一氧化氮和一氧化氮合酶与肿瘤放疗敏感性的关系

摘要

一氧化氮(nitric oxide, NO)的生物学作用具有复杂性和多样性, 在基础条件下诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)活性很低, 当机体遭受微生物内外毒素、炎症介质等刺激时iNOS可诱导合成大量的NO. 肿瘤生物学上一般认为高水平的NO对肿瘤细胞具有直接的细胞毒作用, 而较低水平的NO具有生长刺激作用. 多种试验显示NO的供体能增加肿瘤的放疗敏感性. 研究认为, NO的生物学作用可能是通过p53依赖途径介导的. 调节NO杀灭肿瘤或促进肿瘤生长, p53起到关键性的作用. 已有多种药品作为放射敏化剂, NO供体药物在体内给药可能导致系统低血压, 增加肿瘤血液灌注和氧合作用, 具有潜在的促进肿瘤生长的作用, 限制了其临床使用. 直接将iNOS基因转染入肿瘤细胞内, 肿瘤内的乏氧环境, 可降低iNOS的活性而影响NO的产量. 携带iNOS基因的腺病毒(adenoviral vector carrying the iNOS cDNA, AdiNOS)转染靶细胞导致iNOS过表达, 产生大量NO, 有望成为一种增加肿瘤放疗敏感性有效可行的方法.

关键词: N/A

N/A

N/A

Correspondence to: N/A

Received: May 31, 2005
Revised: June 4, 2005
Accepted: June 13, 2005
Published online: September 28, 2005

Abstract

N/A

Key Words: N/A

0 引言

随着放射医学的迅猛发展, 大量临床资料证明消化系统恶性肿瘤虽不属于最敏感可用放疗痊愈的疾病, 但属于有效的一类. 尤其是术前放疗, 其作用已获肯定, 它不但能缩小原发肿瘤的体积, 降低肿瘤浸润程度, 而且可降低癌旁淋巴结的受侵率, 从而增加外科手术的切除率和肿瘤的控制率[1]. 尽管如此, 由于大部分肿瘤的中央区处于乏氧状况或肿瘤基因突变, 导致放疗耐受, 如何克服肿瘤的放疗耐受, 提高肿瘤放疗敏感性, 成为临床医师所关注的问题. NO和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)与肿瘤放疗敏感性的关系已成为研究热点.

1 NO和NOS

1987年在生物体内发现NO, 1992年Science杂志命名NO为当年的"明星分子". NO是一个不带电荷的无机小分子, 其性质很不稳定, 半衰期变异很大, 为5-30 s, 具有水溶性和脂溶性, 极易通过细胞膜, 可在细胞内外自由扩散, 十分活跃. NO在体内广泛存在, 而且发挥多种多样的生物学功能. NO是一种唯一具有神经介质、构成介质和诱导介质作用等多种作用的内生因子, 其生物学作用具有复杂性和多样性, 这些多样性取决于其产生的速率、活性氧(reactive oxygen species, ROS)和活性一氧化氮(reactive nitrogen oxide species, RNOS)的形式、细胞来源、遗传类型和细胞内外生物调节因子等. NO的生物合成和代谢相当复杂, 是由L-精氨酸通过NOS家族合成[2]. NOS分为三种类型, 以其组成和克隆的先后次序命名为神经型(Ⅰ型)(nNOS, NOS-1)、巨噬细胞(诱导)型(Ⅱ型)(iNOS, NOS-2)、内皮型(Ⅲ型)(eNOS, NOS-3). nNOS主要在神经元中表达, eNOS主要分存在脑血管组织, iNOS存在于肝细胞、单核巨噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞. 在基础条件下iNOS活性很低, 当机体遭受微生物内外毒素、炎症介质如肿瘤坏死因子、白介素等刺激而产生, 可诱导合成大量的NO[3].

2 NO的细胞毒性机制

研究表明NO具有直接和间接细胞毒作用. 直接作用是在NO低速率产生时发挥的, 其可通过脱氧核苷和脱氧核苷酸的脱氨基作用导致DNA损害、DNA环的断裂, 抑制核糖核苷酸还原酶导致DNA合成障碍, 抑制DNA修复酶. 当NO高速率产生时, NO能与氧气或过氧化物(O₂-)结合分别形成ROS(OONO^-)或RNOS(NO₂、N₂O₃)发挥间接细胞毒作用. RNOS和ROS可通过脱氨基作用、DNA环的断裂、耗竭谷胱甘肽的储备来诱导DNA的损害[4,5].

