叶酸与结直肠癌

叶酸与结直肠癌

人体中的氨基酸缺乏与结肠癌的发生密切相关。缺乏氨基酸的人可以避免不必要的氨基酸摄入。结直肠癌发生后可用抗叶酸制剂来进行化学治疗。现将抗叶酸制剂用于治疗结直肠癌的研究进展综述如下。一、抗图4:抗催化药物自从1940年人工合成氨基蝶呤(aminopterin)和甲氨蝶呤(methotrexate,MTX)用于临床治疗恶性肿瘤以来,先后有近10种抗叶酸制剂用于治疗恶性肿瘤,根据细胞代谢特征分3类:(1)经典型抗叶酸制剂:结构与MTX相似,通过还原型叶酸载体(RFC)摄入细胞,多聚谷氨酸结合的有雷替曲塞(raltitrexed),普劳拉曲沙(pralatrexate),洛美曲索(lometrexol,LMTX),依达曲沙(edatrexate)和不形成多聚谷氨酸的Talotrexin;(2)非经典抗叶酸制剂:三甲喋呤(trimetrexate,TMQ)、吡曲克辛(piritrexim)和诺拉曲塞(nolatrexed)等不含谷氨酸不形成多聚谷氨酸,具有亲脂性,通过被动扩散进入细胞的药物;(3)多靶点抗叶酸制剂:培美曲塞(pemetrexed)。二、-ch3-fh4在组织细胞内的转导作用叶酸属于VitB9家族,是哺乳动物细胞必不可少的一种物质,在核酸生物合成中占有重要地位,并与蛋白质、神经递质的合成、红细胞和白细胞成熟有关。食物叶酸(多聚谷氨酸型叶酸)在小肠内的解聚酶作用下形成单或双聚谷氨酸型叶酸,于空肠吸收,然后在肠黏膜上皮内被二氢叶酸还原酶(DHFR)依次转化成二氢叶酸(FH2)、四氢叶酸(FH4)和N5甲基四氢叶酸(N5-CH3-FH4)。N5-CH3-FH4经门静脉入肝储存和分泌入血,通过组织细胞膜表面的还原型叶酸载体(RFC)、叶酸受体(FR)以及最近发现的质子偶联叶酸转运系统(PCFT,一种可溶性载体SLC46A1)等途径进入组织细胞内。组织细胞内,N5-CH3-FH4在维生素B12依赖性甲硫氨酸合成酶的作用下转化成FH4,同时将同型半胱氨酸转化为甲硫氨酸,后者与ATP反应生成S-腺苷甲硫氨酸,促进DNA、组蛋白、脂类和神经递质的甲基化作用;N5-CH3-FH4还在叶酰聚谷氨酸合成酶(FPGS)作用下与谷氨酸结合形成多聚谷氨酸FH4,多聚谷氨酸FH4再转化为N5,N10甲烯四氢叶酸(N5,N10-CH2-FH4),后者在胸苷酸合成酶(TYMS)作用下转化为FH2,同时将dUMP转化为dTMP,参与DNA的合成与损伤修复;FH2在二氢叶酸还原酶(DHFR)的作用下重新转化为FH4进行循环利用;FH4可以转化成N10甲酰四氢叶酸(N10-CHO-FH4)和N5,N10甲炔四氢叶酸(N5,N10=CH-FH4),分别在甘氨酰胺核苷甲酰基转移酶(GARFT)和5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸转甲酰酶(AICARFT)作用下为嘌呤C2和C8提供碳源;FH4在FPGS作用下与谷氨酸结合形成多聚谷氨酸型叶酸成为细胞内辅酶,参与多种细胞内代谢。参见图1。三、抗叶轮制剂的机制作为叶酸结构类似物,抗叶酸制剂同样通过RFC、FR、PCFT等途径进入细胞内。主要通过竞争抑制DHFR、TYMS、GARFT、AICARFT等靶点,抑制DNA和RNA的合成,从而达抑制肿瘤细胞生长的作用。