细胞生物学的论文
细胞生物学的论文The final revision was on November 23, 2020
肿瘤细胞和疾病药物治疗的相关
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专业药学
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2012-12-3
摘要
目前，肿瘤尤其是恶性肿瘤已成为威胁人类健康的最严重疾病之一，采用化疗、放疗、手术、生物治疗和中西医结合等方法是治疗肿瘤的最有效手段。其中，新型抗肿瘤药的应用，在提高肿瘤患者生存质量、延长生存时间、延缓疾病的发展等方面发挥了巨大作用。本文分别从肿瘤特征、相关信号通路、相关基因、表观遗传修饰、肿瘤干细胞、肿瘤微环境几个方面综述了肿瘤细胞的相关研究进展，以期对肿瘤与细胞凋亡有个较全面的认识。
关键词：抗肿瘤药物发展细胞凋亡肿瘤细胞癌基因肿瘤干细胞
Abstract
At present, the tumor especially malignant tumor has become a threat to the health of human being is the most serious one of disease, chemotherapy, radiotherapy, surgery, biological treatment of combination of TCM and western medicine and methods of treatment of cancer is the most effective means. Among them, the new antineoplastic applications, to improve the living quality of patients with cancer, prolong survival time, delay the disease development has played a tremendous role. This paper from the tumor characteristics, related signal path, related genes, apparent genetic modification, tumor stem cell, tumor microenvironment were reviewed several aspects of tumor cells related research progress, in order to tumor cell apoptosis and have a more comprehensive understanding.
Keywords: antitumor drug research and development apoptosis tumor cell signal path cancer gene microenvironment cancer stem cells
引言
动物体内因分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞（tumor cell）。具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤（malignancy），上皮组织的恶性肿瘤称为癌（carcinoma）。目前癌细胞已作为恶性肿瘤细胞的通用名称。
肿瘤的发生与细胞凋亡失调有着密切的关系。细胞凋亡不足、凋亡敏感性降低等是肿瘤发生的主要原因。发现肿瘤细胞凋亡机制将对对癌症的治愈将有重要的意义。所以对于细胞凋亡机制、相关基因、信号通路的研究显得尤为重要。
2010 年4 月17 日，是第16 个“世界肿瘤日”。肿瘤是机体在各种致瘤因素作用下, 局部组织的细胞异常增生而形成的新生物, 常表现为局部肿块。肿瘤细胞具有异常的形态、代谢和功能。它生长旺盛, 常呈持续性生长。癌症是一组疾病, 其特征为异常细胞的失控生长, 并由原发部位向其它部位播散, 这种播散如无法控制, 将侵犯要害器官和引起衰竭, 最后导致死亡。来源于上皮组织的恶性肿瘤叫癌, 来源于间叶组织（包括结缔组织和肌肉）的恶性肿瘤叫肉瘤。
