时间毒理学在肿瘤治疗中的应用

时间毒理学在肿瘤治疗中的应用时间毒理学(chronotoxicology)[1]是时间生物学的一个主要分支，它是探讨外源性有害因素与内源性生物节律相互作用及其机制的科学。时间毒理学研究内容主要包括两方面：一是阐明生物体的内在生物节律对毒物作用或体内过程的影响；二是探讨毒物对机体生物节律的损害作用，特别是毒物的时间毒性以及毒作用的各种时间-剂量和时间-效应关系。[2]抗肿瘤药作为一类特殊的药物，具有许多不同于其它药物的时间药理学特点。近年来，有关其时间药理学研究的报道较多，本文拟对此相关文献加以简要综述如下。1.节律异常与肿瘤发生倒班作业、时差反应和钟基因突变所引起的昼夜节律异常与癌症的高发生率有明显的相关性[3]。夜间睡眠时相中光暴露导致的去同步化、激素活性的增加和褪黑素分泌的抑制都是可能的影响因素[4]。肿瘤细胞一旦启动，其生长的昼夜节律模式发生改变[5]。实验发现，哺乳动物的SCN受到损坏后，昼夜节律模式出现去同步化，造成骨肉瘤或乳腺癌生长的加速。细胞的分裂增殖和DNA修复需要与细胞周期过程同步化。控制昼夜节律振荡转录反馈环的许多基因，如Per1-3、Cry1,2(酪蛋白激酶维持稳定性)，Rev-erbα、Rev-erbβ、Rorα、Rorβ等蛋白，又如CREB和CLOCK/BMAL1异二聚体等，都参与细胞分裂或DNA损伤的调控，如Wee1、c-Myc基因和细胞周期蛋白可调节细胞周期蛋白B1-Cdc2激酶的表达，并作为有丝分裂的调控因子[6]。除了正常细胞的细胞周期外，钟基因还参与肿瘤细胞的增殖控制。在12/12h光/暗周期条件下，观察环己酮202在不同给药时点(ZT3、ZT11、ZT19)对小鼠骨肉瘤生长的影响。已知环己酮202可下调酪蛋白激酶、ERK2和细胞周期蛋白依赖性激酶的活性。结果表明，在清晨位相(ZT3)时给药，对肿瘤生长的抑制作用最大。该效应与钟基因(Per2、Rev-erbα、BMAL1)和钟控基因(c-Myc、Wee1、CyclinB1和Cdk1)mRNA的变化相一致。关于钟基因和细胞周期基因之间的联系，大多数研究表明，钟基因控制细胞生长的Per1、2蛋白。高水平的Per1、2是有效的肿瘤抑制剂，它调节共济失调性毛细血管扩张症突变(ATM)和Rad3相关(ATR)蛋白激酶对Chk1/Chk2的磷酸化作用，使细胞周期停滞在G1-S/G2-M期以修复DNA损伤。CKI-ε对Per2有磷酸化和稳定作用，Per1、2促进各种肿瘤抑制蛋白，如CyclinD1、CyclinA、Mdm-2和Gadd45α的表达。Per1、2的过度表达可抑制抗凋亡基因c-Myc、Bcl-X和Bcl-2表达和促进凋亡基因p53和Bax的表达，从而导致肿瘤细胞凋亡的易感性[7]。相反，Per1、2的缺乏或抑制会产生肿瘤细胞的增殖、更强的细胞存活反应、对凋亡的抵抗和肿瘤抑制蛋白包括细胞周期蛋白的降低[8]。在非小细胞肺癌、原发性乳腺癌和结直肠肿瘤患者的标本中，均发现了低水平的Per1、2。除Per1外，Cry、Clock和其他一些钟基因也已报道与肿瘤生长的调控相关[9]。Per和Cry的编码基因突变会增加肿瘤发生的危险。编码CKI-ε的CSNK1E基因突变可以反向影响钟基因产物和P53肿瘤抑制蛋白的磷酸化，改变肿瘤生长的昼夜节律模式。作为时间生物学激素，褪黑素通过节律同步化作用，可以抑制肿瘤细胞的增殖和代谢以及组织血管的形成，从而发挥抑癌功能。2.肿瘤药物药效和药物毒性的昼夜节律特点研究发现，抗肿瘤药的药效和毒性的昼夜节律性和血浆的时间药动学、节律基因有关，还与细胞周期调节相关酶有关[10]。如二氢嘧啶脱氢酶是5-Fu的代谢酶，它可分解5-Fu，保护正常细胞免受损伤。根据二氢嘧啶脱氢酶的节律变化，应用5-Fu可极大地提高其耐受剂量并降低其毒副作用。2.1代谢类抗肿瘤药尿嘧啶、甲氨蝶呤、氟尿氧尿苷、阿糖胞苷、6-巯嘌呤对上述药物的耐受性在傍晚或夜间睡眠期最佳。