二膦酸盐(BPs)在医疗方面，最初应用于骨扫描，后来用来治疗Pagets病、恶性高血钙和骨转移瘤等疾病。目前BPs已成为重要的抗骨质疏松症药物。除了强大的抗骨吸收功能外，BPs抗肿瘤作用受到越来越多的重视。本文着重介绍其抗肿瘤及骨转移瘤方面的新观点。
1 二膦酸盐结构和抗骨吸收的机理
BPs与骨结合和抗骨吸收能力取决于两个不同侧链(R1和R2)的组合。BPs的P-C-P结构和R1侧链形成一个骨矿物质“钩子”，使它强有力地亲和在骨表面。当R1侧链为-OH时，BPs与钙离子可通过三条键与钙离子结合，使它与骨的结合能力增强。R2侧链结构决定其分子活性。当R2为烷基时，BPs效能增强。当R2侧链结构为伯胺(NH2)时，形成氨基二膦酸盐(如Alendronate和Pamidronate)，其功效为Etidr-onate的1000倍。带有仲胺(如incadronate)或者叔胺(如ol-padronate)结构的氨基二膦酸盐药效会进一步加强。而R2侧链中N原子包含在环状结构中时(如Risedronate和Zoledronicacid)，其药效达到最强，为Etidronate的10000倍。
在组织水平，BPs降低骨转换，形成钙正平衡，使骨量增加。对此，一种解释是BPs抑制破骨细胞，而成骨细胞并没有立即被抑制，所以继续生成新骨，导致骨量增加。另一种解释是：由于骨转换降低，新骨必须经过更长时间才能完成矿化，所以形成的骨含有更高的矿物质。在细胞水平，BPs影响破骨细胞的募集、分化和活性，并促进其凋亡。在分子水平，BPs是通过2种不同的途径抑制骨吸收。那些近似于焦磷酸的BPs，如Clodronate和Etidronate可生成具有细胞毒性的ATP类似物。含氮BPs可以通过抑制甲羟戊酸途径(Meval-onate Pathway)中FP合成酶(farnesyl diphosphate synthase)从而影响胆固醇、FP和GGP的合成。FP和GGP的缺乏使小的GTPases如ras、rho、rab不能异戊烯化，从而不能在细胞膜和囊泡膜构成细胞骨架结构方面发挥作用，也不能参与信号传导，使细胞功能丧失或凋亡。
2 抑制肿瘤及肿瘤并发症的效果
在体外，BPs可抑制肿瘤细胞生长和并促进其凋亡，Le等报告Pamidronate和Zoledronicacid可在体外显著地抑制前列腺癌细胞生长。Pamidronate可促使肿瘤细胞死亡，而Zoledronicacid可抑制细胞增殖。Sasaki等用Risedronate预处理裸鼠后，再注射人乳腺癌细胞，可降低瘤负荷。细胞实验中，alendronate和clodronate可抑制人PC-3前列腺癌细胞的黏附、侵袭和转移。在鼠模型中，BPs可抑制溶骨病灶的扩大和乳腺癌、前列腺癌细胞在骨中生长。Pamidronate和clodr-onate抑制UMR106-01骨肉瘤细胞增殖[6]。
BPs可治疗多发性骨髓瘤。在鼠多发性骨髓瘤模型中，应用4μg/dIbandronate可降低骨溶解程度。Pamidronate在体内抑制多发性骨髓瘤细胞生长，并减少多发性骨髓瘤骨髓基质干细胞数量。
BPs抑制前列腺癌成骨性骨转移。例如，Risedronate可降低骨转移的数量、范围和转移灶大小。在体外，Clodronate抑制不同肿瘤对鼠头盖骨的吸收。人体内，Clodronate可降低原发性乳腺癌骨转移和内脏转移。
BPs可降低骨转移瘤的并发症，如病理性骨折、溶解性病灶、骨痛和高血钙症。不论口服或注射，BPs可降低骨髓瘤和乳腺癌导致的50%以上的骨骼疾病。
