癌症化学预防中分子靶标的研究进展

癌症化学预防中分子靶标的研究进展Moleculartargetsforcancerchemoprevention“化学预防”一词最先于1976年提出,当时指的是将维生素A的天然形式和它合成类似物用于癌症发展的预防。其目标是降低确定的高危人群或总人群癌的发生率。随着对致癌机制研究的不断深入,人们认识到致癌过程是环境因素和机体遗传因素相互作用而引起多种基因突变和其他生物大分子改变积累的结果,是多种机制参与的至少经过引发、促长和进展等阶段的多阶段复杂过程。识别参与癌发生的分子机制为制定癌症治疗和预防的策略提供了强有力的理论。内容简要•癌症化学预防的概念与发展•癌症化学预防的作用机制•癌症化学预防的作用靶点•总结与展望Chemopreventionofcancer定义：采用天然或人工合成的化学物质来阻断（suppress）、逆转（reverse）和预防（prevent）侵袭性肿瘤的发生。目的：抑制肿瘤的发生抑制癌前病变向肿瘤的转变抑制肿瘤的复发化学预防药物的临床筛选(1)致癌阻断剂检测。所谓阻断剂活性是指在致癌过程的启动阶段阻断癌症发生,包括阻止致癌剂的形成、吸收、活化、与DNA共价结合和促进致癌物的失活。(2)抗氧化活性的检测。氧自由基在致癌过程中扮演重要角色,如造成DNA损伤,诱导与细胞生长和增殖有关的即刻早期基因的表达。这一类方法包括微粒体酶、自由基和超氧化物和花生四烯酸的抑制检测。(3)抗增殖活性的检测。这是化学预防药物最为重要的靶点,包括细胞生长和增殖的抑制、细胞凋亡的诱导和诱导细胞分化等调控癌基因抗炎抗氧化调节I/II相代谢酶增强免疫抗激素抗血管生成促进细胞凋亡促进细胞分化抑制细胞增殖化学预防作用机制•1)致癌物活性阻断:抑制致癌物的吸收,抑制致癌物的生成或激活,灭活/解毒致癌物,阻止致癌物结合在DNA上,上调DNA修复的水平和精确度等•2)抗氧化活性:清除活性亲电子试剂,清除氧自由基,抑制花生四烯酸代谢等•3)抗增殖活性:调节信号转导,调节激素/生长因子活性,抑制癌基因活性,抑制多胺代谢,诱导终末期分化,恢复免疫反应,诱导凋亡,校正DNA甲基化失衡,抑制血管生成,抑制基底膜降解,激活转移抑制基因等在始发阶段，化学预防药主要干预方法是抑制致癌物的代谢活化或提高机体解毒酶系活性,以减少活性致癌物的生成。抑制活性致癌物到达靶组织与DNA结合,减少DNA加成物的形成也可以提高DNA修复能力,增加无误性修复,以便在细胞增殖以前使损伤的细胞得以恢复正常。致癌物的活性抑制促进致癌物排出和解毒是化学预防剂预防癌症的另一重要机制。体内I相代谢酶即混合功能氧化酶,II相代谢酶谷胱甘肽硫转移酶(GST),尿嘧啶二磷酸核苷酸葡萄糖醛酸转移酶(UDP)等均可代谢致癌物,增加其极性,促进其排泄和解毒。由于I相代谢酶在代谢致癌物过程中往往有可能活化致癌物,故在癌症的化学预防研究中,诱导II相代谢酶的活性具有更重要的意义。有研究证明姜黄素（Curcumin）可通过Nrf2-AREs通路的激活来降低II相代谢酶的活力从而起到化学预防的作用。抗氧化活性已有研究已证明，活性氧自由基单线氧、过氧自由基、超氧阴离子、羟自由基等参与癌症的起动、促进和发展。这些活性氧自由基可氧化DNA碱基,导致基因突变、染色体断裂、缺失和重排。花生四烯酸(AA)在体内氧化酶的作用代谢下生成前列腺素、血栓素、白三烯等产物过程中,产生大量活性氧和自由基,其中参与AA代谢的两个主要酶为环加氧酶和脂加氧酶,抑制其活性,即可减少自由基的产生。环氧合酶-2（COX-2）能被多种因子，如细胞因子、生长因子诱导活化，氧化多种物质，对机体组织造成损伤，在多种病理状况下，体内COX-2活性显著升高。近年来大量研究表明其过度表达与肿瘤的发生、发展密切相关,可通过其合成的PGs促进细胞增殖、抑制细胞凋亡、促进肿瘤相关血管形成及使局部免疫抑制等参与肿瘤的生长、浸润、转移等多种恶性行为。