活性氧与肿瘤治疗

活性氧（reactive oxygen species，ROS）是机体氧化应激时产生的主要分子，一直以来被认为是肿瘤发生、发展和复发的重要因素。然而近年来对ROS的研究发现，ROS可以通过加速肿瘤细胞死亡而达到治疗的目的。目前，以增加肿瘤细胞内ROS水平为目的的药物渐渐应用于临床。现就ROS在肿瘤治疗中的研究进展做简要综述。

1  肿瘤细胞内ROS水平

在正常细胞内，氧化与抗氧化系统维持在相对平衡的状态，促氧化水平的升高或者抗氧化能力的减弱都会导致体内ROS含量的升高，从而引起一系列变化。肿瘤细胞内ROS水平较正常细胞高，所以肿瘤细胞处于氧化应激状态，肿瘤细胞对ROS的敏感度较正常细胞高，这为三氧化二砷、吉西他滨等促氧化性药物治疗癌症提供了理论依据。

2  ROS在肿瘤治疗中的功能

一直以来，人们普遍认为ROS能够促进肿瘤的发生、发展，但是，DeNicola等第1次利用小鼠模型表明ROS能够缓解某些特定的癌症，发现细胞中氧化还原状态的调节在决定他们的肿瘤形成潜力中似乎是一个重要因素，所以细胞的氧化还原状态很可能成为潜在的治疗目标。因此，越来越多的人开始关注ROS在肿瘤防治中的作用，通过近年来的研究发现，ROS主要通过以下几个方面发挥抑瘤作用。

2.1 ROS通过促进肿瘤细胞凋亡发挥抑瘤作用

细胞凋亡的死亡受体途径Fas-FasL和线粒体途径在很大程度上都依赖于ROS。并且这两种途径是相互联系的，也与ROS水平有关。

FasL诱导细胞内ROS的产生，有研究表明，FasL激活Racl蛋白的表达，这种激活由Ras信号调节，而Racl蛋白能够将电子从烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸中传递到分子氧（0₂）形成O₂^-，而产生的ROS通过泛素化下调凋亡调控蛋白半胱天冬酶（caspase）-8样抑制蛋白的表达，caspase-8样抑制蛋白的减少能够激活下游分子caspase-8，进而引起细胞凋亡。另外，ROS作用于细胞膜上的磷脂酶A2，引起细胞内Ca²⁺释放或Ca²⁺内流，Ca²⁺的增加反过来促进ROS的产生，ROS能够激活p38丝裂原活化蛋白激酶信号传导通路，进而参与Fas-FasL介导的细胞凋亡，而这种凋亡同时受p38丝裂原活化蛋白激酶的下游分子c-Jun的调节。Cox等研究发现H₂O₂通过增加Fas和FasL mRNA的表达诱导细胞凋亡，这种过程是由cAMP调节的。

线粒体是产生活性氧的主要部位，ROS的增加能够导致线粒体膜通透性转运孔（MPT）开放，MPT的开放引起线粒体跨膜电位（△ψ_m）降低，细胞色素C释放，继而激活一系列caspase酶，诱导细胞凋亡的发生。另一方面，在细胞凋亡过程中，ROS的增加与Ca²⁺浓度增加也存在着密切关系，Cao等研究发现在表面活性肽所诱导的乳腺癌细胞MCF-7凋亡途径中，ROS的产生引起内质网和线粒体中的Ca²⁺释放，两者的增加导致MPT开放和△ψm降低，MPT开放和△ψm降低反过来引起细胞质Ca²⁺的增加，继而使线粒体中Ca²⁺增加，由此形成循环促进线粒体途径的细胞凋亡。既往的研究曾经证明抗凋亡基因Bcl-2的过度表达减少氧自由基的产生，但现有研究表明，某些化疗药物诱导产生的ROS能够下调Bcl-2、上调Bax的表达，引起Bax/Bcl-2比例增加，进而参与线粒体途径的细胞凋亡。

