宋夢姣,劉宏,申玉莉 (.廣州軍區(qū)武漢總醫(yī)院藥劑科,湖北 武漢430070;2.湖北中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,湖北 武漢430065)
放射治療是治療惡性腫瘤的主要手段之一。但由于腫瘤細胞的生物學(xué)特性及局部微環(huán)境等,導(dǎo)致某些腫瘤細胞對射線的敏感性較低,因而放射治療的效果較差。
放射增敏劑(radiosensitizing agents)與放療聯(lián)用,通過選擇性地殺傷乏氧腫瘤細胞、抑制放射損傷修復(fù)、調(diào)節(jié)細胞周期等,來增強腫瘤細胞的放射敏感性,降低照射劑量,減少對正常細胞的損傷等[1]。但是,目前常用的放射增敏劑均有不同程度的毒副作用,如米索硝唑具有神經(jīng)毒性、替拉扎明具有肌痙攣毒性、順鉑和5-氟脲嘧啶等具有胃腸道和血液系統(tǒng)毒性等[2],從而限制了其在臨床上的應(yīng)用。黃酮類化合物(flavonoids)具有抗氧化、抗炎、鎮(zhèn)痛、護肝等保護作用,其中具有增敏作用的有黃酮類、黃酮醇類、異黃酮類、黃烷醇類、査耳酮類等,本文擬綜述近年來國內(nèi)外對黃酮類化合物作為放射增敏劑的研究進展及其作用機制。
目前多采用體外細胞實驗,也有少量移植性腫瘤動物實驗、臨床人體試驗研究等。體外細胞實驗主要是單細胞克隆實驗,以放射增敏比(SER,即單純放療時達到某一效應(yīng)的放射劑量與使用增敏劑時達到相同效應(yīng)的放射劑量的比值)為評價指標(biāo),SER 值越大,則放射增敏作用越強。有些實驗研究中,還將條件分為常氧和乏氧環(huán)境,使黃酮類化合物的放射增敏對象更有針對性。
1.1 黃酮類 芹黃素(apigenin)、木犀草素(luteolin)、白楊黃素(chrysin)等以2-苯基色原酮為基本母核,3位無含氧取代的一類化合物。將對數(shù)生長期的單層或球狀體肺癌SQ-5細胞在含有40μmol·L-1芹黃素的培養(yǎng)基中孵育16 h,然后接受6 Gy-X射線輻照,繼續(xù)培養(yǎng)8 h,結(jié)果發(fā)現(xiàn)芹黃素可以顯著增強單層和球狀體SQ-5細胞的放射敏感性和凋亡率,單層細胞實驗中聯(lián)合組比單純放療組的放療效果增強了約2.1倍,而球狀體細胞實驗中增強了約1.5倍[3]。木犀草素與射線聯(lián)用,不僅在體外可以增強人胃癌SGC-7901細胞的放射敏感性,還可顯著增強SGC-7901細胞轉(zhuǎn)移瘤的裸鼠的放射敏感性,10,20μmol·L-1木犀草素對SGC-7901細胞的放射增敏比分別為1.14和1.47,在SGC-7901細胞轉(zhuǎn)移瘤的裸鼠模型上,木犀草素還可使腫瘤血管生長受到抑制[4,5]。白楊黃素對SGC-7901 細胞也顯示相似的放射增敏作用,80 μmol·L-1白楊黃素與8 Gy-γ射線聯(lián)合應(yīng)用可明顯增敏射線對腫瘤細胞的殺傷作用,促進腫瘤細胞的凋亡[6]。
1.2 黃酮醇類 槲皮素(quercetin)、漆樹黃酮(fisetin)等在黃酮基本母核的3位上連有羥基或其他含氧基團。將槲皮素與射線聯(lián)合應(yīng)用于人結(jié)直腸腺癌上皮細胞DLD-1 細胞、宮頸癌HeLa細胞、乳腺癌MCF-7細胞,槲皮素對這3種腫瘤細胞的體外放射增敏比分別為1.87,1.65,1.74,在DLD-1細胞轉(zhuǎn)移瘤的裸鼠模型上,槲皮素還能顯著增強射線對腫瘤生長的抑制作用[7];槲皮素在60~120μmol·L-1范圍內(nèi),與γ射線(0~8 Gy)聯(lián)用,可以增強常氧和乏氧條件下HeLa細胞的放射敏感性[8];用0.3 mg·mL-1槲皮素作用于人前列腺癌PC-3細胞3,6,12,24 h后,放療加藥組均可見放射增敏效應(yīng),相應(yīng)的放射增敏比分別為1.22,1.58,1.76,1.85,放射增敏效應(yīng)隨藥物作用時間延長而增強[9]。