唑来膦酸(zoledronic acid,ZOL)是第三代 双膦酸盐药物。 临床上主要用于抑制骨吸收性疾 病,如骨质疏松、骨纤维化,近年成为治疗恶性 高钙血症及骨转移的主要药物之一。其中唑来膦 酸的体外活性最强,对肾功能影响最小,用药方 便,目前在多发性骨髓瘤和实体瘤的骨转移治疗 中应用最广。
目前已知唑来膦酸主要是对破骨细胞的成熟 和分化有直接的抑制作用,并能抑制破骨细胞直 接聚集到骨表面。从而抑制骨破坏,促进骨盐沉 积,改善骨质结构,增加骨密度。近年来多项研 究证实唑来膦酸对乳腺癌、前列腺癌、多发性骨 髓瘤、骨肉瘤及其他实体瘤如卵巢癌、肝癌、鼻 咽癌等细胞系均有体内外剂量相关的抗肿瘤活 性。唑来膦酸的直接抗肿瘤作用表现在抑制肿瘤 细胞增殖、促进肿瘤细胞凋亡; 间接的抗肿瘤作用 表现在抑制肿瘤血管生成、抑制细胞的黏附和侵 袭。此外,唑来膦酸通过调节肿瘤浸润的淋巴细 胞来调节抗肿瘤免疫,抑制肿瘤生长。
近年来关于唑来膦酸抗肿瘤方面研究成为热 点,本文就其在抗肿瘤血管生成方面的研究进展 综述如下。 1 唑来膦酸对血管生成因子的作用
血管内皮生长因子(VEGF)及其受体VEGFR 是重要的血管生成正性调节因子。该家族成员可 以选择性地增强血管和(或)淋巴管内皮细胞的 有丝分裂,刺激内皮细胞增殖并促进血管生成, 提高微小血管通透性。VEGF在正常细胞表达量低 而在肿瘤细胞或处于缺氧状态下的正常细胞中表 达升高,促进肿瘤血管生成。
既往的研究[1, 2, 3, 4, 5, 6]发现唑来膦酸可抑制肿瘤细胞及周围的肿瘤浸润淋巴细胞、血管内皮细胞分泌 VEGF,从而减少VEGF主导的血管生成信号的传 递,同时通过调节VEGF-VEGFR2的自分泌环[2]起 到抑制肿瘤血管生成作用。
在不同的肿瘤细胞系[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]实验中通过RT-PCR 检测均能发现剂量依赖性VEGF mRNA的表达下 降,但不同肿瘤细胞、不同药物剂量,下降程度 不同。Di Salvatore等[3]发现在(50~100)μM的高 剂量下唑来膦酸可明显减少人肺癌A549细胞VEGF 的分泌,而低剂量(10 μM)下未检测到这一现 象。Stathopoulos等[7]在研究唑来膦酸对恶性胸腔 积液的作用时发现,胸膜肿瘤血管渗透性在唑来 膦酸治疗组明显低于对照组,治疗组肿瘤微血管 密度也明显降低。通过体内试验他们认为其机制 为唑来膦酸抑制了肿瘤细胞、胸膜间皮细胞、肿 瘤相关巨噬细胞分泌VEGF、MMP-2、MMP-9、 IL-6等促血管生成因子及炎性因子分泌,抑制血 管生成。Soltau等[10]在小鼠肾癌实验中得出类似的 结论,用免疫组织化学方法检测CD31来测定微血 管密度,不同剂量强度的唑来膦酸治疗后,肿瘤 血管密度均有降低,在高剂量组更明显,甚至抑 制作用强于阳性对照—VEGFR抑制剂(PTK787/ ZK222584)。在血浆VEGF检测方面,高剂量唑来 膦酸组的血浆VEGF水平较其他组上升最低,因此 唑来膦酸有明显的抑制肿瘤VEGF分泌的作用。除 了VEGF,在唑来膦酸处理后肿瘤细胞CXCL-1 、 CXCL-2、EPHB4、ID-1、FGF2 、FGFR3 、TP 、 LAMA5、PDGFA等促血管生成分子的mRNA表达均 下降[1, 3, 4]。
在多项临床研究[11, 12, 13, 14, 15]中也已证实唑来膦酸可以 通过长期持续抑制VEGF相关肿瘤血管生成起到间 接抗肿瘤作用。但也有应用唑来膦酸后血浆VEGF 水平未下降的报道[16],因唑来膦酸在临床前体内 外所用剂量与临床常用的治疗骨转移的剂量不一 致,临床应用其抗肿瘤的剂量和给药方法尚无统 一标准,所以其在人体中抗血管生成作用还需进 一步研究。 2 唑来膦酸对血管内皮细胞的作用
