砷劑對腫瘤細(xì)胞的誘導(dǎo)凋亡作用

1、作者宋鐵芳 關(guān)鍵詞 腫瘤細(xì)胞砷劑，主要成分為三氧化二砷 23，在祖國醫(yī)藥中被稱為砒石。 幾世紀(jì)以前，砷劑就被人們用來治 療牛皮癬、風(fēng)濕癥、白血病、梅毒、痔瘡等。 目前臨床上砷劑 的應(yīng)用主要限于用有機(jī)砷治療錐蟲病或三氧化二砷作牙髓失活劑。 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)首先報(bào)道了靜脈滴注 23 治療復(fù)發(fā)的急性早幼粒細(xì)胞 白血病達(dá)到很高的完全緩解率后，上海血液研究所發(fā)現(xiàn)23 可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和部分分化。 近年來，國內(nèi)外對砷劑與腫瘤的研究發(fā)展 很快，發(fā)現(xiàn)砷劑對惡性淋巴系統(tǒng)疾病、 紅白血病甚至實(shí)體瘤有令人振 奮的治療效果。 現(xiàn)就其生化作用及對腫瘤的誘導(dǎo)凋亡作用作一 綜述。 1 砷的生化作用砷作為微量元素，存在于正常人體

2、 內(nèi)。 其化學(xué)形式可分為三價(jià)砷無機(jī)砷和五價(jià)砷有機(jī)砷，它們在 體內(nèi)的相互轉(zhuǎn)換和代謝決定著砷的毒性作用。 三價(jià)砷毒性較大， 易在體內(nèi)蓄積，主要經(jīng)胃腸道緩慢排泄 ; 而五價(jià)砷則相對毒性較低， 蓄積傾向低，主要經(jīng)腎臟較快排泄。 進(jìn)入人體后的三價(jià)砷在肝 臟內(nèi)還原發(fā)生甲基化，形成一甲胂酸或二甲胂酸，從而被解毒。 砷是一種細(xì)胞原漿毒，細(xì)胞內(nèi)的相鄰巰基是三價(jià)砷的主要化學(xué)受體。 應(yīng)用含巰基的還原型谷胱甘肽可阻斷砷劑的毒性作用。 含大量 巰基的還原型角蛋白結(jié)合砷劑的量為含較少巰基的氧化型角蛋白結(jié) 合砷劑量的十倍。 砷劑與酶分子內(nèi)的巰基作用后可抑制其活性。 受影響的重要酶系統(tǒng)有丙酮酸氧化酶、丙酮酸脫氫酶、磷酸酯酶、

3、細(xì) 胞色素氧化酶、脫氧核糖核酸聚合酶、白介素 1B轉(zhuǎn)化酶等，從而直 接影響了細(xì)胞的代謝過程、染色體結(jié)構(gòu)、核分裂等。線粒體是對砷劑作用最敏感的細(xì)胞器，三價(jià)砷消耗了線粒體內(nèi)親水的巰基后， 干擾了線粒體內(nèi)的離子平衡以及的氧化， 從而干擾了線粒體的能量代 謝，引起細(xì)胞功能的紊亂。 砷劑是否對正常細(xì)胞有毒性作用取 決于劑量，如 23 治療有效血濃度及體外研究其對腫瘤細(xì)胞作用的有 效濃度均在01卩20 ，實(shí)驗(yàn)表明23在此濃度下對造血干細(xì)胞影響 甚小1 。2 砷劑對腫瘤細(xì)胞的誘導(dǎo)凋亡作用與正常細(xì)胞不同，腫瘤細(xì)胞生長失控，分化或凋亡受阻。近年來研究表明砷劑既可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、部分分化，也可抑制其增殖。多項(xiàng)研

4、究表明誘導(dǎo)凋亡為其殺傷腫瘤細(xì)胞的主要機(jī)制。21 開放，活化家族研究表明， 細(xì)胞凋亡發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)不在細(xì)胞核而在細(xì)胞質(zhì)。 雖然凋亡細(xì)胞呈現(xiàn)一系列的特征性形態(tài)學(xué)變化， 但這些改變僅僅是細(xì) 胞凋亡的結(jié)果。 凋亡細(xì)胞在被誘導(dǎo)產(chǎn)生特征性形態(tài)學(xué)改變和降 解之前，一個(gè)最普遍的變化是線粒體膜功能的改變即線粒體的通透性 改變，這是調(diào)節(jié)凋亡的中心環(huán)節(jié)。 線粒體通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔道是 位于線粒體內(nèi)外膜之間的多蛋白復(fù)合體，至少包括胞質(zhì)的己糖激酶、 外膜的、外室的肌酸激酶、內(nèi)膜的及基質(zhì)的親環(huán)蛋白等。 通過 調(diào)節(jié)線粒體基質(zhì)中的 2、和電荷，維持線粒體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，保證氧 化磷酸化通路通暢，對凋亡控制具有重要作用。砷劑與巰基結(jié)合后

