銅死亡在鼻咽癌治療中的作用研究進展

吳敏,葉惠平

(貴州醫科大學附屬人民醫院 耳鼻咽喉科,貴州 貴陽 550000)

鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma,NPC)作為一種具有地域及民族分布特征的惡性腫瘤,其發病趨勢逐年上升[1]。在中國華南地區、東南亞等地特別普遍[2]。由于NPC對放療敏感,目前放療仍是其主要治療方式,但放療對早期NPC控制率較高,局部晚期NPC患者放療效果不太好[3]。目前的研究表明,促進腫瘤細胞銅死亡的發生是一種比較有效的降低癌細胞耐藥性的方法[4]。Tsvetkov等[5]銅死亡發生是由銅與三羧酸循環脂質成分直接結合產生的,引起脂質?；鞍拙奂?、鐵硫簇蛋白丟失,進而引起蛋白毒性應激,最終導致細胞死亡,涉及各腫瘤的發生發展和治療,我們發現它在抗腫瘤領域具有廣闊的前景和潛力。因此,本文就銅死亡的作用機制及在NPC治療中的作用研究進展綜述如下。

1 銅死亡的概述

不同的細胞死亡機制有不同的細胞死亡方式,常見的是細胞凋亡、壞死性凋亡、細胞焦亡和鐵死亡等[4]。與鐵死亡一樣,銅是所有生物體不可缺少的微量元素,通常在哺乳動物細胞中維持在非常低的水平。Tsvetkov等[5]提出的銅死亡依賴于銅,是一種新的死亡方式,與線粒體呼吸密切相關。朱潔潔等[6]近來研究發現,銅離子含量超載或缺乏可導致各種疾病[7-9]?？傊?銅死亡的發生是通過銅與三羧酸循環脂質成分的直接結合,引起脂質?；鞍椎木奂?、Fe-S簇蛋白的丟失,進而引起蛋白毒性應激,最終導致細胞死亡。

2 銅死亡的抗腫瘤作用機制

2.1 銅的泛素-蛋白酶體抑制劑抗癌

目前已知泛素-蛋白酶體系通過控制細胞周期相關蛋白的降解,在細胞增殖和分化中起重要作用[10]。蛋白酶體抑制劑可以誘導細胞色素C侵入細胞質,激活caspase級聯反應,進一步誘導腫瘤細胞死亡[11]。一些含有過渡金屬(如銅、錳和金)的配合物,對蛋白酶體有抑制作用[12]。Cu2+可通過直接結合和部分氧化還原作用機制抑制蛋白酶體。目前,蛋白酶體抑制劑硼替佐米已應用于多發性骨髓瘤等疾病的治療[13],硼替佐米聯合環磷酰胺作為誘導治療,可使80%以上的初診多發性骨髓瘤患者獲得緩解[14]。Chen等[15]研究發現,雙硫侖-Cu2+配合物使乳腺癌細胞內蛋白酶體活性持續受到抑制,致使泛素化蛋白增加,得出Cu2+可抑制蛋白酶體系統的結論。

2.2 銅的氧化應激抗癌

Cu2+載體與銅結合時產生活性氧(reactive oxygen species, ROS),可誘導氧化應激,損傷DNA,導致細胞周期阻滯[16]。在正常生理狀態下,機體會產生少量的ROS參與機體正常代謝,體內也存在抑制和清除ROS反應的機制[17],當該機制被破壞時,過量的ROS可以直接作用于細胞,引起細胞死亡,引起疾病的產生[18]。腫瘤細胞通?？梢酝ㄟ^提高細胞內ROS水平來促進腫瘤細胞的增殖、轉移[19]。Cu2+載體與銅結合時產生ROS,介導的線粒體蛋白毒性應激引起銅死亡[20]。由此說明,通過銅與其配合物結合產生活性氧,形成氧化應激,激活凋亡通路,誘導癌細胞死亡。因此,銅可以通過產生活性氧來誘導腫瘤細胞死亡[21]。

2.3 銅依賴性細胞死亡

銅的狀態可以被用作癌癥易感性的標桿,通過銅螯合劑耗盡銅池,驅動腫瘤增殖和轉移途徑。據報道,銅與鉑類抗腫瘤化合物的耐藥性有關,可作為癌癥聯合治療中的放射性治療劑[22]。目前的研究發現雙硫侖和伊利司莫,這兩種Cu2+載體可以殺死特定的耐藥性癌細胞[23]。雙硫侖的抗癌作用需要Cu2+參與,并快速轉化二乙基二硫代氨基甲酸銅,蓄積在腫瘤中,使大量的廢棄蛋白過度蓄積在細胞內,最終導致細胞死亡[24]。伊利司莫結合細胞外Cu2+,并將Cu2+從細胞外轉運至細胞內,導致線粒體內銅的持續堆積,最終誘導細胞凋亡[25]。由此可見,銅結合化合物在治療癌癥方面具有很大的潛力,能夠選擇靶向癌細胞的新型銅結合化合物,在癌癥的治療中逐漸受到歡迎。