体内已存在的血管内皮细胞活化、迁移到肿 瘤周边及内部形成新的肿瘤血管是公认的肿瘤血 管生成方式之一。唑来膦酸可以抑制内皮细胞黏 附、迁移及生存,从而影响肿瘤血管的生成[17, 18, 19, 20, 21, 22]。
有研究[17, 18]通过鸡尿囊膜与羽毛形成关系的研 究证实唑来膦酸可以抑制血管内皮细胞由有血管 组织向无血管组织迁移。唑来膦酸还能抑制培养 中的口腔上皮增殖,在体内试验中可抑制口腔上 皮向拔牙后组织缺损处迁移延迟伤口愈合[19]。同 样,唑来膦酸可抑制培养状态的人微血管上皮细 胞增殖,使其发生S期停滞,抑制人微血管上皮细 胞的管道形成[21]。
唑来膦酸抑制内皮细胞增殖、迁移、侵袭能 力的分子机制为:抑制RAS异戊烯化,导致下游 一系列激酶失活[3, 17]。RAS异戊烯化后和RHoA移 动到细胞膜上,同时ERK1/2磷酸化和TNF介导的 JNK磷酸化激活,影响细胞生长、迁移及生存。 ERK是MAPK家族的一员,它的信号传递途径是 涉及调节细胞生长、发育及分裂的信号网络的核 心,其基本的信号传递步骤遵循MAPKs的三级 酶促级联反应。在ERKs的传递途径中Ras作为上 游激活蛋白,Raf作为MAPKKK(MAPK激酶的 激酶),MAPK/ERK激酶(MEK)作为MAPKK (MAPK激酶),ERK即MAPK,即Ras-Raf- MEK-ERK途径。JNK信号转导通路是MAPK路的 一重要分支。唑来膦酸作用后,通过这一信号转 导通路使内皮细胞的黏附、生存、迁移及肌动蛋 白压力纤维形成能力下降,血管生成减少。类异 戊二烯物质可恢复唑来膦酸的这种抑制作用[18]。
另有研究[17]发现唑来膦酸能够抑制人脐静脉 内皮细胞(HUVEC)由整合素αvβ3介导的黏附 作用,而对整合素α5β1无影响。同时阻止该细胞 迁移及破坏已建立的局部黏附及肌动蛋白压力纤 维,而对细胞表面整合素表达水平及活性没有影 响。唑来膦酸处理后,HUVEC的生存下降,伴 有明显的TNF介导的细胞死亡。这一作用是唑来 膦酸通过与TNF(肿瘤坏死因子 tumor necrosis facor)联合抑制持续的局部黏着斑激酶 (focal adhesion kinase,FAK)磷酸化导致PKB/AKT活化 受抑制,进一步影响内皮细胞的增殖、迁移、黏 附。因此FAK-PKB/Akt是唑来膦酸的药物靶点。 3 唑来膦酸对肿瘤间质成分的作用
循环内皮祖细胞(endothelial progenitor cells, EPC)是从人外周血中分离到的一类可以分化为 成熟内皮细胞的特殊血细胞。Asahara等[23]运用小 鼠模型证明了骨髓来源的循环EPC参与了出生后 血管形成。随后的研究[24]发现许多肿瘤患者体内 的EPC会从骨髓中动员出来,并归巢整合到肿瘤 组织血管处,促进其血管形成。因为唑来膦酸的 亲骨性质,其对骨髓来源的干、祖细胞作用也成为目前的研究热点。Yamada等[22]研究发现用唑来 膦酸与人外周血单核细胞共培养,并用CD114及 VEGFR2作为检测标志,唑来膦酸对EPC有剂量依 赖性抑制分化作用,高剂量(10 μM)唑来膦酸 可诱导EPC凋亡。由于这一作用可被香叶基香叶 醇(geranylgeranyol,GGOH)转移酶逆转,所以唑来 膦酸的这一抑制作用是通过抑制小G蛋白异戊烯 化方式实现的。这些小G蛋白包括RAS、RhoA 和 Rap1A。它们和细胞的生长、分化、迁移等信号转 导密切相关。
