肿瘤细胞生物学及肿瘤抑制基因与药物治疗的关系

第十七节　抗肿瘤药

一、肿瘤细胞生物学及与药物治疗的关系

理解抗肿瘤药物的作用及机制需要对基本的肿瘤细胞生物学过程和概念有所了解。

（一）细胞周期

细胞分化从合成DNA复制所需要的成分开始，可以分为G₁，S（DNA合成），G₂和M（有丝分裂）期。此周期有两个检查点：①G₁和S期之间；②G₂和M期之间。

大多数抗癌药物作用于S期，有些作用于M期，有些对细胞周期作用复杂一些。细胞周期的变化依赖于不同的正性和负性调节力间的平衡。（图9－1）

图9－1　细胞四个周期G₁、S（DNA合成）、G₂、M（有丝分裂）及多数抗癌药物主要作用部位示意图

1.大多数抗癌药主要作用在DNA合成阶段，如烷化剂抗代谢药。

2.一些抗癌药作用于有丝分裂阶段，如长春碱、紫杉醇。

3.受生长因子刺激的细胞进行的分裂开始于准备DNA合成的G₁期。细胞周期的程序由周期控制系统决定：两类蛋白—细胞周期素和它们相应的细胞周期素依赖性激酶（cdks）。细胞周期素结合到cdks上，调节它们的作用。箭头的厚薄代表cdks的作用强度。不同基因如p53和Rb（视网膜母细胞瘤）诱导的蛋白结合到cdks上，抑制它们的作用。如果有DNA损伤，肿瘤抑制基因p53将细胞周期停止在检查点1，允许进行修复。如果修复失败，则启动凋亡过程。G₀期代表细胞不进行分裂但能重新进入细胞周期。一个细胞分化后，它就离开这个周期。

正性调节力包括刺激细胞进入细胞周期的生长因子、周期素（cyclins）和周期素依赖性激酶（cdks）。周期素结合到cdks上并调节其活性，进而控制细胞周期的酶活性。周期/cdks的D家族刺激细胞经过G₁期；D周期素/cdk复合体加上E/cdk促进细胞进入并经过S期；周期素A/cdk促进细胞经过S期；周期素B/cdk促进细胞经过G₂期。

周期素/cdks的作用受多种负性调节力调制，包括结合到cdks上并抑制它们作用的蛋白质。这些蛋白由不同的基因如p53和视网膜母细胞瘤基因（Rb）诱导。所以称这些基因是细胞周期的“超级煞车”。如果有DNA损伤，这些蛋白正常时将细胞周期停在检查点1，进行修复。如果修复失败，则启动细胞凋亡过程。

癌细胞的细胞周期由以下原因导致调控紊乱：①生长因子功能异常；②周期素/ cdk功能异常；③癌基因引起DNA合成异常；④由于肿瘤抑制基因突变而导致的负性调节力降低。

（二）细胞凋亡（apoptosis）

细胞凋亡是存在于细胞的自毁机制，这个过程使机体能够清除衰老和异常的细胞，并在维持许多细胞功能方面起重要作用。研究证明在癌症的病理生理过程中也起重要作用。细胞凋亡的细胞内通路包括了IL～1β酶、神经酰胺、蛋白酶、核酸内切酶等的激活。不同基因产物如p53调制和控制细胞凋亡；bcl－2的蛋白产物则抑制细胞凋亡。

许多细胞毒性抗癌药物作用于细胞周期的S期，引起DNA损伤。现有证据表明这些药品大多通过此作用发动细胞凋亡。（图9－2）

Fas/Apo－1受体是介导细胞凋亡的原形受体，能够被一些因子刺激。标以“R”的受体代表营养因子、生长因子、细胞－细胞接触因子（黏附分子、整合素）等作用的受体。这些受体的持续刺激对于细胞生存和增殖是必须的。去掉刺激则发生凋亡。bcl－2的作用是抑制细胞凋亡。DNA不受损伤时，p53抑制细胞凋亡；在DNA受损时，p53停止细胞周期，允许进行修复。如果修复失败，p53发动细胞凋亡。许多抗癌药通过发动细胞凋亡过程杀灭癌细胞。

图9－2　细胞凋亡的简单信号通路和过程

（三）细胞增殖失控与端粒酶（telomerase）

细胞分化过程大致为：细胞外信号（生长因子等）作用于细胞膜表面受体，激发细胞质和核内复杂的转导过程，引起DNA合成，最终发生细胞分裂。癌基因激活或肿瘤抑制基因失活均导致增殖失控。癌细胞持续增殖的一个原因认为是其端粒酶结构不随每个细胞分裂周期而缩短，这些酶的缩短或消失过程被认为是细胞分裂停止的基础。95％的晚期恶性肿瘤表达端粒酶。

