三氧化二砷在白血病治療中的研究進展*

任富玉,馬 強,劉 治,蘇 燕

(內蒙古科技大學包頭醫學院生物化學與分子生物學教研室,內蒙古包頭 014040)

白血病是常見的血液系統惡性腫瘤,嚴重威脅人類健康。三氧化二砷(arsenic trioxide, ATO, As2O3)是傳統中藥砒霜的主要有效成分,我國學者率先將其用于急性早幼粒細胞性白血病(acute promyelocytic leukemia, APL)的治療取得顯著療效,并被美國國立綜合癌癥網絡確定為APL復發的首選用藥。本文對ATO在APL及其他白血病治療中的應用和機制進行綜述,以全面了解ATO治療白血病的機制和策略以及尚未解決的問題,為ATO治療的進一步推廣和使用奠定基礎。

1 白血病的類型及發病率

白血病是一類起源于造血系統并具有高度異質性的惡性克隆性疾病,主要表現為由于細胞凋亡受阻、細胞分化障礙以及自我更新增殖能力異常而導致的細胞生長停滯在發育的不同階段。根據細胞類別可將白血病分為髓細胞白血病(myeloid leukemia, ML)和淋巴細胞白血病(lymphoblastic leukemia, LL)兩大類。同時,根據細胞的成熟程度和自然病程,又可將ML和LL細分為急性淋巴細胞白血病(acute lymphoblastic leukemia, ALL)、急性髓細胞白血病(acute myeloid leukemia, AML)、慢性淋巴細胞白血病(chronic lymphoblastic leukemia, CLL)和慢性髓細胞白血病(chronic myeloid leukemia, CML)。白血病的發病率在我國腫瘤中位列前十,是0～14歲兒童最為常見的惡性腫瘤之一,約占28 %[1]。白血病的自然發病率約為14.1/10萬,是嚴重威脅人類健康的十大惡性腫瘤之一,占惡性腫瘤年新發病例的3.5 %,死亡病例的3.8 %,也是39歲及以下人群惡性腫瘤致死的首要原因[2]。

2 ATO治療白血病的機制研究

2.1ATO誘導白血病細胞凋亡 APL是AML的一個亞型,其特征是在15和17號染色體之間發生連鎖平衡易位,該易位導致15號染色體上的早幼粒細胞白血病(promyelocytic leukemia, PML)基因和17號染色體上的維甲酸受體α(retinoic acid receptor α, RARα)基因融合,最終產生融合蛋白PML-RARα。PML/RARα融合蛋白可與組蛋白去乙?；负虳NA甲基轉移酶結合阻斷參與髓系細胞分化和凋亡的基因的表達。ATO可通過誘導PML-RARα蛋白泛素化降解并導致APL細胞凋亡[3]。Chen等[4]研究發現,ATO可能通過抑制TET2-FOXP3-Lyn-Akt軸調控的MCL1基因轉錄和翻譯誘導線粒體介導人白血病U937和HL60細胞發生凋亡。Lang等[5]研究發現,ATO可能通過下調異位病毒整合位點-1(ectopic viral integration sites-1, EVI-1)mRNA和癌蛋白水平,激活JNK凋亡通路,從而導致白血病THP-1和K562細胞凋亡。此外,AT0可使APL細胞株NB4細胞線粒體ROS升高,過氧化還蛋白3(peroxiredoxin 3, PRX3)過度氧化和二聚化,最終觸發細胞凋亡。

2.2ATO抑制白血病細胞生長 ATO作為治療APL的重要藥物,在降解PML-RARα蛋白的同時,可引起細胞周期阻滯。細胞周期相關基因是管家基因的成員,并且這些基因的啟動子在正常組織中處于低甲基化狀態。Hassani等[6]通過研究ATO對APL細胞系NB4細胞中22個細胞周期相關基因啟動子甲基化狀態發現,ATO可誘導CCND1、CCNE1、GADD45α基因表達,抑制CCNF、CDKN1A基因表達,并誘導細胞周期停滯于G2/M期。此外,ATO可調節APL細胞系中大量與癌癥相關的miRNAs,其中大多數與細胞周期阻滯有關[7]。

2.3ATO對白血病細胞的自噬作用 自噬是ATO抗白血病作用的重要機制,ATO可誘導APL細胞PML-RARα和CML細胞BCR-ABL等融合癌蛋白自噬降解。P62/SQSTM1是一個關鍵的選擇性自噬接頭蛋白,其在ATO治療過程中對PML-RARα、BCR-ABL和其他癌蛋白的降解起著重要作用。Liu等[8]研究發現,ATO對具有FMS樣酪氨酸激酶3基因內部串聯重復序列(FLT3-ITD)突變的AML細胞具有顯著的抗癌活性,ATO可以誘導P62/SQSTM1參與將FLT3-ITD蛋白運送到溶酶體,最終被自噬降解。此外,白血病干細胞(leukemia stem cells, LSCs)是AML復發和耐藥的主要原因,ATO可以抑制耐藥LSCs增殖并誘導其凋亡,研究表明ATO至少部分通過自噬通路靶向LSCs來發揮抗白血病作用[9]。

