2. 哈尔滨商业大学药物研究所博士后科研工作站, 黑龙江 哈尔滨 150076;
3. 哈尔滨商业大学药学院, 黑龙江 哈尔滨 150076
2. Post Doctoral Research Center of Material Medica, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China;
3. College of Pharmacy, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China
阻断恶性肿瘤细胞有丝分裂进程是癌症治疗的一个重要途径。传统的抗有丝分裂药物用于癌症化疗往往存在毒性大的问题，杀死肿瘤细胞的同时损害正常细胞组织[1]。因此，以肿瘤细胞有丝分裂进程为靶点，研制靶向制剂，减少药物毒性和提高药物疗效是近年研究的热点。靶向微管蛋白抑制剂的抗肿瘤功效已被临床证实。目前已上市或进入临床试验的微管抑制剂类药物有数十种之多。微管是细胞骨架蛋白，在有丝分裂过程中发挥重要作用。微管抑制剂能够与肿瘤细胞的微管蛋白结合，促进或抑制微管装配，干扰纺锤丝正常结构与功能。随着药理机制的深入研究发现许多微管抑制剂在干扰有丝分裂进程中往往都能够诱导肿瘤细胞发生有丝分裂灾难[2]。为此，本文对微管抑制剂诱导肿瘤细胞有丝分裂灾难研究进展情况进行综述。
1 微管蛋白抑制剂微管是一种具有极性的细胞骨架，广泛存在于真核细胞中。微管是由两种不同类型的微管蛋白亚基形成的二聚体，进而形成的长管状单元结构。微管具有聚合和解聚的动力学行为。微管的动力学特性主要维持微管的生物学功能。以干扰微管动力学为靶点研制抗肿瘤药物为目前研究主要方向之一。根据作用机制的不同，微管蛋白抑制剂可分为两类：一类是促进微管蛋白聚合的微管蛋白聚合剂，代表药物为紫杉醇类化合物；另一类是抑制微管蛋白聚合的微管蛋白解聚剂，代表药物有长春碱类化合物和秋水仙碱类化合物[3]。
1.1 促进微管蛋白聚合的微管蛋白聚合剂 1.1.1 紫杉醇类化合物紫杉醇(taxol)是目前已知的最有效的天然来源抗肿瘤化疗药物之一，是东北红豆杉(Taxus cuspidata)或红豆杉(Taxus chinensis)树皮中含有的二萜类化合物。紫杉醇与β微管蛋白结合，低浓度降低微管动力，稳定微管；高浓度促进微管聚合[4, 5]。多西他赛 (docetaxel)是紫杉烷(Taxanes)家族的一员，抗肿瘤作用更为广泛，主要用于乳腺癌和前列腺癌的治疗，其作用机制是通过干扰细胞分裂间期的微管网络，抑制微管动力学，触发肿瘤细胞G2/M期的细胞周期停滞，并促使其发生有丝分裂灾难死亡而起到抗肿瘤作用[2 ,6]。
1.1.2 埃坡霉素类埃坡霉素(epothilone，Epo)是粘细菌纤维堆囊菌(Sorangium cellulosum)产生的16元大环内酯类化合物，对于多种耐紫杉醇类药物治疗的肿瘤细胞有效[7]。Epo的水溶性好且易于合成，是近年来国内外研究的重要对象。目前，对Epo A、Epo B和Epo D关注较多，其中Epo B活性最高。在诱导肿瘤细胞死亡的研究中发现，Epo B能通过有丝分裂灾难和凋亡途径诱导细胞死亡，但诱导细胞死亡的细胞类型具有特异性[8]。
1.1.3 海绵内酯类海绵内酯(discodermolide)是从加勒比深海的海绵Discodermia dissoluta中分离得到的一类多羟基-δ-内酯类化合物，它是一类新型的微管稳定因子，能够促进微管蛋白聚合。与紫杉醇位点的竞争性结合实验中发现，海绵内酯可以代替紫杉醇。研究结果表明，海绵内酯活性比紫杉醇更高，与微管蛋白的结合能力比紫杉醇更强[9]。