进入21世纪，随着现代医学的发展和肿瘤分子机制研究的逐步深入，全球抗肿瘤药研发硕果累累。自2005 年至今，美国食品与药品管理局（FDA）和欧洲药物管理局（EMEA）正式批准上市的抗肿瘤药有24个（孤儿药除外）。据不完全统计，2010年全球正处于临床研究阶段的抗肿瘤新药达470多个，共涉及2760 余项临床研究，其中Ⅲ期临床试验达231项，涉及新药50多个。[1]
一、肿瘤的特征
一般认为肿瘤具有如下五个特征：细胞生长与分裂失去控制、具有浸润性和扩散性、细胞间相互作用改变、mRNA的表达谱及蛋白表达谱或蛋白活性改变和体外培养的恶性转化特性。
最新的观点见于2011年3月新出版的Cell杂志上，Weinberg教授新发表的一篇综述：Hallmarks of Cancer: The Next Generation，文章总结肿瘤具有以下十大特征：
自给自足生长信号（Self-Sufficiency in Growth Signals）；抗生长信号的不敏感（Insensitivity to Antigrowth Signals）；抵抗细胞死亡(Resisting Cell Death)；潜力无限的复制能力(Limitless Replicative Potential)；持续的血管生成(Sustained Angiogenesis)；组织浸润和转移(Tissue Invasion and Metastasis)；避免免疫摧毁(Avoiding Immune Destruction)；促进肿瘤的炎症（Tumor Promotion Inflammation）；细胞能量异常（Deregulating Cellular Energetics）；不稳定和突变（Genome Instability and Mutation）。i
二、肿瘤的相关基因
目前，肿瘤的相关基因发生机理主要可以解释为：原癌基因被激活（如src基因导致鸡的肉瘤，Ras基因等），抑癌基因失活（如Rb基因失活、p53基因等）原癌基因，就是一段具有促使细胞恶性转化的DNA核苷酸序列，根据蛋白的功能可分为以下5类:①生长因子;②生长因子受体及蛋白激酶(尤其是酪氨酸蛋白激酶);③GTP结合蛋白;④核内蛋白质(一般是指DNA结合蛋白);⑤其他,例如erb-A基因可以表达甲状原素/类固醇激素受体,crk基因可以表达磷酯酶C等。
、ras基因
是一种原癌基因，当被激活时，表达增高，抑制凋亡发生，促进细胞增殖。免疫组化可同时检测到其突变型和野生型表达蛋白，需进一步行mRNA水平检测才能鉴别。
、Bcl-基因家族
属原癌基因，包括促进细胞凋亡的基因，如Bax、Bad、Bak、Bclxs等，以及抑制细胞凋亡的基因，如bcl-2、bcl-xl、Mcl-1、AL和Bag。Bax可形成同聚体(Bax/Bax)，促进细胞凋亡；也可与Bcl-2形成杂二聚体(Bax/Bcl-2)，二者的比值影响细胞凋亡率。Bcl-2丝氨酸-70的部位磷酸化可使其灭活，细胞凋亡增加ii。
、c-myc基因
属原癌基因，它编码的蛋白质本身是一种转录调节因子，具有双重作用，存在某些生长因子(如胰岛素生长因子-1、IL-2等)促进细胞增殖，不存在生长因子时，促进细胞凋亡iii。
Fas基因
属原癌基因，编码一种细胞表面的跨膜蛋白质即Fas抗原(又称死亡受体，APO-
1,CD95)与其配体结合，促进细胞凋亡iv。
其他原癌基因如c-fos,c-jun,c-erb B2，IGF-Ⅱ等，抑癌基因如Rb基因，P16基因，直接或间接地参与调节细胞凋亡。
抑癌基因，一些产生可抑制肿瘤生成和发展的因素，可以分为四类：
①癌基因产物的拮抗物(C-myc基因5'端的转录负控制区);②干扰素;③生长抑素;
④控制染色体稳定性的因素(如Rb基因和WiLms瘤相关基因Wg)。
P53基因是一种抑癌基因，编码相对分子质量为53000的核磷酸蛋白。野生型
P53是细胞生长的负调节基因，当细胞DNA受损时，使细胞生长停止于G1期，待DNA损伤被修复后再进入细胞周期，如果修复不成，则启动细胞凋亡消除受损细胞。突变型
P53则丧失这种监控能力，在DNA受损情况下，抑制凋亡，促使细胞异常增殖，导致肿瘤预后差。突变型P53较野生型稳定，存在时间长，用免疫组化或其他方法检测到的常是突变型P53蛋白，或是野生型和mdm2结合的蛋白。
