三氧化二砷治疗难治性白血病研究现状
【摘 要】 三氧化二砷（As2O3）作为一种新的诱导分化剂，主要通过诱导细胞凋亡，促进细胞分化及抑制细胞增殖等作用机制治疗白血病。文章主要对As2O3在难治性白血病治疗中的研究现状进行综述。
【关键词】 难治性;白血病;三氧化二砷;诱导分化
【中图分类号】R733.7 【文献标志码】 A 【文章编号】1007-8517（2014）13-0021-03
白血病（leukemia）是起源于造血干细胞的恶性克隆性疾病，受累细胞（白血病细胞）出现增值失控、分化障碍、凋亡受阻，大量蓄积于骨髓和其他造血组织，从而抑制骨髓正常造血功能并浸润淋巴结、肝、脾等组织器官。我国白血病发病率3～4/10万。恶性肿瘤所致的死亡率中，白血病居第8位（女）和第6位（男）;35岁以下成人及儿童中居第1位。根据白血病细胞的分化程度和自然病程分为急性白血病（AL）和慢性白血病（CL）。[1]难治性白血病（RL）约占急性白血病（AL）患者的20%，是目前白血病研究中的重点和难点;急性白血病化疗完全缓解（CR）后约有20%～80%复发。RL即使获得CR也容易复发，且复发后常常变得难治[2]。
近年来，AL的CR可达到70%～90%[3]，但还有10% ～30%用诱导缓解方案不能缓解，或在缓解后很快复发而成为RL。目前，RL的治疗仍是临床上的难题，除异基因造血干细胞移植外，需要探索新的联合化疗方案[4]。多药耐药（MDR）是导致化疗失败或早期复发、使患者不能缓解和长期生存的主要障碍。
1 As2O3的作用机制
含砷化合物作为药物应用已有2000多年的历史，As2O3为从中药砒霜中提取，我国汉代医学家已发现其“以毒攻毒”的药效。《本草纲目》记载“砒乃大热大毒之药，而砒霜之毒尤烈”。“砒石解毒治壅、烂肉、蚀瘀腐、瘰疬”。 砒霜[5]味辛、酸，性热，有剧毒，归肺、肝经。内服劫痰平喘、劫疟、止痢，可治寒痰哮喘、疟疾、痢疾;外用蚀疮去腐，可治痈疽恶疮、瘰疬、痔疮等。砷类中药为细胞原浆毒，能沉淀和影响原浆蛋白的性质，或使这些蛋白质分解等;《有毒中药临床精要》指出少量的砒石可促进蛋白质合成，改善皮肤营养，活跃骨髓造血功能。砒石经升华而成为砒霜，外观为白色粉末，无臭无味，能溶于水、乙醇。
1.1 砷剂对肿瘤细胞诱导凋亡的作用机制[6] 主要包括：①促进早幼粒细胞白血病基因PML维甲酸受体α融合基因（PML∕RARα）蛋白的降解;②诱导凋亡相关的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（Caspases）激活，促使细胞凋亡;③使凋亡活化相关的分子发生改变，下调Bcl-2，诱导瘤细胞凋亡，抑制其生长;④打破细胞内氧化还原平衡状态，导致细胞内活性氧的聚集和H2O2的升高，降低细胞线粒体膜电位，促进细胞凋亡;⑤下调血管内皮生长因子 （VEGF）的表达，直接或间接抑制肿瘤血管形成;⑥选择上调瘤细胞表面的粘附分子以及LAK细胞表面的相应配体，增强LAK细胞介导的杀伤作用，通过免疫机制发挥抗肿瘤作用。
1.2 As2O3治疗白血病的作用机制
1.2.1 诱导肿瘤细胞凋亡 此为As2O3治疗肿瘤的主要机制之一，促进APL细胞PML∕RARα蛋白的降解[7];Bax的基因产物可拮抗Bcl-2的作用，As2O3作用后可以下调Bcl-2的表达，从而降低Bcl-2∕Bax基因比率引起细胞凋亡[8，9]，还能促进原癌基因机构区PODs形成并且增加ZIP激酶（ZIPK）和PODs的结合，从而引发细胞凋亡[10]。调节谷胱甘肽氧化调节系统，打破细胞内氧化还原的平衡状态，导致细胞内活性氧的聚集和H2O2的升高，降低细胞线粒体膜电位，改变细胞内信号传导，导致细胞凋亡[11，12]。As2O3与还原型谷胱甘肽结合促进细胞凋亡[13];活化半光氨酸激酶（Caspases）家族，破坏线粒体跨膜电位和活化caspase 3促进细胞凋亡[14];As2O3诱导K562细胞凋亡的过程中伴有caspase 3 的激活[15]。线粒体基因组COX2的表达可能参与了As2O3诱导NB4细胞凋亡的过程[16]。抑制核因子-kB（NF-kB）在肿瘤细胞中发挥着重要的抗凋亡作用，抑制肿瘤细胞NF-κB的活性将引起肿瘤细胞的凋亡，从而抑制肿瘤的生长[17] 。