肿 瘤 组 织 中 浸 润 的 肿 瘤 相 关 巨 噬 细 胞 (TAM)被认为是Ⅱ型巨噬细胞,通过产生 IL-10、TGF-β和前列腺素E2,干扰正常的抗肿 瘤免疫机制,促进肿瘤生长及侵袭。同时可释放 VEGF、b FGF等促血管生成因子,促进肿瘤血 管和淋巴管生成。VEGF和TAM呈正反馈关系。 TAM也可通过分泌MMPs促进肿瘤血管生成。我 国学者[25, 26, 27] 在小鼠肝癌模型研究中发现唑来膦酸 可抑制TAM释放炎性因子及MMPs参与抑制肿瘤 进展、血管形成及转移。Moschetta等[28]研究也 证实唑来膦酸处理后,骨髓来源的巨噬细胞分泌 VEGF、PDGF、bFGF、PDGF等血管生成因子的 能力下降。而且其FVⅢ-RA、VEGFR2、Tie2/Tek 和 VE-cadherin等血管源性标志表达下降,体外管 道形成能力(血管形成拟态)及连接能力下降。 其分子机制仍认为与唑来膦酸抑制小G蛋白酶的异 戊烯化失活有关。
此外,多项研究[29, 30, 31]证实唑来膦酸可降低肿瘤 组织及活体血浆MMPs, 特别是MMP-2、MMP-9 的表达,抑制肿瘤细胞及相关细胞黏附、侵袭。 4 唑来膦酸对肿瘤细胞的直接作用
血管生成拟态(Vasculogenic mimicry,VM) 是指高度侵袭性肿瘤细胞通过自身变形和基质重 塑产生血管样通道而达到自身血液供应的方式。 常见于黑色素瘤、卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌、 骨肉瘤等高侵袭性肿瘤,是一种不依赖于内皮细 胞的肿瘤血管生成模式,其分子机制有待进一 步研究。目前认为与上皮细胞激酶 (epithelial cell kinase,EphA2)有关,EphA2磷酸化后管道无法形 成。血管内皮细胞钙黏附素(vascular endotheial cadherin,VE- cadherin)下调将延缓血管样通道形 成。Fu等[30]发现唑来膦酸在5 μM剂量下可抑制人 骨肉瘤细胞体外血管生成拟态的发生。通过电子 显微镜观察形成管道壁的肿瘤细胞表面微绒毛减 少。同时发现唑来膦酸阻止RhoA由细胞质向细胞 膜移动,破坏F-actin细胞骨架,抑制LM8骨肉瘤细 胞血管生成拟态。Li等[29]提到,唑来膦酸对人鼻咽 癌细胞有剂量依赖性抑制血管生成拟态的作用, 并认为唑来膦酸对肿瘤细胞MMPs及VEGF有抑制 作用,影响细胞骨架蛋白形成,从而抑制肿瘤侵 袭、转移及血管生成拟态。但唑来膦酸对其他VM 相关因子的影响尚缺乏报道,需要进一步研究。
总之,唑来膦酸能够通过抑制促血管生成因 子主要是VEGF家族及炎性因子抑制肿瘤血管生 成。其分子基质与唑来膦酸的抑制蛋白异戊烯化 失活有关。还可抑制通过基质金属蛋白酶类、整 合素抑制内皮细胞、肿瘤细胞黏附、迁移抗肿瘤 血管形成。对于目前研究热点VM也有抑制作用。 这种抑制作用是普遍存在的,没有肿瘤特异性。 但由于唑来膦酸目前主要用于治疗骨溶解性疾 病,实验室研究用药剂量及给药方式与临床实际 用法不尽相同,如何使其成为抗肿瘤血管形成药 物仍需进一步研究与实践。 5 总结与展望
唑来膦酸本身有直接的抗肿瘤作用,可以诱 导肿瘤细胞凋亡,并在大多数实体瘤中得到证 实。因此不同于现有的只针对血管内皮的药物, 对于VM这种直接由肿瘤细胞形成血管的方式的抑 制作用值得进一步研究。而且目前唑来膦酸用药 广泛、不良反应小,价格较现有抗肿瘤血管药物 明显低,临床应用前景值得期待。
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