張 寧，宋 超，張翔飛，李志元

(1.中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心，合肥 230031；2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科學(xué)島分院，合肥 230036)

根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，磁場(chǎng)大體上可分為弱磁場(chǎng)(小于1 mT)、中等強(qiáng)度磁場(chǎng)(1 mT～1 T)、強(qiáng)磁場(chǎng)(1～20 T)和超強(qiáng)磁場(chǎng)(20 T以上)[1]。根據(jù)強(qiáng)度是否隨時(shí)間變化，磁場(chǎng)又可以分為穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)(又稱(chēng)靜磁場(chǎng)、穩(wěn)恒磁場(chǎng)，static magnetic field，SMF)和時(shí)變磁場(chǎng)(又稱(chēng)動(dòng)態(tài)磁場(chǎng))。其中，穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的矢量場(chǎng)，強(qiáng)度和方向不隨時(shí)間改變。相較于時(shí)變磁場(chǎng)，穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)因變化參數(shù)少而更適合用來(lái)研究磁場(chǎng)的生物學(xué)效應(yīng)。

惡性腫瘤已成為世界范圍內(nèi)最重要的公共健康問(wèn)題之一，目前常用化療和/或手術(shù)治療。由于較高劑量的抗腫瘤藥物對(duì)正常組織細(xì)胞有毒副作用，加之病人在藥物治療后容易出現(xiàn)藥物耐受，如何提高腫瘤細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性成為急待解決的難題。鑒于穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)本身有較好的安全性，穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)與藥物聯(lián)合用于腫瘤治療的探究受到了廣泛關(guān)注。一方面，穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)單獨(dú)使用對(duì)多種腫瘤細(xì)胞具有一定的抑制作用[2]；另一方面，在特定條件下，穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)與藥物聯(lián)用比藥物單獨(dú)使用具有更好的腫瘤抑制效應(yīng)。根據(jù)聯(lián)用藥物的不同，本文就穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)聯(lián)合常用藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)效應(yīng)進(jìn)行總結(jié)與分析。

1 SMF與平陽(yáng)霉素聯(lián)用

平陽(yáng)霉素通過(guò)誘導(dǎo)DNA斷裂導(dǎo)致細(xì)胞死亡，對(duì)多種腫瘤如肺癌等具有良好療效，但長(zhǎng)期服用可導(dǎo)致肺纖維化[3]。為降低平陽(yáng)霉素的毒副作用，賀福長(zhǎng)等[4]發(fā)現(xiàn)，SMF與平陽(yáng)霉素聯(lián)用對(duì)人細(xì)胞MEC-1的抑瘤效應(yīng)顯著提高，且是單獨(dú)使用平陽(yáng)霉素的2.2倍。韓澤民等[5]發(fā)現(xiàn)，在人舌癌細(xì)胞Tca8113裸鼠荷瘤模型中，從腫瘤體積大小、裸鼠體重變化、腫瘤組織病理學(xué)和術(shù)后復(fù)發(fā)等4個(gè)方面評(píng)價(jià)化療效果時(shí)，SMF與平陽(yáng)霉素聯(lián)用的化療效果顯著提升，且相對(duì)單獨(dú)使用平陽(yáng)霉素組，抑瘤率提高了1倍、體重增長(zhǎng)了10%。

由于DNA手性與磁場(chǎng)左右不對(duì)稱(chēng)性的相互作用，磁場(chǎng)可以影響DNA合成[6]，而平陽(yáng)霉素導(dǎo)致細(xì)胞死亡的機(jī)制是誘導(dǎo)DNA斷裂[3]。正常的DNA合成與損傷修復(fù)過(guò)程對(duì)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)至關(guān)重要，鑒于DNA與磁場(chǎng)或平陽(yáng)霉素調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)密切相關(guān)，因此，推測(cè)磁場(chǎng)增強(qiáng)平陽(yáng)霉素的腫瘤抑制效應(yīng)與DNA合成及損傷修復(fù)有關(guān)。此外，磁場(chǎng)還可能通過(guò)影響細(xì)胞膜的通透性以提高平陽(yáng)霉素?cái)z入，進(jìn)而增強(qiáng)藥物的抗腫瘤效果。表1總結(jié)了平陽(yáng)霉素與SMF聯(lián)用的藥效及潛在機(jī)理。