RFC在肿瘤细胞和正常组织中均有表达,限制抗叶酸制剂的耐受性,它对不同的抗叶酸剂表现出不同的亲和力,低至甲氨蝶呤,高至talotrexin(PT-523)。作为一种阴离子交换器,RFC运用一种不对称分布的跨膜有机磷酸盐类,利用电化学梯度差来完成运输。叶酸受体FR-α和FR-β在某些肿瘤细胞表面过度表达,使这些肿瘤细胞易受抗叶酸制剂的影响。叶酸受体家族由2种细胞表面受体(FR-α和FR-β)和1种组成型分泌亚型受体(FR-γ)组成。FR-α表达于许多正常上皮细胞和除头颈部癌细胞的其他癌细胞表面。FR-β可作为髓细胞分化的指标并在许多非上皮细胞恶性肿瘤细胞表面过度表达,而FR-γ的表达局限于造血组织。相对于高容量低亲和力的RFC,FR-α和FR-β的运输是低容量、高亲和力的胞吞作用。PCFT不仅有胞吞作用,还充当一种对近端小肠吸收非常重要的高亲和力叶酸质子转运体。编码PCFT的基因突变已被证明是造成罕见的遗传性叶酸吸收障碍的原因。除了这些特殊的转运蛋白,很多其他的运输系统被发现与抗叶酸剂的外流有关,包括多药耐药相关蛋白(MRP1～MRP5)和乳腺癌耐药蛋白(BCRP或ABCG2)。在细胞内,经典的抗叶酸制剂在FPGS作用下产生多聚谷氨酸,有效的滞留于胞内,并增加抗叶酸制剂对其靶酶的亲和力。非经典的亲脂性抗叶酸制剂如talotrexin或三甲蝶呤(TMQ)不是FPGS的底物,不需要通过生成多聚谷氨酸来表现其抗癌活性。四、经典抗胆碱制剂经典的抗叶酸制剂与MTX有类似的结构,利用RFC进入人体细胞,通过在细胞内生成多聚谷氨酸以发挥其抗肿瘤作用。1.患者的化疗选择MTX是最早的抗肿瘤药物,主要竞争性抑制DHFR,对GARFT、AICARFT和TYMS抑制较弱。MTX主要通过RFC进入细胞,其次通过FR-α进入,在细胞内FPGS的作用下,广泛合成为γ-多聚谷氨酸发挥作用。Zampino等对未化疗、肿瘤大小可测量的58例晚期转移性结直肠癌患者应用MTX、奥沙利铂和5-氟尿嘧啶(5-Fu)联合化疗,结果有效率45.6%,无进展生存期7.8个月,总生存期19.4个月。除了1例腹泻,无4级毒性报道。23例患者血清VEGF在治疗过程中呈下降趋势。该方案有效且耐受性良好,为不能进行根治性手术的患者提供了的选择。Guglielmi等对未予化疗可大小评估的晚期结直肠癌患者,联合MTX、奥沙利铂和5-Fu进行治疗,46例患者中3例完全效应和16例部分效应,有效率42%,无进展生存期6.9个月,总生存期15.9个月;3～4级毒性反应分别为24%和7%,该方案有良好的耐受性,可行性和有效性。Sobrero等对1945例Ⅱ和Ⅲ期结肠癌患者采用MTX联合5-Fu进行治疗,结果MTX联用组和亚叶酸(LV)联用组患者5年生存率均为77%,5年有效生存期MTX联用组67%,LV联用组63%,MTX组2例毒性反应死亡。作者认为两组治疗结果相似。Leonard等报告2例不能手术的转移性结直肠癌患者存活超过10年,两名患者均接受5-Fu和N-(膦酰乙酰基)-L-天冬氨酸治疗,1例患者另外还接受MTX、LV和三乙酰尿苷的治疗。2例患者对化疗完全效应,在确诊转移性结直肠癌10年后未出现肿瘤诊断依据。证据表明在没有进行手术或其他形式局部治疗的情况下,延长生存期可以通过全身化疗实现。