2.4ATO的免疫調節作用 ATO可降低調節性T細胞數量并抑制其功能,而血清半乳糖凝集素3(galectin-3)是APL患者接受全反式維甲酸(all-transretinoic acid, ATRA)和ATO一線治療后無復發生存的獨立危險因素[10]。研究發現,在內質網應激存在的情況下,ATO可有效誘導對ATRA敏感和耐藥的APL細胞株凋亡,說明內質網應激相關通路可能與APL的療效有關,并且是尋找AML新治療策略的潛在靶點[11]。此外,ROS1基因敲除的細胞對ATO更加敏感,表明原癌基因ROS1可能是接受ATO治療的AML患者潛在的治療靶點。同時,在ATO作用下,自然殺傷細胞(natural killer cell, NK)對APL細胞株NB4細胞的殺傷作用明顯增高,表明NK細胞可能在白血病的治療中有潛在利用價值。

3 以ATO為基礎的聯合療法

ATO治療APL療效顯著,但對于頑固性或耐藥疾病,若使用大劑量的藥物可能會出現劑量依賴性的不良反應,包括QT間期延長、心律失常和肝毒性,而劑量減少又可能影響存活率。ATO與其他藥物聯用一方面可以克服治療劑量的限制,另一方面也可以提高頑固性或耐藥疾病的治療效率。ATO聯合其他藥物的療效和機制研究見表1、表2、表3。

表1 基礎研究中ATO聯合其他藥物的療效和機制研究

表2 臨床ATO聯合其他藥物的療效和機制研究

表3 ATO聯合抑制劑類藥物的療效和機制研究

NC9轉谷氨酰胺酶TG2的抑制劑抑制TG2酶的活性,減少APL細胞系NB4細胞的ROS、促炎細胞因子和趨化因子的產生[25]。10058-F4c-myc抑制劑減少APL細胞系NB4細胞IκB磷酸化,下調抗凋亡基因的表達水平,誘導caspase-3依賴的細胞死亡[26]。VenetoclaxBcl2抑制劑抑制Nrf2活化,降低線粒體膜電位、脂肪酸氧化和氧化磷酸化,線粒體變小、ROS增加,促進對Venetoclax敏感和耐藥的AML原代細胞來源的LSCs凋亡[27]。

4 納米藥物與白血病

ATO和ATRA是治療APL的一線藥物,但ATRA在生理溶液中溶解度低,藥物在體內很難釋放,ATO具有全身的細胞毒性。Fan等[28]制備了一種含有有機砷和ATRA的新型自組裝納米顆粒,其具有較高的水溶性和良好的生物相容性,在血液中能穩定循環,可有效地被人類APL細胞攝取,而后經細胞內酯酶水解釋放ATRA和ATO。酪氨酸激酶抑制劑是治療CML的一線藥物,但殘留在骨髓中的原始CML干細胞/祖細胞無法被根除。有研究發現,雙寡肽-偶聯納米顆?？蓪TO靶向輸送到骨內壁龕和血管壁龕等骨髓壁龕中,消除原始的CML細胞,這種骨髓定位靶向給藥策略在治療CML和其他起源于骨髓的惡性血液病方面具有潛在的用途[29]。此外,硫化砷(As4S4)治療CML也有一定療效,但其在中性或酸性的水溶液中很難溶解。Wang等[30]制備了一種水溶性As4S4納米顆粒,其可下調CML細胞內ROS和低氧誘導因子-1α(hypoxia inducible factor-1α, HIF1α)水平,致使BCR-ABL癌蛋白自噬降解,誘導CML細胞(K562、K562/AO2和CML患者骨髓原代細胞)向紅系分化,改善CML患者的造血功能。

5 總結與展望

ATO抗APL白血病效果最為顯著,可通過誘導細胞凋亡和自噬、抑制細胞生長等發揮作用。此外,ATO聯合其他藥物治療白血病也取得很大的研究進展,其為白血病治療提供了更多的治療選擇。同時,研究學者致力于采用納米技術靶向遞藥提高治療效率,為白血病的靶向治療奠定理論基礎。近年來,細胞發生鐵死亡一直是研究學界的研究熱點,其與多種癌癥具有一定的聯系,ATO治療白血病是否與誘導細胞發生鐵死亡有關的研究報道甚少,可從該角度進行深入研究,進一步明確ATO治療白血病的作用機制。