一氧化氮供體的抗腫瘤活性及其機制

一氧化氮供體的抗腫瘤活性及其機制

氧氣氮（no）是生物中的一個重要信號分子，在腫瘤生長中起著雙重作用。低濃度NO通過參與血管形成等效應促進腫瘤生長,而高濃度則通過誘導細胞凋亡等機制抑制腫瘤細胞增殖。除誘導型一氧化氮合酶(iNOS)經(jīng)刺激因素(細胞因子等)作用能產(chǎn)生大量NO外,NO供體也是獲得高濃度NO的有效途徑。NO供體能在生理狀態(tài)下釋放游離NO或NO類似物,有效補充體內(nèi)NO不足以及恢復NO正常的信號傳導。NO供體具有多種結(jié)構(gòu)類型,如硝酸和亞硝酸的有機酸酯、亞硝基硫醇、呋咱氮氧化合物和偶氮鎓二醇鹽等。NO供體還能和藥物分子偶聯(lián)形成NO供體型化合物,使之兼具母核與NO供體的生物活性。一氧化氮供體型非甾體抗炎藥(NO-NSAIDs)將NO供體引入傳統(tǒng)非甾體抗炎藥(NSAIDs)后,不僅能緩解NSAIDs造成的胃腸黏膜損傷,還具有一定的抗腫瘤活性。此外,許多腫瘤組織和腫瘤細胞系中都存在COX-2同工酶過度表達,NSAIDs能通過抑制COX活性抑制腫瘤生長。NO-NSAIDs能共同發(fā)揮NO的直接抗腫瘤活性以及NSAID對COX的抑制作用,具有良好的應用前景。S-亞硝基-N-乙酰青霉胺和DETANONOate分別為亞硝基硫醇和偶氮鎓二醇鹽的代表化合物,具有良好的抗腫瘤活性。一氧化氮供體型阿司匹林(NCX4040)和一氧化氮供體型舒林酸(NCX1102)也是抗腫瘤效果較為突出且目前研究最多的NO-NSAIDs。這些化合物不僅能抑制腫瘤細胞增殖,還具有化學治療/免疫治療/放射治療增敏作用。本文將以SNAP、DETANONOate、NCX4040和NCX1102為代表,闡述其直接抗腫瘤和對其他腫瘤治療手段增敏的活性,并對相關機制展開討論。1spa和de著色劑放療的聯(lián)合作用1.1S-亞硝基-N-乙酰青霉胺(SNAP)S-亞硝基硫醇是硫醇化合物的NO取代物(RSNO)。RSNO普遍存在于生物體中,是貯存、轉(zhuǎn)移和釋放NO的重要載體。SNAP在體內(nèi)外環(huán)境下能自發(fā)釋放NO,是用于實驗室研究的常見NO供體。大劑量SNAP能直接誘導腫瘤細胞凋亡。SNAP通過增強p38MAPK(絲裂酶原活化蛋白激酶)信號通路抑制凋亡抑制因子Survivin表達,誘導人卵巢癌細胞株OVCAR-3和SKOV-3凋亡。Survivin表達增加還和PI3K/AKT通路的激活相關。SNAP對腫瘤化療/放療和免疫治療都具有增敏效果。SNAP不僅促進抑癌基因p53介導的人卵巢癌OV2008(對順鉑敏感)和C13*(對順鉑耐藥)腫瘤細胞凋亡,還通過增加p53表達提高C13*細胞株對順鉑的敏感性。SNAP還能增加腫瘤細胞對Fas介導細胞凋亡的敏感性。Fas介導的腫瘤細胞凋亡是細胞毒性淋巴細胞對腫瘤殺傷作用的主要機制。研究發(fā)現(xiàn),Fas抵抗的人卵巢癌細胞株(A2780和AD10)中,IFN-γ等細胞因子能通過增加iNOS表達對FasL引發(fā)的腫瘤細胞凋亡進行增敏。SNAP釋放的大量NO能模擬iNOS表達增加的作用,特異性抑制A2780和AD10細胞中轉(zhuǎn)錄抑制子YY1和Fas啟動子的沉默區(qū)域的DNA結(jié)合,上調(diào)細胞中Fas表達,促進Fas配體激動劑CH-11單抗引發(fā)的細胞凋亡作用。SNAP對放療也具有增敏作用。