同样也证实了氟尿嘧啶调节剂继续研究的重要性,其可进一步促进对治疗结直肠癌的以氟尿嘧啶为基础的联合化疗的研究取得新进展。虽然MTX对结肠癌有一定的疗效,但是随着更新更好的抗肿瘤药物不断出现,MTX的疗效不占优势,在结肠癌的治疗方面的地位逐渐被取代。2.ci5-tfpb-mtx对雷替曲塞的药代动力学雷替曲塞特点是选择性直接作用于TYMS的抑制剂,不易产生耐药性,作用维持时间较长,3周给药。除美国外许多国家允许用于对5-Fu耐药的晚期结直肠癌的治疗。疗效与5-Fu/LV相同,但药物相关死亡率1.6%～4%,比5-Fu(1.2%～2.8%)高,严重肝肾功能不全和心律失常禁用,肌酐清除率下降的患者用药需减量,过量严重毒性反应可用LV解救。Decoster等对雷替曲塞治疗失败的结直肠癌患者采用MTX调制的ci5-Fu(5-Fu持续静脉点滴)进行化疗。结果32例患者接受雷替曲塞治疗,27例出现可评估的效应,有效率为19%,47%的患者发生了3/4级毒性反应。18例患者接受了ci5-Fu/MTX(MTX调制的ci5-Fu)二线化疗,其中1例完全效应和5例疾病稳定(均为对雷替曲塞耐药的患者)。ci5-Fu/MTX毒性较弱并可预测,即使对产生雷替曲塞严重毒性的患者也不例外。作者认为ci5-Fu/MTX对于雷替曲塞治疗失败的转移性大肠癌患者无效。但是,ci5-Fu/MTX对雷替曲塞耐药患者的效应,表明存在不完全交叉耐药性。Vakhabova等联合使用雷替曲塞和卡培他滨用于门诊一线治疗转移性大肠癌,结果240例患者治疗后有效率75%,无进展生存期为6.3个月,部分缓解和稳定的持续时间平均为7.8个月,总生存期为15.5个月,有效治疗后总生存期为18.2个月。最常见3～4级毒性反应表现为白细胞减少,腹泻和乏力。其他毒性症状(转氨酶水平、胆红素升高,恶心,呕吐)均小于3%的病例。结果证明,雷替曲塞和卡培他滨联合治疗是有效和安全的门诊化疗方法。Khouri等对全身化疗失败(包括奥沙利铂,伊立替康和氟尿嘧啶)的不能手术切除的肝转移性结直肠癌患者,雷替曲塞联合奥沙利铂肝动脉灌注化疗,结果17例病员中3例完全效应和8例部分效应,有效率65%,无进展时间10.5个月,总生存期27.5个月;3～4级毒性反应包括中性粒细胞减少症17%,血小板减少症17%和2级腹痛47%。结果证明肝动脉输注雷替曲塞和奥沙利铂联合方案对伊立替康和奥沙利铂治疗失败的结直肠癌肝转移患者是可行有效的。Viéitez等对结直肠癌患者应用雷替曲塞联合吉非替尼或雷替曲塞单药二线化疗,采用随机法比较。76例患者随机分为两组,一组予雷替曲塞和吉非替尼,另一组予雷替曲塞和安慰剂,3周一个循环。结果联合治疗组和单药组的有效率分别为7.9%(3例)与5.3%(2例),无进展生存期无差异,分别为63d和72d,总生存期分别为361d和291d,治疗耐受性良好,除了联合治疗组的腹泻和皮疹,无毒性增加。作者认为吉非替尼联合雷替曲塞耐受性虽好,但是不能改善难治性大肠癌患者的无进展生存期。英国一项维期5年的研究中,Wilson等使用雷替曲塞治疗不耐受5-Fu的44例大肠癌患者(39例为Ⅲ期),先前的5-Fu治疗平均为2个疗程。Ⅲ期患者3年无复发率和总生存率分别为70.8%和83.6%,结果表明雷替曲塞对5-Fu禁忌的患者是安全、有效的。