岑娟劉芳芳張峰

作者單位：475004開封河南大學(xué)1天然藥物與免疫工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2河南大學(xué)藥學(xué)院

綜述

通過調(diào)控反應(yīng)氧族防治耐藥腫瘤的研究進(jìn)展

岑娟1劉芳芳1張峰2

作者單位：475004開封河南大學(xué)1天然藥物與免疫工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2河南大學(xué)藥學(xué)院

反應(yīng)氧族（reactiveoxygenspecies，ROS）與腫瘤防治關(guān)系密切，近年研究表明ROS參與了腫瘤多藥耐藥（multidrug resistance，MDR）的形成。而基于ROS的生理活性與信號通路作用，調(diào)控腫瘤細(xì)胞的ROS含量及相關(guān)機(jī)制可逆轉(zhuǎn)腫瘤MDR，達(dá)到有效治療耐藥腫瘤的目的。本文就ROS與腫瘤防治、ROS參與MDR的機(jī)制等作一綜述。

反應(yīng)氧族；腫瘤；多藥耐藥

由于多種抗腫瘤藥物可通過增加癌細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)氧族（r ea ct i v e o x ygen s pe c ie s，ROS）誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，因此，以往研究大多視ROS為細(xì)胞損傷的重要因素。然而，ROS還可作為第二信使介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，在腫瘤形成和惡化的病理過程中扮演復(fù)雜的角色［1］。迄今，腫瘤多藥耐藥（mu lt i dr ug r e s i s t an c e，M D R）仍是腫瘤治療的最大障礙，其機(jī)制復(fù)雜、表型多樣。近年研究表明，ROS及其介導(dǎo)的信號通路參與了M D R的形成機(jī)制，本課題組曾使用微量雙氧水長期造模，成功誘導(dǎo)了人乳腺癌細(xì)胞產(chǎn)生M D R，證實(shí)了ROS可通過持續(xù)激活PI3K/Akt通路促進(jìn)H IF-1α、Nrf2介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與抗氧化物的上調(diào)而誘導(dǎo)M D R［2］。然而，ROS與耐藥腫瘤的關(guān)系異常復(fù)雜，甚至在不同的研究中得到相反的結(jié)論。有研究表明藥物可通過增加ROS、降低P-糖蛋白（P-g l y c op r o t ein，P-gp）表達(dá)而逆轉(zhuǎn)耐藥［3］。因此，ROS與M D R的關(guān)系仍需深入研究，本文就ROS與腫瘤防治、ROS參與M D R的機(jī)制作一綜述。

1 ROS及其細(xì)胞內(nèi)調(diào)控

ROS是機(jī)體代謝所產(chǎn)生含氧化合物的總稱，包括超氧陰離子、羥自由基、過氧化氫和單線態(tài)氧等，其中超氧陰離子和過氧化氫為細(xì)胞內(nèi)ROS的主要存在方式。線粒體是內(nèi)源性ROS產(chǎn)生的主要部位，線粒體呼吸鏈、細(xì)胞色素P450酶和NA D P H氧化酶是ROS的主要來源。外界刺激也可引發(fā)細(xì)胞大量產(chǎn)生ROS，使細(xì)胞內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)無法清除過度產(chǎn)生的氧化因子，稱為氧化應(yīng)激，可破壞D NA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)引起組織損傷。

ROS是細(xì)胞特征和功能的重要決定因素，調(diào)控ROS可影響細(xì)胞內(nèi)生理、病理過程。細(xì)胞對ROS的信號調(diào)節(jié)主要由細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶決定，主要包括過氧化物酶（PR X s）、超氧化物酶（SO D）、谷胱甘肽過氧化物酶（GP X s）和過氧化氫酶（C A T）等。其中SO D能使超氧陰離子轉(zhuǎn)換為過氧化氫；PR X則通過過氧化氫氧化其活性位點(diǎn)上的半胱氨酸，隨后被硫氧蛋白還原酶和NA D P H還原；GP X s利用谷胱甘肽（GS H）發(fā)揮抗氧化作用。這些抗氧化酶的功能均依賴于過氧化氫的濃度發(fā)揮作用，其中PR X s可清除與信號通路相關(guān)的納摩爾級水平的過氧化氫，GP X s僅在細(xì)胞內(nèi)過氧化氫濃度較高時才發(fā)揮作用，而CAT對過氧化氫親和力更低，多被限制在過氧化物酶體中優(yōu)先發(fā)揮作用［4］?？梢奊P X s可迅速降低高水平ROS對細(xì)胞的損傷，并啟動細(xì)胞內(nèi)的自我保護(hù)機(jī)制，推測其與M D R的形成密切相關(guān)。另外，ROS的產(chǎn)生過程也可改變其信號能力，然而迄今對ROS產(chǎn)生的了解仍來源于孤立的線粒體和細(xì)胞，認(rèn)為電子傳遞鏈的氧化還原狀態(tài)和質(zhì)子動力勢是其產(chǎn)生的主要決定因素［5］。此外，由于ROS半衰期短，其信號作用也受線粒體定位的影響。因此，ROS釋放位點(diǎn)與發(fā)揮信號功能位置間的距離決定了其作用效率［6］。