1.2.2 As2O3诱导细胞分化的途径 主要通过降低原癌基因c-myc基因的表达及上调细胞分化抗原CD11b表达，从而促进HL-60细胞分化[18]。砷剂作为一种新的诱导分化剂，不仅安全有效，而且在白血病的治疗中具有极大的潜力[19]。
1.2.3 抑制细胞增殖 As2O3以剂量依赖方式使细胞周期阻滞抑制细胞增殖[20]等。细胞周期存在G1∕S期和G2∕M期转移2个限制点，处于G2∕M期的细胞易于凋亡[21]。As2O3通过抑制细胞周期相关蛋白，如上调CDK6、cdc等，下调CDK1的表达，并显著增加P21与CDK4、cdc2和cyclinE等的结合，导致细胞周期阻滞在G1及G2∕M期[22]。Perkin等[23]观察到As2O3能使大部分髓系白血病细胞系的细胞停滞于有丝分裂期，最终细胞因不能进入有丝分裂末期而凋亡。
1.2.4 As2O3下调血管内皮细胞生长因子（VEGF）的表达 可以直接或间接抑制肿瘤血管形成，VEGF有促进肿瘤血管内皮细胞增殖、迁移及诱导血管生成，促进微静脉、小静脉通透性增加等作用，As2O3在蛋白水平抑制白血病细胞VEGF的表达，从而抑制骨髓血管生成，抑制白血病细胞的生长[24]。Beauchamp等[25]提供了充分的临床前证据，证明亚砷酸可以通过GLI锌指蛋白抑制尤文肉瘤和成神经管细胞瘤的生长，而GLI锌指蛋白是Hedgehog的受体Smoothened的重要下游信号蛋白，该结果可能为亚砷酸的治疗研究找到新的靶点。As2O3单独使用，具有诱导肿瘤细胞凋亡的作用;与化疗联合使用，具有协同作用。研究还发现[26]：砷剂能下调致癌基因表达如Bcl-2、Bcl-XL等，或抑癌基因表达上升如Bax，P53、Bcl-xs等，也可调节细胞周期依赖基因的表达，促进细胞凋亡，引起细胞代谢异常，使细胞增殖能力减弱而凋亡或分化，且可抑制肿瘤细胞端粒酶的活性。 陈峰等[27]研究发现，As2O3诱导HL60细胞和NB4细胞凋亡时皆可下调端粒酶活性，其中Bcl-2可能在调控体系中起重要作用。细胞凋亡相关基因为白血病耐药的靶分子，可与其他途径共同介导MDR。用抗凋亡机制解释MDR逐渐被国内外学者所重视。As2O3可通过诱导肿瘤MDR 细胞凋亡来逆转其耐药性。
2 As2O3治疗白血病的临床应用
目前联合化疗仍是白血病传统的治疗手段，但有20%～30%的患者应用联合化疗后仍难以获得CR，或CR后很快复发，究其原因主要为白血病细胞对化疗药物的产生多药耐药（MDR）性，白血病细胞MDR的重要机制是P170高表达，P170表达的降低可使部分白血病细胞的MDR得以逆转。人们还认识到白血病细胞产生耐药的另一重要机制是细胞凋亡的抑制，因此，促进白血病细胞凋亡或抑制凋亡调控基因的表达可以一定程度上克服白血病细胞的MDR[28]。白血病化疗失败的主要原因之一是细胞的多药耐药，其发生机制十分复杂，多药耐药蛋白介导的药物外排泵机制是其最主要的原因，钙离子拮抗剂（异搏定）和环孢素A是临床上常用的逆转耐药剂，但其临床逆转效果欠佳。
20世纪70年代初，我国学者应用内含砒石和轻粉的“癌灵1 号”成功治疗急性早幼粒细胞白血病（APL）患者[29];自1992年起哈医大学第一附属医院单用As2O3治疗APL取得良好效果，CR达65%。对复发、难治性白血病亦有良好疗效，且与维甲酸（ATRA）无交叉耐药[30]。20世纪90年代陈竺等用As2O3治疗ATRA耐药的复发APL患者，并发现As2O3有诱导白血病凋亡和分化的双重机制，即高浓度诱导细胞凋亡，低浓度诱导细胞分化。进一步证明[31]约90%的APL患者联合应用ATRA和As2O3可达5年无病生存（DFS），且无明显毒性作用。1999年亚砷酸注射液荣获了国家发明专利;2000年9月，美国食品药品管理局（FDA）批准了亚砷酸的临床应用。