质子泵抑制剂用于恶性肿瘤化疗的研究进展

李廷栋 高丽萍

1.甘肃省肿瘤医院，甘肃 兰州 730050；
2.兰州大学第二医院，甘肃 兰州 730000

目前，大部分恶性肿瘤患者需要进行化疗延长生存期，因此，预防化疗所致的不良反应是提高患者生活质量的重要内容之一。通常化疗药物都具有细胞毒性，会对人体造成不同程度的损伤，严重的不良反应会导致肿瘤患者的治疗中断。胃肠道反应是化疗过程中最早出现的不良反应，也是患者自觉不适的最主观感受。质子泵抑制剂（proton pump inhibitors，PPIs）常用于化疗，可以预防和缓解反复呕吐导致的胃部不适、反酸、化学性胃炎以及化疗过程中使用大量糖皮质激素类药物对胃黏膜造成的损伤[1］。PPIs抑制胃部壁细胞的质子泵（H+/K+-ATPase），除此之外，还可以抑制肿瘤细胞中过度表达的液泡型H+-ATP酶（V-ATPase）以及肾管基底有机阳离子转运体2（OCT2）。PPIs有望作为一种具有较高抗癌策略潜力的药物模型。本文就PPIs在恶性肿瘤化疗中的应用进展作一综述。

PPIs是一种弱碱性物质，通过特异性地阻断胃壁细胞H+/K+-ATP酶，从而抑制胃酸分泌，常用于治疗胃食管胃酸过多相关疾病，如幽门螺杆菌感染、胃食管反流病、胃溃疡、十二指肠溃疡、巴雷特食管等。胃H+/K+-ATP酶的作用是胞质H+交换腔内K+，是胃酸酸化的主要酶。该酶是由两个亚单位，一个114kda-α亚单位和一个35kda-β亚单位。α亚单位含有ATP和阳离子结合位点执行质子泵的催化和转运功能。重糖基化的β亚单位是内吞从管状膜中提取H+/K+-ATP酶所必需的，也是保护质子泵免受酸性环境影响的关键。PPIs在顶叶细胞分泌的酸性空间中积累，转化为活性亲硫形式，然后与胃酸泵的关键半胱氨酸形成二硫键，从而导致H+/K+-ATP酶失活，抑制胃酸分泌[2］。

除了胃H+/K+-ATP酶外，真核细胞内的溶酶体、核内体、高尔基体和分泌颗粒等细胞内不同区域的细胞膜上也普遍存在多种空泡型V-ATPase，通过VATPase对胞质、胞内和局部胞外空间的pH进行必要调控，在细胞存活机制中发挥重要作用[3］。一些研究证实，V-ATPase在正常组织中普遍存在，其抑制剂，如bafilomycin A或concanamycin A，因为能够强烈诱导凋亡细胞死亡，作为潜在的抗肿瘤药物或简单的化学增敏剂，由于其高水平的全身毒性而被放弃，未进入Ⅰ期临床试验[4］。

虽然PPIs最初被描述为胃H+-K+-ATP酶的特异性阻滞剂，但PPIs也能抑制V-ATPase的活性。PPIs抑制质子泵发挥抑酸作用，需依赖于酸性pH值来激活。由于PPIs是亲脂性弱碱性前药，容易穿透细胞膜，集中在酸性区，在酸性区不稳定，转化为磺胺形式，是活性抑制剂。因此，对于PPIs来说，与包括抗癌药物在内的绝大多数药物不同的是，在酸性环境中质子化会导致活化而不是中和。基于这些特性，PPIs因其具有降低肿瘤酸性和克服酸性相关耐药的潜力而被广泛研究。

2.1 肿瘤生存微环境 肿瘤微环境酸度越来越被认为是肿瘤进展和耐药性的重要决定因素。正常细胞的胞外pH呈中性，胞内pH呈酸性，此种pH梯度能够促进弱碱性的药物被动的进入细胞。而细胞外酸性，即细胞外pH值低于周围正常细胞，是恶性肿瘤的一个标志，在肿瘤的侵袭、转移、耐药性和选择更具侵袭性的细胞表型方面起着关键作用，这些细胞表型能够在非常恶劣的缺血低氧微环境条件下生存。肿瘤酸性的主要原因是糖的发酵，而糖总能诱导乳酸的产生，也称为Warburg效应[5］。使肿瘤细胞在酸性条件下存活的最重要机制之一是一些质子交换器，包括V-ATPase。VATPase一方面将H+从细胞内囊泡内的胞质中泵出，另一方面将H+排出细胞外，从而导致细胞外酸化（pHe）和细胞内柠檬酸碱性化（pHi），反向pH梯度通路是恶性肿瘤的一个特殊特征[6］。为了克服这种低氧微环境，并防止增加的酸性代谢物的积累，处理细胞内质子的能力对肿瘤细胞的生存至关重要。研究表明，肿瘤在酸性/低氧条件下存活的靶向机制可能是一种新的抗癌策略[7］。V-ATPase是PPIs的靶点之一，PPIs可以抑制V-ATPase活性，逆转肿瘤细胞生存的酸性环境，是适合于这一目的的药物。

2.2 PPIs的抗氧化作用 PPIs的作用是由早期活性氧（ROS）的产生介导的，而ROS的产生先于溶酶体pH碱化，溶酶体膜渗透和胞浆酸化，提示早期的酸性泡室不稳定[8］。溶酶体改变后，线粒体膜去极化，细胞色素C释放，染色质凝聚，caspase激活。然而，抑制caspase活性并不影响PPIs诱导的细胞死亡，而抗氧化剂（N-乙酰半胱氨酸）对ROS的特异性抑制显著延迟细胞死亡，并保护溶酶体和线粒体膜。Lu X等[9］研究，在体内通过RNA干扰抑制V-ATPase活性，可以通过减少H+外排显著延迟人类癌症的生长，这表明pH调节可能在肿瘤的稳态中起着关键作用。PPIs对质子泵活性的抑制可能使肿瘤细胞失去一种重要的稳态机制，进而导致细胞死亡[10］。

