丙酮酸乙酯抗肿瘤作用及其机制的研究进展

李 松综述，杭春华审校

0 引 言

自1970年以来，肿瘤在我国的发病率和病死率逐年升高，其中恶性肿瘤是导致我国城乡居民死亡的第一大病因［1］。目前，开发和筛查低毒高效的抗癌药物是国内外研究的焦点，丙酮酸乙酯(ethyl pyruvate，EP)具有明显的抗肿瘤活性，在诱导凋亡、细胞周期阻滞、抗肿瘤血管生成等多个环节发挥抗癌作用。现将其抗肿瘤作用及其可能的机制作一综述。

1 EP的结构和来源

EP是糖酵解中间产物丙酮酸的酯化形式，其结构式为CH3COCOOCH2CH3。起初，EP因具有强大的抗氧化作用而备受关注［2］，但由于它的不稳定性使其在临床上的应用受到极大限制。Sims等［3］在研究EP在大鼠肠缺血灌注模型中作用时发现，人工合成的EP作为丙酮酸的酯类衍生物不仅具备丙酮酸的药理作用而且弥补了其不稳定性的缺点。自此有关EP的研究逐渐引起了学者们关注。现有研究表明EP的抗炎作用明确，并证实其机制与抑制核转录因子 κB(nuclear factor，NF-κB)及 JAK/STAT信号通路有关［4-5］。值得注意的是，EP是高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)释放的药理学拮抗剂［6］，HMGB1是一种重要的晚期炎症介质，在多种恶性肿瘤组织中高表达并与肿瘤的远处转移及预后相关，多数针对EP的研究正是基于其抑制HMGB1的作用而开展的。美国食品药物管理局已将EP列为对人体安全的物质，长期以来EP作为工业原料和食品添加剂而广泛应用，Bennett-Guerrero等［7］在一项前瞻性的随机临床试验中，将EP用于接受心肺旁路手术和心脏手术的高风险患者，证实了EP的安全性。

2 直接抗肿瘤作用

2.1 抑制细胞增殖 肿瘤细胞最大的生物学特性是细胞生长增值不受控制，细胞增殖调控的异常与肿瘤发生关系密切。EP能抑制胰腺癌、肝癌、胃癌、胆囊癌、肺癌和黑色素瘤细胞的增殖。

Liang等［8］研究发现，肝癌移植模型制作前后腹腔注射EP能明显抑制小鼠肝癌细胞生长，并呈浓度依赖性，其中模型制作前30 min腹腔注射80 mg/kg的EP能使肿瘤结节减少70%。在胃癌移植小鼠模型中还发现，腹腔注射EP能减小原位移植胃癌组织的重量、大小，并且强调胃癌肝结节转移数量亦明显减少［9］。由此可见，EP对胃癌有明确的抑制作用。Wang等［10］研究表明，去甲基化的胞嘧啶-鸟嘌呤寡核苷酸能通过诱导HMGB1分泌以刺激肺癌细胞株的增殖，而EP干预后上述作用明显减弱，提示EP具有潜在的抗肺癌作用。以上研究为EP治疗多种肿瘤提供了很好的实验依据。

2.2 诱导细胞凋亡 细胞凋亡与增殖的动态平衡是多种细胞生物体的一种重要的自稳机制，恶性肿瘤的发生与其丧失自发凋亡能力及异常死亡密切相关。诱导肿瘤细胞凋亡是筛选抗癌药物的新标准。梁旭阳等［9］用AnnexinⅤ/PI流式细胞术检测EP对人胰腺癌细胞株PANC-1、ASPC-1细胞凋亡率的影响，结果显示，随着EP浓度增加，2种细胞株的凋亡百分率逐渐增高。一项基于葡萄糖剥夺(glucose deprivation，GD)导致肺癌细胞坏死的体外实验发现［11］，2mmol/L的EP干预后 GD导致的肺癌细胞坏死数量减少而凋亡数量增多，提示EP将细胞的死亡形式由对肿瘤细胞生长起促进作用的坏死转换成抑制作用的凋亡，并提出该作用是通过抑制铜锌离子超氧化物歧化酶释放和活性氧的生成实现的，认为这可能是EP抑制肿瘤生长的主要机制之一。

2.3 抗肿瘤侵袭和迁移 恶性肿瘤侵袭和迁移是导致患者死亡的主要原因，EP能通过消弱肿瘤的侵袭和迁移发挥抗癌作用。划痕融合和Transwell侵袭实验是研究体外细胞迁移运动和侵袭转移的经典方法。一项针对胃癌细胞的体外实验表明，EP可抑制胃癌细胞迁移运动及侵袭转移能力，表现为划痕融合差及穿过Transwell小室的细胞数明显减少［12］。癌细胞降解细胞外基质及破坏基底膜是形成癌转移的重要步骤，已知基质金属蛋白酶家族(matrix metalloproteinases，MMPs)是参与此过程的主要因素之一［13］。Li等［11］研究发现，EP 可抑制胆囊癌细胞株侵袭和转移，其作用机制与下调HMGB1及晚期糖基化终产物受体的表达，进而抑制其下游因子MMP-9的蛋白表达水平有关。