（四）细胞分化

正常细胞繁殖过程包括在特殊组织中的干细胞分裂，产生子代细胞，进而分化成相应组织的成熟细胞。癌细胞的一个重要特征是分化功能丧失。低分化的癌细胞繁殖快，预后差。

（五）侵袭和转移

正常细胞存在于“设定”的组织界限内，如肝细胞不会见于膀胱。这是由于一些组织特异性生存因子（抗凋亡因子）维持了细胞间一定的空间关系，即使在修复过程时也不发生变化。任何偶然逃出生存信号控制的细胞将发生凋亡。由于突变原因，癌细胞不仅失去了这种限制，不会发生凋亡，而且还分泌一些酶，如金属蛋白酶，分解细胞外基质，使癌细胞易于向外移行，发生向其他组织脏器的转移。

（六）肿瘤抑制基因的失活

正常细胞含有肿瘤抑制基因，发生突变则与癌症发生有关。P53基因在细胞核内起分子警察的作用。如果DNA损伤，p53的蛋白产物使DNA复制停止在检查点1，赢得时间用于修复。如果修复失败，p53启动细胞凋亡。该基因突变等使DNA异常复制不能停止，导致癌症发生。

（七）原癌基因的激活

控制正常细胞生长和分化的宿主基因－原癌基因（proto-oncogenes）由于点突变、基因扩增、染色体转位或某些病毒的作用而转变为活性基因，可以促进细胞发生恶变。

二、抗恶性肿瘤药物分类及有关特性

（一）抗恶性肿瘤药物分类

抗恶性肿瘤药物有多种分类，现将药物分为以下几类：

1.烷化剂

本类药物作用机制相似。化学活性高，可产生带正电的碳离子中间体，很快与细胞中许多具有亲核物质，特别是DNA的鸟嘌呤残基中7位上的氮形成共价键，可使细胞中核酸、蛋白质、酶上的氨基、羟基、巯基以及嘌呤基等烷基化，主要产生DNA链内和链间的交叉连接，干扰转录和复制。还能使核苷酸发生配对错误，AT取代GC。烷化作用发生在S期，使细胞周期停止在G2期，进而发生细胞凋亡。总体上表现为对细胞周期多个阶段都有作用，因此分裂增殖快的肿瘤细胞首先受抑制。骨髓细胞和肠道上皮细胞增殖快，受影响也较大。

常用药品主要有：氮芥、苯丁酸氮芥、异环磷酰胺、白消安、卡莫司汀、替莫唑胺等。

2.抗代谢药(www.xing528.com)

本类药物的化学结构与体内所需的代谢物质叶酸、嘌呤碱、嘧啶碱等相似，因此能干扰肿瘤细胞的代谢，影响RNA和DNA的生物合成，阻止肿瘤细胞的分裂繁殖。由于本类药物的选择性不高，在长期或大量使用时，亦可影响正常组织的生长，出现损害肠胃黏膜，引起脱发，抑制骨髓与损害肝肾等毒性反应。此外，肿瘤细胞对本类药物也可以产生抗药性。

本类药物属细胞周期特异性药物，常用药品主要有甲氮蝶呤、氟尿嘧啶、替加氟、喷司他丁、卡培他滨、吉西他滨等。

3.抗肿瘤抗生素

系由微生物培养液中提取得到的具有抗肿瘤作用的代谢物。通过直接破坏DNA或嵌入DNA干扰转录，而抑制细胞分裂增殖。属细胞周期非特异药物。

常用药品主要有丝裂霉素、博来霉素类、放线菌素、蒽环类抗肿瘤抗生素、柔红霉素等。

4.铂类配合物

1969年Rosenberg首先报道了铂类配合物在小鼠肿瘤模型上的抗肿瘤活性。70年代顺铂以第一个新型无机抗癌药用于临床，取得很好结果。为提高疗效和降低毒性，后来又有第二代以至第三代铂类配合物用于临床。

常用药品主要有：顺铂、卡铂、奥沙利铂等。

5.植物来源的抗肿瘤药物

从植物中寻找抗癌药，在国内外已成为抗癌药研究的重要组成部分。这些不同来源的植物提取物作用机制各异，临床应用的效果较好。建立在对肿瘤发生发展分子和遗传学机制认识基础上的抗癌植物药研究应该具有广阔的前景。

常用药品主要有：长春碱（长春花碱，威保定）、长春新碱（醛基长春碱，VCR）、长春地辛（长春花碱酰胺、癌的散、去乙酰长春花碱酰胺、西艾克、艾得新，VDS）、长春瑞滨（去甲长春花碱、诺威本、民诺宾、盖诺，NVB）、依托泊苷基（鬼臼乙叉甙、足叶乙甙，VP－16）、替尼泊苷基（卫萌、威猛、邦莱，VM－26）、高三尖杉脂碱、羟喜树碱（9HCPT）、拓扑替康（托泊替康、和美新、喜典、金喜素，TPT）、紫杉醇（泰素、安素泰、紫素、特素，PTX）、多西他赛（紫杉特尔、多西紫杉醇，TXT）。