p53 野生型結(jié)直腸癌HCT116細胞對射線較敏感,而p53突變型結(jié)直腸癌HT-29細胞對射線較抗拒,但在4 Gy-X 射線輻照前給予這兩種細胞50μmol·L-1漆樹黃酮作用24 h后,HT-29細胞的存活率可降至8.5%,而HCT116細胞的存活率僅降至41%[10]。
1.3 異黃酮類 母核為3-苯基色原酮結(jié)構(gòu),主要存在于豆科植物中,是黃酮類放射增敏劑中研究得較早、較多也是較深入的一類,主要包括染料木黃酮(genistein)、黃豆苷元(daidzein)、黃豆黃素(glycitein)等,由于這些化合物與哺乳動物雌激素結(jié)構(gòu)相似,因此具有雌激素樣作用,尤其對激素相關(guān)疾病如乳腺癌、前列腺癌等有一定作用,如染料木黃酮作為放射增敏劑,在體外實驗中,對乳腺癌BR231細胞[11]、前列腺癌LNCaP、PC-3和C4-2B 細胞[11-13]均顯示 較 強 的放射增敏作用,對其他腫瘤細胞如宮頸癌Hela細胞[14-15]、腎癌KCI-18和RC-2細胞[11]、非小細胞肺癌A549細胞[16]等,一定濃度的染料木黃酮也可增強上述腫瘤細胞的放射敏感性,而對正常細胞無增敏作用,除此之外,在PC-3細胞、KCI-18細胞轉(zhuǎn)移瘤的裸鼠模型中證實了染料木黃酮在體內(nèi)也具有放射增敏作用[17-18]。但是,在PC-3細胞轉(zhuǎn)移瘤的裸鼠模型中研究發(fā)現(xiàn),單獨使用染料木黃酮會促使癌細胞向腹主動脈旁的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移,而單獨使用異黃酮類混合物(43%染料木黃酮+21%黃豆苷元+2%黃豆黃素)卻不會引起癌細胞轉(zhuǎn)移,且其放射增敏作用強于染料木黃酮[17]。黃豆苷元在使PC-3 和C4-2B細胞放射增敏的同時也不會引起癌細胞轉(zhuǎn)移,但其增敏作用弱于染料木黃酮和異黃酮類混合物[12]。
1.4 黃烷醇類 其結(jié)構(gòu)中C環(huán)上的3或4位存在羥基。表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)是黃烷醇類的衍生物,25 μmol·L-1EGCG 可提高不同劑量(0,2,4,6 Gy)的X 射線輻照后人肝癌HepG2細胞的凋亡率,其中以放射劑量為2 Gy時作用比較明顯[19];微血管系統(tǒng)被認(rèn)為是人腦癌進行放療的作用靶點,人腦微血管內(nèi)皮細胞HBMEC 細胞用EGCG預(yù)處理后的細胞存活率比單純放療組降低了40%[20];其他一些研究表明,EGCG 與放療聯(lián)用同樣可提高膠質(zhì)母細胞瘤U-87細胞的體外放療效應(yīng)[21];將EGCG 用于同時接受放射治療的乳腺癌患者,每日服用3次,每次劑量為400 mg,連續(xù)服用5周,治療結(jié)果顯示,EGCG 聯(lián)合放療組患者的治療效果好于未服藥的單純放療組患者,并且用BR231 細胞進行體外實驗時,5~10μmol·L-1EGCG 可顯著增強放 療效果[22]。
