抗肿瘤药物诱导肿瘤细胞凋亡机制的研究进展_闫华超 (1)

抗肿瘤药物诱导肿瘤细胞凋亡机制的研究进展

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闫华超1) 李林尉2)(1)聊城大学生命科学学院,山东聊城52059;2)聊城大学化学化工学院,山东聊城252059)

摘 要 综述了近年来抗肿瘤药物诱导肿瘤细胞凋亡作用机制的研究进展.抗肿瘤药物诱导肿

瘤细胞凋亡的作用机制主要有:阻滞肿瘤细胞增殖周期、影响细胞凋亡信号的转导途径、调控癌

基因和抑癌基因的表达、降低端粒酶的活性、激活活性氧途径、线粒体途径及调节细胞内pH 诱

导凋亡等.

关键词 抗肿瘤药物,肿瘤细胞,细胞凋亡

中图分类号 R730 53 文献标识码 文章编号 1672 6634(2009)03 0042 06

0 引言

抗肿瘤药物诱导肿瘤细胞凋亡机制的研究是生命科学研究的重大综合课题.1965年发育生物学家Lo ckshin 和Willianms 首先提出了PCD(Progr am med Cell Death,程序化细胞死亡)一词,用于描述蛾幼虫的生理性死亡.1972年Kerr [1]等从形态学的角度描述细胞的生理死亡,并将这种细胞死亡形象化命名为细胞凋亡(apoptosis),言之秋天树木落叶之意.细胞凋亡是细胞在一定的生理或病理条件下,遵循自身的程序,自己结束其生命的过程,是普遍存在于多细胞生物体内的一种自发、主动的细胞死亡过程,是生物体维持细胞数量相对稳定的固有机制.这一机制若有障碍或发生异常,就有可能引发肿瘤或其他病变.目前大多数人认为,肿瘤是一种细胞凋亡过少而增殖过多的疾病,若能抑制肿瘤细胞的增殖并诱导其凋亡,肿瘤细胞就有可能停止生长[2].细胞凋亡这一引人入胜概念的提出,为细胞生物学、分子生物学及众多学科对生命体系相关课题的整合研究展示了广阔的前景.1992年英国科学家H ickm an J A [3]等首次提出诱导肿瘤细胞凋亡可作为肿瘤治疗研究中的主要目标和手段以来,治疗性细胞凋亡干预作为一种发展中的疾病治疗手段,到20世纪末已逐渐成为国内外肿瘤治疗研究的一个热点.

目前,抗肿瘤药物产品已发展形成为抗代谢药物、天然植物类、烷化剂类、抗生素类、激素类、调节免疫功能类、铂类及其他等7大类,160多个品种.抗肿瘤药物诱导肿瘤细胞凋亡机制研究成果的理论及其发展不仅可为肿瘤治疗方法、手段提供依据和指导,同时亦可为抗肿瘤药物的设计、研制、筛选、生产和开发开辟新的途径.

1 抗肿瘤药物诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制

近年来的研究成果表明,抗肿瘤药物诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制主要有以下几个方面.

1.1 阻滞肿瘤细胞的增殖周期

细胞增殖周期可分为DNA 合成前期(G 1期)、DNA 合成期(S 期)、DNA 合成后期(G 2期)及有丝分裂期(M 期)四个期.在细胞分裂后进入G 1期前存在一个相对静止期(G 0期),此期是决定细胞继续进行

第22卷 第3期

2009年9月 聊城大学学报(自然科学版)Journal of Liaochen g Un iversity(Nat.Sci.)Vol.22No.3Sep.2009

*收稿日期:2008 04 26

基金项目:国家自然科学基金资助项目(20773059;20543004);山东省教育厅项目(J08L E02)通讯作者:李林尉,E mail:lilinw ei@.

分裂或发生分化的重要阶段.细胞周期调控异常是肿瘤发生的一个重要原因,细胞周期调控既影响其分裂增殖又可诱发其凋亡.应用生物抗癌制剂干扰癌细胞生长、代谢、增殖等过程,最终引发癌细胞发生自灭,通常称之为 凋亡诱导 作用,这一方法已成为治疗癌症的新途径[4].

研究表明,许多天然药物的有效成份能够作用于细胞周期的某一环节,从而使细胞增殖周期受阻,诱导其发生凋亡[5].褐藻多糖硫酸酯对各种癌均有较强的抑制作用[6],其抑癌机制是能够阻滞细胞G 1期向S 期的进程,形成G 1期阻滞,造成G 1期细胞堆积阻滞并阻断细胞的DNA 合成和复制,起到抑制癌细胞增殖的作用,从而影响细胞的代谢与功能,导致细胞凋亡.Li [7]等报道小檗碱可以在不影响CyclinB m R NA 表达的情况下,抑制CyclinB 蛋白活性,使CDC2激酶活性降低,细胞进入有丝分裂受阻,停留在G 0期.而使细胞增殖周期受阻,诱导其发生凋亡.

