毒 藥新用——甲之砒 霜 乙之蜜糖

       三氧化二 砷(As2O3)注射液(Trisenox®)，在2000年9月25日獲FDA批準用于治療難治性復發(fā)性急性早幼粒性白血病(APL)，由Cephalon的(Teva子公司)上市銷售，后于2016年11月經EMA批準聯(lián)合維甲酸一線治療新確診中低危急性早幼粒細胞白血病。砒 霜，歷史上赫赫有名的毒 藥，自此開始作為治療藥物進入人們的視野。那As2O3是如何改善人類的健康的，國內的研究者對此也做出了巨大貢獻，本文對As2O3的發(fā)現(xiàn)、藥用機理、臨床療效、安全性及國內研發(fā)情況簡單介紹，揭開“砒 霜蜜糖”之謎。

       砒 霜與As2O3

       砒 霜又叫信石或鶴頂紅，作為歷史八大名毒 藥之一，漢質帝劉纘和武大郎均死于此毒 藥。砒 霜的主要成分是三氧化二 砷。自然界的砷主要以**(As4S4)和雌黃(As2S3)兩種形式存在，**和雌黃加熱到一定溫度后砷在空氣中被氧化As2O3。古代的銀針試毒測試的就是不純砒 霜里的硫化物。As2O3外觀為白色霜狀粉末，故稱砒 霜。As2O3為無機劇毒品，致死量為0.1-0.2g。

       國內As2O3的發(fā)現(xiàn)過程：從毒 藥到治療白血病藥物

       古人云“以毒攻毒”、“一物降一物”，藥力太過就變成了毒 藥，反之控制毒力又可成藥，千百年來莫不如此。作為以毒攻毒的典范，砒 霜也有作為入藥的記載，孫思邈在《備急千金要方》中首創(chuàng)利用砒 霜治療瘧疾，北宋的《開寶本草》、明朝李時珍的《本草綱目》都記載了砒 霜的藥性，明末清初陳司成用鍛煉后的砒 霜治療梅毒。西方在20世紀也有用亞 砷酸鉀治療白血病的記載，但未獲普遍接受[1]。

       20世紀70年代，國家要求城市醫(yī)生到鄉(xiāng)下為農民看病，因此組成了“城市流動醫(yī)療隊”服務鄉(xiāng)村，并強調“中國醫(yī)藥學是一個偉大的寶庫，應當努力發(fā)掘，加以提高”。在巡回過程中哈醫(yī)大一院的韓太云等發(fā)現(xiàn)由砒 霜、輕粉(氯化亞汞)和**構成的“713”注射液對某些腫瘤有效，但是**較大。1973年，張亭棟等人明確了以砒 霜和微量輕粉構成的“癌靈1號”注射液對白血病的治療作用。1974年，他們以哈醫(yī)大一院中醫(yī)科和檢驗科的署名，發(fā)表論文明確提出“癌靈1號”可以治療多種白血病，有些急性白血病可以達到完全緩解(CR)。1979年，張亭棟等人在《黑龍江醫(yī)藥》發(fā)表論文，明確了“癌靈1號”的有效成分為As2O3，并且指出對急性早幼粒白血病(APL)效果最好，也就是現(xiàn)在的M3型白血病[1]。

       至此，國內研究者最早提出As2O3治療M3型白血病(APL)的概念。但是，由于國內的雜志多為中文，國內的研究結果并未被國際醫(yī)學界知曉和接受。直到1998年，《新英格蘭醫(yī)學雜志》報道了紀念斯隆-凱特琳癌癥中心和康奈爾醫(yī)學院的研究，以As2O3治療APL病人，并且?guī)缀踹_到完全緩解，國際醫(yī)學界才廣泛接受As2O3對APL的治療作用[2]。

       As2O3治療APL的機制

       (1)As2O3誘導APL細胞分化和凋亡

       研究表明，As2O3能夠通過誘導細胞分化和凋亡兩個不同途徑促進APL患者緩解[3](圖1)。大劑量的As2O3(0.5-2.0 μM)能夠誘導白血病的細胞凋亡：As2O3與巰基等相關基團發(fā)生共價反應，如在線粒體中通過Bcl-2和PTPC等特異性蛋白降低線粒體膜電位(ΔΨm)，電位變化導致細胞色素C釋放，從而激活半胱天冬酶級聯(lián)反應，誘導細胞凋亡。膜電位的變化還能夠增加線粒體ROS的釋放。另外，As2O3也可以通過其他途徑誘導細胞凋亡，如抑制抗氧化酶GPx進一步提高ROS水平；還能通過抑制IKK進一步限制細胞存活因子NFκB的活化，促進細胞凋亡[4]。低劑量As2O3(0.1-0.5μM)能夠誘導的分化，可能與cAMP途徑、核受體活性或組蛋白乙酰化的調節(jié)有關。