氟尿嘧啶(5-Fu)是第一个广泛用于临床时辰化疗的周期特异性细胞毒药物，5-Fu注射进入体内后半衰期为7-20分钟，因此需要持续静脉滴注才能维持血药浓度。5-Fu在04：00可耐受较高剂量而毒性较低，宜将其持续滴注的流速峰值在04：00。MTX在06：00时给药毒性最大，24：00时给药毒性最小，但在24：00时给药药效也最小。这可能与药物的最大血浆浓度、半衰期和AUC的昼夜节律有关，因此应选择在12：00-20：00时之间给药为宜。5-Fu与MTX联合用药时旧。若同时给药或先用5-Fu均会产生药理拈抗，但在使用MTX4～6小时后，再用5-Fu则可增加疗效。因此在制订联合化疗方案时也将5-Fu的流速峰值定在04：00时较为适宜[11]。阿糖胞苷在睡眠时相给药毒性最小，在活动中期给药毒性最大。2.2烷化剂类抗肿瘤药CTX每天晚上22：00时给药效果最强，抑瘤率可达83.5％，而在早晨06：00时给药抑瘤率66.9％。但在晚上用药毒性大、作用强，在早上用药毒性小，作用弱。但早上的药效足以起到治疗作用，而此时的毒性反应却非常小，很多指标几乎接近正常水平。2.3植物类抗肿瘤药长春瑞滨(NVB)，以小鼠白细胞的降低、骨髓坏死程度以及恢复时间长短为毒性高低的指标出现，以19：00时毒性为最低，07：00时毒性为最高。依托泊苷(VP-16)，对肺癌患者静脉注射的研究发现，用药的血药浓度在09：00时要显著高于21：00时。多西紫杉醇，动物实验表明，在07：00时具有最大疗效和最大耐受剂量，而19：00时毒性最大。三尖杉碱(HaT)，研究发现，在明期(指的是光照期，小鼠休息期)用药，大鼠白细胞下降74.1％，而暗期(指的是黑暗期，小鼠活动期)仅下降23.4％，而小鼠急性死亡率在暗期较高。羟喜树碱[12](拓喜)动物实验发现，从00：00到09：00平均肿瘤重量逐渐减少，09：00给药组肿瘤重量最小，而21：00给药组肿瘤重量最大。说明羟喜树碱冻干粉针时辰用药呈现时辰效力，在日周期不同时间给药有较明显变化的治疗指数。2.4抗生素类抗肿瘤药阿霉素(ADM)，在早晨给药毒性较低而疗效更高，对艾氏腹水瘤小鼠的研究发现19：00时给药小鼠存活时间长，且毒性小。柔红霉素(DNM)，对小鼠的毒性具有显著的昼夜节律性，且药物剂量不同会引起毒性的昼夜节律位相改变。博莱霉素(BLM)，06：00时给药组AUC最高，是12：00、24：00给药组的2倍以上，AUC是18：00给药组的1.5倍以上。对卵巢癌患者以不同给药方案给予ADbl和顺二亚铂得到的治疗结果，发现合理选择用药时间，无论以患者生存时间、症状，还是以60个月生存率为指标均可观察到药物疗效的提高，以及毒副作用的减轻。2.5其他抗肿瘤药顺铂、卡铂、草酸铂经研究发现上述三种铂类化合物在下午及傍晚给药最为安全有效。顺铂的毒性在下午及傍晚时最少，给药最为安全。顺铂18：00时给药发生恶心、呕吐的不良反应几率更小而肾毒性与患者尿钾的昼夜排泄节律有关，在尿钾排泄峰值时肾毒性最小。顺铂与紫杉醇合用时应先用紫杉醇再用顺铂，否则紫杉醇的毒性会增加。卡铂于02：00时(动物活动期)给药动物死亡率最低，y用药小鼠平均存活时间最长，且外周血白细胞下降率最低。卡铂的流速峰值定在16：00时有较好疗效和较低毒性。3.生物节律与肿瘤的预防现代医学的发展目标,已不仅是治好更多的病人，而是着眼于积极地预防疾病的发生。应用遗传学和生物工程技术，现已能够对几种少见疾病，如新生儿苯丙酸酮尿症等进行危险性预测。但是对于一些常见的主要疾病如高血压、冠心病、中风、肝脏病等的旱期预报,还存在许多困难运用生物节律有助于解决这些问题,提前发现处于亚临床或潜伏状态的病人。患过纤维细胞瘤的妇女容易发生乳腺癌。对催乳素水乎季节性波动的测定，能够筛选出这类患者。从节律参数的余弦曲线图上可清楚地看出，正常妇女昼夜和季节性的节律振荡很明显，而有病变的妇女则振幅低平。这时，可以采用主动的干预措施，中止病程的进展。