综述：细胞抑制剂在氧化应激反应中的作用

《Frontiers in Oncology》：The role of cytostatic in oxidative stress reactions

本综述系统阐述了细胞抑制剂（如铂类化合物和蒽环类药物）通过扰动活性氧（ROS）与抗氧化酶系统（SOD、CAT、GPx、GST）的平衡，在肿瘤治疗中诱导氧化应激的双重角色。文章深入探讨了其在癌细胞（如耐药表型）与正常细胞中的差异效应，并指出了靶向抗氧化通路（如GST抑制）以增强化疗敏感性的治疗潜力及挑战（如治疗窗口和补偿性重连）。

　　

引言

在健康细胞中，氧化应激通过区室化的抗氧化系统——包括谷胱甘肽、硫氧还蛋白/过氧氧还蛋白循环、过氧化物酶体中的过氧化氢酶（CAT），以及存在于胞质、线粒体和细胞外空间的超氧化物歧化酶（SOD）同工酶——被严格调控，从而将活性氧（ROS）维持在较低且具有信号传导能力的水平。而在癌细胞中，致癌信号（如MYC、RAS）、线粒体功能障碍、快速增殖和缺氧/复氧事件共同作用，累积性地升高了ROS水平。这种持续的氧化还原转变不仅加剧了基因组不稳定性并推动恶性进展，同时也通过降低ROS介导的细胞死亡阈值而创造了治疗上的脆弱性。

关键差异包括：（a）升高的基础线粒体ROS和NADPH氧化酶活性；（b）改变的氧化还原缓冲能力（如高谷胱甘肽周转率、对磷酸戊糖途径产生NADPH的依赖）；（c）在耐药表型中抗氧化酶（如MnSOD、GPx）的适应性上调；（d）微环境因素（如缺氧、炎性细胞因子、金属离子）对氧化通量的调节作用。这些区别对于解读进一步扰动氧化还原稳态的细胞抑制剂的效果至关重要。

抗氧化酶

细胞内的关键抗氧化酶包括超氧化物歧化酶（SOD）[EC 1.15.1.1]；锌铜超氧化物歧化酶同工酶SOD1（Cu/ZnSOD），主要存在于肝脏、睾丸、肾脏、神经系统和红细胞的细胞质中；以及锰依赖性超氧化物歧化酶SOD2（MnSOD），定位于线粒体基质、过氧化物酶体，并在较小程度上存在于细胞外。第三种SOD同工酶是细胞外超氧化物歧化酶SOD3（EC-SOD），主要存在于细胞外空间，在血液、淋巴、组织间液和脑脊液中均有活性。这些酶都是金属酶，其活性中心含有一个金属离子，通过交替的还原和氧化，催化高活性自由基超氧化物阴离子经过两步歧化反应生成氧气和过氧化氢。

为了阐明锰依赖性超氧化物歧化酶的关键作用，可以参考Zhang等人的研究，他们检测了SOD2-/-小鼠成纤维细胞（缺乏该酶的细胞）中的生化转变。在体内，这种表型是致死的，研究人员发现线粒体SOD活性的缺失会破坏细胞信号通路，减缓生长和增殖。

另一种抗氧化酶是过氧化氢酶（CAT）[EC 1.11.1.6]，它催化过氧化氢歧化为水和氧气。在高过氧化氢浓度下，过氧化氢酶主要表现出催化活性；在低浓度H₂O₂下，则表现出过氧化物酶活性。

可以将超氧化物歧化酶或过氧化氢酶分子包裹在大小约为110 nm的大型单层脂质体中。由此产生的酶体被用于将抗氧化酶直接递送至靶细胞，增加其生物分布。在大鼠中的研究表明，酶体可以减轻放疗诱导的氧化应激，并对新生大鼠的视网膜细胞产生积极影响。

第三类重要的抗氧化酶是含硒过氧化物酶，它们在防御自由基的机制中扮演重要角色，并在酶的活性中心含有硒代半胱氨酸。该组的主要代表是谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）[EC 1.11.1.9]，它能还原过氧化氢和有机过氧化物。它存在多种同工型：胞质型（cGPx）、胃肠道型（giGPx）、血浆型（pGPx）、核型（spGPx）以及磷脂氢过氧化物过氧化物酶（phGPx）。最近描述的一种谷胱甘肽过氧化物酶（snGPx）能保护精子DNA免受氧化损伤，并参与染色质凝聚。谷胱甘肽过氧化物酶的活性依赖于细胞谷胱甘肽，其在反应中被消耗，并可通过谷胱甘肽还原酶（GR）[EC 1.6.4.2]利用NADPH+H⁺进行再生。