1.1.4 LaulimalideLaulimalide是Mooberry等从海绵Cacospongia mycofijiensis，Fasciospongia rimosa和Hyattella sp中分离提取出的20元环的内酯化合物[10]。它是一种有效的微管稳定剂，能有效的促进微管聚合，其结合微管蛋白与紫衫烷结合位点不同，可作用于抗紫杉醇的耐药细胞。Laulimalide处理的A-10细胞导致细胞微管依赖药物剂量重新组合并产生异常的纺锤体。
1.2 抑制微管蛋白聚合的微管蛋白解聚剂 1.2.1 秋水仙碱秋水仙碱(colchicine)最初是从百合科植物秋水仙(Colchicum autumnale)中分离出的具有抗炎作用的天然生物碱，是最早的微管聚合抑制剂。其抗肿瘤机制是与肿瘤细胞的微管蛋白结合，抑制微管聚合，干扰纺锤体形成，使细胞有丝分裂发生G2/M期阻滞[4]。
1.2.2 Combretastatin A-4Combretastatin A-4 (CA4)是从使君子科植物南非柳树(Combretum caffrum)树皮中提取的二苯乙烯苷类化合物，与秋水仙碱具有相同的作用位点，通过抑制微管蛋白聚合起到抗肿瘤作用[11]。Demchuk等[12]设计合成了一系列的CA4的1,5-二芳基和4,5-二芳基1,2,3-三唑衍生物。其中发现4,5-二芳基1,2,3-三唑比相应的1,5-二芳基1,2,3-三唑活性更强。在人白血病Jurkat细胞中，CA4衍生物10ad’构型是通过激活凋亡蛋白caspase-2、caspase-3、caspase-9和下调抗凋亡蛋白XIAP，引起细胞在G2/M期阻滞随后发生有丝分裂灾难死亡。CA4的类似物2-氨基-4-(3′,4′,5′-三甲氧基苯基)-5-芳基噻唑，也是新合成的有效的微管蛋白抑制剂。结合于微管蛋白的秋水仙碱位点。2-氨基-4-(3′,4′,5′-三甲氧基苯基)-5-芳基噻唑对Hela、MCF-7、HT-29细胞均有作用，使细胞在G2/M期阻滞，一部分的通过caspase依赖途径凋亡，另一部分通过有丝分裂灾难机制死亡[13]。
1.2.3 BPR0L075BPR0L075是CA4的类似物，与微管蛋白的秋水仙碱位点结合，抑制微管聚合[14]。研究发现，BPR0L075对耐紫杉醇的卵巢癌细胞有明显效果。其作用机制是使细胞发生G2/M期阻滞，形成多核巨细胞，发生有丝分裂灾难[2]。
1.2.4 Plinabulin(NPI-2358)Plinabulin(NPI-2358)是从海洋真菌(Aspergillus sp. CNC-139)中分离出的二酮哌嗪类化合物，是一种新型微管解聚剂。NPI-2358结合到微管的秋水仙素结合位点，在人类肿瘤细胞系中能有效抑制过量表达的P-gp。NPI-2358也抑制微管形成及内皮细胞的迁移，使肿瘤脉管系统功能失常。NPI-2358可诱导肿瘤细胞死亡，但不影响其他正常单核细胞的活力[15]。以皮下移植人MV522非小细胞肺癌(NSCLC)的小鼠模型进行的实验显示，Plinabulin与多西紫杉醇联合用药可明显减小肿瘤体积，并且可预防单用多西紫杉醇所致模型小鼠体重的下降。
