肿瘤生物节律治疗（综述）

肿瘤生物节律治疗（综述） 肿瘤生物节律治疗 郭鹏 综述 王正荣 审校 (四川大学基础与法医学院09级在读博士，学号B090666 四川成都610041) 【关键词】肿瘤;生物节律;治疗 时辰生物学已经成为近年来生命科学研究的热点,从单细胞到高等动植物以及人类均存在着按照一定规律运行的、周期性的生命活动现象,这种生命活动现象是明显节律性活动;这种节律性也现在肿瘤细胞之间,利用时辰生物学治疗肿瘤是肿瘤生物节律治疗的一个研究热点，本文就其相关研究综述如下。 1机体的生物节律 自然界中所有生物都按照一定规律周期性的进行生命活动，这种生命活动现象具有明显节律性称之为生物节律。根据其变化周期的长短，生物节律又分为亚日节律、超日节律和近日节律;生物节律的周期大于28小时的节律称为亚日节律;生物节律的周期小于20小时的节律是超日节律;生物节律的周期在20,28小时之间的节律是近日节律。生物节律是生命活动的基本特征之一，而近日节律是生物体内最强的生物节律。人体的许多生理、生化参数，如体温、血压、心率、 [1]消化及激素分泌等均表现出明显的近日节律的规律。该节律是内源性的，受环境中昼夜交替的节律影响，表现出以24小时为周期的特 点。现已证明细胞的合成与酶的代谢等生命活动均具有昼夜节律变化[2]。哺乳类动物细胞昼夜节律调控中枢位于下丘脑基底部的视交叉上核。光照与黑暗是昼夜节律的主要协同因子，两者的交替可以通过作用于调节中枢，通过神经介质将外部光周期信息整合到体内，进而影 [3]响褪黑素的分泌,借以调节不同生理功能的节奏，使人体内在的生理活动随明暗交替呈现规律性变化。在基因研究方面，目前已经知道 ,哺乳动物至少有9个特异基因(per1、per2、per3、cry1、cry2、tim、 [4]clock、bmal1、ckI)参与调节细胞的昼夜活动,它们参与和调节与细胞生理功能相关的其它基因的转录及转录后的过程。而光照作为一种正信号，可以通过激活per1、per2启动昼夜节律调节系统，影响细胞的代谢与增殖。从而使细胞生理功能呈现出24小时的变化。 2肿瘤发生与生物节律 2.1肿瘤细胞的节律性生长 不仅正常生物体、正常细胞的生理活动具有昼夜节律性，肿瘤细胞的生长也具有节律性。孙健等研究证实，荷人鼻咽癌裸鼠的鼻咽癌细胞DNA合成有明显的昼夜节律变化，裸鼠鼻咽癌细胞DNA合成S期的高峰在光照后第11.5小时，G、M期高峰在光照后23.35?1.792 小时，G期高峰在光照后11.35?2.80小时，并显示G、G/M期细112胞生物节律符合余弦节律，而S期曲线未表现余弦节律。进一步的研究发现，肿瘤细胞与正常细胞之间的生长节律不同。冼励坚等人对荷人鼻咽癌裸鼠的鼻咽癌移植瘤的细胞周期分布与裸鼠骨髓细胞的细胞周期分布进行比较，结果发现肿瘤组织与正常骨髓细胞具有明显不 [5]同的昼夜节律。国外Teresa 等人的研究也证实了这个观点，他们发现MA13/C乳腺癌的C3H/HeN 鼠骨髓中Bcl-2的表达具有昼夜节律, [6]而癌组织中很难发现昼夜节律。另外，还有很多学者通过动物肿瘤模型实验都证实不同组织器官的癌细胞、同种癌细胞不同细胞株之间、不同动物品系之间、以及肿瘤是自发还是诱导产生的不同，其肿 [7,8]瘤细胞生长的节律也有不同。