该组中的另一种酶，谷胱甘肽S-转移酶（GST）[EC 2.5.1.18]，催化亲电化合物与谷胱甘肽的结合反应，这些化合物包括有害代谢物（如胆红素、脂肪酸过氧化物）和外源物（如细胞抑制剂）。结合作用使这些化合物变为水溶性，从而能够通过尿液安全排出。GST具有多种同工型，其中GSTP1因其在多种癌细胞类型中的过表达而受到文献广泛关注。研究表明，在人HCT 116结肠癌细胞中，GSTP1活性的升高有助于其不受控制的增殖。

治疗应用与挑战

靶向抗氧化酶（例如SOD2、GPx、GST）可以通过将ROS推至细胞毒性阈值以上，从而使肿瘤对细胞抑制剂敏感。实例包括抑制GST以防止药物结合和外排，或调节GSH合成以短暂降低细胞的缓冲能力。

与此相关的一些挑战也已确定：（a）治疗窗口——全身性抑制抗氧化剂有损害正常组织（心脏毒性、神经毒性）的风险；（b）补偿性重连——癌细胞会上调平行的氧化还原通路；（c）药代动力学——实现肿瘤选择性递送；（d）生物标志物选择——缺乏标准化的、临床可操作的ROS/氧化还原生物标志物来指导患者选择。

尽管存在这些局限性，但也值得指出显著的机会：（a）脂质体和聚乙二醇化制剂（例如PLD）以及酶体载体可以共同递送细胞抑制剂和氧化还原调节剂；（b）放化疗方案可以利用ROS爆发；（c）基于早期氧化还原读数（例如MDA、4-HNE加合物）的适应性给药可能优化疗效同时限制伤害。

细胞抑制剂

细胞抑制剂是一组具有抗癌活性的化学多样性药物。化疗方案基于多中心临床试验。化疗类型包括计划手术前减少肿瘤质量的诱导化疗、术后辅助化疗以及针对无法手术癌症的姑息化疗。大量研究调查了细胞抑制剂对细胞机制的影响及其诱导细胞死亡的作用。

在具有临床意义的细胞抑制剂组中，本研究聚焦于顺铂及其衍生物卡铂和奥沙利铂。

顺铂（CIS）是一种基础化疗药物，用于治疗睾丸癌和卵巢癌的各个阶段，以及膀胱癌、食管癌、晚期头颈癌、小细胞和非小细胞肺癌。它是一种铂（II）化合物，具有两个氯配体和两个呈顺式构型的NH₃残基，通过烷基化DNA并形成链内和链间交联来发挥作用，从而抑制DNA复制和转录成RNA。值得注意的是，该化合物的反式异构体缺乏抗癌活性，尽管某些反式铂衍生物表现出抗癌特性。

随着癌细胞对顺铂的耐药性日益增强，寻找其新衍生物成为必要。在各种铂类化合物中，卡铂和奥沙利铂主要用于治疗。与顺铂一样，这些都是烷基化化合物，但表现出不同的药代动力学特性，并且往往引起更少的副作用。两者在其结构中均保持顺式构型，区别在于取代基。

卡铂含有两个呈顺式构型的NH₃配体和一个环丁烷-1,1-二羧酸残基。该药物用于治疗卵巢癌、宫颈癌、睾丸癌、小细胞和非小细胞肺癌，以及头颈部鳞状细胞癌。有许多关于癌细胞对顺铂和卡铂交叉耐药的报道。

奥沙利铂在其结构上以1,2-二氨基环己烷和草酸基团为特征。它是一种顺铂衍生物，用于治疗各个阶段的直肠癌和结肠癌，通常在治疗方案中与5-氟尿嘧啶和叶酸联合使用。它也存在于直肠癌的放化疗方案中。奥沙利铂对各种癌症（包括对顺铂耐药的癌症）的细胞毒性特性在科学文献中常有描述。

另一组细胞毒性药物是蒽环类抗生素。它们因其细胞毒性特性而被用于癌症治疗。其机制涉及通过嵌入DNA螺旋来阻止DNA转录，并抑制拓扑异构酶II的作用。

蒽环类抗生素的主要代表是多柔比星（DOX），也称为阿霉素。其分子由一个四环苷元结构和一个糖部分组成。取代基包括羟基、羰基和氨基基团。这种抗生素广泛用于乳腺癌、卵巢癌、子宫内膜癌、甲状腺癌、膀胱癌、胃癌、前列腺癌、肝癌的化疗，以及白血病、免疫性恶性肿瘤、儿童癌症如肾母细胞瘤和神经母细胞瘤，和艾滋病相关癌症包括卡波西肉瘤的化疗。该药物通常作为所谓“红色化疗”的一部分静脉注射。多柔比星也可膀胱内给药用于治疗膀胱癌。

