细胞动力学和化疗方案的设计

1、细胞动力学和化疗方案的设计马丁邢辉中图分类号:R71文献标识码:A作者单位:华中科技大学同济医学院附属同济医院妇产科(武汉,430030)E-mail:huixing19691细胞(增殖周期)动力学研究细胞群体生长、繁殖、分化、丢失和死亡等运动变化的规律。肿瘤组织主要由增殖和非增殖细胞群组成,绝大多数细胞毒素型的抗肿瘤药对增殖周期中的各期细胞有不同的影响。因此,了解细胞动力学知识,对深入认识肿瘤细胞繁殖过程和特点及药物作用原理,正确制定肿瘤药物治疗方案及新药研究都有很大的帮助。1细胞增殖周期细胞增殖周期分为G1期、S期、G2期和M期。1·1G1期DNA合成前期。即从上一次细胞分裂完成

2、到DNA复制开始这一段时间。又分为G1前期和G1后期。在G1前期主要进行DNA和蛋白质的生物合成。处于G1后期的细胞由于获得了复制DNA所需的条件,进入并完成1次细胞增殖周期。有些处于G1前期的细胞未获得复制DNA所需的条件,没有进入增殖状态。它们将在G1期停留长短不等的时间。这种处于非增殖状态的细胞称G0细胞。1·2S期DNA合成期(DNAsyntheticphase)。DNA含量增加1倍,继续合成RNA和蛋白质。如无特殊原因,如药物、放疗等作用的干扰,则将不间断的通过细胞周期。此期细胞占细胞群的比率可代表该肿瘤的增殖情况,此值高的肿瘤一般对周期特异性药物敏感。1·3G2

3、期DNA合成后期。DNA合成已终止。细胞内遗传物质加倍,由G1期的二倍体DNA量转变为本期的四倍体DNA量。并且产生有丝分裂所需的细胞器,为M期作准备。1·4M期有丝分裂期(mitoticphase)。此期将已复制的染色体平均分配到2个子细胞中去,即完成1次细胞增殖周期,细胞就进入下一周期的G1期。机体和肿瘤组织中分3部分细胞:(1)已分化而无增殖能力的细胞;(2)增殖周期中的细胞;(3)静止期(G0)细胞,是暂不分裂的细胞,对化疗药物敏感性低,当增殖细胞经化疗被杀灭后,在适宜的刺激下,G0期细胞即进入增殖周期并进行补充,故其为肿瘤复发的根源1。2细胞增殖周期的调控细胞周期调控近年已

4、成为分子生物学研究的热点之一并获得突破性进展。在细胞周期中有两个主要的调控点,第一个称“限制点”(restrictionpoint,R点),位于G1/M转折点,控制从静止状态(G1)进入DNA合成期(S)。第二个是G2/M期转折点(commitmenttoMphase),是决定细胞一分为二的调控点。细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclindepen-dentkinases,p34)作用于两种细胞周期蛋白(cyclins),一种控制M期的进入(M-cyclin),一种决定R点(G1-cyclin)。细胞从M期进入G1期后,M-cyclin降解,p34也被磷酸化而失活。此时G1-cyclin与p34结

5、合形成复合体,激活某些转录因子,使DNA得以复制,细胞进入S期,在细胞从S期进入G2期的过程中,G1-cyclin降解,p34失活,接着M-cy-clin又逐步合成积累,与被磷酸化的p34结合,形成促进因子。在G2期末,当有丝分裂原存在时,cdc25基因进行表达,使p34去磷酸化,从而恢复活性,染色体凝聚、细胞骨架重新组合,细胞进入M期。接着M-cyclin降解,p34失活,细胞又进入G1期2。深入探讨细胞增殖周期调控的机制将会推动抗肿瘤药物的研究。3抗肿瘤药物对细胞增殖动力学的影响及药物分类3·1周期非特异性药物(cellcyclenon-specificagents,CC-NSA

6、)主要包括烷化剂氮芥、环磷酰胺(CTX)等、抗癌抗生素(丝裂霉素,阿霉素等)和铂类(cisplatin,carboplatin)药物。此类药物能与细胞中的DNA发生共价结合,阻碍其功能。对G0期和增殖各期细胞均有杀灭能力,作用较强而快,能迅速杀灭癌细胞。但选择性低,其特点是呈剂量依赖型1。3·2周期特异性药物(cellcyclespecificagents,CCSA)影响蛋白质合成,作用于M期的药物如长春新碱类、秋水仙碱、紫杉醇(paclitaxel)、紫杉特尔(docetaxel)等。影响核酸生物合成作用于S期的药物如长春碱类、鬼臼乙叉甙(e-toposide,VP-16)、阿糖胞