2 SMF與順鉑聯(lián)用

順鉑通過(guò)激活DNA損傷反應(yīng)進(jìn)而誘導(dǎo)凋亡，在多種實(shí)體腫瘤如睪丸癌、卵巢癌、頭頸癌和結(jié)腸癌等中取得較好療效，但是長(zhǎng)期用藥會(huì)導(dǎo)致耐藥及治療失敗[7]。鑒于此，近年來(lái)涌現(xiàn)了SMF調(diào)控腫瘤細(xì)胞順鉑敏感性的報(bào)道，但效果差異較大。一方面，穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)與順鉑聯(lián)用能增加腫瘤細(xì)胞對(duì)順鉑的吸收，而這可能與細(xì)胞膜表面空洞增加有關(guān)[8]。對(duì)人慢性髓系白血病細(xì)胞K562，SMF不但可以增加對(duì)順鉑的吸收[9]，而且還可以提高順鉑的殺傷效力[10]，這可能與細(xì)胞代謝活性降低、DNA損傷及細(xì)胞膜破損增強(qiáng)有關(guān)。此外，二者聯(lián)用還能促進(jìn)對(duì)肝癌細(xì)胞Hepa1-6的殺傷以及增加G2/M期滯留[11]，增加人卵巢癌細(xì)胞A2780的順鉑攝入及胞內(nèi)積累、降低耐藥株藥物抗性[12]，降低宮頸癌細(xì)胞HeLa的細(xì)胞活力及提高對(duì)ROS(活性氧)敏感度[13]。另一方面，本課題組發(fā)現(xiàn)1 T SMF不能提高順鉑對(duì)乳腺癌細(xì)胞MCF7、結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116、宮頸癌細(xì)胞HeLa及鼻咽癌細(xì)胞CNE2Z等腫瘤細(xì)胞的殺傷效果[14]。有趣的是，Vergallo等[15]在研究31.7～232 mT SMF與順鉑聯(lián)用對(duì)人神經(jīng)母細(xì)胞瘤SH-SY5Y的效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，聯(lián)用2 h降低細(xì)胞活力及線粒體數(shù)量增加ROS，而聯(lián)用24 h會(huì)拮抗順鉑毒性。

綜上，由于細(xì)胞類(lèi)型或磁場(chǎng)強(qiáng)度可能會(huì)影響穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)與順鉑聯(lián)用的效果，因此，需要充分摸索不同磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)不同類(lèi)型細(xì)胞的聯(lián)用效果，才能得到全面、可靠的結(jié)果。細(xì)胞膜上磷酸化的糖蛋白負(fù)責(zé)將藥物運(yùn)輸出細(xì)胞，是細(xì)胞耐藥的成因之一，磁場(chǎng)處理后可以使K562細(xì)胞的糖蛋白含量降低[9]，推測(cè)可能是磁場(chǎng)增強(qiáng)藥物殺傷效果的原因之一。表1總結(jié)了順鉑與SMF聯(lián)用的藥效，潛在機(jī)理與細(xì)胞膜通透性增加、磷酸化糖蛋白表達(dá)降低、DNA損傷及ROS敏感性等相關(guān)。

3 SMF與阿霉素聯(lián)用

阿霉素通過(guò)抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ的功能導(dǎo)致DNA雙鏈斷裂并產(chǎn)生ROS，對(duì)乳腺癌等多種腫瘤具有一定療效，但較高劑量對(duì)心臟的毒副作用較大[16]。研究表明，SMF可以降低阿霉素的副作用，因此，使得更高劑量的阿霉素可以用來(lái)治療相關(guān)疾病。例如，10 mT SMF與阿霉素聯(lián)用，能協(xié)同降低乳腺癌細(xì)胞MCF7的細(xì)胞活力與增殖，大大降低阿霉素的殺傷劑量及副作用[17]。此外，二者聯(lián)用還可以促進(jìn)對(duì)肝癌細(xì)胞Hepa1-6殺傷、阻滯細(xì)胞于G1和G2/M期[11]，提高對(duì)K562細(xì)胞的細(xì)胞毒性[18]，顯著降低黑色素瘤B16的細(xì)胞活性、增加DNA損傷[19]。類(lèi)似地，在乳腺癌移植的小鼠中，SMF與阿霉素聯(lián)用促進(jìn)乳腺癌腫瘤消退，顯著提高了化療效果[20]。