5、，導(dǎo)致開放，線粒體跨膜電位下降或消失，繼之呼吸鏈脫 偶聯(lián)，谷胱甘肽耗竭，活性氧類，產(chǎn)生及對誘導(dǎo)凋亡非常重要的蛋白 酶活化物的釋放，包括細(xì)胞色素 - 和凋亡誘導(dǎo)因子， - 和均可激活，可 誘導(dǎo)凋亡。 即半胱氨酸蛋白酶家族。 在 4 一種細(xì)胞系， 937 及5成神經(jīng)細(xì)胞瘤等細(xì)胞系中均可見 23等砷劑誘導(dǎo)的凋亡相關(guān)的激活2，3。根據(jù)其在細(xì)胞凋亡中的作用可分為始動(dòng)上游 2, 8,9，10和效應(yīng)下游3, 6，7兩大類。前者在凋亡誘導(dǎo)信號作用下結(jié)合特異輔因子而活化，并進(jìn)一步活化后者。而抑制劑 ，等可阻止砷劑誘導(dǎo)的凋亡。因而的活化級聯(lián)形式是砷劑誘導(dǎo)凋亡的重要通路。綜上所述，砷劑引起的開放和破壞是決定細(xì)胞生存

6、與否的關(guān)鍵，而是砷劑誘導(dǎo)凋亡的下游效應(yīng)物， 其活化可誘 導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 22改變細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)細(xì)胞內(nèi)的產(chǎn)生和抗氧化代謝的平衡往往是決定細(xì)胞生存與否的關(guān)鍵。蛋白的氧化作用可能是改變核基因轉(zhuǎn)錄的重要步驟，氧化作用通過基因轉(zhuǎn)錄改 變細(xì)胞的表型以便進(jìn)一步啟動(dòng)凋亡的發(fā)生， 且凋亡的最后階段需要氧 化過程的參與，如細(xì)胞膜蛋白的氧化能開放離子通道間接地導(dǎo)致細(xì)胞 皺縮，通過組蛋白的氧化修飾作用導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)的改變。砷劑可使細(xì)胞內(nèi)生成增多是由于1開放，線粒體內(nèi)氧化呼吸鏈?zhǔn)茏?，?外漏。2活化黃素蛋白依賴的超氧化物酶如氧化酶，使 22產(chǎn)生增多，后者可通過從線粒體釋放-，活化-3并裂解多聚核糖多聚酶而 介導(dǎo)凋亡在

7、受損時(shí)可識(shí)別并結(jié)合到斷裂處被激活而參與的修復(fù)，是細(xì)胞凋亡中第一個(gè)被鑒定為由-3降解的修復(fù)酶；又可通過與線粒體巰 基形成復(fù)合物而降低的活性等途徑使清除減少。故砷劑可通過改變細(xì)胞內(nèi)的氧化還原狀態(tài)誘導(dǎo)凋亡。但將細(xì)胞培養(yǎng)于氧濃度低于10不可能產(chǎn)生的條件下，仍可發(fā)生凋亡，故這可能只是機(jī)制之 一。23 快速調(diào)變 Q融合蛋白的亞細(xì)胞定位細(xì)胞特征性染色體易位15；17導(dǎo)致早幼粒細(xì)胞白血病基因和維甲酸受體 a基因 a融合，表達(dá)-a融合蛋白。 通過轉(zhuǎn)基因小鼠實(shí)驗(yàn)可證實(shí)-a融 合蛋白是發(fā)病的主要分子基礎(chǔ)。體外研究表明， -a 融合蛋白既阻斷細(xì)胞的分化，也使細(xì)胞凋亡受阻。早期認(rèn)為砷劑通過降解此蛋白而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡， 稱

8、之為維甲酸受體信號通路 4 。 正 常血細(xì)胞中野生型與 a 等共定位于核體中。大多數(shù)細(xì)胞因 - a與形成異二聚體而使結(jié)構(gòu)解體，阻止細(xì)胞分化及抑制凋亡。砷劑使， - a 重新共定位于并快速降解之。該現(xiàn)象與細(xì)胞凋亡以及二硫鍵還原劑二硫蘇糖醇抑制 4細(xì)胞凋亡與抑制 -a 快速降解在時(shí) 相上均有一定的相關(guān)性，被認(rèn)為是砷劑治療的機(jī)制之一。 但有 實(shí)驗(yàn)顯示 5 ，在小鼠不含基因的小鼠， 23同樣能抑制細(xì)胞增殖及 誘導(dǎo)凋亡， 且其誘導(dǎo)凋亡效應(yīng)不僅見于細(xì)胞， 還可見于非霍奇金淋巴 瘤細(xì)胞、慢性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞及某些正常細(xì)胞， 故其誘導(dǎo)凋亡機(jī) 制是非特異性的，維甲酸受體信號通路并非是砷劑誘導(dǎo)凋亡的惟一機(jī)制。2