7、苷(Ara-c)、健择(gemcitabine)、甲氨蝶呤(MTX)、氟尿嘧啶(5-FU)、氟铁龙(furtuion)、盐酸托普替康(topotecan)和美新(hycamtin)、CPT-11(irinotecan)等。只杀灭增殖周期中某一期细胞,对G0期细胞不敏感。其特点是4细胞动力学是合理化疗的基础细胞动力学对肿瘤的治疗具有重要指导意义,为制定合理的治疗方案提供了理论基础,而且在治疗策略方面已有较大的更新。现将临床实用观点归纳如下。4·1数量概念化疗的效果与肿瘤细胞的数量成正比,化疗药物杀灭癌细胞是循一级动力学(firstorderkinetics)规律,即一定剂量的药物可杀灭

8、一定比率的癌细胞,而非一定数目的癌细胞。肿瘤的化疗开始越早越好。手术后的微小病灶虽细胞数少,但生长比率较高,对化疗药物较敏感,故应在术后尽早开始辅助化疗。而在化疗后,如能配合应用0级动力学(即一定剂量的药物可杀灭一定数量的细胞)的免疫治疗则可进一步提高疗效3。4·2化疗药物的给药方法4·2·1周期非特异性药物瞬时高浓度是十分必要的,在毒性耐受的情况下,宜静脉一次推注,以大剂量冲击治疗为宜,特别是对早期病例,健康状态较好的肿瘤病人。可以迅速与细胞DNA结合而起作用。以环磷酰胺为例,最初每日给药1次的方法已被摒弃,而代之以间断大量给药。这是因为,大剂量1次所杀灭的瘤细

9、胞数远远超过该量分次用药所能杀灭的瘤细胞数之和,而且大剂量间歇用药一般更有利于造血系统等组织的修复,因为骨髓和肠等组织的修复较许多实体瘤迅速,保存在G0期的造血干细胞较瘤细胞多,在间歇期可以很快补充,从而有利于骨髓和免疫功能的恢复,并减少抗药性的产生。4·2·2周期特异性药物一定暴露时间更为重要,宜小剂量持续给药。这类药物对骨髓及瘤细胞的量效曲线也随剂量增大而细胞数下降,但达到一定剂量时向水平方向转折,形成一个坪,此时即使再增加剂量,也难凑效。总剂量分次给予可能优于一次给药,每周给予可能优于每月给药方案,可作用于不同增殖动力学的肿瘤细胞,剂量密度增加,更易于与其他化疗药物配

10、伍。例如紫杉醇,传统的34周给药方式已受到挑战,紫杉醇周疗加顺铂或卡铂正在试用,Ghamande等4对复发和难治(对paclitaxel和铂类耐药)的卵巢癌实施紫杉醇周疗(每周80mg/m2,68周),研究表明每周给药增加了用药的密度和暴露时间,促使更多细胞包括G0期细胞进入增殖周期,克服耐药,提高了疗效,并且降低了紫杉醇毒性5。另有报道低剂量长时间暴露的紫杉醇,可增加肿瘤细胞的凋亡,抑制肿瘤血管生成6。紫杉特尔、健择等新药作为二线药物也已在多种肿瘤中试用每周方案。4·3联合化疗在化疗药物联合应用方面,一般有2种方法。4·3·1募集作用(recruitment)即

11、先用细胞周期非特异性药物,大量消灭肿瘤细胞,肿瘤细胞总数减少后,促使更多细胞包括G0期细胞进入增殖周期而被后用的细胞周期特异性药物杀灭。美国GOG进行了TP(paclitaxel+cis-platin)与PC(cisplatin+CTX)方案治疗期卵巢癌成功减瘤术386例的前瞻性研究,结果表明TP比PC方案有作用较慢,呈给药时间依赖型1。较高的疗效(73%对60%),较高的完全缓解率(51%对31%)和较长的中位存活期(38个月对24个月),TP方案的3年存活率比PC高10%,表明TP方案(募集作用)明显优于PC方案7。近年来,又陆续推出paclitaxel+carbo-platin方案8,g

