何丹 丁瑞麟

(1. 四川中醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校醫(yī)療技術(shù)學(xué)院，四川 綿陽 621000；2. 西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院國家藥物臨床試驗(yàn)機(jī)構(gòu)/GCP中心·西南醫(yī)科大學(xué)臨床藥理實(shí)驗(yàn)室，四川 瀘州 646000)

抗腫瘤藥物除了對(duì)腫瘤細(xì)胞具有強(qiáng)有力的殺傷作用外，對(duì)正常組織細(xì)胞也有一定的影響。其中，對(duì)心血管功能的損害是眾多抗腫瘤藥物臨床應(yīng)用受限的主要因素。除了傳統(tǒng)的阿霉素、順鉑等容易引起心血管損傷的抗腫瘤藥物外，新型的分子靶向藥物，如曲妥珠單抗、伊馬替尼、貝伐珠單抗等也被證明具有心臟毒性[1]。Santoni等[2]進(jìn)行的薈萃分析顯示，心臟毒性是分子靶向藥物治療中出現(xiàn)的嚴(yán)重不良反應(yīng)，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量和生存期。

線粒體在維持心肌組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡中扮演著重要的角色[3]。線粒體功能的損傷將會(huì)導(dǎo)致心肌細(xì)胞的凋亡或壞死，最終引起心血管功能紊亂[1]。分子靶向藥物雖然具有很強(qiáng)的腫瘤細(xì)胞針對(duì)性，但它也和細(xì)胞毒性藥物一樣，能直接或間接的破壞正常心肌細(xì)胞的線粒體功能。對(duì)心肌細(xì)胞線粒體的破壞是藥物誘導(dǎo)的心臟毒性的主要機(jī)制之一。因此，本文就分子靶向藥物誘導(dǎo)的心臟毒性的線粒體機(jī)制做一綜述，以期為分子靶向藥物心臟毒性的防治方法的研發(fā)提供參考。

1 藥物誘導(dǎo)的線粒體損傷途徑

作為產(chǎn)生ATP的主要場(chǎng)所，線粒體在心肌細(xì)胞中擁有較高的數(shù)量，對(duì)心肌細(xì)胞的收縮反應(yīng)、新陳代謝、離子平衡、細(xì)胞周期調(diào)控等有著重要的作用[4]。同時(shí)，線粒體還能通過應(yīng)激信號(hào)(如細(xì)胞缺氧、氧化應(yīng)激等)的激發(fā)誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡或壞死，是重要的細(xì)胞死亡調(diào)節(jié)器[5]。生理狀態(tài)下，心肌細(xì)胞損傷的線粒體能夠通過線粒體凋亡、線粒體生物合成和復(fù)制等過程被新生成的線粒體所取代[6]。但在藥物干預(yù)的情況下，藥物干擾線粒體功能、促進(jìn)線粒體損傷，而線粒體損傷后無法被及時(shí)替代，最終導(dǎo)致ATP過多消耗、心肌細(xì)胞功能障礙[1]。

大量研究表明，藥物能夠通過多種途徑直接或間接的損傷心肌細(xì)胞線粒體。線粒體是產(chǎn)生活性氧(Reactive oxygen species，ROS)的主要產(chǎn)所。一些藥物能夠抑制三羧酸循環(huán)(Tricarboxylic acid cycle, TCA cycle)、破壞線粒體氧化防御系統(tǒng)，誘導(dǎo)大量ROS的產(chǎn)生。ROS能夠觸發(fā)多種線粒體依賴或非依賴細(xì)胞死亡程序，促進(jìn)心肌細(xì)胞的凋亡或壞死[7,8]。同時(shí)，ROS能夠通過氧化反應(yīng)直接破壞線粒體膜、電子傳遞鏈、線粒體DNA、甚至影響線粒體的鈣穩(wěn)定[9]。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體蛋白的氧化/硝化修飾在心肌細(xì)胞功能障礙中扮演著重要角色。而氧化/硝化修飾反應(yīng)的直接促進(jìn)因素就是大量ROS和活性氮(Reactive nitrogen species，RNS)的產(chǎn)生[10]。其它藥物損傷心肌細(xì)胞線粒體的途徑包括：藥物干擾線粒體DNA聚合酶的作用，抑制線粒體的新生；藥物直接抑制電子傳遞鏈，使ATP合成過程中電子失偶聯(lián)；藥物誘導(dǎo)線粒體通透性轉(zhuǎn)化孔(Mitochondrial permeability transition pore，MPTP)開放，促使線粒體內(nèi)容物釋放；藥物促進(jìn)鐵離子在線粒體內(nèi)蓄積、谷胱甘肽加速消耗等[1,5,11]。而這些途徑或多或少都與ROS的產(chǎn)生有一定的聯(lián)系。