细胞凋亡的外源性途径和内源性途径是相互联系的，Fas与FasL结合后使受体三聚化并激活，三聚化的死亡受体通过死亡域募集衔接蛋白如Fas相关死亡结构域（FADD）。衔接蛋白通过死亡效应域与caspase-8前体形成复合物，称为死亡诱导信号复合物（death-inducing signaling complex，DISC）。激活的caspase-8能使胞质中的Bid断裂成tBid，tBid转移到线粒体上，诱导细胞色素C从线粒体释放进入胞质，从而把死亡受体通路和线粒体通路联系起来。最新研究表明，位于细胞表面的膜内在蛋白一小窝蛋白1（caveolin-l）调节Fas信号通路，并且介导细胞凋亡两条通路的相互联系，主要机制是Cav-1磷酸化后通过与Fas和Bid之间相互作用调节细胞凋亡并将两条途径相互联系，而这种相互作用是由ROS调节Cav-1 Y14的磷酸化作用实现的，但也有研究表明，Cav-1在细胞凋亡中所起作用具有两面性，Rungtab-napa等发现Cav-1在人肺癌H460细胞株中以ROS依赖性机制抑制肿瘤细胞的凋亡。

同时，p53基因在ROS所诱导的细胞凋亡途径中也起着重要作用。研究表明，p53通过调控代谢途径或者促氧化和抗氧化基因的表达影响ROS水平，ROS通过诱导DNA氧化性损伤等过程促进p53的活化。Sablina等实验研究表明，在氧化应激条件下p53增强促凋亡基因PIG3、Bax、PUMA的表达，这些促凋亡基因进一步增加ROS的水平，而且，在氧化应激所诱导的细胞凋亡中，p53的促氧化功能具有浓度依赖性。另一方面，p53诱导抗氧化酶锰超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶1的表达下调，使机体内氧化还原状态失衡，进一步促进了ROS的增加，ROS的增加既能进一步增强氧化应激，又能诱导细胞凋亡。但是，也有不少观点认为p53在抗氧化系统中也起着重要作用，因此，对于p53与ROS相互作用的具体机制还需要进一步的研究。

2.2 ROS导致肿瘤细胞坏死

细胞坏死和细胞凋亡是细胞死亡的两种方式，已有研究表明，细胞内过量的ROS诱导细胞凋亡，大量的ROS就会引起细胞坏死，当然，在相同的组织中坏死和凋亡也会同时发生。HYD1是一种D-氨基酸肽，研究表明HYDI以ROS依赖性方式导致多发性骨髓瘤细胞的坏死。由于肿瘤细胞对ROS的敏感性较正常细胞高，所以ROS能够选择性杀伤肿瘤细胞。为了阐明p53基因在应对氧化应激时所诱导的细胞凋亡或是细胞坏死的分子机制，Gogan等用金纳米颗粒Au-NP10和Au-NP80作用于人结直肠癌HCT（p53^+/+）细胞，观察两种不同粒径的金纳米颗粒对细胞凋亡或是坏死的影响以及分子机制，发现不同的金纳米颗粒激活不同水平的ROS，ROS又激活不同的蛋白激酶和乙酰基转移酶，进而导致p53基因的翻译后修饰不同，从而介导细胞凋亡或是坏死，因此，p53依赖性的肿瘤细胞凋亡或是坏死由细胞内ROS水平决定。细胞凋亡转向细胞坏死是由ROS在肿瘤细胞中的含量所决定的。近来研究发现，线粒体在ROS所导致的细胞坏死中同样起着重要作用。H₂O₂导致的成神经细胞瘤坏死依赖于线粒体膜电位的变化和ROS的产生，同时，这种坏死由c-Jun磷酸化和聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1（PARP-1）调节。

2.3 ROS参与自噬性细胞死亡过程

自噬（autophagy）是一种细胞程序性死亡方式，氧化应激在某些特定条件下能够诱导细胞产生自噬现象。近年的研究发现，产生于线粒体中的ROS作为信号分子在自噬过程中起着重要作用。由ROS所诱导产生的细胞自噬对细胞自身有着双重作用，一方面可以减轻氧化应激进而起到自我保护作用，另一方面，又可以通过刺激自噬性细胞死亡对细胞起到毁灭性作用。Chen等用实验证明电子传递链复合物Ⅰ和Ⅱ的抑制剂鱼藤酮和噻吩甲酰三氟丙酮（TTFA）诱导神经胶质瘤细胞株U87发生自噬，并且这个过程是由ROS所调节的；Chen等还发现H₂O₂和2-甲氧雌二醇（2-ME）同样也是通过增加肿瘤细胞内ROS水平诱导发生自噬性细胞死亡。线粒体是细胞内ROS的主要来源，所以有人认为线粒体在自噬过程中是不可缺少的，认为细胞内ROS的增加导致△ψ_m的变化，继而引发细胞发生自噬。Khan等用氧化铁纳米颗粒作用于人肺癌A549细胞株，发现纳米颗粒诱导细胞内ROS水平明显增加、△ψ_m减小，进而导致线粒体损伤。可能的机制是线粒体去极化能够迅速减少细胞内ATP水平，ATP的消耗激活腺苷酸活化蛋白激酶，使其发生磷酸化，腺苷酸活化蛋白激酶的磷酸化能够通过抑制雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的表达诱导发生自噬。Essick等研究发现ROS通过自噬相关蛋白beclin-1依赖性方式诱导自噬性细胞死亡，可能的机制是增加的ROS激活泛素化蛋白酶系统，进而降解抗凋亡蛋白Bcl-2，导致beclin-1的激活，引发细胞发生自噬现象，此外，被氧化的低密度脂蛋白也能够上调beclin-1的表达。同样，细胞自噬的发生反过来影响ROS，有可能抑制ROS水平，也有可能进一步增加氧化应激水平，但是，也有人认为来源于线粒体中的ROS并不是细胞发生自噬所必须的。所以，ROS在自噬性细胞死亡过程中所产生的作用需要进一步的研究。