12、emcitabine+carboplatin方案,hycamtin+cis-platin方案,topotecan+carboplatin或cisplatin911等募集作用联合化疗方案,部分已进入临床期试验。4·3·2同步化作用(synchronization)即先用一种细胞周期特异性药物将肿瘤细胞阻滞于某一周期,待药物作用消失后,肿瘤细胞即同步进入下一周期,再用作用于后一周期的药物,即可较多杀死肿瘤细胞而较少损伤正常细胞。联合应用几种化疗药物则治疗作用相加,机体又能耐受。新药和美新、托普替康与紫杉醇、紫杉特尔无明显交叉耐药,是目前卵巢癌二线最有效的药物之一。为提高疗效、减

13、少毒性,托普替康小剂量、长期用药与紫杉醇、健择以及其他新药联合均在临床试用中,而紫杉特尔和健择的联合化疗也日益受到重视1214。目前carboplatin+paclitaxel+irinotecan3药联合已进入临床期研究,Gronlund等15认为3药联合不仅提高疗效而且大大降低毒性。目前,细胞动力学的研究仍未能如人们所设计的那样完全应用于临床。由于存在下述问题:未能获得治疗中肿瘤细胞准确完整的细胞动力学参数;多疗程化疗和大剂量化疗中详细的细胞动力学信息太少;利用定量细胞动力学研究设计化疗方案的努力不够,所以关于抗肿瘤药的细胞动力学效应研究的发展趋势,主要在以下4个方面:快速鉴别集落形成和非

14、集落形成细胞;鉴别G0期细胞;发现更敏感的鉴别正常和肿瘤细胞的标志物;加强对正常细胞增殖动力学和定量细胞动力学的研究。参考文献1孙燕主编.内科肿瘤学.北京:人民卫生出版社,2001.462SherrCJ.ThePezcollerLecturncerRes,2000,60(14):3689-36953曹泽毅主编.妇科肿瘤学.北京:北京出版社,1998.4194GhamandeS,LeleS,MarchettiD,etal.Weeklypaclitaxelinpa-tientswithrecurrentorpersistentadvancedovariancancer.IntJGynecolCan

15、cer,2003,13(2):142-1475ThomasH,RosenbergP.Roleofweeklypaclitaxelinthetreatmentofadvancedovariancancer.CritRevOncolHematol,2002,27(44):43-516FennellyD,AghajanianC,ShapiroF,etal.Phaseandpharma-cologystudyofpaclitaxeladministeredweeklyinpatientswithre-lapsedovariancancer.JClinOncol,1997,15(1):187-1927M

16、cGuireWP,HoskinsWJ,BradyMF,etal.Cyclophosphamideandcisplatincomparedwithpaclitaxelandcisplatininpatientswithstageandovariancancer.NEnglJMed,1996,334(1):1-68OzolsRF,BundyBN,GreerBE.Phasetrialofcarboplatinandpaclitaxelcomparedwithcisplatinandpaclitaxelinpatientswithoptimallyresectedstage、ovariancancer

17、:aGynecologicOn-cologyGroupstudy.JClinOncol,2003,21(17):3194-2009HerzogTJ.Clinicalexperiencewithtopotecaninrelapsedovariancancer.GynecolOncol,2003,90(3):3-710MutchDG.Gemcitabinecombinationchemotherapyofovariancancer.GynecolOncol,2003,90(2):16-2011BoisA,LuckHJ,MeierW.Arandomizedclinicaltrialofcisplat

18、in/paclitaxelversuscarboplatin/paclitaxelasfirst-linetreatmentofo-variancancer.JNatlCancerInst,2003,95(17):1320-132912MarkmanM,ZanottiK,WebsterK.Toxicityassociatedwithcar-boplatin/paclitaxel/Irinotecanuseinadvancedovariancancer:pre-liminaryanalysis.Oncology(Huntingt),2003,17(5):34-3513SehouliJ,StengelD,OskayG,etal.Anewtherapeuticalap-proach:topotecanplusgemcitabineinthetreatmentofpatientswithrelapsedovariancancerafterfailureoffirst-linechemothera-pywithpaclitaxelandplatinum.JObstetGynaecolRes,2003,29(3):123-13114HomesleyH,BenignoB,WilliamsJ