2 分子靶向藥物心臟毒性的線粒體機(jī)制

2.1 抗HER-2藥物心臟毒性的線粒體機(jī)制

曲妥珠單抗(Trastuzumab)是針對(duì)人表皮生長因子受體2(Human epidermal growth factor receptor-2, HER-2)的人源化的單克隆抗體，能特異性作用于HER-2過表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞和胃癌細(xì)胞，是HER-2陽性的晚期乳腺癌和胃癌的有效治療方案[12]。研究顯示，HER-2在心臟的胚胎發(fā)育和成人心臟保護(hù)中發(fā)揮著重要作用，HER-2相關(guān)信號(hào)通路能促進(jìn)心肌細(xì)胞的生長、抑制心肌細(xì)胞凋亡[13]。因此，特異性作用于HER-2的曲妥珠單抗可能會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的心臟毒性反應(yīng)。Mantarro等[14]對(duì)29000例乳腺癌患者所做的薈萃分析顯示，曲妥珠單抗誘導(dǎo)的嚴(yán)重心臟毒性的發(fā)生率高達(dá)3%。

HER-2通路的二聚化是細(xì)胞增殖的主要信號(hào)之一。當(dāng)心肌細(xì)胞遭遇乏氧、氧化應(yīng)激等刺激時(shí)，冠狀動(dòng)脈微血管內(nèi)皮和心內(nèi)膜釋放的神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白與HER-2/HER-4異二聚體結(jié)合，通過PI3K/Akt和MAPK途徑維持心肌細(xì)胞活性[15,16]。同時(shí)這一通路能通過增加細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子抑制細(xì)胞凋亡，能通過激活蛋白激酶B(Protein kinase B，Akt)減少線粒體ROS的產(chǎn)生。曲妥珠單抗能夠與HER-2受體胞外區(qū)的IV區(qū)結(jié)合，阻斷HER-2受體和HER-4受體二聚化過程，從而抑制HER-2通路對(duì)心肌細(xì)胞的保護(hù)作用[17,18]。研究表明，曲妥珠單抗還能夠誘導(dǎo)ROS在線粒體內(nèi)大量蓄積，促進(jìn)凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)(例如BAX)，導(dǎo)致Bcl-xL和Bcl-xS失衡激活線粒體凋亡途徑[1]。最終上述事件會(huì)引起線粒體功能的缺失，導(dǎo)致MPTP開放，激活心肌細(xì)胞死亡相關(guān)程序[1,19]，見圖1。

其他抗HER-2單抗，如帕妥珠單抗，也被證明具有心臟毒性。與曲妥珠單抗不同，帕妥珠單抗主要結(jié)合HER-2受體的II區(qū)，同時(shí)也能與HER-3配體結(jié)合，從而阻斷HER-2二聚化，影響HER-2信號(hào)通路的傳遞[16]。

2.2 ABL抑制劑心臟毒性的線粒體機(jī)制

伊馬替尼(Imatinib)是以BCR/ABL融合基因、PDGFRA等為靶點(diǎn)的小分子酪氨酸激酶抑制劑，對(duì)慢性粒細(xì)胞白血病和胃腸道間質(zhì)瘤有著較好的治療效果。伊馬替尼所致心臟毒性，目前仍存在一些爭議。但現(xiàn)在的普遍觀點(diǎn)認(rèn)為線粒體功能紊亂是伊馬替尼所致心臟毒性的主要標(biāo)志之一[20]。Kerkela等[21]對(duì)伊馬替尼治療后心衰患者進(jìn)行了心肌活檢，證明這些患者心肌線粒體功能均存在明顯異常。Will等[22]對(duì)離體大鼠心臟進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，伊馬替尼并非直接作用于心肌細(xì)胞線粒體，而是通過其他途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)引發(fā)心臟毒性。隨后的研究證明，伊馬替尼能激發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激從而引起心肌細(xì)胞的線粒體損害，這一途徑是伊馬替尼所致心臟毒性的重要誘發(fā)因素。具體來說，伊馬替尼對(duì)ABL激酶的抑制將會(huì)引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，誘導(dǎo)蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PRKR-like endoplasmic reticulum kinase，PERK)表達(dá)以及eIF2α的磷酸化。線粒體內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白TIM23是線粒體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的重要組成部分，對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)入線粒體基質(zhì)起著關(guān)鍵作用[23]。PERK能夠減少TIM23的表達(dá)，影響線粒體的蛋白穩(wěn)態(tài)。因?yàn)門IM23的減低發(fā)生于eIF2α磷酸化后，這就可能導(dǎo)致大量非折疊的蛋白質(zhì)在線粒體內(nèi)膜區(qū)域蓄積，激活線粒體凋亡途徑，同時(shí)影響多個(gè)線粒體代謝途徑，包括線粒體DNA的合成、β氧化以及檸檬酸循環(huán)等(圖1)[24]，進(jìn)而引起線粒體功能的破壞和細(xì)胞的損傷。同時(shí)，ROS也在伊馬替尼所致的心臟毒性中發(fā)揮著重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，ROS的產(chǎn)生和蓄積將加重伊馬替尼誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞線粒體損傷和細(xì)胞凋亡[25]。

