COX-2及其抑制剂在肿瘤防治中的作用
向 阳1,孙 敏1,王和勇2*
(1西南大学生命科学学院,重庆 400715;2 同济大学附属上海市肺科医院,上海 200433)
摘 要:环氧化酶(cyclooxygenase, COX)是前列腺素合成途径中主要的限速酶之一,参与炎症、发热、出凝血等病理生理过程。COX-2在肿瘤发生发展、转移、凋亡抑制及促进肿瘤血管生成等方面发挥重要作用,已成为肿瘤防治的一个新靶点;COX-2及其抑制剂在肿瘤预防、放疗、化疗、生物疗法中具有广阔应用前景。本文就COX-2及其抑制剂在肿瘤防治中的进展作一详细综述。
关键词:COX-2;抑制剂;肿瘤预防;肿瘤治疗
中图分类号:Q554.6; R730.1 文献标识码:A
The function of COX-2 and it’s inhibitors
in tumor prevention and treatment
XIANG Yang1, SUN Min1, W ANG He-yong2*
(1 School of Life Science, Southwest University, Chongqing 400715, China;
2 Pulmonary Hospital, Tongji University, Shanghai 200433, China)
Abstract: Cyclooxygenase is the main rate-limiting enzyme in the prostaglandin synthesis, which participates ininflammation, fever, hemoglutination and so on. COX-2 plays a vital role in the tumor occurrence, angiogenesis,metastasis as well as apoptosis inhibition. Therefore, COX-2 has become a new target in tumor treatment. COX-2and its inhibitors have a broad prospect in the tumor prevention, chemotherapy, radiotherapy and biotherapy.This article reviews recent research progress of COX-2 and its inhibitors in tumor preventing and controlling.Key word: COX-2; inhibitor; tumor prevention; cancer therapy
环氧化物酶(cyclooxygenase,COX)又称前列腺素类过氧化物合成酶,是催化花生四烯酸转化为前列腺素类物质的限速酶。COX有两种同工酶COX-1和COX-2。COX-1是呈结构性表达;COX-2在大多数组织中呈诱导性表达,并能被多种胞外刺激所诱导表达,如脂多糖(LPS)、炎症细胞因子、内毒素、肿瘤促进剂、一氧化氮等,受刺激后诱导表达成为炎症过程中重要的诱导酶。因此,COX-2是炎症治疗与癌痛治疗的重要靶点。COX抑制剂能有效缓解炎症,且COX-2抑制剂塞来昔布(Celecoxib)和罗非昔布(Rofecoxib)有较低的毒副作用,故在临床上广泛使用。
流行病学调查发现长期使用非甾体抗炎药(nonsteroid anti-inflammatory drugs, NSAID),即COX抑制剂能使结肠癌的发病率降低40%-60%[1]。研究表明,COX-2在肿瘤组织中高表达,如卵巢癌、肝癌、胃癌、食道癌、肺癌、口腔癌、胰腺癌、乳腺癌等[2-9],表达强度与肿瘤组织类型和分化程度相关;COX-2与血管内皮生长因子(vascular endot-helial growth factor, VEGF)在多种肿瘤表达[10];COX-2表达水平与肿瘤浸润和转移成正相关[11,12]。上述众多证据表明,COX-2与肿瘤有高度的相关性。
COX-2在肿瘤发生发展中的作用机制尚不清楚;但实验已证实,COX-2在细胞周期、免疫抑制、细胞凋亡、前致癌物活化、促进肿瘤新
收稿日期:2007-08-06;修回日期:2007-10-30