       (2)As2O3誘導致癌蛋白PML及PML-RARα降解

       無論是低濃度誘導分化還是高濃度的誘導凋亡，As2O3都是通過與致癌蛋白PML-RARα/PML巰基間的共價結合降解PML-RARα而發(fā)揮作用。研究表明，PML-RARα融合蛋白在超過98%的APL中表達。

       以陳竺、陳賽娟和王振義為代表的國內科研工作者開展了As2O3治療APL的分子機制學研究。APL是AML的一種亞型(M3)，由于t(15；17)染色體易位，即15號染色體上早幼粒細胞性白血病基因(PML)和17號染色體上的維甲酸受體基因(RARα)，產生異常的PML-RARα融合基因，表達癌蛋白PML-RARα(圖2)，PML-RARα既能阻斷細胞分化，又能抑制凋亡。因此，t(15；17)染色體易位產生異常的PML-RARα融合基因可能是APL發(fā)病的主要機制之一。

       陳賽娟和陳竺等人在Science發(fā)文提出As2O3誘導PML和PML-RARα降解的機制[5]：砷劑通過結合PML-RBCC蛋白或PML-RARα蛋白鋅指區(qū)的半胱氨酸殘基上，或者結合在兩個同二聚體之間交聯(lián)形成的鋅指區(qū)中半胱氨酸，如ZF1中Cys60、Cys77、Cys80和ZF2的Cys72、Cys88、Cys91(圖3)，誘導PML蛋白或者PML-RARα融合蛋白的構象發(fā)生變化(圖4)，促進PML-RARα或PML蛋白的進一步寡聚化，增強與泛素化酶UBC9的相互作用或增加修飾位點的暴露促進這些蛋白質的SUMO化。最終導致PML和PML-RARα致癌蛋白的泛素化和降解增強，誘導APL白血病細胞分化和凋亡。文章提出將PML和PML-RARα致癌蛋白作為As2O3的直接靶標，這一作用機理為As2O3在未來白血病治療中的應用開辟了新的前景。

       As2O3治療APL的臨床研究

       (1)As2O3治療復發(fā)性APL的試點臨床研究

       國內的研究者使用As2O3治療APL病人獲得CR的結果引起了紀念斯隆-凱特琳癌癥中心研究者的興趣。他們啟動了一項As2O3治療全反式維甲酸(ATRA)和蒽環(huán)類藥物化療后復發(fā)的APL患者的試點研究[2]。結果表明，單獨使用As2O3治療后，12名患者中11名達到CR。其中11個應答者中的8人實現(xiàn)了分子水平的緩解，患者體內已經檢測不到APL致癌基因——PML-RARα融合基因的表達。

       (2)As2O3治療復發(fā)性APL的有效性

       在試點研究取得成功之后，研究者開啟了一項更大規(guī)模的開放標簽、多中心單臂試驗(PLRXAS01)[6]，用As2O3對40名復發(fā)或難治性APL患者進行治療(患者接受過蒽環(huán)類和TARA治療后復發(fā))。與預期結果一致，40名患者中有34名(85%)達到CR，并且所有達到CR的患者PML-RARα融合基因不表達。在后期隨訪中，仍有27例患者存活，中位隨訪時間為484天。這項關鍵性試驗為As2O3獲批治療ATRA/蒽環(huán)類藥物治療無應答或復發(fā)的APL患者提供有力的數(shù)據(jù)支持。

       (3)As2O3的安全性

       自古以來砒 霜就作為毒 藥被廣泛應用。無機砷也被國際癌癥研究機構和美國環(huán)境保護局列為致癌物質。長期暴露于低濃度砷環(huán)境會增加皮膚瘤、肝癌、膀胱癌和肺癌的發(fā)病率。砷中毒會引起周圍神經病變、心肌病和腎功能衰竭等癥狀。