化学预防与信号转导细胞癌变的过程为一系列信号传导通路紊乱的结果。许多激素、生长因子通过与细胞膜受体结合,激活相应的酶(酪氨酸蛋白激酶)和细胞内的第二信使(环腺苷酸、三磷酸肌醇、钙离子、甘油二酯等)作用于细胞核参与细胞生长、增殖和分化的调节。恢复细胞正常的信号传导通路和抑制失控的细胞活性,均可预防癌症的发生。信号传导通路中的许多环节均可作为化学预防的靶点。化学预防与细胞凋亡细胞凋亡也称细胞程序性死亡,是一种由基因控制的细胞自主性死亡过程,是维持体内环境稳定的重要机制之一。它以区别于其它细胞死亡方式的超微结构的变化为特点。表现为细胞核浓缩,细胞质凝聚,细胞碎裂成球状小体,DNA断裂成180～200bp为最小单位的梯状结构。《Nature》杂志上曾指出：增殖和凋亡失控是肿瘤产生的基础。增殖和凋亡异常在癌变过程中持续的增殖信号的刺激是细胞增殖的必要条件，肿瘤要诞生需要摆脱很多限制：抑制增殖因子，避免终末分化，改变不对称分裂，避免凋亡，延长端粒等等。正常细胞的增殖、分化和死亡处于平衡状态。许多致癌剂和促癌剂均可抑制细胞凋亡,促进细胞增殖,而化学预防剂则往往可保护致癌物或促癌物诱导的凋亡抑制。细胞凋亡在肿瘤的发生过程中起重要作用,通过细胞凋亡,机体及时地清除体内过多的、受损的危险细胞，如癌前病变细胞和癌细胞。如果凋亡受到抑制,则可能导致肿瘤的形成。机体有许多基因参与各种细胞的凋亡过程。如p53抑癌基因、TGF2β因子为诱导细胞凋亡,Bct基因为调控凋亡的多基因家族,其Bcl-2、Bcl-x抑制细胞凋亡,而Bax诱导细胞凋亡。研究发现绿茶多酚能够与Bcl-2家族中的Bcl-xl和Bcl-2直接结合，抑制这些蛋白质的活性。由此认为，绿茶多酚是通过与Bcl-2家族结合并抑制其活性，抑制正常凋亡，从而发挥抗肿瘤作用。抑制原癌基因激活和抑癌基因失活癌症的发生是以癌基因的激活与抑癌基因的失活为基础的多步骤多阶段过程,通过其表达产物的作用,改变和扰乱细胞生长、分化及代谢等重要过程,导致细胞癌变。因此,寻找化学物质阻断癌基因激活与抗癌基因失活及表达的途径有可能抑制癌症的发生。目前发现与癌症发生发展密切相关的癌基因有ras、myc、erb、fos、sis等,抑癌基因有p53、nm23、p16和Rb等。最近的研究发现：mRNA末端可能可以阻止肿瘤形成。细胞蛋白模版尾端区域一直以来都被认为是相对无关紧要的，事实上它可能在阻止正常细胞转变成肿瘤过程中起作用。蛋白质是通过细胞中DNA复制的模版合成的。这些模版，称之为信使RNA（mRNA），由三个部分组成。中间部分编码蛋白，而起始部分和末尾部分为非翻译区域（UTRs），因为这两部分不编码蛋白质。相对的，起始部分启动蛋白质的形成过程，而末尾部分，称之为3'UTR，看上去好像只是单纯的出现在序列中。Whitehead生物医学研究所科学家的这一项发现已经发表在2009年8月20日的《Cell》期刊中。抗肿瘤的浸润和转移肿瘤浸润是恶性肿瘤细胞突破基底膜和细胞外基质构成的屏障,而侵犯相邻的正常组织。转移是恶性肿瘤细胞借助血管和淋巴管,在远离肿瘤原发生长的部位形成继发肿瘤。肿瘤细胞可产生蛋白水解酶如胶原酶、尿激酶而降解基底膜,引起癌细胞的扩散,抑制这些酶的活性,即可抑制基底膜降解,预防癌症的浸润,而成为化学预防剂抗癌作用的靶点。EGCG（绿茶多酚）在高浓度时可与尿激酶结合,抑制其活性,从而抑制癌细胞的转移和浸润。血管生成是肿瘤组织迅速增殖和转移扩散的重要条件之一,新生血管为肿瘤组织提供充足的养分,同时发育不完善的微血管也为肿瘤细胞进入微循环转移扩散提供便利条件。血管生成因子是一大类生长因子或细胞因子类的多肽物质,导致新生血管形成,其中,TGF-α因子和血管内皮生长因子(VEGF)在血管形成过程中起重要作用。在肿瘤组织中,这两个因子的表达增高,抑制其表达即可抑制新生血管的生成,从而预防肿瘤恶化和转移,此为预防癌症的重要机制。