6.影响激素功能的抗肿瘤药物

激素或激素类似物如对特定组织有抑制作用，也可用于治疗那些组织的肿瘤。但激素作用广泛，不良反应较多，应用时需特别注意。

常用药品主要有：安鲁米特、雄激素、氟他胺、雌激素、他莫昔芬、奥曲肽等。

7.其他抗肿瘤药物

常用药品主要有：门冬酰胺酶、维A酸等。

抗肿瘤药物的作用环节较多，主要药物的作用环节详见图9－3

图9－3　抗肿瘤药物的主要作用机制

（二）肿瘤细胞的抗药性

在低剂量、单一药物治疗情况下，肿瘤细胞对抗癌药可能产生抗药性。其机制可能是特异性针对某种药物（如转化阿糖胞苷的脱氧胞苷激酶活性的去除，使药物不能经代谢后起作用），或是更普遍的，如将药物送出胞膜的泵P－糖蛋白的过度表达。后者是多药耐药基因（MDR）的表达产物。这种膜蛋白是几种ATP依赖性转运体之一，对用于抗癌的许多天然产物有抗药作用。近来发现一些突变如p53抑制性癌基因的丢失可能导致耐药发生。为克服这种情况，可以采取的措施为：联合用药；合用作用机制不同的药物及不良反应不重叠的药物；尽可能用到最大剂量和尽可能缩短用药间隔，以保证杀灭99％以上的癌细胞。

（三）抗肿瘤药物的常见不良反应

因为药物的主要作用是针对细胞分裂，所以用药时不可避免影响迅速分裂的正常组织，可能或多或少地产生如下毒性反应：以白细胞减少为主的骨髓毒性，降低对感染的抵抗力；影响伤口愈合；脱发；胃肠道上皮受损；儿童生长抑制；不育；肝肾损害；致畸甚或致癌。几乎所有的药物都能引起恶心、呕吐，这被称为是对病人完成药物疗程顺应性的“固有威胁”（in－built deterrent）。

（四）抗肿瘤激素类

由于体内激素平衡失调，诱发组织癌变后，常仍保留与原发组织相似的激素依赖性。因此，可以使用某些激素或激素拮抗剂，使体内有关激素恢复平衡，从而抑制这些肿瘤的生长，且无抑制骨髓的不良反应。但在选用激素时必须注意剂量恰当，并有理论依据，否则反会促使肿瘤生长，并产生不良反应。

1.肾上腺皮质激素

本类药物对淋巴组织具有抑制生长和破坏作用。对急性淋巴细胞白血病和急性淋巴瘤有良好的疗效。本品作用快，但不持久，且易产生抗药性。故应合用其他药物如长春新碱、环磷酰胺等，以增强作用，提高疗效。其对慢性淋巴细胞白血病，不仅能降低细胞数量，还可缓解并发的自身免疫性溶血性贫血。此外.还可用于治疗乳癌，改善症状。对癌性发热、毒血症等治疗，应注意合用抗生素和有效抗癌药。

2.雌激素

对前列腺癌有治疗作用，其作用机理尚未完全阐明，可能通过抑制下丘脑及垂体减少垂体前叶促间质细胞激素的分泌，从而影响睾丸酮与肾上腺皮质分泌雄激素所致。此外，还可直接对抗雄激素对前列腺癌的刺激生长。雌激素还用于绝经5年以上妇女的晚期乳癌，但对青年妇女乳癌患者禁用。

3.雄激素

本类激素用于晚期乳癌，对绝经期前后的妇女均可适用，对骨转移者的缓解率高。

4.甲状腺素

本品主要通过反馈作用抑制脑垂体前叶促甲状腺素的分泌，故可延缓或防止甲状腺癌的发展。

（五）其他抗肿瘤药及辅助治疗药

常用的药品主要有：

①丙卡巴肼（甲苄肼、甲基苄肼，PCB）；②达卡巴嗪（氮烯咪胺，甲嗪咪唑胺，DTIC）；③顺铂（顺氯氨铂，DDP）；④卡铂（碳铂，CBP）；⑤奥沙利铂（草酸铂，OXA）；⑥伊马替尼（格列卫）；⑦群司珠单抗（HER－2单抗，赫赛汀）；⑧利妥昔单抗（美罗华，IDEC－102）；⑨去甲斑蝥素（依尔康，利佳）；⑩维A酸（维甲酸，全反式维A酸，ATRA）；〇11门冬酰胺酶（左旋门冬酰胺酶，ASP）；〇12干扰素；〇13亚叶酸钙（亚乙酸，甲酰四氢叶酸钙，立可林，CF）；〇14米托蒽醌（DHAD）；〇15昂丹司琼（恩丹西酮，枢复宁，ZOFRAN）；〇16美司钠；〇17香菇多糖（能治难，ENTNAN）。