雷替曲塞治疗结肠癌的疗效值得肯定,患者的生存期显著提高,其利用主要限于不耐受5-氟尿嘧啶的患者,联合化疗方案推荐与奥沙利铂联合为主,但这一结论尚需大规模Ⅲ期临床试验证实。除美国外许多西方国家批准其用于临床治疗结直肠癌。3.还原型叶素和维生素a普劳拉曲沙是较新的抗叶酸制剂,对RFC有较高亲和力,细胞内药物浓度较高,能够有效结合和灭活DHFR,减少细胞内的还原型叶酸储备,阻断DNA的合成,较MTX更大发挥抗肿瘤效应,但能否足以克服MTX耐药还不明确。在美国已被批准用于治疗复发或难治性T细胞淋巴瘤。毒副作用包括轻度至中度黏膜炎症、重度血小板减少和严重贫血、中性粒细胞减少症。补充维生素B12和叶酸,可以避免严重的毒性反应。目前普劳拉曲沙在治疗结肠癌方面的研究尚无报道。4.耐药细胞增殖洛美曲索具有潜在的选择性抑制GARFT作用,通过RFC进入细胞内,与谷氨酸结合形成多聚谷氨酸,降低细胞内嘌吟浓度抑制细胞增殖,不补充叶酸易发生骨髓抑制和黏膜炎。Bronder等研究报道称洛美曲索能有力的抑制GART,是嘌呤从头合成特异性抑制剂,但不诱导可检测的DNA链断裂,可以同等的杀伤结肠癌细胞无论其p53的途径是否完好无损,表明其效用不仅限于p53阴性的肿瘤细胞。但目前洛美曲索在临床尚未用于抗肿瘤治疗。5.化疗后的临床试验依达曲沙是一种经典的抗叶酸制剂,与MTX相比有更高效的合成细胞内多聚谷氨酸的作用,是DHRF有效的抑制剂,但是对TYMS抑制作用较弱。它的代谢具有可饱和性,体内代谢呈非线性药物动力学特征,55%的给药量以原型药自经肾脏排泄。因为依达曲沙与严重的口炎、毒性皮炎有关,临床研究暂停。Clamon等未化疗的转移性结直肠癌患者采用依达曲沙进行治疗,方案为依达曲沙80mg/(m2·周),每8周给药。结果12例患者无1例有效,作者认为依达曲沙在此剂量此方案对结肠癌无效。Kemeny等对14例晚期结直肠癌患者采用依达曲沙进行首次化疗,方案为初始剂量为80mg/(m2·周),静脉给药,剂量随耐受情况调整。结果4例病情稳定,10例无效应,并在9周的全身化疗中病情进展。黏膜炎限制剂量,有11例发生。研究中需要去除1例肺纤维化的患者,其病理组织学与甲氨蝶呤诱导的肺损伤相同。毒性程度轻度至中度不等,包括腹泻、便秘、腹部不适、食欲减退、恶心或呕吐、皮疹和疲劳。作者认为依达曲沙在此剂量此方案对结肠癌无效。6.taolxin剂量Talotrexin(PT-523)是一种新的抗叶酸制剂,它结合了经典与非经典的抗叶酸制剂的特征,能够有效的抑制DHFR。这种药物与DHFR结合紧密,抑制常数(Ki)为0.35pmol/L,低于MTX15倍。美国国家癌症研究所用Talotrexin对50种人肿瘤细胞系进行测试,发现对白血病和结肠癌细胞系普遍最敏感,对中枢神经系统肿瘤、乳腺癌和前列腺癌细胞也有效。由于Talotrexin不含有谷氨酸侧链,不能形成细胞内多聚谷氨酸,使其在药物安全性和降低骨髓毒性方面具有潜在的优势。Talotrexin剂量限制性毒性为口炎,Ⅱ期临床试验的推荐用法为0.6mg/m25d,3周为1个疗程。但目前尚未有Talotrexin用于临床治疗结直肠癌的报告。五、非经典抗胆碱制剂非经典抗叶酸制剂不能形成多聚谷氨酸,亲脂性比传统抗叶酸制剂强,通过被动扩散进入细胞。1.