1.2.5 NakiterpiosinNakiterpiosin是从海绵Terpios hoshinota中分离得到，是一种新型的微管蛋白抑制剂。对抗紫杉醇的NSCLC细胞显示出强烈的细胞毒性，通过抑制微管动力学，阻止纺锤体形成和诱导细胞有丝分裂灾难。采用CellTiter-Glo发光法实验显示，Nakiterpiosin对紫杉醇抗性的非小细胞肺癌NCI-H1155和HCC366细胞具有明显的增殖抑制作用，5 μmol·L-1时，两种细胞的存活率分别为30%和60%。此外，Nakiterpiosin可以与其它微管靶向药物联合使用，减毒增效[16]。
1.2.6 长春新碱类长春新碱(vincristine)是从夹竹桃科植物长春花(Catharanthus roseus)中提取出的双吲哚型生物碱，是抗有丝分裂的微管抑制剂[1]。研究表明，长春新碱作用于细胞的有丝分裂期，通过抑制微管聚合，阻碍纺锤体微管形成，从而使肿瘤细胞在G2/M期发生阻滞[17]。
1.2.7 NocodazoleNocodazole是一种合成的微管抑制剂，可以和微管中的β微管蛋白结合，干扰微管动力学，抑制纺锤体形成。Nocodazole可以诱导肿瘤细胞阻滞在G2/M期，浓度较高时可以诱导肿瘤细胞凋亡。
1.2.8 鬼臼毒素鬼臼毒素(podophyllotoxin)属于2,3-丁内酯-4-芳基四氢萘类木脂体，主要存在于草本类群鬼臼亚科八角莲属、桃儿七属、山荷叶属及足叶草属植物中。它结合于微管蛋白的秋水仙碱位点，阻碍细胞有丝分裂进程[11]。有研究表明，鬼臼毒素与微管蛋白的结合能力强于秋水仙碱[18]。
1.2.9 Dolastatins10Dolastatins10是由Pettitd等从印度洋无壳软体动物截尾海兔(Dolabella auricularia)中分离获得的小分子多肽，是新型的微管抑制剂，能抑制微管聚合，干扰肿瘤细胞有丝分裂进程，且能诱导多种肿瘤细胞凋亡。Dolastatins10是长春碱的非竞争性抑制剂，与长春碱合用时显示出协同作用[9]。
1.2.10 Indibulin(D-24851)Indibulin(D-24851)是由德国的ASTA制药有限公司新合成的一种新的微管聚合抑制剂，能抑制多药耐药的细胞株[19]。与紫杉烷类和长春新碱相比，紫杉烷类和长春新碱有明显的神经毒性副作用，而Indibulin在临床前动物中枢和外周神经毒性研究中没有表现出毒性。Indibulin目前在I期临床试验[20]。
1.2.11 EribulinEribulin是海洋天然产物Halichondrin B的类似物。Halichondrin B是1986年从冈田软海绵(Halichondria okadai)中分离出来的具有抗肿瘤活性的天然产物。在哈佛大学的Y Kishi研究小组对Halichondrin B的全合成研究中，发现了比Halichondrin B结构简单，药效更好的Eribulin，目前临床用于治疗乳腺癌。机制研究表明，Eribulin可通过抑制微管的运动，改变微管的动力学，破坏微管的动态不稳定性，从而表现出抗有丝分裂作用，引起肿瘤细胞发生有丝分裂灾难。
2 微管蛋白抑制剂诱导细胞发生有丝分裂灾难机制有丝分裂灾难是一种发生在细胞有丝分裂期，由于细胞有丝分裂出现异常和细胞有丝分裂滑脱到多倍体状态后的细胞死亡现象[21]，是近年研究证实的一种以非凋亡的细胞程序性死亡途径，逐渐得到重视。在应对DNA损害时，野生型p53稳定地促进细胞周期阻滞或细胞凋亡。细胞周期阻滞后可修复损伤，而凋亡反应是细胞基因控制的，当修复不能完成时细胞将程序性死亡。野生型p53功能的缺失是肿瘤特别是实体瘤中最常见的分子异常，被认为在肿瘤发生发展中发挥了关键作用。有丝分裂灾难具有p53依赖性或独立性，药物治疗所诱导的有丝分裂灾难应有助于改善药物的疗效[22]。
