环氧化酶-2及其选择性抑制剂与脑胶质瘤的研究进展

作者：张俊锋

作者单位：西安交通大学附属第一医院神经外科， 陕西 西安 710061

     【摘要】  环氧化酶是合成各种前列腺素的关键酶，参与了机体许多生理和病理过程。其具有两种亚型，其中环氧化酶-2 （COX-2） 是其诱导型，在正常生理状态下很少表达，但在多种恶性肿瘤中呈高度表达。已知COX-2主要通过影响细胞的生长增殖与分化，抑制细胞凋亡及促进肿瘤血管生成等一系列机制发挥促癌作用，而COX-2的选择性抑制剂能减少肿瘤的增生、迁移和生长。本文就COX-2及其抑制剂与脑胶质瘤的关系作简要综述。

【关键词】  前列腺素内过氧化物合酶 环加氧酶抑制药 神经胶质瘤

    环氧化酶 （Cyclooxygenase，COX） 又被称为前列腺素合成酶，是花生四烯酸合成各种内源性前列腺素 （PGs） 过程中的限速酶，其催化产生的PGs参与了机体的多种生理及病理过程，如发热、炎症、出凝血机制等。目前已知COX至少具有两种亚型，即COX-1 （结构型） 和COX-2 （诱导型）。近年来研究发现：COX-2的表达与肿瘤发生和演变，肿瘤血管形成及血管内皮生长因子过度表达等有密切关系[1]，而COX-2的抑制剂能延缓和抑制肿瘤的发生、发展。

    1    COX-2的理化特性及表达

    COX含有一个能将花生四烯酸 （arachidonicacid，AA） 转化成前列腺素G2的COX位点和将前列腺素G2还原成前列腺素E2 （PGE2） 的过氧化物酶位点[2]，催化AA最终生成一系列PGs，后者参与了机体的各种生理功能和病理过程。COX-2基因位于染色体1q25.2-25.3上，COX-2是一种诱导性酶，主要位于细胞核内，集中在核膜。正常生理状态下，多数组织内无法检测到COX-2；其在炎症细胞因子、肿瘤促进因子、生长因子和癌基因等诱导下表达，表达水平可增高8~10倍。此外，已证明内毒素、白细胞介素-1、白细胞介素-6、拟胆碱药物、有丝分裂原等均可促进COX-2表达，而地塞米松、抗氧化剂、抑癌蛋白P53等则可抑制COX-2表达。

    2    COX-2与肿瘤的关系

    近年来的研究表明：COX-2过度表达导致的PGs水平升高在人类多种类型的肿瘤发生过程中起重要作用。COX-2在结肠、直肠癌中的作用已被确定，COX-2在腺瘤性息肉和恶性结肠肿瘤中比正常肠黏膜表达水平高，后者无或仅有弱的COX-2表达[3]。Sheehan等[4]对76例结肠、直肠癌病人的病理组织进行免疫组织化学检查，与14名正常人结肠组织活检作对照，发现COX-2在肿瘤上皮细胞、血管内皮细胞、炎症细胞及成纤维细胞中均有表达，且肿瘤恶性度越高，COX-2表达水平越高；在正常结肠组织中未发现COX-2表达。临床实验表明：非类固醇抗炎药物可抑制COX-1和COX-2的表达，并能显著减少家族性腺瘤性息肉病人腺瘤的数目及患散发性结肠、直肠癌的危险性[5]。在转基因诱发的结肠肿瘤动物模型中，发现给予特异性COX-2抑制药物可减少或预防肿瘤形成[6]。不仅结肠癌组织中普遍存在高表达的COX-2，而且在其他组织的恶性肿瘤，如胰腺、胃、食管、前列腺、肺和头颈部肿瘤，COX-2的高表达亦常见。Uefuji等[7]采用反转录-聚合酶链反应 （RT-PCR） 检测37例胃癌病人COX-2 mRNA的表达，结果表明：有淋巴结转移的胃癌病人肿瘤组织中COX-2 mRNA表达明显高于无淋巴结转移者，且COX-2高表达与胃癌病灶直径大小呈正相关。除临床和生物学证据外，在分子水平上也有证据表明COX-2参与了某些肿瘤的形成。野生型p53能抑制COX-2的表达[8]；而发生突变的p53则不能降低COX-2的表达水平。p53在大多数癌瘤中发生基因突变或失活，且恶性度越高，发生率越高；这可能是随着肿瘤恶性级别升高而COX-2表达增强的原因之一。此外，COX-2表达增加常伴抗凋亡蛋白Bcl-2含量的增加，因此，COX-2可能通过与其他癌基因相互作用，参与了肿瘤的演化过程。对结肠癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌和头颈部鳞癌的研究表明：除肿瘤细胞表达COX-2外，肿瘤及邻近的新生血管均有COX-2的表达[9]，这表明COX-2可能与肿瘤新的血管生成有关。