2.3 抗血管生成藥物心臟毒性的線粒體機(jī)制

腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移依賴于血管，對(duì)腫瘤血管的抑制能阻斷腫瘤細(xì)胞的營養(yǎng)供應(yīng)，從而到達(dá)“餓死”腫瘤的目的[26]。因此，抗腫瘤血管生成藥物越來越受到臨床的重視，在肺癌、乳腺癌、直腸癌等多種腫瘤的治療中發(fā)揮著重要作用?？寡苌伤幬锏闹饕悬c(diǎn)為血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)及其受體，其副作用相對(duì)較小，但臨床上依然發(fā)現(xiàn)了不少嚴(yán)重的心臟毒副反應(yīng)。研究表明，抗血管生成藥物所致心臟毒性部分依賴于其對(duì)血管新生的抑制，但線粒體相關(guān)信號(hào)途徑的破壞依然起著非常重要的作用[22]。

圖1 曲妥珠單抗、伊馬替尼誘導(dǎo)心臟毒性的線粒體機(jī)制[1]注：BAD：Bcl-2相關(guān)死亡促進(jìn)因子；mtDNA synthesis：線粒體DNA合成；Krebs cycle：檸檬酸循環(huán)；Beta oxidation：β氧化；TOM：線粒體外模轉(zhuǎn)運(yùn)酶。

貝伐珠單抗是人源化的抑制VEGF-A的單克隆抗體，其心臟毒性可能與內(nèi)皮細(xì)胞的損傷相關(guān)。VEGF/VEGFR通路是血管內(nèi)皮細(xì)胞線粒體調(diào)節(jié)一氧化氮生成(Nitric oxide，NO)的主要因素。貝伐珠單抗能夠阻斷VEGF/VEGFR通路，影響NO的線粒體合成。血管內(nèi)皮因失去NO的調(diào)節(jié)而出現(xiàn)功能紊亂，最終引起復(fù)雜的心血管綜合征[27]。

多靶點(diǎn)VEGF-TKI舒尼替尼(Sunitinib)也被證明具有較高的心血管事件風(fēng)險(xiǎn)。舒尼替尼的作用靶點(diǎn)包括：VEGF、PDGFR、KIT等，理論上多靶點(diǎn)抑制劑相較于單靶點(diǎn)藥物具有更高的心臟風(fēng)險(xiǎn)[17]。服用舒尼替尼所致慢性心衰的發(fā)病率高達(dá)8%～12.5%[28]。研究表明，舒尼替尼所致心臟毒性的線粒體機(jī)制主要與AMPK蛋白相關(guān)[29]。AMPK蛋白是心肌細(xì)胞獲取能量的關(guān)鍵蛋白，對(duì)維持線粒體正常功能具有重要作用。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，舒尼替尼能夠抑制AMPK蛋白的活動(dòng)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞線粒體結(jié)構(gòu)的改變，最終引起心肌細(xì)胞損傷[30,31]。French等[32]用舒尼替尼作用于小鼠心肌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)線粒體腫脹、胞漿空泡等現(xiàn)象普遍存在。同時(shí)，舒尼替尼也被證明能夠抑制線粒體電子傳遞鏈的復(fù)合物I和II，影響線粒體ATP的合成[33]。

重組人血管內(nèi)皮抑素(Endostar，恩度)是我國自主研發(fā)的抗血管生成藥物，目前廣泛應(yīng)用于肺癌等惡性腫瘤的治療。心臟毒性是恩度的主要不良反應(yīng)，其發(fā)生機(jī)制目前還不明確。覃晶等認(rèn)為心肌細(xì)胞線粒體可能是恩度心臟毒性的作用靶標(biāo)，經(jīng)線粒體依賴途徑誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡是恩度心肌損傷的機(jī)制之一[34]。但其具體機(jī)制仍需研究以明確。

3 小結(jié)與展望

分子靶向藥物高效低毒的優(yōu)點(diǎn)使其在腫瘤的治療中占據(jù)著重要的地位。但分子靶向藥物的心臟毒性卻是不能忽視的一個(gè)問題。過去臨床醫(yī)生只關(guān)注了曲妥珠單抗等少數(shù)分子靶向藥物的心臟毒性。目前研究顯示，越來越多的分子靶向藥物被證明具有心臟毒性，其中VEGF-TKI、抗VEGF單抗、抗EGFR單抗的高級(jí)別心臟毒性事件的發(fā)生率較高[2]，心臟毒性成了分子靶向藥物臨床應(yīng)用的主要限制因素。線粒體在心肌細(xì)胞能量代謝中占據(jù)著重要地位，并且線粒體相關(guān)途徑也是許多分子靶向藥攻擊主要靶點(diǎn)。直接或間接的破壞線粒體功能，成為了分子靶向藥物誘導(dǎo)心臟毒性的主要因素。但目前許多分子靶向藥物的心臟毒性發(fā)病機(jī)制仍不明確，如雷莫蘆單抗、凡德他尼等。只有明確這一機(jī)制，才能更好的對(duì)分子靶向藥物誘導(dǎo)的心臟毒性進(jìn)行早期預(yù)防、檢測(cè)和管理。