一氧化氮供体的抗肿瘤活性及其机制

一氧化氮供体的抗肿瘤活性及其机制

氧气氮（no）是生物中的一个重要信号分子，在肿瘤生长中起着双重作用。低浓度NO通过参与血管形成等效应促进肿瘤生长,而高浓度则通过诱导细胞凋亡等机制抑制肿瘤细胞增殖。除诱导型一氧化氮合酶(iNOS)经刺激因素(细胞因子等)作用能产生大量NO外,NO供体也是获得高浓度NO的有效途径。NO供体能在生理状态下释放游离NO或NO类似物,有效补充体内NO不足以及恢复NO正常的信号传导。NO供体具有多种结构类型,如硝酸和亚硝酸的有机酸酯、亚硝基硫醇、呋咱氮氧化合物和偶氮鎓二醇盐等。NO供体还能和药物分子偶联形成NO供体型化合物,使之兼具母核与NO供体的生物活性。一氧化氮供体型非甾体抗炎药(NO-NSAIDs)将NO供体引入传统非甾体抗炎药(NSAIDs)后,不仅能缓解NSAIDs造成的胃肠黏膜损伤,还具有一定的抗肿瘤活性。此外,许多肿瘤组织和肿瘤细胞系中都存在COX-2同工酶过度表达,NSAIDs能通过抑制COX活性抑制肿瘤生长。NO-NSAIDs能共同发挥NO的直接抗肿瘤活性以及NSAID对COX的抑制作用,具有良好的应用前景。S-亚硝基-N-乙酰青霉胺和DETANONOate分别为亚硝基硫醇和偶氮鎓二醇盐的代表化合物,具有良好的抗肿瘤活性。一氧化氮供体型阿司匹林(NCX4040)和一氧化氮供体型舒林酸(NCX1102)也是抗肿瘤效果较为突出且目前研究最多的NO-NSAIDs。这些化合物不仅能抑制肿瘤细胞增殖,还具有化学治疗/免疫治疗/放射治疗增敏作用。本文将以SNAP、DETANONOate、NCX4040和NCX1102为代表,阐述其直接抗肿瘤和对其他肿瘤治疗手段增敏的活性,并对相关机制展开讨论。1spa和de着色剂放疗的联合作用1.1S-亚硝基-N-乙酰青霉胺(SNAP)S-亚硝基硫醇是硫醇化合物的NO取代物(RSNO)。RSNO普遍存在于生物体中,是贮存、转移和释放NO的重要载体。SNAP在体内外环境下能自发释放NO,是用于实验室研究的常见NO供体。大剂量SNAP能直接诱导肿瘤细胞凋亡。SNAP通过增强p38MAPK(丝裂酶原活化蛋白激酶)信号通路抑制凋亡抑制因子Survivin表达,诱导人卵巢癌细胞株OVCAR-3和SKOV-3凋亡。Survivin表达增加还和PI3K/AKT通路的激活相关。SNAP对肿瘤化疗/放疗和免疫治疗都具有增敏效果。SNAP不仅促进抑癌基因p53介导的人卵巢癌OV2008(对顺铂敏感)和C13*(对顺铂耐药)肿瘤细胞凋亡,还通过增加p53表达提高C13*细胞株对顺铂的敏感性。SNAP还能增加肿瘤细胞对Fas介导细胞凋亡的敏感性。Fas介导的肿瘤细胞凋亡是细胞毒性淋巴细胞对肿瘤杀伤作用的主要机制。研究发现,Fas抵抗的人卵巢癌细胞株(A2780和AD10)中,IFN-γ等细胞因子能通过增加iNOS表达对FasL引发的肿瘤细胞凋亡进行增敏。SNAP释放的大量NO能模拟iNOS表达增加的作用,特异性抑制A2780和AD10细胞中转录抑制子YY1和Fas启动子的沉默区域的DNA结合,上调细胞中Fas表达,促进Fas配体激动剂CH-11单抗引发的细胞凋亡作用。SNAP对放疗也具有增敏作用。SNAP和放疗联用能促进Fas介导的人宫颈癌Hela细胞凋亡,引起细胞表面Fas抗原增多,并且出现细胞内Fas表达增加、线粒体膜通透性增加、细胞色素C释放和DNA片段化等凋亡信号。1.2DETANONOateDETANONOate是典型的离子型偶氮鎓二醇盐,每摩尔化合物能在pH7.4条件下自动释放2molNO。DETANONOate具有较长的半衰期(37℃下半衰期为20h),能作为长效NO供体型化合物使用。DETANONOate能诱导肿瘤细胞发生内源性(线粒体通路)凋亡。DETANONOate作用于人乳腺癌细胞MDA-MB-468则会引起细胞线粒体膜去极化、胞浆细胞色素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从细胞质向线粒体转位。蛋白激酶Akt能通过抑制Bax转位进而对细胞的生存和凋亡进行调节。DETANONOate对顺铂引起的转移性结肠癌细胞株SW620细胞凋亡具有化疗增敏作用。体外机制研究表明,DETANONOate对SW620的增敏作用和细胞凋亡诱导因子(AIF)上调有关。对SW620移植瘤裸鼠模型联合使用CDDP和DETANONOate也能达到增敏效果,同时伴有AIF蛋白水平上调以及细胞凋亡增多。DETANONOate还具有免疫治疗和放射治疗增敏作用。