3    COX-2的作用机制

    随着肿瘤分子生物学的发展，对COX-2促癌机制的认识也进一步深入。其作用机制可分为以下几方面：①影响细胞的生长增殖及分化。COX-2产生PGE2后，PGE2可通过自分泌或旁分泌途径作用于同种细胞或周围组织的其他类型细胞，与细胞的内源性致热源 （EP） 受体通过G2蛋白耦联途径及核内过氧化物酶增殖体激活受体 （PPAR） 促进细胞生长。②抑制细胞凋亡，延长损伤DNA细胞的生存时间，造成损伤累积。COX-2通过PGE2实现抗凋亡因子Bcl-1、Bcl-2表达亢进，减少死亡受体 （DR-5），能抑制非典型蛋白激酶C （aPKC） 活性的Par-4表达，抑制线粒体的细胞色素C漏出及Caspase-3、9的激活，消耗AA，从而阻碍其对Bcl-1功能的抑制。③COX-2促进肿瘤血管生成，为肿瘤生长、转移提供所需营养。研究表明：COX-2过度表达的肿瘤病人微血管密度 （MVD） 较COX-2不过度表达者明显增高[10]，而选择性COX-2抑制剂Celecoxib能阻断碱性成纤维细胞生长因子 （bFGF） 诱导的小鼠角膜新生血管形成[11]。COX-2促血管生成主要通过催化AA产生PGE2，通过PGE2-EP受体/cAMP信号传导系统激活细胞内的蛋白激酶，以调节肿瘤中血管内皮生长因子 （VEGF）、bFGF基因的转录和表达；PGE2下游产物血栓素A2 （TXA2） 刺激血管内皮细胞迁移；PGE2激活缺氧诱导因子-1 （HIF-I），促进缺氧血管生成；促使基质金属蛋白酶 （matrix metalloproteinases，MMPs） 表达激活血管生成素；通过整合素αVβ3介导内皮细胞之间及内皮细胞与细胞外基质黏附，而在此过程中PGE2、VEGF、bFGF等多种因子对COX-2又起到了正反馈作用[12，13]。④COX-2使肿瘤侵袭力增加。浸润抑制因子E-cadherin在COX-2高表达细胞中缺失，COX-2导致尿激酶型纤溶酶原激活物 （UPA） 表型改变，均可促进肿瘤细胞的侵袭和转移。⑤抑制免疫。COX-2催化产生的PGE2可抑制T细胞和B细胞的增殖及自然杀伤细胞的细胞素反应；同时，PGE2抑制肿瘤坏死因子-α （TNF-α） 产生，诱导有免疫抑制功能的白介素-10 （IL-10） 产生[14]。⑥促进致癌物的转变。COX-2过氧化酶活性可使许多前致癌物活化，最终成为致癌物[15]。⑦促使癌基因及抑癌基因活性改变。研究表明：COX-2可产生丙二醇，导致癌基因活化和p53等抑癌基因失活及促癌功能转变[16]。