大量研究强调了多柔比星显著的心脏毒性以及细胞耐药性的频繁发生。因此，其脂质体制剂——脂质体多柔比星——越来越多地用于治疗，证明对治疗癌症复发的患者更有利。此外，聚乙二醇化脂质体多柔比星（PLD）也已上市，用于治疗转移性乳腺癌、卵巢癌和高度血管化的肿瘤如卡波西肉瘤。这种修饰延长了药物的循环时间并增强了其生物利用度。多柔比星既用于单一疗法，也与其他细胞抑制剂（如环磷酰胺）联合使用。目前，治疗中使用了众多具有不同毒性特征和药代动力学的多柔比星类似物。

文献中包含大量关于细胞抑制剂对体外培养癌细胞影响的研究。关于多柔比星对癌细胞作用机制的研究已使用人肺腺癌细胞系A549、人卵巢畸胎瘤细胞系PA-1和卵巢癌细胞系CA5171，以及人乳腺腺癌细胞系MCF-7进行。体外研究还探讨了人多结直肠癌细胞系HCT-116、T细胞急性淋巴细胞白血病细胞系Jurkat和人早幼粒白血病细胞系HL-60在多柔比星和顺铂影响下的代谢。Georgakis等人检查了霍奇金淋巴瘤细胞系HD-MyZ、HD-LM-2、L-428和KM-H2响应多柔比星的凋亡机制。Kachadourian等人研究了顺铂对体外培养的人肺腺癌细胞系A549的影响。同样，关于卡铂对癌细胞影响的研究也在人黑色素瘤细胞系Me45和人胶质母细胞瘤细胞系SNB19上进行。

在细胞抑制剂（包括铂类衍生物和多柔比星）存在的情况下，细胞内的活性氧（ROS）水平会增加。根据细胞类型、药物浓度或实验条件的不同，细胞对氧化应激的反应也不同。

癌细胞的特点是其固有的较高基础活性氧水平，这使得它们对氧化应激更敏感。通过研究在细胞抑制剂影响下体外培养的细胞中超氧化物歧化酶同工酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性的变化，可以测量药物诱导的氧化应激程度。文献中大量报告表明，抗氧化酶活性的增加有助于细胞对细胞抑制剂产生更强的抵抗力。L’Ecuyer等人研究了蒽环类抗生素对大鼠心肌细胞H9C2细胞系的影响，表明心肌细胞中抗氧化酶的选择性过表达可以降低化疗的心脏毒性。

Zhong等人研究了抗氧化剂在体外对人前列腺腺癌RWPE-2细胞的影响，该影响取决于锰超氧化物歧化酶（MnSOD）的表达。他们的研究表明，过表达MnSOD的细胞对丁硫氨酸亚砜亚胺（一种降低细胞内谷胱甘肽水平的化合物）和维生素C的细胞毒性作用更敏感。相反，这些细胞对硒化合物的敏感性降低。当用外源性MnSOD类似物处理细胞时，也观察到相同的效果。考虑到谷胱甘肽过氧化物酶是一种硒依赖性酶，作者得出结论，MnSOD过表达既发挥促氧化作用，也发挥抗氧化作用，这取决于其他抗氧化酶的活性。这一发现强调需要进一步研究癌细胞中抗氧化酶的活性及其相互关系，因为这可能对抗癌治疗的结果产生影响。

文献中有大量报道称，在对细胞抑制剂耐药的癌细胞中，抗氧化酶（如GPx和MnSOD）的活性更高。早在20世纪90年代，Dusre等人就证明，体外对多柔比星耐药的MCF-7乳腺癌细胞与不对该细胞抑制剂耐药的细胞相比，表现出更高的谷胱甘肽过氧化物酶活性。同样，Samuels等人研究了两株对多柔比星具有不同耐药性的人肉瘤细胞系中的GPx活性，发现对多柔比星处理诱导的凋亡敏感性较低的细胞系中GPx活性高出六倍。这凸显了抗氧化酶在癌细胞耐药性发展中的作用。

Bu?dak等人研究了卡铂对恶性黑色素瘤Me45细胞抗氧化活性的影响，证明卡铂处理后谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性增加。具体来说，在用浓度为10 μg/mL和100 μg/mL的卡铂处理24小时后，GSH-Px活性分别增加到125.2 ± 12.1 IU/L和99.1 ± 13.3 IU/L，而对照组为91.6 ± 12.1 IU/L。此外，观察到谷胱甘肽还原酶（GR）活性降低，在用浓度为10 μg/mL的卡铂处理24小时后，GR活性降至8.49 ± 0.31 IU/L，而对照组为9.49 ± 0.49 IU/L。