例如，可以植人一种特殊的微型药泵，按照节律的参数特点定时定量地将药物释放到体内，刺激机体增加催乳素分泌，通过预防性用药，可使催乳素的节律振幅和波型恢复正常。并且，减少了乳腺癌的发生。说明这种干预性措施是行之有效的。4.结语时间毒理学研究的意义主要有三个方面。第一，规范毒物毒性的测定和评价。如前所述，一种毒物的LD50值在一天中的不同时间可相差数倍之多，而机体对各种毒物又没有共同的高敏或低敏时间。因此，在毒性实验中，应当规定染毒的时间标准，在一个实验周期里，每天应在同一时间染毒，并注意处理的时间顺序对结果的影响。第二，通过时间毒理学的研究，进一步阐明毒作用机制，为毒物的安全评价提供可靠依据。药物或毒物的毒性效应高度依赖于暴露的时间和体内动力学过程，这些过程影响化学物的组织分布和吸收、代谢解毒和受体的敏感性。可将人类对某些毒物的时间敏感性差异，以及中毒发生时间和季节性倾向的资料，应用于中毒或危害的诊断、调查和防治。例如，对于一种毒物慢性中毒的调查，就可根据其毒性节律，决定一天或一年中最适采样分析的时间，从而获得较为真实的反映指标。第三，根据人体生理节律和毒物的时间毒性，合理安排作息制度和暴露毒物的时间间隔，在预防医学上具有重大意义。此外，时间毒理学对于研究生命的时间过程和时空控制模式也有积极的促进作用。目前肿瘤时间毒理学越来越受到人们的重视，很多相关的研究已进入临床实验，并取得了满意效果。择时治疗正是针对人体自然生物节律性变化规律，合理选择最佳时间，获得最大的治疗效果和最低毒副作用，提高患者的生活质量，前景广阔。6.参考文献[1]SolimanKF,AazzioE.Chronotoxicology[M]//BallantyneB,MarrsTC,SyversenT,eds.GeneralandAppliedtoxicology.Barcelona(Spain):JohnWileyandSonsLtd,2009:599-620[2]秦粉菊,陈丽莉,童建.时间毒理学研究进展[J].生命科学,2015,27(11):1427-1432.[3]Hwang-VersluesWW,ChangPH,JengYM,etal.LossofcorepressorPER2underhypoxiaup-regulatesOCT1-mediatedEMTgeneexpressionandenhancestumormalignancy.ProcNatlAcadSciUSA,2013,110(30):12331-6[4]MonseesGM,KraftP,HankinsonSE,etal.Circadiangenesandbreastcancersusceptibilityinrotatingshiftworkers.IntJCancer,2012,131(11):2547-52[5]AlexanderM,BurchJB,SteckSE,etal.Case-controlstudyofthePERIOD3clockgenelengthpolymorphismandcolorectaladenomaformation.OncolRep,2015,33(2):935-41[6]MatsuoT,YamaguchiS,MitsuiS,etal.Controlmechanismofthecircadianclockfortimingofcelldivisioninvivo.Science,2003,302(5643):255-9[7]ChengAY,ZhangY,MeiHJ,etal.Constructionofaplasmidforoverexpressionofhumancircadiangeneperiod2anditsbiologicalactivityinosteosarcomacells.TumourBiol,2015,36(5):3735-43[8]陈昕，梁超，雷开键，等．时辰化疗作用机制的生物学研究进展[J]．现代预防医学，2008，