    4    COX-2在脑胶质瘤的表达和作用

    Joki等[17]通过免疫组织化学和蛋白质印迹方法发现：正常脑组织和各级脑胶质瘤中均存在COX-2蛋白表达，高级别胶质瘤中COX-2表达显著高于低级别胶质瘤和正常脑组织，在坏死灶周围COX-2阳性细胞数与其他部位无区别。Shono等[1]采用免疫组织化学检测，观察66例低级别至高级别星形细胞瘤病人的COX-2表达，发现COX-2高表达比例最高的肿瘤是胶质母细胞瘤 （71%），最低的是低级别星形细胞瘤 （30%）。COX-2表达水平与星形细胞瘤和多形性胶质母细胞瘤的预后具有密切关系，即COX-2表达水平越高，存活时间越短。COX-2表达水平与病理组织分级呈正相关，但与其他的肿瘤标记物P53、Bcl、p16、Rb和MIB-1的表达高低无相关性。回归分析表明：COX-2表达是预测病人预后的独立重要指标；COX-2高表达的胶质瘤恶性度较高，预后较差。COX-2在坏死灶周围的星形肿瘤细胞内表达较强，还可在神经元、反应性星形细胞和内皮细胞，特别是增生的内皮细胞中出现，说明COX-2参与了胶质瘤血管的形成。

    5    选择性COX-2抑制剂

    体外实验研究发现：特异性COX-2抑制剂NS-398能够减少肿瘤细胞的增生、迁移和肿瘤的生长，并能增加肿瘤细胞凋亡数目，但不能影响肿瘤的侵袭性，说明肿瘤细胞侵袭性的发生机制是不同于细胞增生和迁移的[17]。Nakatani等[18]通过动物实验研究发现：γ倒捻子素 （γ-mangostin） 能抑制胶质瘤细胞的COX-2和PGE2合成酶活性，并能抑制胶质瘤细胞的生长。Badie等[19]在胶质瘤模型研究中发现：COX-2通过增加血脑屏障的通透性，参与了脑胶质瘤脑水肿的形成，COX-2抑制剂能修复血脑屏障的损伤，其降低脑水肿的效果与地塞米松相同。Portnow等[20]在大鼠脑胶质瘤模型研究中发现：COX-2选择性抑制剂SC-236治疗组和地塞米松治疗组大鼠平均存活时间均为23 d，而对照组大鼠平均存活时间仅为16 d，说明SC-236和地塞米松均能显著延长脑胶质瘤大鼠的生命。

COX-2表达率与脑胶质瘤的分化程度相关，肿瘤分化差，COX-2表达率高；多因素分析结果表明：COX-2预测结果独立于其他变量，且COX-2表达为最强的预测预后的因素。Giglio等[21]发现：COX-2选择性抑制剂塞来昔布对极恶性脑胶质瘤具有潜在的抑制作用。COX抑制剂非甾体抗炎药 （NSAIDs） 对胰腺癌有预防和治疗作用[22]。Masferrer等[11]的研究表明：塞来昔布可通过抗肿瘤血管形成及抗肿瘤细胞活性而抑制大鼠移植瘤的生长。还有研究认为：SC-236可明显提高肿瘤放射治疗的效果，而不影响正常组织的放射反应。目前，临床应用的第2代选择性COX-2抑制剂对COX-2的抑制作用及抗炎和镇痛等疗效均明显优于非选择性COX抑制剂，而胃肠道等不良反应无明显增加，甚至有明显降低[22]。但许多药物仍处于临床实验阶段，临床应用的评价尚无定论[21]。

    6    存在的问题

    尽管有关COX-2的研究已取得了大量成果，但其确切的促癌机制及其如何被炎症因子、肿瘤促进因子、癌基因诱导和激活等，仍需进一步探索，而COX-2抑制剂对恶性肿瘤过表达COX-2的治疗效果等尚需进一步临床验证。

【参考文献】  [1] Shono T, Tofilon PJ, Bruner JM, et al. Cyclooxygenase-2 expression in human gliomas: prognostic significance and molecular correlations [J]. Cancer Res, 2001; 61(11): 4375- 4381.

[2] Dubois RN, Abramson SB, Crofford L, et al. Cyclooxygenase in biology and disease [J]. FASEB J, 1998; 12(12): 1063-1073.

[3] Kutchera W, Jones DA, Matsunami N, et al. Prostaglandin H synthase 2 is expressed abnormally in human colon cancer: evidence for a transcriptional effect [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1996; 93(10): 4816-4820.

[4] Sheehan KM, Sheahan K, O'Donoghue DP, et al. The relationship between cyclooxygenase-2 expression and colorectal cancer [J]. JAM, 1999; 282(13): 1254-1257.

[5] Garcia-Rodriguez LA, Huerta-Alvarez C. Reduced risk of colorectal cancer among long-term users of aspirin and nonaspirin nonsteroidal antiinflammatory drugs [J]. Epidemiology, 2001; 12(1): 88-93.