SPOP基因这一基因位于人染色体17q21的位点, 在肿瘤细胞中具有高缺失率及LOH现象，更为重要的是，研究人员还发现SPOP抑癌基因在肿瘤细胞和小鼠动物试验中具有显着抑制肿瘤生长和扩散的功能，进一步对其分子机制的研究表明SPOP作为泛素连接酶是通过泛素化和降解恶性肿瘤蛋白SRC-3/AIB1的在肿瘤中的水平，从而起到抑制肿瘤的功能。这有助于科学家们进一步了解肿瘤发生机制，未来也许还可以用于肿瘤诊断。
c2myc 、c2fos 和c2jun c2myc 基因编码的是一个不稳定、高度保守的磷酸蛋白。其定位于核内,能与DNA 和非组蛋白结合,具有促进细胞增殖或启动细胞凋亡的作用。在生长因子存在下,c2myc 可促进细胞增殖,无生长因子时,则加速细胞凋亡。c2fos 为原癌基因,表达产物c2Fos ,Consuelo 等研究认为c2Fos 不是凋亡的必需成分,可能是凋亡过程中的一个副效应。
三、肿瘤发生的相关信号通路
与肿瘤发生相关的信号通路主要有JAK-STAT信号通路， p53信号通路，NF-κB信号通路，Ras、PI(3)K和mTOR信号通路、Wnt信号通路、BMP信号通路等。
P53肿瘤抑制基因是细胞分子信号级联指导发生致死性DNA损伤的细胞进行自我毁灭的关键，多种信号因子的调控。如果基因失活（一如在一半以上的人类癌症中见到的那样），细胞生长的检测和平衡都会无法进行，并且体细胞开始积累突变以至于最终导致癌症的发生。P53在很多信号通路中都扮演着十分重要的作用，包括膜凋亡信号，线粒体凋亡通路，以及它在细胞核内影响着很多与凋亡相关的因子的转录与表达。例如：
当细胞中的DNA损伤或细胞增殖异常时，p53基因被激活，导致细胞周期停滞并启动DNA修复机制，使损伤的DNA得以修复。然而，当DNA损伤过度而无法被修复时，作为转录因子的p53还可进一步激活下游促凋亡基因的转录，诱导细胞凋亡并杀死有DNA损伤的细胞。不然，这些DNA损伤的细胞就可能逐渐脱离正常的调控，有可能最终形成肿瘤。最新Salk生物研究所的研究人员创造出的一个新小鼠模型显示研究人员从离体研究获得的有关p53活性调节的信息可能不适用于生活着的、呼吸着的生物体。这项研究表明先前通过组织培养方法获得的有关p53基因的调节信息可能在活体生物中并不是重要的调节形式，因此增加了人们对p53基因的新认识。
近年来研究表明, PI3K-Akt 能经多种途径抑制细胞凋亡, 促进细胞存活。PI3K-
Akt 信号通路抗细胞凋亡的机制主要有: ①直接调节作用。哺乳动物细胞的细胞凋亡是多级联反应的过程。②通过直接或间接影响转录因子家族( Forkhead、NF-κB、p53等) 发挥细胞存活调控作用。③通过调节细胞周期影响细胞增殖。④防止线粒体释放凋亡因子。v
组蛋白乙酰基化是常见的表观遗传修饰。基因启动子区域的高水平组蛋白乙酰基化往往会促进该基因的表达。异常的组蛋白乙酰基化与各种病理过程紧密相关。HDAC是重要的组蛋白乙酰基化调控因子，它们在很多癌症组织中的表达过高。它们的抑制剂能有效地诱导不同组织来源的癌，但在同样的浓度下，对正常细胞的毒性作用很小，因此
是一类潜在的具有良好应用前景的新型抗肿瘤化合物。胚胎性癌细胞（embryonic carcinoma cells）是恶性畸胎瘤组织中分化程度低、恶性程度高的那一部分细胞。它
们在畸胎瘤复发和转移过程中扮演着重要角色。传统化疗药物对于这类癌细胞的治疗
效果并不理想。已有研究表明，HDAC抑制剂能够有效地诱导胚胎性癌细胞凋亡，但是目前并不清楚其中的分子机制。
上海生科院生化与细胞所宋建国研究组博士研究生舒广文等人的研究工作表明，
Zac1基因的表达上调在组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）抑制剂诱导的胚胎性癌细胞凋亡过程中起着关键作用。vi
四、肿瘤干细胞
1994年Lapidot et al首次通过特异细胞表面标志分离出了人急性粒细胞性白血病干细胞(leukemic stem cells LSC) 发现只有LSC 才具有不断自我更新维持其恶性显型的作用证明了肿瘤干细胞的客观存在. 最近乳腺癌和脑瘤中相继分离纯化出了具有特异表面标志的肿瘤干细胞开创了实体肿瘤干细胞研究的新局面并提出实体肿瘤也是一种干细胞疾病的理念。vii研究肿瘤干细胞存在的普遍性及探索其发生机制，依然是目前肿瘤生