据报道去甲斑蝥素(NCTD)可作用于细胞周期的不同环节,使细胞增殖受阻,诱导细胞凋亡.孙震晓、闫华超等[8]用N CT D 诱导人白血病细胞K562的研究证实,细胞凋亡与细胞G 2/M 期阻滞相关,细胞凋亡大部分发生在细胞周期的M 期,也有少量发生在间期,且为多点启动.研究还发现,5 氟尿嘧啶(5 FU)及替加氟能干扰和阻断DNA 、RNA 及蛋白质合成,主要作用于S 期,是抗嘧啶类的细胞周期特异性药物[9].紫衫醇及其类似物有诱导和促进微管蛋白的聚合以及抑制微管的解聚,终止细胞有丝分裂的作用[10].H uw e 等[11]认为靛玉红类衍生物对细胞周期蛋白和CDK 所形成的络合物(即CDK/cyclin)有较强的抑制作用,使细胞停留在G 1与G 2/M 期.

1.2 影响细胞凋亡信号的转导途径

细胞内外的多种信号刺激可诱导细胞凋亡,这些信号的转导是多途径的,但是细胞凋亡后期的共同途径已公认是天门冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶的激活.细胞质天门冬氨酸特异性蛋白酶系(cytosolic apartate-specific pro teases,Caspases)参与细胞的程序性解体,从而使之成为凋亡体.Caspase 属白介素 1 转化酶家族,目前已发现的Caspases 有14种之多,分别记作Caspasel~14.Caspases 在胞质中以不活化的前体形式存在,大多通过蛋白裂解得以活化.Caspase 8、Caspase 9及Caspase 3是位于凋亡通路上的3个关键因素.Caspase 8对来自细胞外的凋亡诱导因子的刺激作出应答,以启动细胞解体[12].Caspase 9对各种药物和损伤引起的刺激作出应答,启动细胞色素C 从线粒体中释放,并与dATP 、凋亡蛋白酶活化因子1和细胞色素C 一起形成复合物,以启动细胞解体.Caspase 3能放大Caspase 8和Caspase 9的信号,引起细胞全面自杀性解体.Caspase 8与Caspase 9都可以通过蛋白水解片断活化Caspase 3,而Caspase 3则反过来使细胞内许多重要的蛋白质(包括其余的Caspases 成分)水解而得以活化.聚ADP 核糖聚合酶是细胞凋亡中第1个被鉴定的由Caspase 3水解的DNA 修复相关酶[13].DN A 修复功能的丧失,使基因组的稳定不能维系,从而间接促使细胞凋亡.

据报道细胞肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(T RAIL)参与U VA 诱导的H aCaT 细胞凋亡,扇贝多肽(PCF)对U VA 诱导的H aCaT 细胞TRAIL 表达有抑制作用,也可减弱U VA 诱导的Caspase 8活化,以其抗氧化活性抑制TRA IL 凋亡通路而发挥抗凋亡作用[14].王雪等[15]探讨3,4-亚甲基二氧基甲基苯丙胺(MDMA )对实验大鼠神经元凋亡的诱导及凋亡相关因子半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶 3(Caspase 3)的表达.结果表明M DM A 可导致神经元的凋亡,并诱导凋亡相关因子Caspase 3的表达.

1.3 调控癌基因和抑癌基因的表达

在肿瘤的发生发展过程中,肿瘤细胞表达的凋亡相关基因起重要的调控作用,其中的某些基因发生缺失,突变或过度表达,可导致细胞增殖失控或凋亡受阻.因此,如何调控凋亡相关基因或其相应产物,使异常表达的癌基因得到逆转、关闭或降低其表达水平即可达到治疗忡瘤的目的.目前Bcl 2、P53、C myc 家族是几个了解较为深入的与凋亡调控有关的基因.

Bcl 2基因即细胞淋巴瘤/白血病 2基因是研究最早的与凋亡有关的基因,是一种凋亡抑制基因,它可使DNA 受损的细胞能长期生存,又称长寿基因,是维持癌细胞无限制生长的主要基因.Bcl 2家族包括Bcl 2、Bax 、Bcl X 、Bcl w 、Bak 、Bad 、A1、NR 13和M cl 1,其中Bax 、Bak 、Bcl Xs 是促凋亡因子,其余为抗凋亡因子.Bcl 2对细胞周期无明显影响,而对细胞死亡的干扰有选择性,阻止了细胞死亡的最后途径,包括43 第3期 闫华超等:抗肿瘤药物诱导肿瘤细胞凋亡机制的研究进展