基金项目:上海市自然科学基金(06ZR14093)
*通讯作者:E-mail: Heyongwang@hotmail.com
·评述与综述·82生命科学第20卷
生血管生成以及促进肿瘤浸润转移等方面与肿瘤相
关。Trifan等[13]在ECV-304、NIH 3T3、HEK 293、
COS-7细胞株中瞬时转染绿色荧光蛋白标记的COX-2
(green fluorescent protein tagged COX-2,COX-2-
GFP),发现S期细胞受到抑制,G
0/G
1
比例增高;
而单独转染GFP则无此现象。这说明COX-2在细胞周期中起重要作用,其过表达会抑制细胞。COX-2过表达引起PGE
2
水平提高,抑制T细胞和B细胞的增殖及NK细胞的抗肿瘤活性,并诱导产生IL-10,从而抑制TNF和IL-12的生成,使肿瘤细胞逃逸免疫监视[14]。Lin等[15]将COX-2表达载体转染肺腺癌CL1.0细胞,发现COX-2过表达的细胞对紫外线、长春花碱诱导的细胞凋亡产生抑制,其凋亡抑制作用与Bcl-2相关。另一种凋亡抑制蛋白Survivin也被证实在子宫内膜癌中与COX-2有明显的相关性[16]。大量研究证实,COX-2与VEGF表达有协同作用,共同促进肿瘤血管生成,促进肿瘤转移[10,12]。因此,COX-2在肿瘤发生发展、浸润转移以及新生血管生成中都起了重要作用,已成为肿瘤防治的新靶点之一。
1 COX-2的基因结构与表达
人类COX-2基因定位于lq25.2—q25.3,由10个外显子和9个内含子组成,编码604个氨基酸。COX-2基因5'端转录起始点上游的转录序列包括:TATA box序列、CRE(cAMP responsive ele-ment )反应元件、Ets-1转录因子位点和C/EBP(CCAAT/enhancer binding protein)反应元件各1个;激活蛋白质-2(activator protein,AP-2)位点、核转录因子NF-κB (nuclear factor-kappa B)位点各2个;SP1位点[17]3个。在细胞因子、生长因子、脂多糖、内毒素、肿瘤促进剂、一氧化氮等刺激下,COX-2被诱导表达;COX-2启动子低甲基化[18]、NF-κB表达上调[19]、p53突变、RAS和MAPK信号刺激[20]都对肿瘤中COX-2表达有促进作用。
一些抗肿瘤药物的潜在机制与COX-2因子相关,通过因子来抑制COX-2表达已成为新的研究热点。组蛋白去乙酰酶(histone deacetylase,HDAC)抑制剂曲古柳菌素A(trichostatin A,TSA)和辛二酰苯胺异羟肟酸(suberoylanilide hydroxamicacid,SAHA)可降低依赖AP-1基因的表达,抑制AP-1诱导的COX-2表达,这与HDAC抑制剂抗肿瘤功能相关[21]。Han等[22]证实,COX-2抑制剂NS398和Nimesulide能抑制非小细胞肺癌(non-smallcell lung cancer,NSCLC)细胞的增殖和诱导其凋亡,这与诱导细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21的mRNA和蛋白表达相关。通过小RNA干扰抑制COX-2表达后发现,抑制剂对NSCLC细胞仍然有效,而p21反义寡核苷酸可阻断COX-2抑制剂作用,这表明该过程不依赖COX-2而依赖于MEK-1/Erk信号通路激活和包括Spl在内的DNA蛋白相互作用。Chen等[23]在胃癌细胞株SC-M1中研究发现,肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)能刺激细胞增殖,NS398能阻断这个过程。Marwaha等[24]发现,与端粒部分同源的寡聚核苷酸能抑制人纤维原细胞、人皮肤的外植体以及小鼠皮肤的组成型和射线诱导型COX-2过表达,其作用机制是激活p53抑制COX-2启动子活性。诱导COX-2过表达的因素众多,对诱导因素的为肿瘤治疗提供新的思路。
2 COX-2抑制剂与肿瘤预防
