诱导型一氧化氮合酶与胶质瘤

　　作者：雷军荣1,2 综述, 石松生1， 杨卫忠1 审校 作者单位：(1福建医科大学附属协和医院神经外科,福建 福州 350001; 2郧阳医学院附属太和医院神经外科)

　　【关键词】 一氧化氮;一氧化氮合酶;胶质瘤

　　一氧化氮(nitri oxide，NO)是人体内一种生物活性分子。近年的研究表明，它与多种恶性肿瘤的发生、发展密切相关。肿瘤组织中的NO主要由诱导型一氧化氮合酶(iducible nitric oxide synthase，iNOS)催化合成，本文仅就iNOS与脑胶质瘤的关系作一综述。

　　1 NOS的分类及iNOS的调节

　　1.1 NOS的分类

　　人体内的一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)目前发现并定名有3类。Ⅰ型NOS主要存在脑和神经细胞的细胞质内，称为神经型(nNOS);定位于常染色体7上的Ⅲ型NOS主要存在于血管内皮细胞的细胞膜上，称为内皮型(eNOS);Ⅰ型和Ⅲ型均为钙依赖型，其合成的NO寿命极短，在维持神经细胞的效应传递功能和血管的舒缩功能，保证血管扩张、血液供应上起着很重要的作用。Ⅱ型NOS称为诱导型，为非钙依赖型，存在于白细胞、神经胶质细胞等多种细胞的胞质中，在细胞受到刺激，如炎症、退行性变、肿瘤等状态下，可以被激活表达，催化产生的NO能持续较长时间，广泛参与各种病理过程。

　　1.2 iNOS的调节

　　iNOS在大多数组织中不是固有表达的，需经诱导表达。许多研究发现，LPS、IFN-γ，TNF-α等多种细胞因子都可以上调iNOS的表达。Mattace等[1]进一步研究发现，在应用NF-κB的两种抑制剂PDTC和TLCK后，上述细胞因子促进iNOS表达能力明显降低，因此认为上述细胞因子是通过NF-κB途径来调控iNOS表达。IL-1β也可以上调iNOS的表达， Kim等[2]研究发现，IL-1β是大鼠C6胶质瘤中促进iNOS表达的即刻早期蛋白，它可以通过P38 MAPK 和 NF-κB途径来调控iNOS的表达。Xu等[3]也证实是P38 MAPK，而非p42/p44 MAPK参与了大鼠C6胶质瘤中iNOS表达的表达。Ishikawa等[4]研究发现，IL-1β也可以通过 JNK途径来调控iNOS的活性。

　　另外，有学者报道，转化生长因子-β对iNOS有抑制作用，糖皮质激素、某些白细胞介素和丝氨酸蛋白酶抑制剂对iNOS的诱导表达均有抑制作用。

　　2 iNOS 与胶质瘤

　　2.1 iNOS与胶质瘤的关系

　　多数研究表明，iNOS在胶质瘤中的表达较正常组织明显升高，且表达与肿瘤恶性程度成正相关。但Giannopoulou等[5]研究iNOS在星形细胞瘤中的表达却发现，iNOS在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级星形细胞瘤中表达逐级升高，但在Ⅳ级中显著下降。这可能用以下观点解释：iNOS过度表达，所生成的NO的细胞毒性将超过其促进肿瘤细胞生长的特性，机体通过某种调节下调了iNOS的表达。

　　2.2 iNOS与胶质瘤血管生成

　　1971年，美国哈佛大学医学院Folkman博士首次提出了肿瘤生长依赖于血管生成的观点，很快得到众多研究学者的证实。研究表明，当恶性肿瘤直径小于2 mm(约107个细胞)时，供应血管还没有形成，主要通过直接吸收周围组织的营养生长，生长较慢，近似于“休眠状态”;而当肿瘤长到2 mm以后，吸收组织的营养就不能满足快速生长的需要了，需要血液提供更丰富的营养，一旦肿瘤血管形成，肿瘤便在很短时间呈几何级无限制疯长，反之，如果没有新生的血管供应营养，肿瘤得不到养分，就不能生长而自行消亡。在促进胶质瘤血管生成因素的研究中，iNOS、NO、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor ，VEGF)以及它们之间的相互关系是目前研究的热点。