将DNA合成作为参数，各种肿瘤细胞分裂增殖的节律性不同，如卵巢癌的高峰时相位于11:00,15:00，乳腺癌为13:00,15:00，子宫颈癌为12:00，头颈部癌为10:00;而正常组织如口腔粘膜为20:00，直肠粘膜为7:00，骨髓为12:00,16:00等[9]。以上研究均表明不同的肿瘤细胞在其生长、代谢等生理活动中表现出自主的节律模式，并与正常组织在细胞生长、代谢以及对治疗后生物反应的节律上不同步，二者具有明显时间差，这为利用生物节律进行肿瘤治疗可达到提高疗效、减少对正常组织损伤作用的目的提供了理论依据。 2.2、宿主生物节律与肿瘤的发生发展 宿主生物节律的改变对肿瘤的生长具有明显作用。 近年研究发现，宿主内分泌近日节律的改变可影响肿瘤的发生、 [10]发展及预后。Li-JC等发现颠倒大鼠的昼夜节律，外周血白细胞减少48%,噬中性粒细胞的噬菌作用低了7%,血浆溶血素水平也显著下 [11]降肿瘤生长速度明显加快,生存期缩短。Van等也发现生物节律的改变对肝癌的形成和生长有促进作用。宿主时间节律的紊乱能促进肿瘤的形成和生长的机制研究很多，可能与神经-内分泌系统异常后肿瘤 相关的激素水平节律变化改变肿瘤生理活动及对肿瘤的免疫监视减弱有关。其中对神经内分泌系统研究最多的是对褪黑素的研究。褪黑素的合成分泌具有近日节律，其血浆浓度9pm开始上升，至2am达高峰，在晨起将醒前开始下降，总体而言，夜间浓度高(50一 [12]200pg/ml)，白天浓度 极低(0一20pg/ml)。早在1996年，Cos等的研究即发现，褪黑素能够延长乳腺癌细胞细胞周期，使肿瘤细胞发 [13]生M期阻滞，具有一定的抑癌作用。近年进一步研究证实，褪黑素夜间水平的降低可使理化因子诱发恶性肿瘤的发生率上升或使体 [14]内原有肿瘤生长加速。除褪黑素外，还有研究发现激素依赖性乳腺癌患者的血浆皮质醇的昼夜节律均有不同程度的变化，而激素不敏感的，则无明显改变。此外，动物研究提示，损害下丘脑视上核扰乱小鼠休息活动周期及体温节律，可明显改变血浆可的松浓度，肿瘤生长 [15][16]较对照组明显加速。除了基础研究外，流行病学研究通过对78562名妇女长达10年的观察追踪指出，长期从事夜班轮换工作的妇女乳腺癌的发病率明显增高。这可能与夜班轮换工作改变了休息一活动周期和睡眠周期有关，长期的睡眠不足引起宿主时间节律紊乱，通过神经内分泌系统导致多种免疫功能的失调和多种激素水平失调包括交感神经系统激素、下丘脑一垂体一肾上腺激素和细胞因子等，影响肿瘤生长节律，最后导致了肿瘤的发生。这些研究都显示宿主近日节律的改变对肿瘤发生发展的影响，也提供了可以通过改变宿主的节律来起到预防肿瘤、治疗肿瘤的思路。 3生物节律治疗的基础研究 肿瘤与时间节律的关系非常密切，肿瘤组织与正常组织昼夜节律具有差异性, 这种差异允许临床选择肿瘤组织最敏感的时间或/和正常组织耐受性最佳的时间进行治疗。生物节律治疗或称为时辰治疗即是针对各种肿瘤患者的时间节律而实施不同的最佳的治疗，这是近年来肿瘤治疗研究的热点。 3.1 节律基因方面的研究 目前已经知道，哺乳动物至少有9个特异基因参与调节细胞的昼夜活动，机体通过这些近日节律基因调控原癌基因、抑癌基因及凋亡基因的表达，对肿瘤发生具有直接或间接的作用。一旦时钟基因表达 [17]异常引发节律改变即可促使肿瘤生长或患癌风险增加。Fu等认为per2介导的相关基因(cyclinA、cyclinD1、mdm-2及gadd45α)参与细胞增殖、凋亡，而 mper2基因突变导致这些基因调控丧失，正是肿 [18]瘤发生的机制所在。