3 NO在肿瘤生物学上的作用

NO在肿瘤生物学上的作用是错综复杂的. NO由巨噬细胞产生, 在宿主体内发挥杀灭肿瘤细胞的防御作用. 在人结肠癌研究中, 大多数试验是检测NO和肿瘤进展的相互关系, 并得出两者呈负相关[6,7]. 实际上, 结直肠癌iNOS表达可通过肿瘤浸润白细胞(tumor infiltrating leukocytes, TILs)完成, 这意味着NO能限制结肠癌细胞的生长. 因为较多的进展期结直肠肿瘤中含有低水平的iNOS, 因此应想到这些肿瘤可能部分通过削弱TILs产生NO的能力, 而躲避宿主的防御作用. 结肠肿瘤细胞可产生一种可溶性因子, 抑制宿主细胞产生NO[8]. 而有研究表明iNOS的表达与肿瘤的恶性程度呈正相关, 提示NO有促进肿瘤细胞生长的作用. Jenkins et al[9]最近的研究结果解释了NO对肿瘤生长的两种不同作用, 他观察到NO在同一种肿瘤细胞中发挥两种作用, 取决于试验在体内还是在体外进行. 在这些试验中, 体外肿瘤细胞被激活过多地表达iNOS, 抑制大肠癌细胞生长, 而在体内则相反, 促进肿瘤细胞的生长. 随后的研究表明, NO在新生血管形成和肿瘤血流动力学上起到很重要的作用. 一般认为, 高水平的NO可能对肿瘤细胞具有直接的细胞毒作用, 而较低水平的NO维持量具有刺激肿瘤生长的作用[10,11].

4 NO作为放疗敏化剂

随着对NO的放疗敏化特性的认识, 多种试验应用NO的供体来增加肿瘤的放疗敏感性. 首先, NO是一种高度活性的物质, 在缺氧状态下不能发挥细胞毒性作用. 这种特性在肿瘤治疗中非常重要, 因为肿瘤往往有中央缺氧区, 放疗难以奏效, 这就需要一个有氧环境去部分介导细胞毒性作用. 第二, NO具有水溶性和脂溶性, 极易通过细胞膜, 在细胞间弥散, 具有强有力的渗透性, 在肿瘤深处发挥作用. 第三, NO具有细胞渗透性, 它在一个细胞内产生, 并弥散出来影响其它细胞, 这就是所谓的"旁观者效应"[12]. 结果, 尽管一小部分细胞产生NO, 却产生了很大的杀灭肿瘤的效果. 第四, 因为NO可能与O₂或O₂^-结合形成其它的细胞毒性分子(RNOS和ROS), 如果NO在高速率传递和产生, 在有氧环境下, 辐射敏化作用可能大大提高. Mitchellet al[13,14]报道NO供体能提高体外缺氧状态下哺乳动物细胞的放疗敏感性. Griffin et al[15]表明NO供体在放疗敏感的缺氧哺乳动物细胞中与有氧一样有效. Verovski et al[16,17]研究表明NO能提高缺氧状态下放疗不敏感的胰腺肿瘤细胞的放疗敏感性. 然而, NO增强放射细胞毒性的机制尚未完全清楚.

5 p53在调节NO对肿瘤细胞生长影响的作用

最近研究认为p53的功能状态与肿瘤放疗敏感相关. NO的生物学作用可能是通过p53依赖途径介导的[18,19]. 有作者发现放射诱导DNA的损害, 导致iNOS的表达和产生NO. 产生的NO刺激野生型p53(wild type-p53, WT-p53)集聚. WT-p53自身也可以通过抑制iNOS的转录从而限制NO的产生. p53被认为是一种DNA损害以后细胞生存的重要的决定性物质. 他的集聚导致细胞循环的停止和DNA的修复, 给细胞一个修复可逆性损伤的机会, 同时也刺激凋亡途径, 迫使细胞发生不可逆的损伤以至毁灭. NO除了能刺激p53的集聚之外, 还能改变自身结构, 从而改变蛋白质的功能. NO对p53的作用是浓度依赖性, 低水平的NO增强p53的功能, 高水平的NO导致p53的功能缺失. 调节NO杀灭肿瘤或促进肿瘤生长, p53起到关键性的作用. 在检测具有各种iNOS表达的WT-p53和突变p53的人结肠癌细胞生长时发现, WT-p53癌细胞克隆株的生长随着iNOS的产量增加而变慢, 而突变p53癌细胞克隆株却相反. 这些结果的一种解释是突变p53癌细胞克隆株新生血管形成增多[20].

6 提高肿瘤放疗敏感性的药物

为了克服肿瘤的放疗耐受作用, 已有多种药品作为放射敏化剂. 一些研究已表明NO供体药物如S-硝基乙酰青酶胺(S-nitroso-N-acetylpenicillamine, SNAP)、FK-406、PKC-412和米索硝唑等可以提高乏氧环境下肿瘤的放疗敏感性[21]. 尽管这些药剂显示出很有潜力, 但在体内给药可能导致系统低血压, 增加了肿瘤的血液灌注和氧合作用, 具有潜在的促进肿瘤生长的作用, 从而限制其临床的使用, 因而仍处于研究之中. 直接将iNOS基因转染入肿瘤细胞内, 以获得肿瘤内高产量的NO, 而无系统副反应, 可替代NO供体药物, 但由于肿瘤内乏氧环境, 可降低iNOS的活性而影响NO的产量. 有资料表明iNOS过表达可产生大量NO, 人iNOS cDNA已被成功克隆, AdiNOS也已成功构建, AdiNOS转染靶细胞能够导致iNOS过表达, 并能产生大量NO[22], AdiNOS转染靶细胞以期提高肿瘤放疗敏感性, 有望成为一种有效可行的方法.

备注

电编:张敏 编辑:张海宁

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