1.5 査耳酮類 為二氫黃酮C環(huán)的1、2位鍵斷裂生成的開環(huán)衍生物。2′,5′-二羥基査耳酮(2′,5′-dihydroxychalcone)、2,2′-二羥基査耳酮(2,2′-dihydroxychalcone)屬于多羥基査耳酮類,這兩種二羥基査耳酮化合物對人結(jié)直腸癌HT-29細胞、人胰腺癌Panc-1細胞均具有放射增敏作用,10μmol·L-12,2′-二羥基査耳酮聯(lián)合4 Gy射線作用于HT-29 細胞后,細胞相對活力為0.43,而2′,5′-二羥基査耳酮要產(chǎn)生與2,2′-二羥基査耳酮相當(dāng)?shù)姆派湓雒粜?yīng),所需濃度為20 μmol·L-1,即2,2′-二羥基査耳酮的放射增敏作用是2′,5′-二羥基査耳酮的2倍。用相當(dāng)于臨床常用劑量的2 Gy體外照射劑量進行實驗,2 Gy射線不能明顯殺死HT-29細胞,但預(yù)先用10μmol·L-12,2′-二羥基査耳酮處理后,2 Gy射線可以使HT-29細胞的存活率下降至0.53,即2,2′-二羥基査耳酮可以使放療效應(yīng)提高約2倍[23]。
1.6 其他類 夫拉平度(flavopiridol)是一種合成黃酮類藥物,也是一種細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑。對放療抗拒的p53突變型神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞A172細胞和bcl-2過度表達型宮頸癌HeLa細胞輻照后給予夫拉平度,它們的放療效應(yīng)均增強,但在其親代野生型細胞中卻觀察不到放射增敏效應(yīng),說明p53、bcl-2 基因可能與腫瘤細胞的放射敏感性相關(guān)[24];其他研究也表明,夫拉平度可以使人食管腺癌SEG-1細胞、宮頸癌HeLa細胞等的體外放射敏感性增強[25-26],同時可以使神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞GL261細胞、結(jié)腸癌HCT-116細胞、胃癌MKN-74細 胞、肺 癌H460 細 胞、卵 巢 癌OCA-1 細胞轉(zhuǎn)移瘤的裸鼠模型等的體內(nèi)放射敏感性增強[27-28]。
2.1 抑制放射損傷修復(fù) 放療引起DNA 單鏈斷裂(SSB)、雙鏈斷裂(DSB)、堿基損傷和蛋白質(zhì)交聯(lián)等多種類型的損傷,其中DSB是較嚴(yán)重的放射損傷之一,但細胞自身可將受損DNA 進行斷鏈重接、切除或重組等多種類型的修復(fù),使之恢復(fù)生理功能,從而使腫瘤細胞的放射敏感性降低,腫瘤細胞DSB修復(fù)率與細胞對射線的敏感性呈負相關(guān)[29]。細胞DSB損傷形成后,組蛋白H2AX 迅速磷酸化并形成γ-H2AX,隨后募集損傷修復(fù)相關(guān)蛋白進行修復(fù),而槲皮素、漆樹黃酮能抑制H2AX 磷酸化,阻斷修復(fù)通路[8,10];DNA 依賴蛋白激酶(DNA-PK)能特異性地識別DSB,修復(fù)DSB 損傷,而夫拉平度可以下調(diào)DNA-PK 蛋白的表達,抑制DSB 修復(fù)[28];槲皮素能抑制運動失調(diào)性毛細血管擴張癥細胞突變蛋白(ATM)[7];芹黃素、漆樹黃酮、染料木黃酮會誘導(dǎo)多聚ADP核糖聚合酶(PARP)裂解[3,10-11];染料木黃酮則是DNA拓撲異構(gòu)酶(I和II)抑制劑[11];夫拉平度還能抑制RNA 聚合酶II磷酸化[25]等。因此,黃酮類放射增敏劑可通過抑制DNA-PK、ATM、PARP等DNA 修復(fù)酶、DNA 拓撲異構(gòu)酶和RNA 聚合酶等,來影響DNA 合成、轉(zhuǎn)錄和修復(fù),從而抑制腫瘤細胞的放射損傷修復(fù),提高放射線對腫瘤細胞的殺傷作用。