　　VEGF广泛分布于人和动物的脑、肾、肝、脾、肺及骨骼等组织，在促进肿瘤血管形成和生长中起着重要作用。研究发现，VEGF在各种人恶性肿瘤组织中表达明显升高，它的生物学功能为：①增加血管通透性：VEGF主要增加毛细血管后的毛细静脉和小静脉的通透性，从而为肿瘤的生长、浸润和转移提供合适的基础。②促进血管生成：VEGF是选择性血管内皮细胞有丝分裂原，当肿瘤发生时，一旦血管生成启动，VEGF就诱导强烈的血管生成作用。③调节细胞周期、抑制凋亡及抑制肿瘤免疫等。VEGF表达的调控较为复杂，目前仍未完全明了，但是许多研究均提示VEGF促血管生成的作用与组织中的NO密切相关。

　　NO在肿瘤进展中起着双重效应，其作用与肿瘤组织局部的NO浓度、肿瘤类别等有关。正常组织中NO的含量相对稳定，发挥一定的生理作用，在恶性肿瘤组织中，iNOS被各种细胞因子激活，从而释放出较多的NO。NO在肿瘤发展中的作用十分复杂，实验提示肿瘤中一定量NO的产生可增加肿瘤血流量并促进血管新生，进而促进肿瘤生长[6];而高浓度的NO对肿瘤细胞产生毒性作用，并能促进细胞的凋亡，阻断肿瘤形成新生血管而发挥抑瘤作用。但是，促进肿瘤生长所需要的NO浓度要比引起肿瘤细胞毒性的NO浓度低1～2个数量级以上，一般情况下，肿瘤组织中的NO主要发挥促进肿瘤生长的作用。NO与VEGF的相互作用机制可能为：①NO作为肿瘤细胞产生的VEGF与其受体结合过程中重要的信号传导因子，起到诱导肿瘤血管新生的作用等[7];②NO促进VEGF引起的增加血管通透性的作用，增加肿瘤组织的营养供应，最终促进肿瘤的生长[8]。

　　iNOS不仅通过产物NO和VEGF相互作用发挥其促血管生成作用。研究发现，iNOS可与VEGF受体结合来调节血流量促进肿瘤生长和转移;VECF也可以通过其受体FLt-1上调iNOS表达;还可以通过细胞内钙调蛋白和磷酸肌醇途径增强iNOS的表达，刺激产生NO。同时也有报道iNOS对VEGF的表达有正调节作用。

　　国内外的学者研究均表明，在脑胶质瘤的发生与发展过程中，iNOS、NO、VEGF相互作用促进肿瘤性血管的生成，其中以VEGF的作用更为直接，同时，VEGF受到iNOS、NO的严密调控[9-11]。

　　2.3 iNOS与胶质瘤增殖和凋亡

　　研究表明，iNOS可以通过参与肿瘤新生血管生成以及扩张血管等途径促进肿瘤细胞增殖，同时，iNOS也与肿瘤细胞的凋亡密切相关。iNOS的产物NO既能诱导凋亡，又能抑制凋亡。在哺乳动物细胞内，NO作为一种细胞内生物信使或细胞毒性效应分子参与细胞凋亡，NO依其浓度和细胞内氧化还原状态启动细胞凋亡或细胞生存信号。大多数学者认为，恶性肿瘤细胞产生的NO不仅在增加肿瘤血供和促进肿瘤血管生成等方面发挥作用，而且抑制肿瘤细胞凋亡。其机制可能为：①抑制细胞色素C的释放;②激活cGMP2依赖的凋亡抑制;③抑制Caspase活性;④下调Bax/Bcl-2比值。关于NO促进胶质瘤凋亡的研究较多，Qiao等[12]认为，在大鼠C6胶质瘤模型中，NO同过氧化物反应生成的过氧化亚硝酸盐参与C6胶质瘤细胞的凋亡过程; Yang等[13]研究发现，胶质瘤细胞基质中的透明质烷之所以可以诱导细胞凋亡是通过iNOS起作用的;Buzanska等[14]发现NO和核因子κB(nuclear factor κB，NFκB)共同参与了氨水诱导的大鼠C6胶质瘤细胞凋亡过程，并且NF-κB是通过活化iNOS产生NO而发挥促凋亡作用的，应用iNOS抑制剂后，可以使凋亡受阻。另外，iNOS也可以通过HIF-1以及P53等来调节胶质瘤细胞的增殖与凋亡，但具体机制仍不十分清楚，有待进一步研究。