2.4 銅的血管生成抑制劑抗癌

Folkman等[26]提出腫瘤進展需要啟動腫瘤血管生成,早期快速生長的腫瘤出現大量血管化。銅是血管生成信號級聯中重要的輔助因子,銅是促進血管生成的重要因素[27]。Cu2+與缺氧誘導因子結合,可降低缺氧誘導因子,血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)也相應減少,減少血管內皮細胞增殖,減少血管通透性,難以維持血管內皮完整性,引起細胞死亡[28]。有研究表明,銅可以直接刺激內皮細胞的遷移和增殖以及纖維連接蛋白的合成[16]。銅釋放的大量促血管生成因子促進腫瘤細胞和腫瘤募集的巨噬細胞間的炎癥性干擾,刺激局部血管生成[29]。四硫鉬酸鹽通過降低銅濃度和降低血管生長相關因素,被用于抑制血管生成[13]。銅促進血管生成的重要作用是使銅螯合劑成為治療腫瘤的有效血管抑制劑。

3 銅死亡在NCP治療中的作用研究進展

由于NPC早期缺乏明顯的癥狀,導致發現時通常已至晚期,易于復發和轉移。時至今日,NPC仍主要應用多學科綜合序貫治療,包括手術切除、化療和放療聯合治療方法,但患者預后情況不容樂觀。順鉑作為一線化療藥物,與其他化療藥物、放射治療相結合,在臟器功能的保存中發揮著重要作用[30]。然而,和其他類型癌癥一樣,NPC對順鉑的耐藥性始終得不到有效降低。因此,為了改善治療效果,需要一種降低癌組織順鉑耐藥性的新方法。目前研究表明,通過誘導銅死亡的方式可以降低癌組織對順鉑的耐受性[31]。同時,與銅死亡有關的藥物也能有效地促使癌細胞死亡,同時又不影響正常組織。這為提高NPC患者術后生存率提供了新的思路。

3.1 泛素單蛋白酶體通路(ubiquitin-proteasome pathway,UPP)在NPC治療中的作用

Zhou等[32]確認NPC的癌細胞阻斷物UPP能夠誘導凋亡促進蛋白的表達提高,同時觀察凋亡抑制蛋白表達的提高。硼替佐米是第一個臨床批準的蛋白酶體抑制劑,用于對幾種癌癥的抗腫瘤活性[33]。硼替佐米對NPC細胞有放療增敏作用,抑制蛋白酶體活性,阻斷細胞內多種調節細胞凋亡及信號轉導蛋白降解,可誘導腫瘤細胞死亡[34]。雙硫侖可抑制蛋白酶的活性,引起多泛素化蛋白的積累以及細胞毒素蛋白的聚集,并導致癌細胞死亡[35]。 雙硫侖-Cu2+可以與順鉑聯合使用,在體內耐受性良好,可顯著抑制NPC組織的生長[36]。UPP作為銅死亡調控通路中關鍵的途徑之一,經常通過靶向UPP并抑制其表達,進而誘導銅死亡的發生,發揮著顯著的抗腫瘤效果。目前NPC治療中對銅死亡相關藥物的應用較少,尚未觀察到銅死亡藥物作為腫瘤抗癌藥物的可靠療效,今后仍需進一步研究探索,篩選出更多有效治療藥物,為NPC患者的個體化治療提供理論依據。

3.2 ROS和谷胱甘肽在NPC治療中的作用

ROS引起的脂質超氧化反應被認為是目前銅死亡的生物化學特征。雙硫侖被用作鐵、銅和鋅的有效螯合劑,通過破壞含銅的呼吸酶。雙硫侖-Cu2+可能影響ROS水平,誘導線粒體功能改變、氧化還原水平失衡、氧化應激反應,進而誘導細胞死亡[30]。用雙硫侖-Cu2+可以增強其逆轉耐藥性癌細胞化學耐藥性的活性[37]。雙硫侖-Cu2+可以通過激活ROS/MAPK信號通路誘導ROS的產生并導致NPC細胞凋亡[30]。進一步研究表明,精氨酸可通過誘發NPC細胞中鐵離子濃度升高、ROS聚集、GSH損失誘導鐵死亡,發揮其抗腫瘤活性[38],相應的青蒿琥酯可能聚集ROS,消耗谷胱甘肽,誘導銅死亡,誘導腫瘤細胞死亡。上述藥物在NPC中銅死亡的發生與耐藥性有很大的相關性,但具體作用機制尚未完全闡明,需要進一步探索。