2.2 調(diào)節(jié)細胞周期 處于不同細胞周期時相的細胞對放射線的敏感性不同,對多數(shù)細胞而言,處于G1/S邊界及G2/M期的細胞敏感性最高,處于S期尤其是晚S期細胞的放射敏感性最低,漆樹黃酮、染料木黃酮與射線聯(lián)用可將腫瘤細胞阻滯于G2/M 期[10-11,14];細胞周期蛋白cyclin B1能促進G2/M 期轉(zhuǎn)換而加速細胞周期進程,從而減少了細胞在這兩個對射線最敏感期被擊中的可能性,而染料木黃酮能下調(diào)腫瘤細胞內(nèi)cyclin B1表達[11];細胞周期蛋白cyclin D1主要調(diào)節(jié)細胞從G1期向S期的轉(zhuǎn)變,腫瘤細胞內(nèi)cyclin D1過度表達會使G1/S調(diào)控點失控,細胞不停進入細胞周期,而夫拉平度可以下調(diào) 腫瘤細 胞 內(nèi)cyclin D1 表 達[24-26];染 料 木 黃 酮 還 能 使腫瘤細胞內(nèi)p53 基因表達增加,p53 通過激活p21、Gadd45等抑制cyclin B1-cdc2復(fù)合物的功能,來抑制腫瘤細胞由G2期向M 期轉(zhuǎn)化和增殖,從而形成G2/M 期阻滯[15]。因此,黃酮類放射增敏劑可通過調(diào)節(jié)cyclin B1、cyclin D1和p53等,將腫瘤細胞阻滯在對放療敏感性最高的G2/M 期,并調(diào)節(jié)細胞周期分布及細胞周期進程,從而提高腫瘤細胞的放射敏感性。
2.3 誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡 電離輻射會誘導(dǎo)腫瘤細胞內(nèi)的核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、存活素survivin等表達上調(diào),二者均與腫瘤細胞的放射敏感性相關(guān)。NF-κB 的異常激活可誘導(dǎo)促癌基因c-myc的激活,使其過量表達而抑制細胞凋亡、促進細胞生長和增殖,還可啟動cyclin D1 的轉(zhuǎn)錄,促進細胞增殖、抑制細胞凋亡,而抑制NF-κB 活性,則可誘導(dǎo)細胞凋亡;survivin是細胞凋亡抑制基因家族中的一個成員,在許多惡性腫瘤組織中均有過表達,僅存在于哺乳動物中,主要表達于細胞周期中的G2/M 期,參與調(diào)節(jié)細胞周期,通過抑制細胞凋亡蛋白 酶-3 和-7(caspases-3,-7)的 活 性,來 抑 制 細 胞 凋 亡。染料木黃酮、黃豆苷元、黃豆黃素通過抑制NF-κB 表達[11-13],白楊黃素、染 料 木 黃 酮、EGCG 通 過 抑 制survivin表達來誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡[6,14,21]。另外,染料木黃酮與射線聯(lián)用能使促凋亡蛋白Bax等表達上調(diào)[11-12],芹黃素、木犀草素、白楊黃素、染料木黃酮能使抗凋亡蛋白Bcl-2 等表達下調(diào)[3-4,6,15],木犀草素、白楊黃素、漆樹黃酮還能激活作 為 細胞凋亡效應(yīng)器的caspases-3[4,6,10]。因此,黃酮類放射增敏劑可通過抑 制NF-κB、survivin、Bcl-2 等 抗 凋 亡 因 子,上 調(diào)Bax、caspases-3等促凋亡因子,來誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡。