2 ROS與腫瘤進(jìn)程

ROS與細(xì)胞新陳代謝息息相關(guān)，改變細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)可導(dǎo)致特定蛋白酶、可溶性因子等功能發(fā)生改變，因此ROS在腫瘤細(xì)胞中的含量和分布對腫瘤進(jìn)展具有重要作用［7］。研究表明腫瘤細(xì)胞的ROS含量比正常細(xì)胞高；而惡性腫瘤細(xì)胞內(nèi)ROS含量又高于良性腫瘤，耐藥腫瘤細(xì)胞內(nèi)ROS含量高于敏感腫瘤細(xì)胞［1］。但細(xì)胞內(nèi)ROS的急劇升高會對細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用。因此，ROS的雙向調(diào)控或均可用于腫瘤防治，即通過降低其含量抑制早期腫瘤的發(fā)生或通過升高其含量對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生毒性。

2.1 ROS參與腫瘤細(xì)胞存活、增殖、轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散

ROS可致基因組損傷和遺傳不穩(wěn)定直接影響細(xì)胞核內(nèi)的基因表達(dá)，誘導(dǎo)癌變和腫瘤惡性進(jìn)展。如在ROS含量較高的腫瘤細(xì)胞中，線粒體基因組頻繁突變導(dǎo)致糖酵解增加是腫瘤細(xì)胞的一大特征［8］。在肺癌小鼠模型中發(fā)現(xiàn)線粒體復(fù)合物Ⅲ錨定非依賴性生長需要ROS的存在；而敲除線粒體轉(zhuǎn)錄因子A則可通過破壞使線粒體功能減少ROS，抑制腫瘤發(fā)生。這些研究結(jié)果提示，線粒體ROS的產(chǎn)生對于細(xì)胞增殖和腫瘤的早期發(fā)生至關(guān)重要。在細(xì)胞質(zhì)中，ROS可作為第二信使介導(dǎo)腫瘤進(jìn)展，如ROS可氧化并抑制p38促分裂原活化蛋白激酶磷酸化從而促進(jìn)癌細(xì)胞存活和增殖［9］。ROS還可通過磷酸化或氧化作用激活A(yù)PE X1、NF-κB、p53、H IF-1α等轉(zhuǎn)錄因子，最終導(dǎo)致靶基因表達(dá)改變而發(fā)揮抑制細(xì)胞死亡、促進(jìn)細(xì)胞增殖的作用［10］。另有研究證實(shí)，ROS也是癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移、細(xì)胞黏附和腫瘤擴(kuò)散的必要條件［11］。一個針對腫瘤轉(zhuǎn)移的假說認(rèn)為，惡性腫瘤的氧化還原信號和新陳代謝多處于上調(diào)趨勢，而擴(kuò)散則是其綜合作用的結(jié)果，因此避免擴(kuò)散應(yīng)首先防止在原發(fā)腫瘤部位產(chǎn)生過量的ROS，避免過量ROS引發(fā)的氧化損傷［12］。近來已有研究證實(shí)抗氧化劑可有效干預(yù)腫瘤干細(xì)胞的自我更新、干擾細(xì)胞運(yùn)動，發(fā)揮治療腫瘤的作用［13］。