[6] Jacoby RF, Seibert K, Cole CE, et al. The cyclooxygenase-2 inhibitor celecoxib is a potent preventive and therapeutic agent in the min mouse model of adenomatous polyposis [J]. Cancer Res, 2000; 60(18): 5040-5044.

[7] Uefuji K, Ichikura T, Mochizuki H. Expression of cyclooxygenase-2 in human gastric adenomas and adenocarcinomas [J]. J Surg Oncol, 2001; 76(1): 26-30.

[8] Subbaramaiah K, Altorki N, Chung WJ, et al. Inhibition of cyclooxygenase-2 gene expression by p53 [J]. J Biol Chem, 1999; 274(16): 10911-10915.

[9] Tucker ON, Dannenberg AJ, Yang EK, et al. Cyclooxygenase-2 expression is up-regulated in human pancreatic cancer [J]. Cancer Res, 1999; 59(5): 987-990.

[10] Fujiwaki R, Iida K, Kanasaki H, et al. Cyclooxygenase-2 expression in endometrial cancer: correlation with microvessel count and expression of vascular endothelial growth factor and thymidine phosphorylase [J]. Hum Pathol, 2002; 33(2): 213-219.

[11] Masferrer JL, Leahy KM, Koki AT, et al. Antiangiogenic and antitumor activities of cyclooxygenase-2 inhibitors [J]. Cancer Res, 2000; 60(5): 1306-1311.

[12] Mestre JR, Mackrell PJ, Rivadeneira DE, et al. Redundancy in the signaling pathways and promoter elements regulating cyclooxygenase-2 gene expression in endotoxin-treated macrophage/monocytic cells [J]. J Biol Chem, 2001; 276(6): 3977-3982.

[13] Tamura M, Sebastian S, Gurates B, et al. Vascular endothelial growth factor up-regulates cyclooxygenase-2 expression in human endothelial cells [J]. J Clin Endocrinol Metab, 2002; 87(7): 3504-3507.

[14] 李敏超. 白细胞介素10与肺癌免疫 [J]. 国外医学肿瘤学分册, 2001; 28(4): 297-300.

[15] Banerjee S, Bueso-Ramos C, Aggarwal BB. Suppression of 7, 12-dimethylbenz(a)anthracene-induced mammary carcinogenesis in rats by resveratrol: role of nuclear factor-κB, cyclooxygenase 2, and matrix metall oprotease 9 [J]. Cancer Res, 2002; 62(17): 4945-4954.

[16] Prescott SM, Fitzpatrick FA. Cyclooxygenase-2 and carcinogenesis [J]. Biochim Biophys Acta, 2000; 1470(2): 69-78.

[17] Joki T, Heese O, Nikas DC, et al. Expression of cyclooxygenase-2 (COX-2) in human glioma and in vitro inhibition by a specific COX-2 inhibitor, NS-398 [J]. Cancer Res, 2000; 60(17): 4926-4931.

[18] Nakatani K, Nakahata N, Arakawa T, et al. Inhibition of cyclooxygenase and prostaglandin E2 synthesis by gamma- mangostin, a xanthone derivative in mangosteen, in C6 rat glioma cells [J]. Biochem Pharmacol, 2002; 63(1): 73- 79.

[19] Badie B, Schartner JM, Hagar AR, et al. Microglia cyclooxygenase-2 activity in experimental gliomas: possible role in cerebral edema formation [J]. Clin Cancer Res, 2003; 9(2): 872-877.

[20] Portnow J, Suleman S, Grossman SA, et al. A cyclooxygenase-2 (COX-2) inhibitor compared with dexamethasone in a survival study of rats with intracerebral 9L gliosarcomas [J]. Neuro-oncol, 2002; 4(1): 22-25.

[21] Giglio P, Levin V. Cyclooxygenase-2 inhibitors in glioma therapy [J]. Am J Ther, 2004; 11(2): 141-143.

[22] Murakami M, Naraba H, Tanioka T, et al. Regulation of prostalgandin E2 biosynthesis by inducible memberane-associated prostaglandin E2 synthase that acts in concert with cyclooxygenase-2 [J]. J Biol Chem, 2000; 275(42): 32783- 32792.