SNAP和放療聯(lián)用能促進Fas介導的人宮頸癌Hela細胞凋亡,引起細胞表面Fas抗原增多,并且出現(xiàn)細胞內(nèi)Fas表達增加、線粒體膜通透性增加、細胞色素C釋放和DNA片段化等凋亡信號。1.2DETANONOateDETANONOate是典型的離子型偶氮鎓二醇鹽,每摩爾化合物能在pH7.4條件下自動釋放2molNO。DETANONOate具有較長的半衰期(37℃下半衰期為20h),能作為長效NO供體型化合物使用。DETANONOate能誘導腫瘤細胞發(fā)生內(nèi)源性(線粒體通路)凋亡。DETANONOate作用于人乳腺癌細胞MDA-MB-468則會引起細胞線粒體膜去極化、胞漿細胞色素C水平上升、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶Caspase-9、-3活化,以及促凋亡蛋白Bax從細胞質(zhì)向線粒體轉(zhuǎn)位。蛋白激酶Akt能通過抑制Bax轉(zhuǎn)位進而對細胞的生存和凋亡進行調(diào)節(jié)。DETANONOate對順鉑引起的轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌細胞株SW620細胞凋亡具有化療增敏作用。體外機制研究表明,DETANONOate對SW620的增敏作用和細胞凋亡誘導因子(AIF)上調(diào)有關。對SW620移植瘤裸鼠模型聯(lián)合使用CDDP和DETANONOate也能達到增敏效果,同時伴有AIF蛋白水平上調(diào)以及細胞凋亡增多。DETANONOate還具有免疫治療和放射治療增敏作用。體外前列腺癌細胞和體內(nèi)PC-3荷瘤裸鼠實驗結(jié)果均表明,DETANONOate釋放的NO會抑制腫瘤細胞及組織中轉(zhuǎn)錄因子NF-κB生存/抗凋亡通路及其下游轉(zhuǎn)錄抑制子YY1水平,并上調(diào)DR5表達,增加腫瘤細胞對TRAIL誘導凋亡的敏感性。GaoX等研究發(fā)現(xiàn),體外人結(jié)腸癌HT-29細胞會對放療產(chǎn)生抵抗,放療前16小時給予DETANONOate相比于單獨使用DETANONOate,能使腫瘤細胞集落形成下降47%。在結(jié)腸癌HT29裸小鼠皮下移植瘤模型中,放療和DETANONOate聯(lián)合使用對腫瘤生長的抑制率達32.5%。體外機制研究進一步證實,DETANONOate對HT-29細胞的放療增敏作用可能和p21、p27、Bax水平上調(diào)以及Bcl-2表達下降有關。1.3一氧化氮供體型阿司匹林(NCX4040)NCX4040是將具有NO”2基團的NO供體型化合物和阿司匹林偶聯(lián)后的產(chǎn)物,對體外人胰腺癌、人結(jié)腸癌、人膀胱癌細胞都有良好的生長抑制作用,并能抑制小鼠結(jié)腸癌移植瘤生長。對于人胰腺癌MIAPaCa-2細胞,NCX4040能通過p53非依賴途徑激活線粒體凋亡通路,增加Bax表達并促進Bax進入線粒體,釋放細胞色素C,活化Caspases-9、-3。NCX4040對化學治療也具有增敏作用。序貫應用NCX4040→奧沙利鉑對人結(jié)腸癌LoVo,LoVoDx和LRWZ三種細胞株具有協(xié)同作用(RI為3.7-4)。同樣使用序貫療法作用于WiDr移植瘤小鼠,能顯著抑制腫瘤生長并增加腫瘤細胞凋亡。