2.2 ROS參與腫瘤多藥耐藥

化療藥物產(chǎn)生ROS是否直接導(dǎo)致腫瘤耐藥尚待進(jìn)一步研究。順鉑、氮芥可通過卵巢癌A2780細(xì)胞產(chǎn)生ROS、誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，但長期使用則導(dǎo)致ROS的產(chǎn)生水平下降，導(dǎo)致M D R；增加ROS含量可增加細(xì)胞的敏感性，降低ROS含量則加劇耐藥性［14］。此外，線粒體氧化損傷可激活氧化還原敏感性的轉(zhuǎn)錄因子，從而增加細(xì)胞內(nèi)抗氧化物的表達(dá)，降低化療藥物的作用；抑制過氧化氫酶可促進(jìn)耐藥腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生ROS，同時恢復(fù)ROS誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［15］。近來研究認(rèn)為Nrf2是化療藥物誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生ROS，從而形成耐藥的重要應(yīng)答機(jī)制，如ROS可通過激活Nrf2、級聯(lián)及其下游GS T和H O-1表達(dá)、增加GS H含量、增加細(xì)胞耐藥性［16］。因此推測ROS介導(dǎo)耐藥的主要機(jī)制為細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶水平的提高，但此假設(shè)需基于一個必要條件，即抗氧化酶必須直接或間接通過ROS誘導(dǎo)。然而更多證據(jù)表明，ROS主要通過可逆性修飾翻譯后的蛋白質(zhì)發(fā)揮信號通路的調(diào)節(jié)作用，已知以這種方式調(diào)節(jié)的靶酶包括P T P1B、P T EN、MAPK等，如ROS可調(diào)節(jié)MAPK亞顯性結(jié)構(gòu)域中的蘇氨酸和酪氨酸磷酸化而改變其信號通路、介導(dǎo)M D R［17-18］。

3 調(diào)控ROS相關(guān)的靶點(diǎn)防治耐藥腫瘤

3.1 依據(jù)ROS與腫瘤進(jìn)程的量效關(guān)系防治耐藥腫瘤

臨床試驗(yàn)表明，肝癌患者用索拉非尼時，細(xì)胞內(nèi)超氧化物歧化酶增加、ERK1/2降低與ROS水平下降有關(guān)。因此，通過測量ROS的含量或可示蹤腫瘤患者對藥物治療的反應(yīng)性。當(dāng)ROS促進(jìn)耐藥腫瘤進(jìn)程時，抗氧化劑的使用可起有效防治作用。此類治療藥物包括聚合SO D、黃嘌呤氧化酶抑制劑、血紅素加氧酶1誘導(dǎo)劑、自由基清除劑及合成抗氧化劑等。然而，想達(dá)到靶向治療腫瘤則需要識別特定的活性氧傳感信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對不同細(xì)胞功能的區(qū)別性調(diào)控。當(dāng)ROS可抑制耐藥腫瘤時，選擇天然產(chǎn)物來源的ROS誘導(dǎo)劑則更具防治優(yōu)勢。如蘿卜硫素可通過氧化還原反應(yīng)調(diào)控端粒酶發(fā)揮其抗癌和防癌作用［19］。而基于正常細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞在抗氧化酶或細(xì)胞氧化還原狀態(tài)的差異性，ROS誘導(dǎo)劑可對惡性腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出更強(qiáng)的選擇性［20］。此外，通過引入病毒蛋白誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生成為抗腫瘤治療的新方法，如人類無致病性的鼠細(xì)小病毒H-1P V的NS1蛋白可通過誘導(dǎo)ROS促進(jìn)凋亡蛋白酶活化，導(dǎo)致癌細(xì)胞凋亡［21］。

事實(shí)上，ROS變化對M D R的影響非常復(fù)雜，如ROS與P-gp的調(diào)控存在復(fù)雜的劑量關(guān)系，因此在不同研究中常得出相反的結(jié)論［2-3］。通過調(diào)控ROS水平，防治耐藥腫瘤更需深入了解其量效關(guān)系。近年來對該量效關(guān)系的報(bào)道仍然有限，揭示其機(jī)制或涉及一些專屬性靶點(diǎn)。如γ-生育三烯酚可通過下調(diào)P-gp逆轉(zhuǎn)M C F-7/A D M細(xì)胞M D R，發(fā)揮該作用的藥物濃度僅可少量升高細(xì)胞的ROS含量（升高25%左右），其作用靶點(diǎn)或?yàn)?-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A［22］。而具有較好抗腫瘤活性的天然產(chǎn)物gu tt i f e r one K、o bl ongi f o l in C、i s oja c a r eu b in可增加Ca c o-2細(xì)胞內(nèi)ROS的含量1.2～2.5倍，通過ERK、p38、c-Jun途徑增加P-gp的表達(dá)，促進(jìn)耐藥發(fā)生［23］。K o r y s t o v等［24］研究表明ROS與M D R的量效關(guān)系為當(dāng)細(xì)胞ROS降低或增加1.5到2倍時腫瘤細(xì)胞均會產(chǎn)生M D R。但ROS升高或降低誘導(dǎo)M D R產(chǎn)生的機(jī)制不同，降低ROS通過穩(wěn)定H IF-1促進(jìn)M D R，而升高ROS則通過激活NF-k B促進(jìn)M D R。當(dāng)ROS升高3倍或更高時，M D R則會減弱，其機(jī)制與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)和功能降低有關(guān)［24］。由于這些研究往往針對不同細(xì)胞株進(jìn)行，因此一些結(jié)論仍存在矛盾，仍需對ROS與M D R的量效關(guān)系進(jìn)行深入、全面探討。