3.3 銅配合物在NPC治療中的作用

目前認為銅是抗腫瘤藥物的候選金屬材料[39]。Cu2+與雙硫侖配合物通過產生活性氧誘導頭頸部腫瘤細胞死亡[40]。伊利司莫也是一種銅離子載體,目前為抗癌藥物,其可與Cu2+絡合形成配合體。結腸癌細胞中,伊利司莫和銅聯合處理導致銅滯留,引起活性氧累積,進而導致細胞死亡。在NPC中,當引起ROS平衡紊亂時,可以誘導顯著的細胞周期停滯和凋亡[36],因此伊利司莫可能會消耗谷胱甘肽,誘導銅死亡,誘導腫瘤細胞死亡,可能作為治療NPC的藥物。銅配合物可通過影響銅穩態調節過程在鉑類藥物的治療中發揮重要作用[40]。上述的藥物都可能用來治療NPC,其機制有待研究。

3.4 VEGF在NPC治療中的作用

VEGF可誘導新生血管生成,在NPC淋巴結轉移中發揮了關鍵作用[41]。另有研究顯示,轉移性NPC患者的血清VEGF水平顯著升高[42]。二氫亞特米西寧是青霉素的半合成衍生物,是治療惡性瘧疾的有效藥物。最近的研究發現,二氫亞特米西寧通過促進NPC細胞的凋亡、誘導細胞周期阻滯和自噬、抑制血管生成,抑制癌細胞的侵入和遷移,顯示抗腫瘤活性[43]。貝伐珠單抗是最早用于治療NPC的抗血管生成藥物之一,能夠選擇性地與VEGF結合,抑制腫瘤新生血管的生成。VEGF在NPC中高表達,與預后相關,提供抗血管新生治療所需的靶點。此外,抗血管生成治療具有誘導腫瘤血管正?；淖饔?這為抗血管生成協同治療、化療、免疫治療及其他治療手段創造了有利條件,已在臨床試驗中取得初步成果,但其不良反應尤其是出血及心血管事件等應引起高度重視?？寡苌芍委烴PC的臨床應用模式將進一步優化,改善NPC尤其是進展期NPC患者的預后。

4 小結與展望

最近,Tsvetkov等[5]將銅死亡確定為新的程序性細胞死亡。銅死亡是一種多信號通路機制,由多細胞器、表觀遺傳、轉錄、翻譯后修飾等多個層面組成的復雜網絡調節過程。研究發現,銅代謝失衡會嚴重影響心臟和中樞神經系統的發育,并對肝臟的正常代謝產生一定的影響[44]。由遺傳變異引起的銅穩態失衡甚至可能導致危及生命的疾病,如威爾遜氏癥[45]和帕金森病[40]。此外,據報道血清銅濃度降低與子宮內膜癌的發展有關[46]。在頭頸部惡性腫瘤的進展中也觀察到銅穩態的不平衡[47]。因此,最近用于調節腫瘤細胞凋亡的銅死亡信號途徑正在成為一種新的有效的抗腫瘤策略,相應地也產生了銅死亡藥物。據報道,銅與鉑類抗腫瘤化合物的耐藥性有關,可作為癌癥聯合治療中的放射性治療劑[48]。銅還可以通過與雙硫侖結合來增強患者的抗腫瘤能力[49]。NPC對放療效果較敏感,但對局部晚期NPC患者的效果較差,因此,將銅死亡用于NPC的治療具有重要學術價值。

NPC經常以UPP為靶點抑制表達,誘導銅死亡,發揮明顯的抗腫瘤效果;相比之下,銅絡合物可以通過影響銅穩態調節過程對鉑類藥物的治療起重要作用;最后,銅穩態失衡抑制了腫瘤細胞的血管生成,這都表明銅死亡作為NPC治療的新靶點。

本文闡述了銅死亡在NPC治療中的作用,為銅死能降低癌組織對順鉑的耐藥性提供了機制基礎。因此,銅死亡可作為NPC治療的新靶點,但其具體療效有待進一步臨床驗證。