物学研究的一个非常重要的课题。
五、细胞毒药物
细胞毒药物是经典的抗肿瘤药，疗效肯定。虽然其毒副作用较大，但由于替代性药
物缺乏，一直是化疗的基础药物。其主要有以下几类：
烷化剂
曲贝替定（Trabectedin，强生制药公司）是首个海洋来源抗肿瘤药，为在海鞘中提取的四氢喹啉类生物碱的半合成品。除了可阻滞肿瘤细胞在G1/G2周期的分化外，还可抑制血管内皮细胞生长因子（VEGF）的分泌及VEGF受体（VEGFR）- 1 的表达。2004年，其在欧、美已被指定为治疗急性淋巴母细胞白血病、软组织肉瘤和卵巢癌的孤儿药。2007年，EMEA正式批准其用于进展型软组织肉瘤的二线治疗。
抗代谢药
奈拉滨（Nelarabine，葛兰素史克公司）为脱氧鸟苷类似物9- β- 阿糖鸟嘌呤（ara- G）的前体药，在体内活化为5- 三磷酸ara- GTP，选择性地在T 细胞中积累从而抑制脱氧核糖核酸（DNA）合成，导致癌细胞死亡。抗叶酸制剂Pralatrexate（Allos 制药公司）由甲氨蝶呤改进而成，抑制二氢叶酸还原酶。2009 年，美国FDA 批准其单用于复发/难治性T 细胞淋巴瘤治疗，给药时定期肌肉注射维生素B12，每日口服叶酸可减轻与治疗相关的血液学毒性和黏膜炎。
铂类抗肿瘤药
赛特铂（Satraplatin，百时美施贵宝公司）系具环己基氨结构的第3 代铂络合物抗肿瘤药。口服给药吸收良好，疗效与顺铂、卡铂相近，与顺铂无交叉耐药性，不良反应为呕吐，未发现肾、肝及神经毒性。目前，正对前列腺癌、小细胞肺癌（SCLC）和非SCLC（NSCLC）、卵巢癌进行Ⅲ期临床试验。
蒽环类抗肿瘤药
匹杉琼（Pixantrone，Cell Therapeutics 公司）为米托蒽醌衍生物，其作用机制与米托蒽醌相似，可嵌入细胞DNA，抑制拓扑异构酶Ⅱ（TopoⅡ）。该药单用治疗NHL的完全缓解率约为20％，联合治疗时可达59％。
氨柔比星（Amrubicin，住友制药）是第3 代合成蒽环类拟似物，与多柔比星的作用机制略有不同，主要通过抑制TopoⅡ的活性，最终导致DNA 的断裂而抑制肿瘤细胞增殖。已于2002 年在日本获得批准上市，用于NSCLC 及SCLC 的治疗。2008 年，美国FDA授予其SCLC的孤儿药资格。
微管稳定剂
目前，临床应用的主要有紫杉烷类和长春碱类化合物，新开发的微管稳定剂分为4 类：萜类（紫杉烷类）、大环内酯类（如埃坡霉素、伊沙匹隆）、多羟基四烯内酯类和甾类化合物。
紫杉烷类代表产品紫杉醇自1992年由美国FDA 正式批准上市以来，已在40 多个国家获准上市，主要用于乳腺癌、卵巢癌和NSCLC的一线治疗。但紫杉醇的低溶解度、低有效利用率及P- 糖蛋白相关耐药等问题限制了其临床应用。因此，紫杉烷类相关研究主要是紫杉醇新剂型研究及新化合物的开发两方面。
纳米紫杉醇（Capxol，美国阿博利斯公司）是首个获准的非溶解纳米蛋白质结合颗粒类化疗药。该制剂以人血白蛋白作为共聚物包裹紫杉醇形成纳米悬浮液，利用白蛋白受体的内在途径传输药物透过肿瘤新生血管内皮细胞壁，使紫杉醇直达肿瘤间质。Ⅲ期临床试验显示，与紫杉醇相比，纳米紫杉醇疗效可增加1 倍，并明显延长PFS 与总生存率，耐受性良好。
六、肿瘤细胞的治疗
内分泌治疗药
进入21 世纪，有多个肿瘤内分泌治疗药陆续上市，除了已进入我国市场的醋酸亮丙瑞林（2000 年）、曲普瑞林（2001 年）外，已在国外上市或即将上市的还有氟维司群
（Fulvestrant，阿斯利康公司）、阿巴瑞克（Abarelix，Praecis 制药公司）、Degarelix、组氨瑞林（Vantas，维勒拉制药公司）等。
氟维司群是一种新型雌激素受体拮抗药，能结合、阻滞和降解乳腺癌细胞的雌激素受体，对雌激素受体无激动作用。2002 年4 月和10 月分别在美国和欧盟上市，用于抗雌激素药治疗无效的绝经后激素受体阳性转移性乳腺癌，是第1 个可用于晚期他莫昔芬顽固性乳腺癌治疗的抗雌激素药，每月肌肉注射给药1 次，具有较好的依从性。注射用阿巴瑞克混悬液为促性腺激素释放激素拮抗药，2003 年美国FDA 批准其用于不适用黄体生成素释放激素（LHRH）激动药疗法以及拒绝接受手术治疗的晚期前列腺癌患者的姑息疗法，其作用特点是去势作用强而快。与亮丙瑞林相比，虽然在降低血清前列腺特异抗原（PSA）和维持睾酮去势水平方面是等效的，但阿巴瑞克的作用更快、更有效。免疫治疗药