2.4 细胞周期阻滞 细胞周期是复杂而精细的调节过程，细胞周期紊乱是肿瘤的重要发生机制［14］。EP能通过干预细胞生长周期的正常进程而使肿瘤细胞生长停滞。Zhang等［15］在研究 EP对人胃癌细胞株作用中发现，EP使其细胞周期阻滞在G0/G1期。经证实P53信号通路参与了细胞周期阻滞的启动，为进一步探寻其具体机制，检测P53蛋白的表达，发现EP呈浓度依赖性增加P53蛋白的表达水平，提示其机制可能与激活P53信号通路有关。以上均说明EP可以通过阻滞细胞周期使肿瘤细胞停止生长，但具体的机制仍需进一步探讨。

3 间接抗肿瘤作用

3.1 抑制血管生成 众所周知，血管生成是恶性肿瘤生长和转移的病理基础，并且与预后密切相关。新生血管在保证肿瘤生长增殖的同时也为肿瘤发生远处转移提供了通路［16-17］。阻断恶性肿瘤新生血管生成，不仅能遏制原发肿瘤侵袭扩散到脉管系统，且对已形成的肿瘤转移灶也有抑制增殖作用。近年来，探寻抗新生血管形成的药物已成为肿瘤临床研究的热点。EP的抗肿瘤作用与其抑制肿瘤血管生成有关。

Park等［18］在体外实验中证实，EP能够抑制由血管内皮细胞生长因子诱导的人脐静脉内皮细胞增殖、迁移和小管形成，并发现其机制与下调丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶B磷酸化(phosphoserine/threonineproteinkinaseB，pAkt)、NF-κB 活 性 及 下 游MMP-2、诱导型一氧化氮合酶的表达水平有关。而在小鼠体内基质胶填塞实验中显示，10 mmol/L的EP能明显减少基质胶填塞物内血红蛋白的含量，表明EP对体内肿瘤血管形成具有明显的抑制作用。以上研究表明，EP可以通过干扰Akt-NF-κB信号通路抑制肿瘤新生血管的形成。

3.2 对载瘤机体免疫功能的影响 免疫逃逸在肿瘤的发生发展中发挥了重要作用，近年来吲哚胺-2，3-双加氧酶(indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO)的研究为肿瘤实现免疫逃逸提供了新的思路。多数学者认为，在恶性肿瘤组织中高表达的IDO阻断T细胞周期进展及Th1细胞凋亡是肿瘤细胞免疫耐受的重要机制之一［19］。

Muller等［20］在体内外研究EP对小鼠黑色素瘤细胞的抑制作用中发现，EP能有效的下调IDO的表达，并籍此实现对肿瘤生长的抑制。而相同的效果在无胸腺肿瘤小鼠中却没有体现，提示EP对肿瘤的抑制依赖于T细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。Vasilyeva等［21］在小鼠肝癌移植模型中证实，作为IDO的抑制剂EP，无论腹腔注射还是局部肌肉注射都能加速肿瘤退化，并未发现明显的不良反应。

3.3 影响肿瘤细胞自噬 多种人类肿瘤细胞中存在自噬调控机制的失调，自噬对肿瘤具有双重调节作用，这可能与肿瘤的部位、类型及所处阶段有关。然而如何操纵自噬使之向有利于肿瘤治疗的方向发展是当前的研究热点［22-23］。Tang 等［24］在对肿瘤自噬与耐药的研究中发现，HMGB1可通过诱导Beclin1依赖的自噬增强胰腺癌和结肠癌对多种抗肿瘤药物的耐药性，EP作为HMGB1的抑制剂能将HMGB1导致的肿瘤细胞自噬转换为凋亡，从而逆转肿瘤细胞耐药性。而Liang等［8］研究发现EP可以抑制小鼠结肠癌细胞增殖并诱导自噬标记蛋白LC3-Ⅱ的表达，提示EP可能通过诱导自噬发挥抗癌作用。

4 结 语

综上所述，EP不仅是有效的抗炎药物，而且在肿瘤发生发展的多个环节中发挥明确的抗癌作用，证明了EP是颇有前景的抗癌药物。目前的研究多集中于消化系统肿瘤，今后应扩大EP对其他肿瘤的研究，深入挖掘其具体机制，为EP治疗肿瘤提供新的思路和途径。

［1］ 邱 惠，张 艳，雷海科，等.恶性肿瘤危险因素的Logistic回归分析［J］.重庆医科大学学报，2012，37(3):251-255.

［2］ Brand K.Aerobic glycolysis by proliferating cells:protection against oxidative stress at the expense of energy yield［J］.J Bioenerg Biomembr，1997，29(4):355-364.