2.3 PPIs促肿瘤细胞凋亡作用 由于抗癌治疗的最终目的是杀死癌细胞，因此通过对癌细胞的特异性和选择性可以提高抗癌药物的治疗效率。目前对抗癌策略的理解已经导致尝试筛选有选择性地增加癌细胞凋亡的药物，或使用特定于肿瘤细胞的凋亡通路。因此，有研究结果表明，PPIs作为抗癌治疗具有非常明显的优势[11］。首先，PPIs选择性诱导癌细胞凋亡，这种凋亡可能是通过抑制ERK磷酸化而引起的。PPIs同时刺激了p38的磷酸化以及ERK的失活，这种失活只在癌细胞中以剂量和时间依赖的方式进行。PPIs对单个MAPK亚家族的不同调控可能被认为是对癌症具有高选择性的抗癌药物，因为p38通常参与细胞凋亡和应激信号通路，而ERK则是由细胞生长和分化刺激激活的。其次，非肿瘤细胞通过诱导抗凋亡分子HSP70和HSP27来抵消PPIs诱导的凋亡。研究发现，PPIs诱导的HSP70明显多于GGA[12］，GGA通常被认为是诱导HSP70关键作用的药物。因此，PPIs可以选择性诱导癌细胞凋亡死亡，而不会对周围的非癌细胞产生明显的不良影响，该制剂在临床应用方面具有一定的安全性。第三，PPIs在低氧和酸性条件下，由于其活性形式的转化，会选择性地在癌细胞中转化为其活性形式，引起明显的凋亡[13］。

2.4 PPIs的抗耐药机制 V-ATPase质子泵参与控制正常细胞和肿瘤细胞的pH值。低pH值是PPIs活化的最佳条件。细胞外酸性被证明在癌细胞对化疗药物的耐药性中起着关键作用，减少了化疗药的摄取。VATPase在肿瘤耐药细胞中过表达，并且化疗还可以诱导其表达增加[14］。Von Schwarzenberg K等[15］研究显示，V-ATPase抑制剂通过HER-2介导的途径可引起曲妥珠单抗耐药的乳腺癌细胞死亡和生长抑制。You H等[16］研究显示，敲除V-ATPase亚单位C还可以增加乳腺癌细胞对包括顺铂在内的多种细胞毒性药物的敏感性。越来越多的证据表明，通过PPIs可以通过抑制质子泵来破坏肿瘤细胞pH梯度，从而降低各种肿瘤的化疗耐药性。

对顺铂和5-氟尿嘧啶的耐药是一些实体肿瘤临床治疗的主要障碍。顺铂耐药被认为涉及几个机制，如药物外排增加、细胞硫醇和DNA修复活性增加[17］。我们最近发现，人类恶性肿瘤对顺铂的耐药性可能是肿瘤酸性和被称为外泌体（exosom）的纳米囊泡释放的结果[18］。反过来，癌细胞释放外泌体，使细胞外环境酸化，抑酸剂和酸缓冲液可以抑制癌细胞分泌外泌体[19］。值得注意的是，血浆外泌体水平与肿瘤大小或肿块直接相关，PPIs治疗显著降低了异种移植模型中人类肿瘤释放的外泌体血浆水平。PPIs在临床环境中均可诱导化疗增敏[20］。

肾小管上皮细胞基底膜侧表达的OCT2在维持机体内环境平衡方面起着重要作用，是肾脏主动分泌众多内、外源性有机阳离子型化合物（包括环境毒素、药物以及内源性代谢产物等）的主要转运体[21］。铂类药物作为一类广谱的抗肿瘤药物，也是对肾脏毒性最为突出的一类药物。顺铂的主要不良反应包括肾毒性、耳毒性、骨髓抑制和周围神经病变。由于CDDP诱导的肾毒性呈剂量依赖型，限制了其临床应用，因此，CDDP化疗期间肾保护策略的制定是一个亟待解决的问题。众所周知，与其他器官或血浆相比CDDP在肾脏中有特殊的累积。有机阳离子转运体2（OCT2/SLC22A2）在肾基底外侧膜高表达，主要负责CDDP在肾脏中的积累。PPIs抑制肾管基底OCT2，可以减少铂类药物和氟尿嘧啶类药物在肾脏的蓄积，降低肾脏毒性。Ikemura K等[22］一项回顾性队列临床研究中表明，食管癌及头颈部癌采取顺铂和5-氟尿嘧啶的化疗方案中，联合使用PPIs可以减轻肾毒性，并且多因素分析证明PPIs是减轻肾毒性的一个独立因素。

综上所述，PPIs应用于化疗中可能作为一个新的治疗靶点，通过作用于V-ATPase改变肿瘤生长的酸性环境，可以促进肿瘤细胞死亡，抑制肿瘤细胞生长，增强化疗药物的敏感性。同时，化疗过程中应用PPIs可抑制肾管基底OCT2，减轻肾毒性，并且不会出现严重的并发症，利大于弊。但仍需要通过体内外途径进一步研究PPIs在肿瘤细胞中发挥作用的机制。此外，还应进行临床前瞻性研究，以进一步支持质子泵抑制剂的临床价值，为新的研究提供支持，以期为肿瘤患者化疗建立新的药物疗法提供重要信息。