3  以ROS为靶点的抗肿瘤药物治疗

许多药物是通过促氧化来治疗肿瘤，大致可以分为两类：一类是增加细胞内ROS水平，诱导肿瘤细胞的死亡；另一类是抑制细胞内的抗氧化酶系统。

3.1 以增加ROS水平为目的的抗肿瘤药物

最近的研究表明，三氧化二砷提高细胞内ROS的水平，增加Bax基因表达，同时抑制核转录因子-κB的活性和GTP诱导的微管蛋白的聚合，进而诱导肿瘤细胞的凋亡；另一方面，它还能够通过抑制呼吸链、诱导Ca²⁺依赖性的MPT的开放促进肿瘤细胞坏死。

褐藻糖胶是在褐藻中提取的低分子量化合物。抑制各种肿瘤细胞株如MCF-7、MDA-MB-231、HeLa以及HT1080等的生长，褐藻糖胶所介导的细胞凋亡与产生的ROS有关，ROS增加引起△ψm的降低，同时影响自然杀伤细胞、p38和细胞外调节蛋白激酶1/2的磷酸化。

吉西他滨目前应用于胰腺癌晚期的治疗，Donadelli等研究发现，将吉西他滨与大麻素联合应用治疗胰腺癌，能够明显抑制胰腺癌细胞的增殖，两者具有协同作用，吉西他滨和大麻素的联合应用是通过ROS介导的细胞自噬抑制胰腺癌增长，与细胞凋亡等其他机制无关。

光动力治疗主要是应用单态氧和其他活性氧种类通过光敏性的可见光聚集于肿瘤组织治疗肿瘤。最新研究表明，光动力治疗可以通过细胞凋亡或非凋亡两种途径直接杀伤肿瘤细胞，即通过肿瘤细胞坏死或是程序性死亡来介导肿瘤死亡。

3.2 以抑制细胞内抗氧化酶系统为目的的抗肿瘤药物

2-ME是17β-雌二醇的的天然代谢产物，由于具有低毒性和广谱抗癌活性，成为最具有前景的抗癌药物之一。研究表明，2-ME抑制超氧化物歧化酶活性，增加细胞内ROS的产生，同时上调Bax基因表达，下调Bcl-2基因表达，通过多种途径介导细胞凋亡。

聚乙二醇化锌卟啉是血红素氧合酶-1的抑制剂，血红素氧合酶-1是一种不同于过氧化氢酶和超氧化物歧化酶作用机制的抗氧化酶。研究发现，聚乙二醇化锌卟啉通过抑制血红素氧合酶-1活性影响血管内皮生长因子的表达，从而抑制肿瘤新生血管生成，另一方面，能够增强实体瘤组织的高通透性和滞留效应（EPR效应），进而增加药物药效并减少不良反应。丁硫氨酸亚砜胺是谷胱甘肽合成酶抑制剂，通过减少谷胱甘肽合成酶表达进而增加ROS，以磷脂酰肌醇3激酶依赖性方式通过氧化应激发挥抑制肿瘤的作用。

4  结语

ROS在肿瘤治疗方面的作用越来越受到关注，各种通过增加ROS水平而导致细胞发生氧化应激的药物较多地应用于临床，但目前对于氧化应激在肿瘤治疗方面的研究尚缺乏统一的认识，特别是对于机体内不同水平ROS发挥的是抗癌或是促癌作用并没有定量研究。因此，应用促氧化药物进行肿瘤治疗仍需要进一步研究，其抗肿瘤作用的具体机制也需要进一步的探讨。