［3］ Sims CA，Wattanasirichaigoon S，Menconi MJ，et al.Ringer's ethyl pyruvate solution ameliorates ischemia/reperfusion-induced intestinal mucosal injury in rats［J］.Crit Care Med，2001，29(8):1513-1518.

［4］ Han Y，Englert JA，Yang R，et al.Ethyl pyruvate inhibits nuclear factor-kappaB-dependent signaling by directly targeting p65［J］.J Pharmacol Exp Ther，2005，312(3):1097-1105.

［5］ Kim HS，Cho IH，Kim JE，et al.Ethyl pyruvate has an anti-inflammatory effect by inhibiting ROS-dependent STAT signaling in activated microglia［J］.Free Radic Biol Med，2008，45(7):950-963.

［6］ Ulloa L，Ochani M，Yang H，et al.Ethyl pyruvate prevents lethality in mice with established lethal sepsis and systemic inflammation［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2002，99(19):12351-12356.

［7］ Bennett-Guerrero E，Swaminathan M，Grigore AM，et al.A phase II multicenter double-blind placebo-controlled study of ethyl pyruvate in high-risk patients undergoing cardiac surgery with cardiopulmonary bypass［J］.J Cardiothorac Vasc Anesth，2009，23(3):324-329.

［8］ Liang X，Chavez AR，Schapiro NE，et al.Ethyl pyruvate administration inhibits hepatic tumor growth［J］.J Leukoc Biol，2009，86(3):599-607.

［9］ 梁旭阳，程宝泉，贾俊英，等.丙酮酸乙酯对人胰腺癌细胞的抑制作用［J］.山东大学学报(医学版)，2011，49(5):48-53.

［10］ Wang C，Fei G，Liu Z，et al.HMGB1 was a pivotal synergistic effecor for CpG oligonucleotide to enhance the progression of human lung Cancer cells［J］.Cancer Biol Ther，2012，13(9):727-736.

［11］ Li ML，Wang XF，Tan ZJ，et al.Ethyl pyruvate administration suppresses growth and invasion of gallbladder Cancer cells via downregulation of HMGB1-RAGE axis［J］.Int J Immunopathol Pharmacol，2012，25(4):955-965.

［12］ 张 靖，朱金水，周 洲，等.丙酮酸乙酯通过下调蛋白激酶B通路抑制人胃癌细胞侵袭转移的研究［J］.肿瘤防治研究，2012，39(7):776-779.

［13］ MacDougall JR，Matrisian LM.Contributions of tumor and stromal matrix metalloproteinases to tumor progression，invasion and metastasis［J］.Cancer Metastasis Rev，1995，14(4):351-362.

［14］ Shapiro GI.Cyclin-dependent kinase pathways as targets for Cancer treatment［J］.J Clin Oncol，2006，24(11):1770-1783.

［15］ Zhang J，Zhu JS，Zhou Z，et al.Inhibitory effects of ethyl pyruvate administration on human gastric Cancer growth via regulation of the HMGB1-RAGE and Akt pathways in vitro and in vivo［J］.Oncol Rep，2012，27(5):1511-1519.

［16］ Shibuya M.Differential roles of vascular endothelial growth factor receptor-1 and receptor-2 in angiogenesis［J］.J Biochem Mol Biol，2006，39(5):469-478.

［17］ 印 洁，李玉枫，宋 勇，等.miR-21在肺癌血管生成中的作用及培美曲塞对其影响［J］.医学研究生学报，2012，25(5):476-480.

［18］ Park SY，Yi EY，Jung M，et al.Ethyl pyruvate，an anti-inflammatory agent，inhibits tumor angiogenesis through inhibition of the NF-κB signaling pathway［J］.Cancer Lett，2011，303(2):150-154.

［19］ Wood KJ，Sawitzki B.Interferon gamma:a crucial role in the function of induced regulatory T cells in vivo［J］.Trends Immunol，2006，27(4):183-187.

［20］ Muller AJ，DuHadaway JB，Jaller D，et al.Immunotherapeutic suppression of indoleamine 2，3-dioxygenase and tumor growth with ethyl pyruvate［J］.Cancer Res，2010，70(5):1845-1853.

［21］ Vasilyeva ED，Kaledin V，Nikolin VP，et al.Accelerated rejection of the second transplants of immunogenic tumor in mice under inhibition of indoleamine 2，3-dioxygenase activity by ethyl pyruvate［J］.Exp Oncol，2012，34(1):66-68.

［22］ 潘半舟，封 冰.自噬在调控抗肿瘤药物耐药中的研究进展［J］.医学研究生学报，2012，25(12):1302-1307.

［23］ 王婷婷，韩菲菲，陈国千.高迁移率族蛋白B1与消化系统恶性肿瘤［J］.医学研究生学报，2013，26(10):1083-1087.

［24］ Tang D，Kang R，Cheh CW，et al.HMGB1 release and redox regulates autophagy and apoptosis in Cancer cells［J］.Oncogene，2010，29(38):5299-5310.