Zhang等[32]揭示As2O3治疗APL的分子机制，As2O3直接与肿瘤蛋白PML端的“锌指”结构中的半胱氨酸结合，诱导蛋白构象发生变化及多聚化，促进其与UBC9相互作用增强，使类泛素样蛋白SUMO更易修饰肿瘤蛋白，发生泛素化修饰而被蛋白酶降解，导致白血病细胞凋亡和分化。Zhou 等[33]报道，单用As2O3治疗初发儿童APL可显著提高患儿CR，5年DFS和总体生存率（OS）分别为72.2%和83.9%。Wang等[34]研究As2O3对儿童APL治疗安全有效，可获长期生存。该研究中初诊APL患者35名，静滴As2O3治疗，结果30名达到CR，OS为82.7%，CR患者的OS为95.8%，5年无事件生存率（EFS） 80.3%。研究显示： As2O3诱导慢性淋巴细胞白血病（CLL）细胞凋亡主要与AKT激酶失活、阻断NF-κB，以及PTEN 上调、XIAP下调等相关，而JNK激酶活化在AKT和NF-κB失活、线粒体受损、白血病细胞死亡中起重要作用。Goussetis等[35]研究认为，As2O3联合靶向作用于PI3K或AKT的小分子可为CLL的治疗提供新思路。研究发现[36]As2O3能通过下调Bcl- 2 基因的表达和PML-RARα/PML蛋白的调变而诱导MR-2细胞（对ATRA耐药的APL细胞株）凋亡和部分分化，从而逆转ATRA耐药。
赵钰等[6]研究表明As2O3联合化疗治疗23例患者中15例CR，虽然CR不明显高于大剂量化疗，但As2O3没有骨髓抑制，避免了大剂量化疗造成的严重出血及感染，在停药后6～14天骨髓开始增生，造血功能恢复，无1例因感染、出血而死亡。杨静等[37]对12例APL复发者采用砷剂治疗CR率达66.67%，说明砷剂对APL复发者疗效肯定且与化疗药无交叉耐药。有报道As2O3巩固治疗组APL患者三年EFS为80%，明显优于对照组63%的DFS，86%的生存率高于对照组81%的生存率，90%的DFS明显优于对照组70%的DFS[38]。
ATRA和As2O3都以PML∕RARα蛋白作为治疗靶点，目前ATRA加蒽环类为主的化疗是治疗初治APL患者的标准治疗方法，As2O3是APL复发阶段的最佳治疗方法[39]。诸多临床资料证实As2O3可使初治APL患者CR达90%，对ATRA和化疗耐药、复发的患者CR也可高达87%[40]。
近年来研究表明As2O3能诱导非APL急性髓系白血病细胞株产生凋亡，还能下调耐药细胞P-gp的表达和抑制其功能，提示As2O3和化疗药物合用能提高耐药细胞对抗癌药物的敏感性，从而逆转耐药[41]。石琳，程志[42]在临床中研究13例难治复发急性非早幼粒细胞白血病（ANPL）患者，采用As2O3（5mg-10mg/d）结合化疗，结果CR2例（2∕13），PR3例（3∕13），其中4例病情稳定，骨髓及外周血白血病细胞比例明显下降（较治疗前下降50%）且外周血涂片出现向成熟阶段分化。陈疏敏，程志等[43]运用三联法（As2O3、ATRA联合化疗）治疗APL，发现运用三联法治疗后造血系统改变较为迅速，能够缩短白细胞下降时间，为进一步治疗提供时间;同时能够明显减少化疗后胃肠道不良反应、肝脏毒性及水钠储留等并发症，并能降低院内感染率，缩短骨髓缓解持续时间，使骨髓加速缓解，提高CR，因此用三联疗法治疗APL较一般方法疗效显著，而且能缩短达CR的时间，降低死亡率。
3 As2O3的优势
与化疗药物相比砷剂优点为：①毒副作用较小;②发生弥漫性血管内凝血（DIC）几率低;③诱导凋亡较强，高白细胞血症持续时间短;④能够透过血-脑屏障;⑤骨髓抑制不明显;⑥复发率低、总缓解率和5年以上存活率高;⑦与维甲酸及化疗药物之间无交叉耐药。
4 结语
含砷化合物作为药物应用已有2000多年的历史，70年代初我国学者把它用于APL，随后有大量用于APL临床报道，但其用于ANPL的临床报道仍较少。As2O3与全反式维甲酸及化疗药物均无交叉耐药。相信随着对As2O3作用机制研究的进展，将对进一步研发新的药物有更好的推动作用，给难治性白血病患者预后的改善产生更深远的影响。
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（收稿日期：2014.05.07）