3.2 靶向ROS相關(guān)的通路分子逆轉(zhuǎn)多藥耐藥

首先，調(diào)控ROS介導(dǎo)的通路抑制藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可逆轉(zhuǎn)多藥耐藥。如Nrf2、D NA-PK C、整合素和基質(zhì)金屬蛋白酶均參與了ROS介導(dǎo)的耐藥蛋白表達(dá)［25］。靶向此類功能分子可增加耐藥細(xì)胞的敏感性［26］。其次，抑制腫瘤細(xì)胞的抗氧化酶系統(tǒng)或可通過調(diào)控ROS的含量產(chǎn)生積極的治療意義［27-28］。如過氧化氫酶抑制劑3-氨基三唑可促進(jìn)羥基自由基在特異性位點(diǎn)生成，抑制腫瘤惡性表型。另外，靶向耐藥癌細(xì)胞中ROS相關(guān)的耐藥信號通路可治療耐藥腫瘤。如卵巢癌細(xì)胞的耐藥需至少開啟兩個ROS相關(guān)基因AR H GEF6和CD K6，通過mi RNA等手段靶向此類基因或蛋白，或可提高化療效果［29］。此外，研究表明在氧化性D NA修復(fù)基因中，許多抗氧化基因的單核苷酸多態(tài)性（SNP）與人類癌癥敏感性關(guān)系密切。而氧化應(yīng)激同樣在調(diào)節(jié)表觀遺傳進(jìn)程和改變基因表達(dá)中發(fā)揮重要作用。其中異常的D NA甲基化模式或可作為腫瘤細(xì)胞耐藥的潛在生物標(biāo)志和治療靶點(diǎn)［30］。

4 小結(jié)

綜上，細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)、ROS的含量與種類、ROS在癌細(xì)胞內(nèi)的分布及作用均涉及復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，在腫瘤M D R的形成和維持中發(fā)揮重要作用。迄今為止，大多研究仍主要關(guān)注如何使用ROS誘導(dǎo)劑殺傷腫瘤細(xì)胞，而對ROS本身的功能多樣性、ROS的量效關(guān)系研究甚少。鑒于ROS與M D R的密切聯(lián)系，筆者認(rèn)為進(jìn)一步深入了解ROS的信號作用及其調(diào)控機(jī)制，探索對ROS的雙向性調(diào)控方式或解決腫瘤M D R問題的關(guān)鍵所在。

［1］Liu Y，Li Q，Zhou L，et al.Cancer drug resistance：redox resetting renders away［J］.Oncotarget，2016，7（27）：42740-42761.

［2］Cen J，Zhang L，Liu FF，et al.Long-term alteration of reactive oxygen species led to multidrug resistance in MCF-7 Cells［J］. Oxidative Medicine and Cellular Longevity，2016，2016：7053451.

［3］Wang J，Liu L，Cen J，etal.BME，a novel compound of anthraquinone，down regulated P-glycoprotein expression in doxorubicin-resistant human myelogenous leukemia（K562/DOX）cells via generation of reactive oxygen species［J］.Chem Biol Interact，2015，239：139-145.

［4］Flohe L.The impact of thiol peroxidases on redox regulation［J］.Free Radic Res，2016，50（2）：126-142.

［5］Shadel GS，Horvath TL.Mitochondrial ROS signaling in organismal homeostasis［J］.Cell，2015，163（3）：560-569.

［6］St-Pierre J，Drori S，Uldry M，et al.Suppression of reactive oxygen species and neurodegeneration by the PGC-1 transcriptional coactivators［J］.Cell，2006，127（2）：397-408.

［7］Durand N，Storz P.Targeting reactive oxygen species in development and progression ofpancreatic cancer［J］.ExpertRev Anticancer Ther，2017，17（1）：19-31.

［8］Weinberg F，Hamanaka R，Wheaton WW，et al.Mitochondrialmetabolism and ROS generation are essential for Kras-mediated tumorigenicity［J］.Proc Natl Acad Sci U SA，2010，107（19）：8788-8793.

［9］Caraglia M，Budillon A，Tagliaferri P，etal Isoprenylation of intracellular proteinsasa new target for the therapy of human neoplasms：preclinical and clinicalimplications［J］.Curr Drug Targets，2005，6（3）：301-323.