盡管穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)可能通過(guò)影響細(xì)胞膜通透性，從而抑制阿霉素的攝入并促進(jìn)外排[21]，但這與二者聯(lián)用后的效應(yīng)增強(qiáng)相反。理論預(yù)測(cè)表明磁場(chǎng)影響細(xì)胞膜電位及改變離子通道開(kāi)/關(guān)事件概率[22]，加之磁場(chǎng)與阿霉素都會(huì)影響DNA[6,8,16]，因此，二者聯(lián)用的機(jī)制可能與細(xì)胞膜電位、離子通道開(kāi)/關(guān)及DNA有關(guān)，但仍需進(jìn)一步證實(shí)。表1總結(jié)了阿霉素與SMF聯(lián)用的藥效并分析了潛在機(jī)理。

4 SMF與5-氟尿嘧啶以及紫杉醇聯(lián)用

5-氟尿嘧啶(5-FU)通過(guò)抑制胸苷酸合酶的活性來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞DNA合成，通常被用來(lái)治療實(shí)體瘤如結(jié)腸癌、頭頸癌和乳腺癌等[23]，而紫杉醇通過(guò)穩(wěn)定有絲分裂微管以抑制有絲分裂進(jìn)而殺死腫瘤細(xì)胞[24]。本課題組發(fā)現(xiàn)在MCF7、HCT116、HeLa及CNE2Z等多種腫瘤細(xì)胞中，1 T SMF可提高5-FU、5-FU聯(lián)合紫杉醇的抗腫瘤效力[14]。在K562細(xì)胞中，SMF可以增加紫杉醇的抗腫瘤效應(yīng)，降低紫杉醇的起效濃度[19,25]，潛在機(jī)制可能與DNA損傷及細(xì)胞阻滯等有關(guān)。此外，SMF可通過(guò)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的微血管通透性，從而提高紫杉醇對(duì)倉(cāng)鼠移植的無(wú)黑色素黑色素瘤A-mel-3的抗腫瘤作用[26]。

鑒于紫杉醇與SMF聯(lián)用后細(xì)胞出現(xiàn)大量的孔洞[8,19]，提示兩者聯(lián)用效果增強(qiáng)可能與細(xì)胞膜通透性增加進(jìn)而促進(jìn)藥物吸收有關(guān)；而5-FU與SMF聯(lián)用增強(qiáng)效果的潛在機(jī)制可能與共同影響腫瘤細(xì)胞DNA合成有關(guān)[6,14]。表1總結(jié)了5-FU/紫杉醇與SMF聯(lián)用的藥效，潛在機(jī)理涉及DNA損傷和細(xì)胞膜表面孔洞增加、干擾有絲分裂紡錘體及抑制腫瘤血管形成。

表1 SMF與藥物聯(lián)合的生物學(xué)效應(yīng)

5 SMF與EGFR相關(guān)藥物聯(lián)用

表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)與雷帕霉素靶蛋白(mTOR)在多種腫瘤中過(guò)度活化，是很多腫瘤治療的靶點(diǎn)[27]。本課題組發(fā)現(xiàn)，SMF增強(qiáng)mTOR抑制劑對(duì)CNE2Z細(xì)胞[28]、EGFR抑制劑對(duì)CNE2Z和HCT116細(xì)胞[29]的抗腫瘤功效。西妥單抗是EGFR阻斷性受體，常用于EGFR高表達(dá)的頭頸癌治療[30]。2018年的一項(xiàng)報(bào)道指出，雖然單獨(dú)使用SMF或西妥昔單抗都顯著抑制路易斯肺癌細(xì)胞LLC-1在小鼠體內(nèi)生長(zhǎng)，但是兩者聯(lián)用對(duì)腫瘤生長(zhǎng)抑制卻無(wú)任何改善[31]，提示SMF與西妥昔單抗可能相互拮抗。