目前，在对微管抑制剂的机制研究中发现，许多微管抑制剂已被证实通过抑制或促进肿瘤细胞微管蛋白的聚合而干扰细胞的有丝分裂进程，使细胞分裂阻滞于M期，导致有丝分裂异常，发生有丝分裂灾难，但具体的机制仍在探索中。
2.1 干扰微管动力学微管抑制剂调控微管动力学和以最低的抗增殖浓度破坏有丝分裂纺锤体的功能，导致有丝分裂停滞和发生有丝分裂灾难。
Nakiterpiosin为一种新型的抗有丝分裂微管靶向药物。在Hela细胞中，Nakiterpiosin通过削弱双极纺锤体触发有丝分裂灾难。在给药剂量等于或低于1 μmol·L-1时，Nakiterpiosin对细胞分裂几乎没有影响。在稍高的给药浓度时，Nakiterpiosin不影响微管蛋白的表达，而是直接作用微管蛋白，改变微管间的网络，使中心体解体，抑制微管聚合。研究表明Nakiterpiosin通过增强微管蛋白的乙酰化，使其稳定性提高，从而抑制微管聚合[16]。
2.2 干扰纺锤体组装检查点细胞周期过程会受到纺锤体组装检查点(spindle assembly checkpoint，SAC)反馈机制的调控。SAC的主要功能是在染色体正确黏附到纺锤体之前阻止细胞进入有丝分裂后期。正常情况下，任何干扰姐妹染色体与纺锤体正确结合的因素都直接或间接的激发SAC信号，后期促进因子(anaphaspromoting complex，APC)活性受到抑制，导致细胞阻滞于M期的中后期交界处。目前研究表明Mad2、BubR1、Bub1和Bub3为SAC的相关蛋白，这些蛋白在纺锤体功能失调时阻止有丝分裂进入后期[2]。
在采用生理热疗法以促进紫杉醇功效的实验中发现，紫杉醇诱导肿瘤细胞死亡主要是通过急速下调cyclinB1水平，激活SAC，干扰微管动力学，进而发生有丝分裂滑脱和有丝分裂灾难死亡[23] 。
抗有丝分裂和抗血管生成剂BPR0L075对紫杉醇耐药的卵巢癌细胞具有抗增殖作用，主要是通过诱导细胞发生有丝分裂灾难，形成巨型多核细胞而死亡。免疫印迹分析表明，BPR0L075是通过上调cyclinB1、BUBR1、MPM-2、survivin蛋白水平，并使Bcl-XL磷酸化，干扰纺锤体检查点而起到抗肿瘤作用[24]。
在紫杉醇与212Pb联合治疗弥散性腹膜癌症的研究中发现，紫杉醇与212Pb联合给药后，细胞DNA含量减少，发生G2/M期阻滞，同时细胞形成多个微核。实验结果表明，给药后的细胞有丝分裂进程受阻，Aurora B合成阻断，BUBR1表达降低，导致有丝分裂纺锤体检查点的损伤最终导致细胞发生有丝分裂灾难死亡[25]。
在Hela细胞中，Plinabulin是细胞在M期发生阻滞，并使特异性的E3连接酶的活性丧失，进而发生有丝分裂灾难死亡[14]。
3 展望目前研究表明，以微管为靶点筛选抗肿瘤药物是开发新的抗肿瘤药物的有效途径之一。有丝分裂灾难是诱导细胞死亡的一种新的死亡方式，也是一些微管抑制剂如紫杉醇、秋水仙碱等药物的抗肿瘤作用机制之一。开发新的微管抑制剂，诱导肿瘤细胞发生有丝分裂灾难已成为今后抗肿瘤药物研究的重要领域。相信随着研究的不断深入，微管抑制剂的抗肿瘤机制会越来越明朗，也会有更多的毒性低、活性高的微管抑制剂被研制出来。
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