体外前列腺癌细胞和体内PC-3荷瘤裸鼠实验结果均表明,DETANONOate释放的NO会抑制肿瘤细胞及组织中转录因子NF-κB生存/抗凋亡通路及其下游转录抑制子YY1水平,并上调DR5表达,增加肿瘤细胞对TRAIL诱导凋亡的敏感性。GaoX等研究发现,体外人结肠癌HT-29细胞会对放疗产生抵抗,放疗前16小时给予DETANONOate相比于单独使用DETANONOate,能使肿瘤细胞集落形成下降47%。在结肠癌HT29裸小鼠皮下移植瘤模型中,放疗和DETANONOate联合使用对肿瘤生长的抑制率达32.5%。体外机制研究进一步证实,DETANONOate对HT-29细胞的放疗增敏作用可能和p21、p27、Bax水平上调以及Bcl-2表达下降有关。1.3一氧化氮供体型阿司匹林(NCX4040)NCX4040是将具有NO”2基团的NO供体型化合物和阿司匹林偶联后的产物,对体外人胰腺癌、人结肠癌、人膀胱癌细胞都有良好的生长抑制作用,并能抑制小鼠结肠癌移植瘤生长。对于人胰腺癌MIAPaCa-2细胞,NCX4040能通过p53非依赖途径激活线粒体凋亡通路,增加Bax表达并促进Bax进入线粒体,释放细胞色素C,活化Caspases-9、-3。NCX4040对化学治疗也具有增敏作用。序贯应用NCX4040→奥沙利铂对人结肠癌LoVo,LoVoDx和LRWZ三种细胞株具有协同作用(RI为3.7-4)。同样使用序贯疗法作用于WiDr移植瘤小鼠,能显著抑制肿瘤生长并增加肿瘤细胞凋亡。此外,NCX-4040和顺铂联用不仅对顺铂耐药卵巢肿瘤A2780cDDP细胞株具有更强的杀伤作用,还能通过抑制上皮生长因子受体-信号转导与转录激活因子3(EGFR-STAT3)的活化增加裸鼠皮下A2780cDDP移植瘤对顺铂的敏感性,并能下调肿瘤组织中的谷胱甘肽水平。1.4一氧化氮供体型舒林酸(NCX1102)NCX1102是NO供体和舒林酸偶联的产物,虽然体外抗肿瘤活性不如NCX4040,但也能通过诱导细胞凋亡有效抑制多种肿瘤细胞增殖。NCX1102对低氧环境下的化疗抵抗具有增敏作用。NCX1102能通过抑制Akt信号通路介导的低氧诱导因子-1α(HIF-1α)蛋白翻译,抑制低氧环境造成的PC-3细胞核HIF-1α水平上升和Akt磷酸化增多,从而对抗PC-3前列腺癌细胞在低氧环境下产生的耐药。NCX1102对肿瘤细胞还具有放疗增敏作用。放射剂量2-8Gy下,NCX1102在正常和缺氧环境对PC-3细胞的的增敏比(SER)分别为1.22和1.42,并明显高于舒林酸母核。放射剂量2-6Gy下,NCX1102对原代前列腺基质细胞没有放射增敏作用,显示了其良好的选择性。放射增敏机制研究进一步表明,NCX1102能造成双链DNA断裂及其修复变慢,同时降低细胞核内HIF-1α水平。2no体和no体化合物的肿瘤活性机制2.1激活caspase途径诱导细胞凋亡凋亡是细胞程序性死亡的主要形式,对于正常细胞增殖和死亡的平衡具有调节作用。由于细胞凋亡不足会导致肿瘤发生,促进细胞凋亡渐成为近年来肿瘤治疗的主要研究方向。NO供体和NO供体型化合物能通过内源性(线粒体)和外源性(死亡受体)通路激活共同的Caspase途径诱发肿瘤细胞凋亡。线粒体是细胞的能量代谢中心,细胞内部多种死亡信号均可引起细胞线粒体膜电位消失、膜孔道开放和细胞色素C从线粒体释放至胞浆,激活Caspase途径导致细胞凋亡。外源性通路则是由胞外肿瘤坏死因子(TNF)超家族的死亡配体(如FasL和TRAIL等)和肿瘤细胞表面死亡受体(分别是Fas和DR5)结合,同样激活Caspase途径诱导细胞凋亡。此外,p53、NF-κB和MAPK对肿瘤细胞凋亡也有相应的调节作用。2.2治疗手段敏感性下降NO不仅能直接引发肿瘤细胞凋亡,还能对传统化疗、放疗手段以及免疫治疗发挥增敏作用。化学治疗、放射治疗和免疫治疗均为恶性肿瘤的治疗主要治疗方式,然而都存在肿瘤细胞原发性和获得性耐药导致对传统治疗手段敏感性降低的问题。对于能诱导肿瘤细胞发生FasL、TRAIL介导的外源性细胞凋亡的其他肿瘤治疗手段,NO供体和NO供体型化合物能通过抑制YY1从而上调Fas或DR5,增加肿瘤细胞对外源性细胞凋亡途径的敏感性,促进肿瘤细胞凋亡。低氧是实体肿瘤存在普遍的现象,也是造成肿瘤细胞耐药性增强、放疗敏感性降低的原因。实体瘤内部的低氧状态会导致HIF-1α大量累积,NO供体型化合物能通过下调HIF-1α从而增加肿瘤细胞对传统治疗手段的敏感性。相比于氧(常用的放射增敏剂),性质活泼的NO对射线造成的DNA断裂具有更好的固定作用,对于低氧环境下的放疗抵抗更具优势。3no供体型化合物的致突变性上述NO供体及其化合物具有较好的抗肿瘤活性,能有效地抑制肿瘤细胞生长并对其他治疗手段具有增敏作用,对肿瘤临床治疗