝爾遜白血病病毒融合蛋白的酪氨酸激酶活性。在慢性骨髓性白血病治療中，伊馬替尼能使70%以上患者達到完全緩解[18]。雖然，伊馬替尼也會對心臟產生毒性，但臨床上少見，只有0.2%～0.4%患者出現心力衰竭[19]。伊馬替尼心臟毒性的標志是線粒體功能障礙。有研究表明，伊馬替尼促使內質網應激，導致低級別ROS生成，從而激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)，隨后JNK易位到線粒體支架Sab上，引起病理變化，導致線粒體功能障礙和細胞死亡[20]。在一項小鼠實驗中，伊馬替尼引起心肌細胞存活的重要轉錄因子GATA結合蛋白4下調[21]。

2.2.2 多靶點酪氨酸激酶抑制劑 蘇尼替尼是一種多靶點受體酪氨酸激酶抑制劑，可以用來治療腎細胞癌和對伊馬替尼耐藥的胃腸道間質瘤。蘇尼替尼通過抑制血小板源性生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)和VEGF受體酪氨酸激酶抑制血管生成和腫瘤增殖，從而達到抗腫瘤作用。相比于伊馬替尼，蘇尼替尼的心臟毒性更加廣泛，約30%患者出現心臟毒性，其中，嚴重心血管事件達到10%[22]。在心臟中，蘇尼替尼對PDGF和VEGF受體酪氨酸激酶的抑制導致冠狀動脈微血管功能障礙，進而影響到心肌穩態[22]。蘇尼替尼抑制腺苷一磷酸依賴的蛋白激酶(AMP activated protein kinase，AMPK)活性，引起線粒體膜電位丟失以及結構異常，心肌內三磷酸腺苷水平下降，導致心臟對收縮壓超載適應的失代償，引起心功能障礙[22]。

2.3 蛋白酶體抑制劑 蛋白酶體可以降解細胞內損壞或錯誤折疊的多肽，并且作為真核蛋白組調節器，降解許多調節蛋白。蛋白酶體抑制劑是用來治療多發性骨髓瘤和套細胞淋巴瘤的一種新型藥物。其中，卡非佐米心臟毒性較高，4%～14%患者發展為心力衰竭，12%～22%患者發展為高血壓，而心律失常(2%)和缺血事件(2%)風險相對較低。臨床癥狀主要發生在治療早期，與累積劑量并無明確的關系[23]。心肌中蛋白酶體活性較其他組織中高，卡非佐米會在心臟中積聚并導致心肌蛋白酶體強烈抑制[23]。心肌蛋白酶體受到抑制后，損傷肌節蛋白清除受阻，泛素化蛋白異常積累，依次形成更高階蛋白質聚集物，產生不溶性包涵體，致使細胞損傷，最終引起caspase介導的細胞凋亡和細胞死亡。在蛋白酶體抑制劑治療后的心臟組織中，可以檢測到p53、Bcl2關聯X蛋白(Bcl2-associated X protein，Bax)和細胞凋亡誘導因子升高，抑制p53及Bax后，蛋白酶體抑制劑相關的凋亡得到緩解[24]。蛋白酶體抑制劑導致的凋亡是由內質網應激和CHOP通路激活引起的?？ǚ亲裘滓餐ㄟ^抑制AMPK-α磷酸化和自噬相關蛋白來誘導心臟毒性，而二甲雙胍可以激活AMPK，緩解其心臟毒性[25]。除直接作用于心肌外，蛋白酶體抑制劑也影響血管內皮細胞的信號通路，導致血管收縮，血管痙攣增加，降低對血管擴張劑的敏感性，從而間接影響心臟功能[23]。

3 討論

抗腫瘤藥物的心臟毒性源于其脫靶效應。通常認為，傳統化療藥物會造成心肌細胞丟失，繼而導致不可逆的心臟損害，并且這種心臟損害呈現出藥物劑量依賴性。最為典型的為蒽環類藥物，即使在停藥后，患者也可能出現慢性擴張性心肌病。而單抗類藥物或小分子激酶抑制劑影響細胞信號通路，繼而損害心臟能量代謝和損傷耐受能力。當蒽環類藥物與曲妥珠單抗聯用時，心臟毒性出現顯著增強[3]。

近年來，hiPSC-CMs得到較大發展，已經被用于抗腫瘤藥物心臟毒性研究。在藥物研發及心臟毒性機制的探索上，hiPSC-CMs能夠同時對多種抗腫瘤藥物的心臟毒性進行高通量篩選。與嚙齒動物心肌細胞相比，hiPSC-CMs更能代表人類心肌細胞的表型特征，包括更典型的離子通道表達、心率、收縮性和肌絲組成[26]?；颊咛禺愋詇iPSC-CMs在一定程度上可以反映出個體對抗腫瘤藥物心臟毒性的易感性，利用hiPSC-CMs預測患者腫瘤治療時的心臟毒性有助于促使腫瘤治療模式向精準醫療邁進。

綜上所述，抗腫瘤藥物在改善患者生存情況的同時，其心臟毒性的問題愈發突出。在探索機制的基礎上，應考慮如何規避藥物的心臟毒性，使腫瘤治療不再因心臟毒性的問題而停滯不前。