3 二膦酸盐抗肿瘤的新观点
起初认为：BPs对癌细胞的作用是以间接方式实现的，即通过抗破骨细胞来抑制肿瘤和骨转移。例如，其抗转移的机理被解释为抑制破骨细胞后，骨质破坏减少，使肿瘤没有区域进行扩张。但近期实验表明BPs可能通过直接或其它间接方式抑制肿瘤细胞，而不仅仅通过抗骨吸收方式起作用。
3.1 直接抗肿瘤细胞和促进肿瘤细胞凋亡
氨基二膦酸盐抗肿瘤细胞及促凋亡的机理与影响肿瘤细胞的甲羟戊酸(Mevalonate Pathway)有关。Senaratne等用Zoledronic acid，Pamidronate，Clodronate和EB1053研究3种人类乳腺癌细胞的生长、活性和凋亡，发现这几种BPs可显著抑制肿瘤细胞活性。这表明：BPs抗骨吸收效能与其促凋亡效果并不相关。Riebeling等报道Pamidronate在体外可使人黑色素瘤细胞凋亡，而Clodrnate无此种作用。这与Boisier等的结果一致：Alendronate通过抑制肿瘤细胞甲羟戊酸途径，阻碍一些小的GTP酶的异戊烯化，从而降低癌细胞黏附、侵袭。氨基二膦酸既通过抑制蛋白geranylgeranylation又通过抑制蛋白的farnesylation来影响前列腺癌的侵袭和转移。Jadgev等证明由Zoledronicacid引起的凋亡可通过加入甲羟戊酸途径的代谢物而解除(加入geranylgeraniol可以完全解除，而加入far-nesol可以部分解除)，说明氨基二膦酸盐抗乳腺癌的活性与它抑制甲羟戊酸途径的酶活性密切相关。氨基二膦酸盐降低Ras蛋白的异戊烯化，阻碍Ras蛋白膜附着和功能，使线粒体释放cythocromec到胞质中，激发caspase-3，发生caspase的级联反应，从而引起凋亡。这种情况可通过加入farnesol，从而过分表达bcl-2而解除。Shipman报告氨基二膦酸盐在体外诱导人类骨髓瘤细胞系的凋亡可被过分表达的bcl-2挽救，证明含氮二膦酸盐介导的凋亡源于抑制甲醛戊酸途径。
非氨基二膦酸盐抗肿瘤作用与ATP的类似物积累有关。Fromigue等证明由Clodronate，Pamidronate，Ibandronate和Zoledronic引起的乳腺癌细胞凋亡可被caspase的抑制剂z-VAD-fmk完全逆转。这表明caspase在BPs介导的凋亡中的重要作用。非氨基二膦酸盐的caspase反应是ATP的类似物在细胞内积累过多的结果。
3.2 抑制肿瘤生长因子的释放
骨基质含有成骨细胞源性的生长因子，如转移生长因子β(TGF-β)和胰岛素样生长因子-I(IGF-I)，可促进破骨细胞功能并且促使骨质周围肿瘤细胞生长。破骨细胞骨吸收时骨基质中生长因子释放出来，这些因子一方面促进破骨细胞功能，一方面促进肿瘤细胞生长。这种恶性循环被称为“种子和土壤机制”。BPs通过降低破骨细胞活性抑制骨基质中TGF-β、IGF-I以及其他肽类的释放从而打破此循环，抑制肿瘤细胞生长。
非氨基二膦酸盐抗肿瘤作用与ATP的类似物积累有关。Fromigue等证明由Clodronate，Pamidronate，Ibandronate和Zoledronic引起的乳腺癌细胞凋亡可被caspase的抑制剂z-VAD-fmk完全逆转。这表明caspase在BPs介导的凋亡中的重要作用。非氨基二膦酸盐的caspase反应是ATP的类似物在细胞内积累过多的结果。
3.3 影响肿瘤细胞黏附、侵袭和活力