       但是拋開劑量談**都是不合適的。作為治療藥物，病人以0.15mg/kg/天的劑量靜脈注射As2O3時具有良好的耐受性。能夠觀察到輕微反應是白細胞增多、胃腸病癥(例如惡心、嘔吐、腹瀉)、疲勞、發(fā)燒、頭痛、咳嗽和呼吸困難等不良反應，并無3級以上嚴重的肝腎損傷。長期使用As2O3聯(lián)合ATRA治療APL也并不會發(fā)生繼發(fā)性腫瘤。

       但As2O3治療APL會出現(xiàn)APL分化綜合征(APLDS)和心電圖(ECG)異常等嚴重不良反應[6]。APLDS又被稱為“維甲酸綜合征”，可在ATRA或As2O3緩解誘導治療期間出現(xiàn)，癥狀包括發(fā)燒、呼吸困難、低血壓、體重增加、急性腎功能衰竭和肺部浸潤等。在As2O3治療APL的關鍵臨床試驗中(PLRXAS01)，APLDS的發(fā)生率為25%(10例)，其中三名患者的APLDS較嚴重。但是，發(fā)生APLDS患者都達到了CR。同樣，As2O3聯(lián)用ATRA治療APL的臨床試驗中，APLDS的發(fā)生率和嚴重程度與單用As2O3相似。另外，As2O3治療APL可導致患者心電圖異常，包括QT間期延長和完全房室傳導阻滯。在PLRXAS01試驗中，63%的患者觀察到QT間期延長。在其他研究中As2O3也會導致其他心臟不良事件包括房性心律失常和心肌梗死。因此，在砷劑治療前和治療期間，應及時進行心電圖和電解質監(jiān)測。

       As2O3在其他疾病的應用

       As2O3除了被批準應用于治療APL外，還有多項針對其他實體瘤和血液瘤的臨床研究正在進行之中。

       單用或聯(lián)用其他藥物如抗壞血酸、美法侖、地塞米松和硼替佐米治療復發(fā)性難治性多發(fā)性骨髓瘤(MM)，臨床研究已初步證明聯(lián)用的有效性。As2O3聯(lián)合沙利度胺和維甲酸治療骨髓增生異常綜合征(MDS)也顯示出臨床療效。另外，As2O3聯(lián)用低劑量阿糖胞苷治療AML、聯(lián)用干擾素α(IFNα)應用于人T細胞嗜淋巴細胞病毒I型(HTLV-I)相關的成體T細胞白血病淋巴瘤(ATL)的臨床試驗也在進行中。

       As2O3治療各種實體腫瘤，包括膀胱癌、膠質瘤、乳腺癌、肝癌、宮頸癌、結直腸癌、食道癌、生殖細胞腫瘤、肺癌和黑色素瘤也在研究之中。據(jù)報道，單用As2O3在肝細胞癌(HCC)、黑色素瘤和腎細胞癌的臨床效果有限，但是As2O3聯(lián)用化療藥在骨肉瘤和尤文肉瘤中顯示一定的治療作用。

       As2O3國內研發(fā)情況

       到目前為止，用于治療APL的三氧化二 砷僅有注射液及凍干粉針劑等注射型被批準應用于臨床，針對其他劑型如口服溶液和膠囊劑型的研究也在進行之中。另有復方三氧化二 砷糊劑用于治療牙髓失活。

       直到2008年，國內才有國產化的As2O3注射液上市，給國內APL患者帶來治療的希望。國內注冊的企業(yè)主要有北京雙鷺和海南中化。另外有上海遙健醫(yī)療和濟南川成醫(yī)藥以2.2類新藥申請的口服液正在審評審批中。

       總結

       As2O3用于治療APL雖為我國醫(yī)藥工作者首先發(fā)現(xiàn)，但由于歷史原因，未及時申請專利申請，也未能早于國外企業(yè)將As2O3推向市場。不過，從此例中我們意識到，中國寶貴的中藥資源中可能進一步改善人類健康的有效成分，或許還沉睡著、尚未開發(fā)。從傳統(tǒng)藥物中尋找全新化學結構的藥物、發(fā)現(xiàn)已有天然產物的新用途值，這得我們后輩繼續(xù)探索。

       參考文獻

       [1]饒毅, 黎潤紅, 張大慶. 中藥的科學研究豐碑[J]. 科技導報, 2015, 33(20):132-136.

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       [3]Zhang T D , Chen G Q , Wang Z G , et al. **, a therapeutic agent for APL.[J]. Oncogene, 2001, 20(49):7146-7153.

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