2.4 抑制新生腫瘤血管 腫瘤細胞的生長、轉(zhuǎn)移依賴新生血管的形成,血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)是最有效的促血管生長因子。環(huán)氧合酶-2(COX-2)在惡性腫瘤的血管生成中也具有重要作用,并且COX-2和VEGF 在多種惡性腫瘤中共表達,二者密切相關(guān),COX-2上調(diào)VEGF 的表達和腫瘤血管生成相關(guān),而且COX-2上調(diào)VEGF 表達的機制可能是通過合成前列腺素E2(PGE2),則這3種因素可能相互作用,通過促進腫瘤血管新生來降低腫瘤細胞對射線的敏感性。放療同樣會誘導(dǎo)腫瘤細胞內(nèi)的VEGF、COX-2 和PGE2 含量上升,促進新生血管形成,最終導(dǎo)致放療后的腫瘤復(fù)發(fā),這也是影響腫瘤放療效果的一個因素。研究發(fā)現(xiàn),木犀草素、染料木黃酮、黃豆苷元、黃豆黃素、夫拉杜平均可以抑制放療誘導(dǎo)的VEGF增加[4,13,27],染料木黃酮能抑制COX-2表達[15],木犀草素、染料木黃酮還能使PGE2 合成減少[4,15]。因此,黃酮類放射增敏劑可使VEGF、COX-2 和PGE2 分泌減少,從而抑制新生腫瘤血管。
2.5 調(diào)節(jié)ROS 在有氧環(huán)境下,電離輻射會與細胞內(nèi)的水分子發(fā)生輻解反應(yīng),產(chǎn)生活性氧ROS等自由基,ROS會造成DNA、生物膜及其他生物大分子等氧化損失,最終導(dǎo)致細胞死亡或凋亡。但是,細胞內(nèi)的抗氧化酶及清除自由基的酶等可以抵御氧化損傷,維持細胞內(nèi)的氧化還原平衡狀態(tài)。因此,細胞內(nèi)ROS含量及氧化平衡狀態(tài)可以成為放射增敏的作用靶點。黃酮類藥物清除氧自由基的作用已被證實,且已應(yīng)用于輻射防護劑的研究中,但也有文獻報道黃酮類藥物在一定條件下具有促氧化作用,Shin等[15]在研究染料木黃酮對宮頸癌CaSki細胞的放射增敏作用時發(fā)現(xiàn),染料木黃酮可以增加輻照所誘導(dǎo)的ROS含量,這種效應(yīng)能被抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸抑制,且實驗結(jié)果表明細胞凋亡是通過ROS含量增加所誘導(dǎo)的。目前,在研究黃酮類藥物的放射增敏作用時,關(guān)于其調(diào)節(jié)ROS含量的研究還較少,但細胞內(nèi)ROS含量作為放射增敏的作用靶點是一個值得深入探討的課題。
綜上所述,黃酮類化合物對不同腫瘤細胞具有較強的放射增敏作用,其主要是通過抑制放射損傷修復(fù)、調(diào)節(jié)細胞周期、誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡、抑制新生腫瘤血管、調(diào)節(jié)ROS等來增強腫瘤細胞的放射敏感性,這些特性使其有可能成為放射增敏劑而運用于臨床。同時,黃酮類化合物還具有抗氧化、抗炎、鎮(zhèn)痛、護肝等保護作用,使其有可能降低射線對正常細胞的損傷。雖然實驗研究均顯示黃酮類化合物可通過各種途徑起放射增敏作用,但某些化合物的增敏機制尚不十分明確,不同的黃酮類化合物對腫瘤細胞的特異性有可能不同,且目前的研究多集中在體外細胞實驗方面,對模擬人體內(nèi)環(huán)境的動物實驗較少,因此,應(yīng)進一步加強增敏機制的研究,加強藥物對病種特異性的研究,加強動物實驗的研究,篩選出能夠真正應(yīng)用于臨床、高效低毒、價廉的黃酮類放射增敏劑。
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