　　2.4 iNOS与胶质瘤化疗耐受

　　Muerkoster等[15]用低剂量的化疗药处理PT45-P1胰腺癌细胞株6周后，发现其对高浓度的化疗药产生了耐受。进一步研究发现，引起这种耐受的原因之一是因为NO表达上调，使得化疗药引起的Caspase级联反应受到抑制。应用iNOS 的抑制剂后，Caspase级联反应得以重新激活。在胶质瘤的耐药机制研究中，也得到了类似的结果。Yin等[16]发现在大鼠C6脑胶质瘤细胞中，由iNOS过度表达而催化产生的NO可以“中和”卡氮芥和罗氮芥的细胞毒性，这种现象可以通过iNOS的抑制剂以及iNOS反义RNA消除。卡氮芥和罗氮芥是氯乙基亚硝基脲类化疗药，此类药物通过氨甲酰化作用和烷化作用杀灭肿瘤细胞。进一步的研究发现，iNOS能对抗氨甲酰化作用，而对烷化作用没有影响。这就是说，如果化疗药只通过烷化作用，而不通过氨甲酰化作用来杀灭肿瘤细胞，就可以避免iNOS引起的化疗耐受，目前，已经有这一新型的化疗药物应用于临床。

　　2.5 iNOS与胶质瘤微环境

　　胶质瘤细胞所处的微环境对iNOS表达及活性亦有影响，其中，又以微环境的pH值研究最多。Baud等[17]很早就研究发现，大鼠的腹膜巨噬细胞在偏酸的微环境中iNOS的表达明显升高，在应用NF-κB的抑制剂后，则没有这种变化，因此，他认为细胞所处的酸性微环境可以通过激活NF-κB途径来上调iNOS的表达。但是，也有的研究与上述结果并不完全一致。Harhaji等[18]研究大鼠C6胶质瘤细胞发现，轻微的酸性微环境(pH 6.8)可以刺激iNOS的活化，激活NO依赖的抗肿瘤途径。但是，较强的酸性微环境(pH 6.0)的作用相反，可以在mRNA和蛋白水平抑制iNOS的表达。细胞外的酸性环境不仅可以显著抑制MAP激酶的磷酸化，而且可以阻止iNOS转录因子IRF-1的活化。这也符合一般的理解：较低度恶性肿瘤而言，高度恶性肿瘤生长更为迅速，而血液供应相对更加不足，缺血缺氧使微环境的pH值更低，因此，NO依赖的抗肿瘤途径受到抑制，更加有利于高度恶性肿瘤的增殖。

　　3 小结

　　胶质瘤呈浸润性生长，可扩散至邻近或远离原发灶的脑组织，况且，有相当一部分胶质瘤位于脑干、丘脑等重要的功能区，因此，理论上手术全切肿瘤是不可能的。虽然目前的治疗仍以手术为主，但长远来看，术后的放疗、化疗、免疫治疗等极为必要，甚至更为重要。如上所述，iNOS广泛参与了胶质瘤的血管生成、增殖与凋亡以及化疗耐受等过程，与胶质瘤的发生、发展密切相关。因此，针对iNOS的“靶点治疗”，可能是胶质瘤综合治疗的一条新途径。

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