近年来，随着免疫学理论不断丰富，免疫学技术不断推陈出新，肿瘤抗原尤其是T 细胞识别的肿瘤抗原不断被发现，以抗体疗法、T细胞疗法和肿瘤疫苗为代表的肿瘤免疫治疗已取得显着进展。免疫细胞CD4 是T细胞的标志，在多数T细胞淋巴瘤中表达。
Zanolimumab（HuMax- CD4，Humax 公司）是人源化抗CD4 单克隆抗体。一项正在进行的Ⅱ期临床试验中期分析提示，该药治疗21 例难治复发的CD4 阳性的外周T 细胞淋巴瘤（PTCL），缓解率为％。该药的T 细胞淋巴瘤Ⅲ期研究正在开展中。CD20 是B细胞表面的一种Ⅲ型钙离子通道跨膜蛋白，过度表达于B细胞淋巴瘤、毛细胞白血病以及慢性B淋巴细胞白血病。
肿瘤疫苗是直接应用肿瘤抗原进行主动免疫治疗的一种方法，早期批准上市的癌症疫苗主要有膀胱癌疫苗、结肠癌疫苗和黑色素癌疫苗。近期上市的疫苗有Gardasil（默
克公司，2006 年）和Cervarix（葛兰素史克公司，2007 年），均为宫颈癌疫苗。Gardasil 能预防人乳头瘤状病毒（HPV）6、11、16、18 型感染长达5 年，降低宫颈癌的发病率；Cervarix 能有效预防HPV16/18 型感染年。[5]
基因治疗药
载突变细胞周期控制基因纳米粒注射剂（商品名：Rexin-g，伊佩尤斯生物技术公司）是全球首个获准上市的载基因纳米粒药（2003 年美国FDA 批准其为治疗胰腺癌的罕用药物），由包裹外层、基质、壳体、多种酶和基因物质等成分组成的纳米粒，可释放致命的杀伤部件，选择性地杀死癌细胞并阻滞其相关的血液供应而不损伤正常细胞和健康组织，因而可减少肿瘤对人体的危害，延长存活期并改善患者的生活质量。对包括靶向生物制剂在内的其它药品治疗失败的病例具有极高的疗效。
靶向抗肿瘤药
1 酪氨酸激酶抑制剂
蛋白酪氨酸激酶（PTK）是多种肿瘤最常见的生长因子受体，抑制其活性可破坏肿瘤细胞的信号传导，抑制肿瘤细胞增殖和新生血管形成，而对正常细胞影响较小。常见的受体型包括表皮生长因子受体（EGFR）家族、胰岛素受体（IGFR）家族、血小板衍化生长因子受体（PDGFR）家族、VEGFR家族、纤维细胞生长因子受体（FGFR）家族等。非受体型包括SRC、ABL、JAK、ACK、CSK、FAK、FES、FRK、TEC、SYK 家族等。
2 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白抑制剂
哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是一种Ser/Thr 激酶，属于PIKK 超家族，对调节细胞周期、蛋白质合成等具有重要作用，与多种肿瘤的发生、发展密切相关。mTOR 已成为肿瘤治疗的热门靶点。
3 其它靶向抗肿瘤药
默克公司的Vorinostat（商品名：Zolinza）是世界上第1 个组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACI），另一个HDACI 为Gloucester 公司的Romidepsin（商品名：Istodax）。两药分别于2006、2009 年被FDA批准上市用于皮肤T淋巴细胞瘤的治疗。
百时美施贵宝公司的Tanespimycin 是第1 个进入临床研究的热休克蛋白抑制剂（HSPI），目前已进入多发性骨髓瘤的Ⅱ/Ⅲ期临床研究。
七、总结与展望
从简单的恶性增殖到癌基因原癌基因，再到相关信号转导系统，肿瘤干细胞的提出，随着科学的发展，人们对肿瘤细胞的认识也在一步一步的加深，相关的治疗方法也在不断的进步着。癌症疫苗、基因敲除、修复等名词也在不断涌现。细胞凋亡作为细胞程序性死亡的重要组成那个部分，在细胞生命中发挥着重要作用。研究肿瘤细胞的凋亡不足及敏感性降低的机制，无疑将对肿瘤细胞的控制与治愈发挥重要的作用。总体来看，随着肿瘤发生机制的逐步揭示，相信特异性针对肿瘤细胞的药物将不断上市，肿瘤患者的生存质量将显着提高，甚至长期带瘤生存也成为可能，肿瘤完全可能像糖尿病、高血压一样作为一种可控的慢性病，与机体长期和平共处。
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