在Bu?dak等人的另一项相关研究中，检查了体外培养的恶性黑色素瘤Me45细胞在依托泊苷（一种来自鬼臼毒素衍生物组的细胞毒性药物）处理后抗氧化酶活性的增加，发现在用浓度为20 μg/mL和200 μg/mL的依托泊苷处理24小时后，与对照组相比，MnSOD、CuZnSOD、CAT和GSH-Px的活性显著增加。同时，两个实验组的GR活性均下降。这些结果表明细胞对细胞抑制剂诱导的氧化应激产生了适应性反应。

关于其他细胞抑制剂对细胞抗氧化酶活性影响的科学报告也有存在。在Polaniak等人的研究中，观察到用浓度为10 μg/mL和40 μg/mL的holoxan处理24小时的AT478鳞状细胞癌细胞中，MnSOD同工酶活性增加，与对照组相比，分别增加了9.2 NU/mL和14.69 NU/mL，而对照组为1.2 NU/mL。此外，还注意到这些细胞中Cu/ZnSOD同工酶活性增加，分别为3.7 NU/mL和4.1 NU/mL，而对照组为1.4 NU/mL。

在另一项关于卡铂影响下人胶质母细胞瘤SNB19细胞中促氧化剂/抗氧化剂酶系统活性变化的研究中，Polaniak等人发现，用两种不同浓度的卡铂处理的细胞的总SOD活性在24小时和72小时均高于对照组。在用较高浓度卡铂处理72小时的样品中观察到SOD、MnSOD和GSH-Px的最高活性。在所有实验组中，SOD2同工酶和GSH-Px的活性在72小时均高于24小时。相比之下，在两个浓度下暴露于卡铂的样品中，铜锌超氧化物歧化酶同工酶（Cu/ZnSOD）的活性在24小时和72小时均高于对照组。然而，在较低浓度组中，SOD1活性在72小时最低。

Alexandre等人研究了马根维显（mangafodipir）的作用，这是一种用作磁共振成像造影剂的物质，它具有超氧化物歧化酶（SOD）模拟活性，并表现出过氧化氢酶和谷胱甘肽还原酶活性，研究其对抗癌药物细胞毒性的影响。他们证明，使用这种氧化应激调节剂可增加奥沙利铂和紫杉醇对CT26结直肠癌细胞体外培养的细胞毒性，同时降低血液毒性。他们假设这种效应是由于马根维显的抗氧化活性。

当前研究挑战

主要困难之一在于ROS的双重性，它们既能诱导癌变，也能促进凋亡，这取决于具体情境。另一个挑战是肿瘤异质性：ROS水平和酶活性在不同癌症类型间差异显著，这使得制定通用策略变得复杂。此外，将体外有希望的发现转化到体内和临床环境仍然存在问题。

方法学上的注意事项包括检测方法的选择（例如DCF-DA与线粒体特异性探针）、容易产生人工误差的测量，以及可能颠覆结论的终点时间选择（24小时与72小时）。需要标准化方案和参考对照来提高不同实验室之间的可重复性。

临床转化障碍包括患者异质性、先前治疗暴露重塑肿瘤氧化还原景观，以及连续采样肿瘤的困难。液体生物标志物（脂质过氧化产物、氧化核苷酸）和成像替代指标可能部分弥补这一差距。

未来展望

未来的工作应将纳米技术、基因治疗和ROS调节策略与常规细胞抑制剂相结合。基于肿瘤特异性ROS谱的个性化医疗方法可以提高治疗选择性。联合疗法，将细胞抑制剂与抗氧化剂或促氧化剂整合，可能提供协同益处并减少副作用。

精准氧化还原肿瘤学很可能依赖于复合生物标志物（酶活性、GSH/GSSG比率、氧化还原敏感转录特征）来对患者进行分层。适应性试验可以测试细胞抑制剂±氧化还原调节剂，并基于毒性/疗效的早期读数进行提前终止。

工程学进展（在高ROS微环境中释放有效载荷的刺激响应型纳米颗粒、肿瘤穿透肽和线粒体靶向载体）可以扩大治疗窗口，增强肿瘤选择性同时保护正常组织。

与免疫疗法的整合也充满希望。ROS可以重塑抗原呈递和肿瘤微环境。合理的时序安排可能使氧化还原调节与检查点阻断或过继性细胞疗法产生协同作用。

结论

对氧化应激酶活性变化的研究为了解细胞抑制剂在癌细胞中的作用机制提供了重要见解。更深入地理解ROS-抗氧化剂相互作用可能有助于设计毒性降低的选择性疗法。随着基因治疗、靶向药物递送和纳米医学的进步，化疗的有效性可以得到显著提高。将这些发现转化为临床应用将是克服耐药性和提高患者生存率的关键。