朱彬等研究节律基因mPer2对肿瘤细胞γ射线的损伤敏感性的影响，结果显示mPer2表达高峰组肿瘤细胞内细胞增值明显，肿瘤抑制率更低，凋亡率降低，表明根据细胞生长代谢的节律选择恰当的时机进行治疗，可在一定程度上控制肿瘤生长，时间放疗具有科学性。众多研究已经表明，近日节律系统一旦失调，会引起多种生理功能的失调，从而引发一系列的肿瘤发生，包括淋巴瘤、 [19,20]白血病、乳腺癌和卵巢癌等。正因为如此，通过反义核苷酸途径或基因修饰等基因治疗手段，调控节律基因，从而调控肿瘤生长，是可行的，显示了通过生物节律治疗肿瘤方面广阔的治疗前景。 3.2 细胞周期方面的研究 细胞的新陈代谢和增殖表现明显的昼夜节律调节, 细胞周期基因和各种不同的细胞周期蛋白也表现为昼夜节律表达。通过免疫组化技术, 在对正常人口腔黏膜、皮肤、直肠黏膜的研究中发现多种细胞周期蛋白(cyclinE、cyclinA、cyclinB 等)峰值时间的昼夜节律变化与特定细1 [21]胞周期相关。冼励坚等人的试验发现荷人鼻咽癌裸鼠骨髓细胞G、1S、G/M期细胞在3、7、11、15、19、23HALO(hours after lights-on 2 光照开始的小时数)的分布随时间变化有统计学差异,G、G/M期细12胞24h变化符合余弦节律,高峰值分别位于10.8HALO和1.8HALO。这表明肿瘤的细胞分裂增殖有一定的节律性;提示选择适当的时间给予照射，针对肿瘤细胞敏感期而避开正常组织敏感期，则望达到提高 [22]治疗比的效果，即时辰放疗的意义所在。早在1973年，Haus等已经证实，在接受剂量为400,500的小鼠中，半数致死的全身照射R 量随不同的6个时辰时间变化，最高的耐受期出现在光照的后半段。其他啮齿动物研究也发现对单一全身照射有时辰节律，在光照时照射 [23]生存率高于黑暗时段的中点照射。放射敏感性与细胞增殖周期时相关系的研究结果显示，细胞接近和处于M期时对放射最敏感，S后期对放射最抗拒，G期的早期对放射抗拒，G期的晚期却是一个放11 [24]射敏感期，G期是敏感的、可能和M其一样敏感。谢春梅的离体2 实验研究也发现，体外培养人鼻咽癌CNE-2细胞系，细胞在一天内不同时间点接受2，4，6，8Gy4个剂量点的照射后，在G2/M期曲线的高峰和低谷照射的细胞存活率SF比较均有统计学意义(P,0.05)，在高峰照射的细胞的SF小于低谷照射的SF,但随剂量的增大，SF的 差别逐渐减小。这表明人鼻咽癌CNE-2细胞系的细胞周期可能随昼夜交替呈节律性变化，时辰照射鼻咽癌细胞存活率的差异预示鼻咽癌时辰放疗的优越性。 3.3 药物代谢动力学 据报道，机体对大约30余种抗癌药物的耐受性或疗效随昼夜节律的改变而不同，其波动范围可达50%以上，因此根据人体的生物节律用药具有明显的科学性。抗癌药物的细胞毒作用在24小时中随给药时间不同有明显差异，抑制细胞生长的药物其药物代谢动力学参数随给药时间的不同而改变，主要是由于体内快速增殖组织细胞对烷基化合物、铂复合物的细胞毒保护作用以及体内药物吸收代谢的酶、谷胱甘肽代谢酶活性的周期性变化所致。研究显示，时辰化给药影响大约30种抗癌药物(包括细胞生长抑制剂和细胞因子)对鼠类的毒性。不同时间给予亚致死剂量的药物,鼠类生存率变化达到甚至超过50%,即使 【】25改变给药途径和给药次数，结果仍然重复。