9、4 抑制-2 基因-2 基因即細(xì)胞淋巴瘤白血病 -2基因是研究最早的與凋亡有關(guān)的基因69，是一種凋亡抑制基因， 又稱長壽基因，是維持癌細(xì)胞無限制生長的主要基因。-2 家族包括-2 、- 、- 、 1、-1 3和-1 ，其中、 -是促凋亡因子，其余 為抗凋亡因子。-2 對細(xì)胞周期無明顯影響，而對細(xì)胞死亡的干擾有選擇性， 阻止了細(xì)胞死亡的最后途徑， 包括核苷酸內(nèi)切酶對的降 解。 是-2 的一種同源蛋白，既可以形成同聚體，又可與 -2 形成 異二聚體，蛋白與 -2 蛋白的比值影響著細(xì)胞受到刺激后發(fā)生凋亡的比率目前認(rèn)為， -2 家族促凋亡因子和抗凋亡因子的相對表達(dá)水平至少部分決定了細(xì)胞對凋亡信號的反應(yīng)

10、性。 大量實(shí)驗(yàn)表明， -2與-能夠抑制開放和維持線粒體A,進(jìn)而抑制 _和從線粒體釋放 入胞漿并阻斷了的生成， 增加胞內(nèi)含量并促進(jìn)其向核內(nèi)轉(zhuǎn)移， 即有細(xì) 胞內(nèi)抗氧化作用。 在砷劑誘導(dǎo)的 4、937 及細(xì)胞白血病細(xì)胞系 7 細(xì)胞凋亡中-2表達(dá)下調(diào)10。 在10卩23誘導(dǎo)4細(xì)胞凋亡時(shí) 11,323 被激活和降解，同時(shí) -2 不僅在水平而且在蛋白質(zhì)水平均被 下調(diào)；而在10卩23誘導(dǎo)惡性淋巴性白血病細(xì)胞凋亡過程中既無32激活又無 -2 調(diào)變，提示砷劑誘導(dǎo)的凋亡中 -2 發(fā)揮的作用各異。有實(shí)驗(yàn)表明，25卩2312使肝癌細(xì)胞系201-2表達(dá)明顯下降，而凋亡的 促進(jìn)因子的表達(dá)明顯增加，兩種基因表達(dá)比例發(fā)生變化

11、。又有報(bào)道，10卩23處理人肝癌-7701、-7703細(xì)胞48小時(shí)后其-2基因表 達(dá)明顯下降，和基因表達(dá)明顯增強(qiáng)， 蛋白與-2 蛋白比值增加。對、-等基因是否表達(dá)各報(bào)道不同1315。-2的過度表達(dá)可抑制砷劑誘導(dǎo)的凋亡相關(guān)現(xiàn)象，而通過反義技術(shù)使 -2 下調(diào)可抑制細(xì)胞增 殖及促進(jìn)凋亡。綜上所述，砷劑可通過對 -2 基因的抑制誘導(dǎo)某些腫瘤細(xì)胞的凋亡。但 23并不影響惡性淋巴瘤細(xì)胞及某些成神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞系 -2- 的表達(dá)，提示 -2 可能不是參與誘導(dǎo)以上細(xì)胞凋亡 的主要中介。25 抑制-k的活化核轉(zhuǎn)錄因子-k - k是1986年首先于細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的一種結(jié)合于免疫球蛋白K輕鏈增強(qiáng)子上的核蛋白16。在正常情

12、況下，-K與其抑制物Ka結(jié)合，存在于細(xì)胞漿中，Ka遮蔽著-K的基因定位序列，-K的生物學(xué)活性不表現(xiàn)出來。當(dāng)細(xì)胞受到外界因素包括細(xì)菌或病毒感染、炎癥細(xì)胞因子、紫外線照射、電離輻射等刺激時(shí)，Ka將發(fā)生磷酸化并迅速降解，-K就被釋放、激活并轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)調(diào)控一系列的基因表 達(dá)。 其中，-K在腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮著重要的抗凋亡作用， 因此， 抑制腫瘤細(xì)胞-K的活性將引起腫瘤細(xì)胞的凋亡，從而抑制腫瘤的生 長。有研究表明17 , 23可強(qiáng)烈抑制-1和-2-1,2細(xì)胞的Ka磷酸化，使-K不能進(jìn)入細(xì)胞核中，即抑制了 - K的活化。啟動(dòng)子為-K依賴性的抗凋亡蛋白-1的表達(dá)也因此而下調(diào)。下降及-的釋放導(dǎo)致 -3 激活，進(jìn)