大量研究表明,COX-2抑制剂能有效预防肿瘤发生。研究发现,COX-2抑制剂能降低结肠癌的发病率,其机制主要是诱导细胞凋亡、细胞周期、影响肿瘤新生血管生成等[25]。Kohawa等[26]研究细胞株KP-2、PNS-1、MiaPaca-2及PANC-1与COX-2抑制剂作用发现,依托度酸(etodolac)和阿司匹林都能抑制胰腺肿瘤细胞生长,可成为胰腺肿瘤预防用药。在细胞与动物中的实验表明,COX-2抑制剂对胃癌、乳腺癌、结肠癌、胰腺癌等都有预防作用。余琴等[27]证实,幽门螺旋杆菌感染引起COX-2表达上调在胃癌的发生中起着重要作用。COX-2抑制剂对肿瘤有预防作用,可间接证实COX-2表达上调是肿瘤发生的早期事件,也为肿瘤的NSAID化学预防药物筛选提供依据。
3 COX-2抑制剂与肿瘤治疗
COX-2在多种肿瘤的发生、发展、转移中起着重要的作用;多种COX-2抑制剂已表现出在肿瘤治疗中的应用前景,且部分已用于临床。
3.1 COX-2抑制剂与肿瘤新生血管生成 恶性肿瘤的形成和转移都依赖肿瘤新生血管的生成,VEGF在整个过程中发挥重要作用。Fu等[28]通过反义COX-2 mRNA转染胃癌细胞株发现,抑制COX-2表达能部分逆转癌细胞增殖和迁移,在COX-2抑制剂治疗胃癌抑制肿瘤新生血管生成中起着重要作用。已有证据表明,COX-2与VEGF存在协同表达,COX-2抑制剂可抑制肿瘤新生血管生成。在
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向 阳,等:COX-2及其抑制剂在肿瘤防治中的作用第1期小鼠模型发现,COX-2选择抑制剂NS398和非选择抑制剂阿司匹林以及VEGF抗体都能抑制S-180肿瘤细胞的生长;而COX-1抑制剂则不能[29]。Ueno等[30]研究COX-2抑制剂塞来昔布与其他抗肿瘤药物联合治疗乳腺癌发现,服药后患者血液中VEGF水平先降低后升高;而乳汁中VEGF水平则一直升高;不使用塞来昔布则没有该现象。这与多种细胞包括肿瘤细胞和正常细胞都表达VEGF,不同细胞通过不同的方式与COX-2抑制剂相作用有关。上述研究表明COX-2抑制剂通过VEGF影响肿瘤新生血管的生成;但COX-2抑制剂在不同细胞和组织中VEGF表达机制有待深入研究。
3.2 COX-2抑制剂与放疗化疗增敏 COX-2过表达会引起肿瘤细胞对药物和射线敏感性降低,因此COX-2抑制剂可作为放疗和化疗的增敏剂。Shin等[31]发现,塞来昔布能增加COX-2高表达癌细胞株的放射敏感性,但当用RNAi技术使细胞不能合成COX-2时则不能增敏;再将COX-2 cDNA转染到无COX-2表达的细胞株后塞来昔布又恢复增敏作用。Yip-Schneider等[32]证实非甾体抗炎药可增加胰腺癌细胞对吉西他滨(Gemcitabine)的敏感性。大量实验证明,COX-2抑制剂能对放疗和化疗增敏,但其机制还未被完全阐明。
3.3 COX-2抑制剂与肿瘤转移 COX-2可通过上调一些促使肿瘤转移的活性因子如VEGF、EGFR的表达,促进肿瘤细胞的浸润转移。Singh等[33]证实,COX-2过表达引起PEG2和IL-8水平升高在乳腺癌骨转移有重要作用,COX-2抑制剂可作为骨转移治疗的潜在药靶。COX-2抑制剂塞来昔布与不可逆甾体芳香化酶抑制剂依西美坦(Exemestane)合用有希望治疗绝经后转移性乳腺癌(metastatic breast cancer,MBC),并改善患者预后生活质量[34]。其他细胞实验发现,COX-2抑制剂能阻止胰腺癌、乳腺癌、胃癌等的转移,COX-2可成为预防和阻止肿瘤转移的主要靶分子。
3.4 其他 COX-2抑制剂还在诱导细胞凋亡、阻断前癌物转变为致癌物、阻断肿瘤耐药性、肿瘤预后分析等方面发挥着重要作用。4 COX-2与肿瘤生物疗法
基于COX-2的肿瘤生物治疗研究主要集中在生物反应调节剂治疗和基因治疗。COX-2能降低机体免疫细胞对肿瘤细胞杀伤活性,使之逃脱免疫监视。在生物反应调节剂方面,目前研究较多的是白
介素对COX-2表达的影响。在基因治疗方面主要是运用反义RNA、载体以及RNAiCOX-2的表达。已有实验证实,肿瘤细胞COX-2的表达活性受到多种白介素的调节。Heuze-Vourch等[35]在NSCLC的体外细胞实验中发现,IL-20可抑制COX-2表达和抑制COX-2引起的新生血管生成;降低IL-20表达则引起COX-2高表达以及新生血管生成。Cui等[36]在NSCLC细胞中发现,IL-4能通过阻断ERK磷酸化而抑制COX-2 mRNA转录。IL-4联合集落刺激因子已试用于肿瘤临床治疗,但是其有效性还待证实[37]。