卡培他滨、甲烷蝶呤和甲酰四氢纤维素三甲蝶呤为非经典的抗叶酸制剂,是一种对DHFR有较强抑制作用的亲脂性喹唑啉类衍生物,由于它具有亲脂性,能够不耗能地快速进入细胞,因其缺乏谷氨酸侧链,不能形成多聚谷氨酸因而在细胞滞留的时间不长。不同于大多数的抗叶酸制剂,三甲蝶呤主要通过肝代谢而不是肾脏,终末消除半衰期为15～20h。由于叶酸的转运不足而对MTX耐药的细胞基本保留对三甲蝶呤的敏感性。Matin等对转移性结直肠癌患者采用三甲蝶呤与卡培他滨联合化疗以进行Ⅰ/Ⅱ期临床药物实验,32例患者之前均接受过5-Fu治疗,94%之前曾经接受过伊立替康的治疗。方案为Ⅰ期研究中三甲蝶呤110mg/(m2·周)静脉注射,持续6周,卡培他滨750mg/m2,2次/d,口服,第2～15天,第23～36天,8周一个循环。Ⅱ期研究卡培他滨改为1000mg/m2。结果27例患者可评估,有效率7.4%。疾病进展期为3.3个月,生存期为5.9个月。3/4级不良反应包括腹痛4例(12.5%)和呕吐3例(9.4%)。作者认为三甲蝶呤与卡培他滨的组合耐受性良好,作为转移性结直肠癌患者的二线和三线化疗药物表现出了更好的疗效。Machiavelli等对晚期或转移性结直肠癌的患者采用三甲蝶呤和甲酰四氢叶酸双重调节5-Fu进行化疗,其中结肠癌21例,直肠癌15例,结果有效率为15%,1例(3%)完全效应,4例(12%)部分效应,12例(35%)无效应,17例(50%)疾病进展。治疗失败时间为4个月,生存期为11个月。剂量限制性副作用为黏膜炎。因为三甲蝶呤和5-Fu剂量的改变8例患者发生2级或3级口炎。16例(44%)发生白细胞减少,19例(53%)发生中性粒细胞减少症,18例(50%)发生贫血,22例(61%)发生呕吐,3例(8%)发生皮炎,没有因治疗导致死亡发生。作者认为三甲蝶呤和甲酰四氢叶酸双重调节5-Fu化疗方案表现了一定的抗肿瘤效用和较轻的毒副性作用。Blanke等采用随机双盲对照法进行了一项Ⅲ期试验,对382例未经治疗的晚期大肠癌患者应用5-Fu和甲酰四氢叶酸联合三甲蝶呤联合化疗。患者被随机分为2组,一组为安慰剂组,另一组为三甲蝶呤治疗组,三甲蝶呤110mg/(m2·周),静脉注射,24h后甲酰四氢叶酸200mg/(m2·周),静脉注射,5-Fu500mg/(m2·周),静脉注射,口服甲酰四氢叶酸解救。前6周给药,8周1个循环。结果生活质量评分和有效率没有差异。三甲蝶呤组和安慰剂组的无进展生存期分别为5.3个月和4.4个月(P=0.77),总生存期分别为15.8个月和16.8个月(P=0.73)。治疗组的毒副作用较大,腹泻是最常见的3级或4的副作用(三甲蝶呤组41%,安慰剂组28%)。结论:三甲蝶呤的加入使5-Fu联合甲酰四氢叶酸方案的3或4级腹泻加剧,对有效率、无进展生存期和总生存期没有改善。2.tyns-吡曲克辛吡曲克辛是一种口服的亲脂性抗叶酸制剂,不通过FPGS形成多聚谷氨酸,但能有效的抑制DHFR和TYMS。它不参与活化的叶酸转运系统,但是通过耗能的方式进入细胞,因此可以有效地对抗对MTX耐药的肿瘤细胞。口服吡曲克辛吸收迅速,生物利用率为75%～95%,终末半衰期为4.5～5.6h,主要通过肝代谢。与已确立的抗叶酸制剂相比,吡曲克辛除可以口服外,未表现出任何治疗上的优势。3.