［10］Horak P，Crawford AR，Vadysirisack DD，et al.Negative feedback control of HIF-1 through REDD1-regulated ROS suppresses tumorigenesis［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2010，107（10）：4675-4680.

［11］Lau AT，Wang Y，Chiu JF.Reactive oxygen species：current knowledge and applications in cancer research and therapeutic［J］.JCell Biochem，2008，104（2）：657-667.

［12］Pani G，Galeotti T，Chiarugi P.Metastasis：cancer cell's escape from oxidative stress［J］.Cancer Metastasis Rev，2010，29（2）：351-378.

［13］Turk D，Szakacs G.Relevance ofmultidrug resistance in the age of targeted therapy［J］.Curr Opin Drug Discov Devel，2009，12（2）：246-252.

［14］Maiti AK.Gene network analysis of oxidative stress-mediated drug sensitivity in resistant ovarian carcinoma cells［J］.Pharmacogenomics J，2010，10（2）：94-104.

［15］Trachootham D，Alexandre J，Huang P.Targeting cancer cells by ROS-mediated mechanisms：a radical therapeutic approach?［J］.Nat Rev Drug Discov，2009，8（7）：579-591.

［16］Choi B，Kwak MK.Shadows of NRF2 in cancer：Resistance to chemotherapy［J］.Curr Opin Toxicol，2016，1：20-28.

［17］Finkel T.From sulfenylation to sulfhydration：what a thiolate needs to tolerate［J］.Sci Signal，2012，5（215）：pe10.

［18］王玲，張秋芳，汪選斌.ROS-MAPK通路在腫瘤多藥耐藥中的逆轉(zhuǎn)作用［J］.湖北醫(yī)藥學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，31（6）：509-513.

［19］Meeran SM，Patel SN，Tollefsbol TO.Sulforaphane causes epigenetic repression of hTERT expression in human breast cancer cell lines［J］. PLoSOne，2010，5（7）：e11457.

［20］Cvorovic J，Tramer F，Granzotto M，et al.Oxidative stress-based cytotoxicity of delphinidin and cyanidin in colon cancer cells［J］.Arch Biochem Biophys，2010，501（1）：151-157.

［21］Hristov G，Kramer M，Li J，et al.Through its nonstructural protein NS1，parvovirus H-1 induces apoptosis via accumulation of reactive oxygen species［J］.JVirol，2010，84（12）：5909-5922.

［22］D ing Y，Peng Y，Deng L，et al.Gamma-tocotrienol reversesmultidrug resistance of breast cancer cellswith amechanism distinct from that of atorvastatin［J］.JSteroid Biochem Mol Biol，2017，167：67-77.

［23］Boonyong C，Pattamadilok C，Suttisri R，et al.Benzophenones and xanthone derivatives from Garcinia schomburgkiana induce P-glycoprotein overexpression in human colorectal Caco-2 cells via oxidative stress-mediated mechanisms［J］.Phytomedicine，2017.［Epub 2017 Jan 31］.

［24］Korystov YN.Effects of Reactive Oxygen Species on the Multidrug Resistance of Tumor Cells［J］.Biologicheskie Membrany，2013，30（3）：163-169.

［25］Kim EH，Jang H，Shin D，et al.Targeting Nrf2 with wogonin overcomes cisplatin resistance in head and neck cancer［J］.Apoptosis，2016，21（11）：1265-1278.

［26］Scoparo CT，Valdameri G，Worfel PR，et al.Dual properties of hispidulin：antiproliferative effects on HepG2 cancer cells and selective inhibition of ABCG2 transport activity［J］.Mol Cell Biochem，2015，409（1-2）：123-133.

［27］Cort A，Ozben T，Saso L，et al.Redox Control of Multidrug Resistance and Its Possible Modulation by Antioxidants［J］.Oxid Med Cell Longev，2016，2016：4251912.

［28］Stankovic T，Danko B，Martins A，et al.Lower antioxidative capacity of multidrug-resistant cancer cells confers collateral sensitivity to protoflavone derivatives［J］.Cancer Chemother Pharmacol，2015，76（3）：555-565.

［29］Maiti AK.Gene network analysis of oxidative stress-mediated drug sensitivity in resistant ovarian carcinoma cells［J］.Pharmacogenomics J，2010，10（2）：94-104.

［30］Toyokuni S.Oxidative stress as an iceberg in carcinogenesis and cancer biology［J］.Arch Biochem Biophys，2016，595：46-49.

［2017-01-10收稿］［2017-03-13修回］［編輯江德吉］

R737.9

A

1674-5671（2017）03-04

10.3969/j.issn.1674-5671.2017.03.16

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（U1204830）

張峰。E-mail：zhangfeng_825@163.com