黏附是癌细胞骨转移中重要一环。BPs可抑制乳腺癌和前列腺癌对骨基质的黏附。Magneto等报告：Ibandronate可抑制癌细胞对骨的侵袭和黏附。BPs预先处理前列腺癌和乳腺癌细胞后，癌细胞便不能黏附到骨细胞外基质上。预先用氨基二膦酸盐处理牛皮质骨片后，可抑制乳腺癌细胞黏附其上;非氨基二膦酸盐(Clodronate和Etidronate)无此效果。对BPs抑制癌细胞黏附的一种解释是：BPs通过锌指结构抑制骨基质金属蛋白酶MMPs的分泌和该酶活性。但研究发现，这种抑制作用只有在高浓度才出现。
3.4 抗肿瘤血管生成的作用
BPs抗肿瘤的作用可部分用抗血管生成理论来解释。Wod等发现纤维母细胞生长因子(bFGF)和血管内皮生长因子(VEGF)可促进细胞增殖;这种增殖可被Zoledron-icacid抑制。Zoledronicacid也抑制鼠前列腺和骨的血管生成。人体中使用Zoledronicacid治疗骨转移癌病人，可显著降低血液中VEGF的水平。
3.5 通过成骨细胞发挥抗肿瘤作用
BPs抗肿瘤作用可能与成骨细胞有关。多发性骨髓瘤细胞刺激成骨细胞分泌TRANCE，也促进BMSCs转录IL-6。成骨细胞源性因子(如IL-6、纤维母细胞生长因子和转移生长因子β)可促进肿瘤生长和生存，而BPs抑制这些因子。例如，Pamidronate和Zoledronate在浓度小于1μmol/L时可抑制BM-SCs产生IL-6。
另有报道：BPs是通过刺激成骨细胞产生破骨细胞抑制因子来抑制骨吸收。当加入BPs后，培养液中出现一种分子量很低(小于992IU)的因子。但这种因子是否对癌细胞产生作用尚需研究。
3.6 对γδT细胞活化和增殖作用
γδT细胞是人类外周血T细胞的一小部分(1%～10%)，细胞对炎症起到预警和递呈作用。Kunzman等证明氨基二膦酸盐可在体内、外激活γδT细胞。Alendronate、Ibandronate和Pamidronate可诱导γδT细胞活化和增殖，非氨基二膦酸盐如Cldronatehe和Etidronate则无效。同一研究中，Pamidr-onate治疗多发性骨髓瘤细胞时可见到浆细胞的存活率下降。而这种现象只有在特定骨髓γδT细胞激活的情况下才能看到，提示Pamidronate激活了γδT细胞，后者通过直接细胞接触溶解或者通过分泌抑制性的细胞因子如IFN-γ对抗浆细胞。在体内，Pamidronate可增加外周血γδT细胞数量。氨基二磷酸盐对γδT细胞(Vγ9/Vδ2亚型)的活化作用与单核细胞系细胞存在密切相关。这说明，单核细胞作为抗原递呈细胞，将BPs呈递给γδT细胞，使γδT细胞活化，进而对广谱肿瘤细胞进行杀灭。氨基二磷酸盐激活γδT细胞作用已成为BPs治疗肿瘤的重要理论，值得更深入研究。
4 总结
上述研究从不同侧面论述了BPs抗骨肿瘤和骨转移癌作用机理。目前，几项实验正在评估Zoledronicacid与酪氨酸激酶抑制剂(如imatinib)、芳香化酶抑制剂(如letrozole)和抗肿瘤制剂(如paclitaxel或docetaxel)的关系，其目的是在模型中观察联合使用效果。这些研究开辟了BPs临床新用途。目前，BPs在肿瘤治疗方面主要作为骨肿瘤辅助用药，随着研究深入，BPs将会在抗骨肿瘤药物中占据更重要的地位。
文：王帮民 辑：李洋 校：王家强
河南省骨与软组织肿瘤诊疗中心，暨河南省肿瘤医院骨软组织科。
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