现已证实在不同时间相给药其疗效有较大差异的药物包括诺维本、卡铂、5-氟尿嘧啶、泰 [26]素帝、生物反应调节剂等，韩云炜的研究也发现CPT-ll对鼻咽癌移植瘤裸鼠有明显的抑制作用，且疗效及毒副作用呈现时辰节律变化，12HALO最优，21HALO最差，为时辰化疗的临床应用提供了参考。同一剂量的药物，在机体休息-活动周期(rest-activity cycle)的不同时间给药，产生不同的疗效，在周期的某一位相对机体产生有益作用，而在另一位相则产生有害作用，甚至可以致死。因此，择时用药具有重要的临床意义。利用时辰原理给药，提高受体的耐受性(即 降低药物的毒性)，提高肿瘤组织的敏感性和药物抗瘤活性，是时辰药理学研究的目标。 3.4 端粒酶 端粒酶是一种重要的核蛋白,它稳定端粒,从而允许细胞无限分裂而具有不死性。对荷肝癌裸鼠癌组织端粒酶的研究发现端粒酶的活性具有昼夜节律。端粒酶最高的活性在细胞周期的S期,并与S期同步,这表明端粒酶的活性与DNA的合成密切相关。与静止细胞比较,端粒酶是一个良好的指数来测量肿瘤的增殖,提示端粒酶抑制剂的时辰治 [27]疗可提高其疗效。 3.5、肿瘤血供 肿瘤组织血流也具有昼夜节律变化，这也可能是时辰化疗的作用机制之一。有实验证明,肿瘤的血流灌注在小鼠活动期高于小鼠静止期,多柔比星在小鼠活动期给药的疗效高于在小鼠静止期给药,疗效的 [28]增加与肿瘤血流的明显增加有关,分析原因可能是肿瘤血流的增加可以影响药物的局部浓度,从而影响化疗药物的疗效。Blumenthal进一步研究发现肿瘤血管的容量、血流量、血管渗透性三者具有明显的时间节律性,并推测肿瘤组织昼夜血供的变化是其生长速度的时间节 [29][30]律性的机理之一。钟丽等报道在不同的时间点人鼻咽癌裸鼠移植瘤的乏氧状况随昼夜交替呈节律性变化，其中肿瘤的乏氧程度在光照射后3-9小时最强，15-21小时最弱。鼻咽癌时辰放疗的疗效与肿瘤组织中不同时辰的乏氧密切相关，而乏氧程度与肿瘤血供有关。这些研究也显示肿瘤血供具有节律性，影响肿瘤血液供应、营养供给及乏 氧程度，从而为一些干扰肿瘤血供的药物的生物节律治疗提供治疗依据。 3.6 肿瘤体温变化 肿瘤体表部位的温度具有昼夜周期性变化。温度越高，肿瘤细胞体表温度的代谢越活跃。故可将肿瘤活性的节律作为放射治疗参考的指标，在肿瘤体表温度峰值进行照射，肿瘤的消褪最快。Tong Jian[31]等报道小鼠不同部位的体温受到不同的中枢神经生物钟的调控，深部的体温近日节律与细胞节律调控中枢丘脑基底部的视交叉上核(SCN)有关，表浅部的体温近日节律与松果体有关，提示中心体温的节律可作为癌症时辰放疗中的节律性标志之一。 3.7 内生保护剂 肿瘤的放疗、化疗均有毒性反应，考虑放射线及化疗药物对于哺 [32]乳动物的作用，治疗敏感性及内生放射保护剂的节律均需考虑。而内生保护剂还原型谷胱甘肽(GSH)可在一定程度上减少射线及化疗药物对机体正常组织的损伤作用。还原性谷胱甘肽的血浆浓度证实有节律性，同一个体GSH 的昼夜分泌有1~1.5倍的差异,高峰期常位于 [33,34]下午。明显不同的GSH的水平对正常组织细胞可以产生不同程度的保护作用,从而提高放化疗的耐受性。进一步研究发现全血中还原型谷胱甘肽水平呈现出昼夜节律变化的趋势，与正常对照组节律特性相似。这为临床上选择恰当的时间对患者进行化疗和放疗提供了有 [35]价值的参考。 除了GSH外，内皮细胞生长因子、IL-11等细胞因子也有一定的 放射保护作用。