13、而誘導(dǎo)了 -1 和-2 這兩種對大多數(shù)凋亡 誘導(dǎo)劑有抵抗作用的細(xì)胞發(fā)生凋亡?？梢?，抑制 -K 的活性也是砷劑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的機(jī)制之一。26使胞質(zhì) 2濃度升高等 18 發(fā)現(xiàn)以 23 處理胃癌細(xì)胞系 803 時(shí)，胞質(zhì) 2濃度升高與 803細(xì)胞凋亡呈平行關(guān)系， 且兩者對 23呈時(shí)間、劑量依賴性。 推 測砷可能通過以下機(jī)制改變胞質(zhì) 2濃度 1 由于膜表面的 -2 相關(guān)蛋白 具有陽離子選擇性通道的功能， -2 能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細(xì)胞核和線粒體水 平影響 2的亞細(xì)胞分布。因而，砷等凋亡信號對 -2 的抑制作用使 2通道開放，胞質(zhì) 2濃度升高； 2 細(xì)胞內(nèi)活性升高及砷劑直 接作用于細(xì)胞內(nèi)鈣離子轉(zhuǎn)位酶的巰基均可使

14、胞內(nèi)外2平衡失控； 3線粒體下降使得2+吸收逆轉(zhuǎn)，導(dǎo)致2+由線粒體轉(zhuǎn)移至胞質(zhì)。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及線粒體內(nèi) 2耗竭可直接或通過加強(qiáng)線粒體內(nèi)氧化應(yīng)激而導(dǎo) 致細(xì)胞凋亡，而且，鈣離子本身作為一種凋亡信號，可調(diào)節(jié)鈣離子敏 感的關(guān)鍵酶如蛋白激酶、 磷脂酶、核酸內(nèi)切酶及谷氨酰氨轉(zhuǎn)移酶等誘導(dǎo)凋亡。細(xì)胞凋亡與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，探討砷劑對腫瘤的誘導(dǎo)凋亡作用很有意義，將為砷劑應(yīng)用于臨床提供堅(jiān) 實(shí)的理論基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1,23叮,1997 , 893354 33602,1998,339191341 13483,3,1999,4551 259624,1998,90286能刀 n 1998,921497 15046

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17、 1263原生生物的主要類群習(xí)題一、選擇題1、桃花的下列結(jié)構(gòu)中，經(jīng)過發(fā)育最終成為果實(shí)的是（）A、子房B、子房壁C、 胚珠D、 受精卵2、呼吸作用的實(shí)質(zhì)是（）A、分解有機(jī)物，貯存能量B、分解有機(jī)物，釋放能量C、合成有機(jī)物，貯存能量D、合成有機(jī)物，釋放能量3、旱地里的農(nóng)作物被水淹沒后，要及時(shí)排澇，主要是為了促進(jìn)（）A、葉的光合作用B、葉的蒸騰作用C、根的呼吸作用D、根的吸水4 、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對農(nóng)作物進(jìn)行合理密植主要是為了（）A、提高作物對水分的吸收B、提高作物對土壤中無機(jī)鹽的利用率C、提高作物的蒸騰作用D、提高作物的光合作用5、下列關(guān)于光合作用原料的敘述中，不正確的是（）A、光合作用的原料是二氧化碳

18、B、光合作用的唯一原料是二氧化碳C、二氧化碳和水都用于制造淀粉D、二氧化碳和水都是光合作用的原料6、晚上，將金魚藻放在盛有水的試管中，將試管先后放在離白熾燈如下距離處，在相同時(shí)間內(nèi)試管內(nèi)產(chǎn)生氣泡數(shù)量最多的是（）、 30 厘米 D 、 40 厘米）、溫度低，呼吸作用弱，有機(jī)物消耗少、溫度低，蒸騰作用弱A、 10 厘米 B 、 20 厘米 C 7 、貯藏蔬菜、水果要保持低溫，這是因?yàn)椋ˋ、溫度低，減少細(xì)菌病害BC、溫度低，促進(jìn)光合作用積累D二、實(shí)驗(yàn)探究題1、下面是驗(yàn)證“綠葉在光下制造淀粉的實(shí)驗(yàn)”的具體步驟，請回答有關(guān)問題：3小時(shí)4 把盆栽的天竺葵放在黑暗處一晝夜。 用黑紙把一片葉的一部分的正面和背面蓋住，然后移到陽光下，照射小時(shí)。 剪下遮光的葉片，去掉黑紙。 將葉片放在盛有酒精的小燒杯中，再放入大燒杯內(nèi)隔水加熱，葉片顏色逐漸由變成。 取出葉片，用清水漂洗干凈。然后放在培養(yǎng)皿里，向葉片滴加碘液。 稍停片刻，用清水沖洗掉碘液。這時(shí)可以看到，葉片遮光部分