作用的主要环节作用机制或靶点细胞增殖抑制CDK，cyclin活性细胞凋亡Bcl2,P53,C-myc,P21,TRAIL信号转导通路PKC通路Ras途径EGFR，PDGFR等Raf，kinaesMAPK通路血管生成VEGF,PDGF,FGF,TGF血管生成抑制因子肿瘤转移、侵袭基质金属蛋白酶(MMP)肿瘤耐药P-gpMRP,LRP,GST,PKC,TopoII等致病基因抑制突变基因产物形成修复、去除致病基因其他端粒及端粒酶、DNA拓扑异构酶、泛素化途径调控因子化学预防的前景癌症的化学预防是预防癌症的新途径,是癌症研究的热点。其中,研究和发现新的化学预防剂又是化学预防研究的重点。对预防癌症机制的研究,反过来又为研制和发现新的化学预防剂提供科学依据。目前已很清楚，NF-kB和控制其活性的信号通路的调节异常与癌症的发生发展以及患者对化疗和放疗产生耐受性有关。癌细胞中NF-kB与细胞增殖、血管发生、转移、肿瘤促进、炎症和细胞凋亡有关。有大量的研究报道：通过对NF-kB的某一信号途径的抑制，对于一些癌症有相应的预防作用。•Keap1eyeonthetarget:chemopreventionoflivercancer.MelindaSueYATES,ThomasWellsKENSLER.ActaPharmacolSin2007Sep;28(9):1331–1342•CombinationchemopreventionofHER2/neu-inducedbreastcancerusingaCOX-2inhibitorandanRXR-selectiveretinoidPowelH.Brown,KothaSubbaramaiah.CancerPrevRes(PhilaPa).2008August;1(3):208–214•Targetingtheautophagypathwayforcancerchemoprevention.MeredithASteeves,FrankCDorseyandJohnLCleveland.CurrentOpinioninCellBiology2009,22:1–8•Sulforaphaneprotectsagainstcytokine-andstreptozotocin-inducedβ-celldamagebysuppressingtheNF-κBpathwayMi-YoungSong,Eun-KyungKim,ToxicologyandAppliedPharmacology235(2009)57–67•TargetingNRF2signalingforcancerchemoprevention.Mi-KyoungKwak,ThomasW.Kensler.ToxicologyandAppliedPharmacology244(2010)66–76展望随着分子方法迅速整合到癌症化学预防的研究和临床实践中，癌症化学预防得到不断发展。2009年WilliamN.WilliamJr等人在《Nature》上发表经典的癌症化学预防方面的综述《Moleculartargetforcancerchemoprevention》，表明癌症的化学预防机制研究正深入分子水平。分子靶向治疗正与新理论、新技术的结合：随着后基因时代的到来在人类30000个左右的基因中,有相当数量的基因与肿瘤的发生与防治密切相关，这些基因有可能极大地推动新分子靶标的发现,成为肿瘤分子靶向治疗发展的源泉。肿瘤组织一开始可能源于单一基因突变，但随着肿瘤生长，可能带来新的基因突变。而单一靶向药物仅能阻止一小部分肿瘤细胞增殖，最有效的方法是同时去除多种关键的异常基因。目前，针对多基因突变开发不同的靶向药物是肿瘤治疗所面临的最大挑战，需要完全了解肿瘤靶点的特性、肿瘤相关基因及其蛋白产物的功能，因此分子靶向研究在癌症的化学预防领域任重道远。Thankyou!