已知在人类血液中循环的细胞因子浓度显示出昼夜的 [36]变化，其在哺乳动物组织的放射敏感性的昼夜变化中起重要作用。 4 生物节律治疗的临床研究 4.1时辰化疗 以生物节律理论为基础的时辰药理学有助于预测和验证药物的最佳给药时间和方式，为高效低毒的药物治疗，特别是恶性肿瘤的化疗提供依据。近年来在多种恶性肿瘤的治疗中已经取得了一些进展。 [37]4.1.1肺癌 别俊等将70例晚期非小细胞肺癌患者随机分为两组， 2实验组36例予时辰化疗,即多西他赛75mg/m静脉滴注第1天， 24:00AM开始，静脉滴注3h，顺铂75mg/m静脉滴注第1天，10?00AM开始，至22?00PM结束;对照组34例予常规化疗，每天10?00AM给予多西他赛联合顺铂(两药剂量同时辰化疗组)，化疗至少两周期后评价近期疗效。结果时辰化疗组有效率(CR+PR)为58%(21/36)，常规化疗组有效率为(CR+PR)为34%(13/34)，两组有效率比较，差异有统计学意义(P<0.05)。主要不良反应为血液学毒性及消化道毒性,时辰化疗组较常规化疗组低(P<0.05)，两组疾病进展时间(TTP)及生存期比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。此研究显示在肺癌的治疗方面，多西他赛联合顺铂时辰化疗疗效高于常规化疗,不良反应明显小于常规化疗,值得临床进一步研究。 [38]4.1.2乳腺癌 黄瑞燕等研究乳腺癌NP方案时辰化疗的治疗作用，结果显示时辰化疗组总有效率为69.2%，常规化疗组总有效率为30.8%，NP方案时辰化疗疗效优于常规化疗(P<0.01)。主要毒副反应 为血液学毒性及胃肠道反应,时辰化疗组均低于常规化疗组。 [39]4.1.3胰腺癌 Levi等报告EORTC05962研究结果，来自15个中心的107例胰腺癌患者接受时间化疗(5-Fu10pm,10am给药,达峰时间4am;DDP10am,10pm给药,达峰时间4pm,连用5天，每21天1周期)，中位无进展生存时间从211个月提高到312个月，中位生存时间从514个月提高到813个月，显示时间化疗有趋于延长无进展生存时间(DFS)的相对效应，且减少20%死亡率。 [40]4.1.4肝癌:李凌等对21例肝癌患者在TACE治疗后再经皮穿刺门静脉置管,采用微电脑控制的全自动注药盒每天在特定的时间向门静脉内注入顺铂(DDP)及5-氟尿嘧啶(5-Fu)进行时辰化疗并与对照组进行比较。结果表明:治疗组1年生存率41.69,，2年生存率27.79,,中位生存时间12(40月;对照组1年生存率23.33,，2年生存率10.00,，中位生存时间8.67月;经统计学分析,有显著性差异。提示门静脉置管时辰化疗联合TACE治疗中晚期肝癌疗效较为满意,值得进一步探索和研究。 [41]4.1.5结直肠癌 刘旭等通过利用谷胱甘肽变化周期在不同时间运用FOLFOX方案进行化疗，实验组并测定血浆GSH水平以及周期节律性，根据GSH高峰时相确定奥沙利铂给药时间，氟尿嘧啶22:00至次日10:00匀速给药，CF在氟尿嘧啶前给药;对照组按照常规治疗时间给药。结果显示结肠癌、直肠癌患者血浆GSH存在明显时间依赖性，其中59.62%患者具有明显的周期节律性;依据GSH节律性行时辰化疗可以降低奥沙利铂产生的毒性反应。 [42]4.1.6鼻咽癌 金风等将60例鼻咽癌患者随机分成时间化疗组和常 2规组，时间组方案为(5-Fu750mg/m，10pm, 210am;DDP80mg/m,10am,10pm给药，连用3天,14天重复)，2周期化疗后再行放疗。两组总有效率分别为96%、69%,且时间组淋巴细胞CD8较化疗前显著下降,CD3、CD4则显著性上升。他们认为时间用药一方面能解除肿瘤对机体的免疫抑制而具有更强杀伤瘤细胞的作用，另一方面也降低了对淋巴系统非选择性的杀伤能力。 [43]4.1.7口腔癌 杨凯等比较“CBP+5-Fu”对口腔鳞癌患者行时间化疗(37例)与常规化疗(36例)的疗效和不良反应。2个疗程后时间化疗组的疗效显著高于常规组，其有效率分别为75.168%和52.178%(P<0105);时间组不良反应发生率 (24.132%)显著低于常规组(58.133%)。 [44]4.1.8淋巴瘤 惠锦林观察阿霉素持续输注加时辰化疗为主的CHOP方案治疗恶性淋巴瘤疗效及毒副反应，结果显示初治者18例有效率90.44%，复治组有效率80%，毒副作用可耐受，心脏毒性少而轻，未见不可治疗的严重毒性，从而提出CHOP方案中阿霉素持续输注加时辰化疗方式可达到高效低毒的目的。 4.2 时辰放疗 放射治疗是恶性肿瘤的主要治疗手段，由于人类癌细胞的增殖周期有明显的时间特征，而且与正常细胞的增殖周期有显著的差异，因此选择适当的放疗时间，可以使射线对癌细胞的杀伤力最大而对正常细胞的杀伤力最低，即放疗疗效最高，而副作用最小。其实早在1995 [45]年WANG Z等报道，肺癌病人体温高时比其他的生理阶段放疗更有效。一些学者根据肿瘤温度和生长的关系,针对肿瘤组织活性最强 [46,47]时的高峰对肿瘤进行放射治疗,取得较好疗效,提示出时辰放疗的 [48]优越性。对时辰放疗的临床研究较少，近年来，李光明等将965例初治鼻咽癌患者随机分为常规放疗和时辰放疗组，两组剂量相同常规治疗时间是8,10am，而时间组是8,10pm。放疗结束后6个月时间放疗组的鼻咽癌和颈部肿瘤的完全消退率比常规组高，毒副反应较 [49]低。别俊等研究60例局部晚期非小细胞肺癌患者随机分为常规放疗和时辰放疗组，两组剂量相同常规治疗时间是8,10am，而时间组是8,10pm。放疗结束后3个月后进行评价，时间放疗组的有效率比常规组高，毒副反应较低，有统计学意义。这些研究提示时辰放疗在肿瘤治疗中的远大前景。 5 展望 应用肿瘤生物节律治疗，可以减少放化疗等毒副反应，并提高生活质量;同时可以增加耐受剂量，或在同等剂量下提高治疗效果，延长生存期或无病生存期。不同的个体、不同的肿瘤有自身的节律性，其在生物节律治疗中受益的程度也有差异，因此个体化治疗有可能成为将来的研究方向。今后生物节律治疗研究的热点与方向，可通过监测24h内血浆中还原性谷胱甘肽、可的松及各种肿瘤标记物含量变化或利用腕式人体活动变化记录仪来帮助确定不同患者特定的日周期节律，绘制节律图，选择最佳给药时间,或者通过环境的控制和/或用激素或类似物(如褪黑素、皮质类固醇)，或者使用细胞因子或作用 于中枢或外周振荡器的药物等提供时间信息给宿主组织，使宿主和/ 或肿瘤的节律同步化，从而达到抑制肿瘤、改善疗效和提高生活质量 的目的。 【参考文献】: [1] Cheng MY, Bullock CM，Li C，et al. 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