由于磁場(chǎng)單獨(dú)可以抑制EGFR活化[29]，與磁場(chǎng)聯(lián)用能拮抗大分子EGFR靶向抗體的功效[31]，而增加小分子EGFR抑制劑的功效[29]，這表明磁場(chǎng)與藥物聯(lián)用的效果除了與磁場(chǎng)參數(shù)、藥物種類(lèi)和細(xì)胞類(lèi)型有關(guān)外，可能還與聯(lián)用藥物的分子量大小有關(guān)。表1總結(jié)了EGFR相關(guān)藥物與SMF聯(lián)用的藥效與潛在機(jī)理。

6 SMF與其它藥物聯(lián)用

Pacini等[32]指出，SMF消除了低濃度維生素D對(duì)MCF7細(xì)胞的促增殖效應(yīng)，提高了高濃度維生素D的抗增殖效應(yīng)，但對(duì)克隆形成并無(wú)作用。Tenuzzo等[33]發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)型的凋亡誘導(dǎo)劑與6 mT SMF聯(lián)用呈現(xiàn)細(xì)胞類(lèi)型依賴(lài)的應(yīng)答；除了增加T細(xì)胞淋巴瘤3DO凋亡外，都顯著抑制其他原代或腫瘤細(xì)胞凋亡。Chen等[34]發(fā)現(xiàn)，SMF能提高辣椒素誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞HepG2的線粒體依賴(lài)的凋亡，這可能與SMF提高了辣椒素對(duì)細(xì)胞表面辣椒素受體(TPRV1)通道的結(jié)合效率有關(guān)。此外，SMF結(jié)合羥基喜樹(shù)堿在一定的條件下對(duì)Hepa1-6細(xì)胞有協(xié)同抑制效應(yīng)，主要表現(xiàn)在細(xì)胞活性下降、細(xì)胞G2/M期被阻滯、細(xì)胞形態(tài)受損，但未檢測(cè)出細(xì)胞DNA損傷[35]，這表明在所采用的藥物濃度和時(shí)間下，二者聯(lián)用對(duì)Hepa1-6細(xì)胞的協(xié)同抑制效應(yīng)，可能由細(xì)胞增殖周期阻滯引起。表1詳細(xì)總結(jié)了SMF與藥物聯(lián)合的生物學(xué)效應(yīng)并分析了潛在機(jī)理。

7 小結(jié)

綜上所述，SMF促進(jìn)多種藥物的抗腫瘤效果，但在個(gè)別情況下，兩者聯(lián)用并無(wú)明顯疊加或協(xié)同效應(yīng)，甚至?xí)霈F(xiàn)拮抗效應(yīng)。SMF與藥物聯(lián)用的生物學(xué)效應(yīng)依賴(lài)于藥物種類(lèi)、磁場(chǎng)強(qiáng)度、處理時(shí)間和細(xì)胞類(lèi)型?？紤]到很多化療藥物需要穿過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，并且很多藥物作用機(jī)制涉及DNA及相關(guān)過(guò)程，而磁場(chǎng)本身會(huì)直接影響DNA合成、增加細(xì)胞膜通透性以促進(jìn)藥物進(jìn)入細(xì)胞、降低磷酸化糖蛋白以抑制藥物運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外、單獨(dú)或與藥物聯(lián)用后導(dǎo)致細(xì)胞膜表面空洞增加等，磁場(chǎng)與藥物聯(lián)用的效應(yīng)推測(cè)也與DNA合成及藥物進(jìn)入細(xì)胞的能力等因素密切相關(guān)。

SMF單獨(dú)抑制腫瘤細(xì)胞就受到多種因素影響，所以?xún)烧呗?lián)合的機(jī)制可能有多個(gè)方面，更多深層次機(jī)制仍然需要被挖掘。揭示SMF與藥物聯(lián)用的規(guī)律與機(jī)制，不僅能拓展人們對(duì)磁生物學(xué)機(jī)制的認(rèn)識(shí)，還為日后磁場(chǎng)聯(lián)合藥物治療的臨床應(yīng)用提供理論參考。