此外,NCX-4040和順鉑聯(lián)用不僅對順鉑耐藥卵巢腫瘤A2780cDDP細胞株具有更強的殺傷作用,還能通過抑制上皮生長因子受體-信號轉(zhuǎn)導與轉(zhuǎn)錄激活因子3(EGFR-STAT3)的活化增加裸鼠皮下A2780cDDP移植瘤對順鉑的敏感性,并能下調(diào)腫瘤組織中的谷胱甘肽水平。1.4一氧化氮供體型舒林酸(NCX1102)NCX1102是NO供體和舒林酸偶聯(lián)的產(chǎn)物,雖然體外抗腫瘤活性不如NCX4040,但也能通過誘導細胞凋亡有效抑制多種腫瘤細胞增殖。NCX1102對低氧環(huán)境下的化療抵抗具有增敏作用。NCX1102能通過抑制Akt信號通路介導的低氧誘導因子-1α(HIF-1α)蛋白翻譯,抑制低氧環(huán)境造成的PC-3細胞核HIF-1α水平上升和Akt磷酸化增多,從而對抗PC-3前列腺癌細胞在低氧環(huán)境下產(chǎn)生的耐藥。NCX1102對腫瘤細胞還具有放療增敏作用。放射劑量2-8Gy下,NCX1102在正常和缺氧環(huán)境對PC-3細胞的的增敏比(SER)分別為1.22和1.42,并明顯高于舒林酸母核。放射劑量2-6Gy下,NCX1102對原代前列腺基質(zhì)細胞沒有放射增敏作用,顯示了其良好的選擇性。放射增敏機制研究進一步表明,NCX1102能造成雙鏈DNA斷裂及其修復變慢,同時降低細胞核內(nèi)HIF-1α水平。2no體和no體化合物的腫瘤活性機制2.1激活caspase途徑誘導細胞凋亡凋亡是細胞程序性死亡的主要形式,對于正常細胞增殖和死亡的平衡具有調(diào)節(jié)作用。由于細胞凋亡不足會導致腫瘤發(fā)生,促進細胞凋亡漸成為近年來腫瘤治療的主要研究方向。NO供體和NO供體型化合物能通過內(nèi)源性(線粒體)和外源性(死亡受體)通路激活共同的Caspase途徑誘發(fā)腫瘤細胞凋亡。線粒體是細胞的能量代謝中心,細胞內(nèi)部多種死亡信號均可引起細胞線粒體膜電位消失、膜孔道開放和細胞色素C從線粒體釋放至胞漿,激活Caspase途徑導致細胞凋亡。外源性通路則是由胞外腫瘤壞死因子(TNF)超家族的死亡配體(如FasL和TRAIL等)和腫瘤細胞表面死亡受體(分別是Fas和DR5)結(jié)合,同樣激活Caspase途徑誘導細胞凋亡。此外,p53、NF-κB和MAPK對腫瘤細胞凋亡也有相應的調(diào)節(jié)作用。2.2治療手段敏感性下降NO不僅能直接引發(fā)腫瘤細胞凋亡,還能對傳統(tǒng)化療、放療手段以及免疫治療發(fā)揮增敏作用。化學治療、放射治療和免疫治療均為惡性腫瘤的治療主要治療方式,然而都存在腫瘤細胞原發(fā)性和獲得性耐藥導致對傳統(tǒng)治療手段敏感性降低的問題。對于能誘導腫瘤細胞發(fā)生FasL、TRAIL介導的外源性細胞凋亡的其他腫瘤治療手段,NO供體和NO供體型化合物能通過抑制YY1從而上調(diào)Fas或DR5,增加腫瘤細胞對外源性細胞凋亡途徑的敏感性,促進腫瘤細胞凋亡。低氧是實體腫瘤存在普遍的現(xiàn)象,也是造成腫瘤細胞耐藥性增強、放療敏感性降低的原因。實體瘤內(nèi)部的低氧狀態(tài)會導致HIF-1α大量累積,NO供體型化合物能通過下調(diào)HIF-1α從而增加腫瘤細胞對傳統(tǒng)治療手段的敏感性。相比于氧(常用的放射增敏劑),性質(zhì)活潑的NO對射線造成的DNA斷裂具有更好的固定作用,對于低氧環(huán)境下的放療抵抗更具優(yōu)勢。3no供體型化合物的致突變性上述NO供體及其化合物具有較好的抗腫瘤活性,能有效地抑制腫瘤細胞生長并對其他治療手段具有增敏作用,對腫瘤臨床治療