诺拉曲塞的亲脂性盐酸盐诺拉曲塞是一种非经典的,亲脂的抗叶酸制剂,非竞争性抑制TYMS并与其高度亲和,可导致广泛的dTMP消耗和dUMP堆积,使细胞缺乏胸腺嘧啶而死亡。诺拉曲塞不依赖于细胞周期发挥作用,其高度浓聚物不能使S期停滞,但仍能致使细胞凋亡。由于亲脂性,它可以通过被动扩散进入细胞而不必形成多聚谷氨酸,可以通过静脉输注作为水溶性的盐酸盐使用。基于一项亚洲的比较诺拉曲塞与多柔比星的随机Ⅲ期研究和2项北美的Ⅱ期研究,诺拉曲塞在2001年和2007年分别被美国食品和药物管理局、欧洲药品局授权作为罕见病用药用于治疗不能切除的肝细胞癌,但其在肿瘤领域还未广泛应用,尚未用于结直肠癌临床研究。六、培美曲塞联合奥沙利铂治疗的毒副反应培美曲塞目前已被批准与顺铂联合用于晚期非鳞状上皮细胞肺癌的一线治疗、单药用于非小细胞肺癌含铂化疗失败补救治疗,并可联合顺铂用于胸膜间皮瘤的化疗。培美曲塞在治疗结直肠癌方面的已有多项临床研究,并表现出一定的疗效。培美曲塞是一种细胞周期依赖的抗叶酸制剂,主要通过RFC进入细胞,在FPGS的作用下在胞内快速转变为更有效的多聚谷氨酸诱导剂,抑制TYMS、DHFR、GARFT和AICARFT。培美曲塞对TYMS的抑制致使细胞内dUMP的堆积,随后使脱氧尿苷(dUrd)进入血液循环,后者可以被用作评估在体内培美曲塞抑制TYMS药效的指标。耐药机制包括TYMS的增加,FPGS活性减弱导致的培美曲塞多聚谷胺酸积累的减少等。培美曲塞有一个小的稳态分布容量,大约15L,能够迅速从血浆消除,剂量为525～700mg/m2,终末消除半衰期为2～5h,原型药主要从尿液排泄。此外,培美曲塞剂量的增加与血药浓度成比例,在肾功能正常的患者其没有潴留的表现。由于培美曲塞经常与有肾毒性的顺铂联合运用,因此监测肾功能非常重要。培美曲塞在引起肾功能衰竭方面的毒性尚未确定,但是甲酰四氢叶酸,叶酸,胸苷,羧肽酶或血液透析都是可选择地治疗方法。同型半胱氨酸是检测人体内叶酸总体状况的指标,可在临床研究中预测严重的培美曲塞相关毒性。口服叶酸0.5mg/d,肌肉注射维生素B121mg每9周支持治疗显示可以降低潜在致死的骨髓抑制的发生率。Alberts等对转移性结直肠癌患者采用培美曲塞联合奥沙利铂进行治疗,该Ⅰ期研究方案为,化疗前7d每日补充叶酸(>350mg)和维生素B12(1000mg)每9周。培美曲塞10min给药,奥沙利铂2h给药,3周一个循环,剂量随组增加。结果21个可评价的患者中的9个完全效应,有效率43%,疾病进展期为11.9个月。该研究共进行了6个剂量组,最大耐受量(MTD)确定在最高剂量组,培美曲塞900mg/m2,奥沙利铂130mg/m2。MTD治疗相关的毒副反应包括3度嗜中性粒细胞减少症和血小板减少症。综合所有的剂量组,3/4度毒副反应包括血液系统、神经系统和胃肠道反应。MTD确定为培美曲塞900mg/m2,奥沙利铂130mg/m2,3周一个循环,并补充叶酸和维生素B12。Underhill等对晚期或转移性结直肠癌患者采用培美曲塞加伊立替康方案(ALIRI)或甲酰四氢叶酸调节的5-Fu加伊立替康方案(FOLFIRI)进行一线化疗并加以比较。方法ALIRI方案:培美曲塞500mg/m2,d1;伊立替康350mg/m2,d1,并补充维生素,21d一个循环。FOLFIRI:伊立替康180mg/m2,d1,d15,d29;甲酰四氢叶酸200mg/m2,5-Fu4