Fu等[28]在胃癌细胞株SCG7901中导入反义COX-2 cDNA基因(COX-2-AS)能抑制细胞增殖、迁移、微管形成以及体内新生血管生成,作用效果与选择性COX-2抑制剂NS398一样。Yoona用腺病毒载体将子宫珠蛋白(uteroglobin, UG)转入到肺癌细胞中,发现COX-2 mRNA和蛋白水平都降低,COX-2基因转录受抑制,其机制为NF-κB 被UG抑制。Narayanan等[38]用RNAi技术在mRNA水平沉默COX-2表达,使膀胱癌细胞生长停止。反义RNA、RNAi、载体转染等技术为肿瘤治疗提供新思路和新方法,但目前应用到临床还受到技术。5 问题与展望
尽管已经有COX抑制剂在临床上作为抗癌药物使用;但是COX与肿瘤关系、其抑制剂作用机理等方面还有许多问题尚待解决。首先,虽然已有研究证实与前列腺素合成相关酶15-PGDH(15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase)在肠胃癌可抑制COX-2的表达[39],但COX仅仅是前列腺素合成途径中的一个限速酶,其他关键酶与癌症的关系研究较少。第二,大量证据表明,COX-1也在一些条件下与肿瘤发生相关,同时也有不依赖COX-2的COX抑制剂在抗肿瘤中发挥作用[40],甚至有COX-2选择性抑制剂的效果低于非选择抑制剂的现象。这说明COX可能还有不为所知的作用机制。第三,COX-2表达上调与RAS和MAPK信号刺激以及p53基因突变密切相关,具体机制还有待深入研究。Han等[20]发现p53通过调节Ras/Raf/MAPK系列信号的活性从而诱导COX-2的表达。COX-2的诱导、抑制及其在肿瘤发生发展、治疗中的作用机理有待深入研究。
COX-2已作为一个癌症治疗新靶点被应用于临床,且具有广阔的应用前景。第一,COX-2在肿
瘤细胞中高表达而在正常细胞中不表达,是良好的肿瘤治疗靶点。化学抑制剂、反义RNA、RNAi等都可阻断COX-2表达而不影响正常组织功能。第二,筛选COX-2相关抗肿瘤药物相对容易。大量的COX-2抑制剂被作为消炎止痛药,传统药物更是巨大的资源宝库,从中筛选具有抗肿瘤活性的COX-2抑制剂会更有针对性。第三,COX-2抑制剂作为消炎止痛一线药物已使用多年,筛选的药物不必再进行临床实验。第四,可根据COX-2延伸寻找和前列腺素合成相关的新的治疗靶点。随着研究的深入,COX家族会在癌症的治疗中发挥越来越重要的作用。
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我科研人员关于大脑皮层神经元放射状迁移导向机制的
最新研究成果在Nature Neuroscience上发表
2008年1月10日,Nature Neuroscience发表了中科院上海生科院神经所袁小兵研究组关于大脑皮层神经元放射状迁移导向机制的最新研究成果。这些研究首次证明了神经元的放射状迁移受胞外导向分子的指引。
大脑皮层神经元迁移的调节机制是发育神经生物学中尚未解决的重大问题。通常认为,新生的锥体神经元从生发区向皮层上层迁移依赖于放射状胶质纤维的导引,而且皮层板层结构的形成受迁移神经元与胶质纤维的黏附及脱离机制所影响。长久以来,人们一直忽略了另一种潜在的调节机制:分泌性分子的浓度梯度用于指导皮层神经元的放射状迁移。
袁小兵研究组的陈罡、司马健和金明等的研究首次证明了一种梯度表达的分泌性导向分子Semaphorin-3A指引了皮层神经元的放射状迁移。采用在体子宫内基因电转技术,他们可长时程观察一群皮层神经元在体内的迁移。发现体内通过阻断Semaphorin-3A的信号可以导致迁移的停滞并伴随神经元伸展方向的错乱。体外实验也发现内源性Semaphorin-3A的浓度梯度对于新生神经元的正确迁移是必须的,并且起吸引性导向作用。这些研究首次证明了神经元的放射状迁移受胞外导向分子的指引。这种迁移的趋化性导向假说有助于更好地理解高度有序的皮层结构是如何形成的。
该项研究工作得到了国家科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院及上海市的资助。
摘自http: //www.sibs.ac.cn
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