RRx-001作为放射治疗增敏剂的研究进展
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RRx-001作为放射治疗增敏剂的研究进展
高阳，杨翠红，褚丽萍△
摘要：放疗是治疗恶性肿瘤的主要手段之一，但由于放疗抵抗现象的存在，放疗效果并不尽如人意。为缓解放疗抵抗，提高放疗效果，放疗增敏剂应运而生。RRx-001作为新近被发现的放疗增敏剂，表现出了良好的临床应用前景。本文就RRx-001的来源、安全性、放疗增敏活性及相关机制的研究进展进行综述。
关键词：肿瘤；放射疗法；后成说，遗传；一氧化氮；综述；RRx-001；放疗增敏剂
中图分类号：R815 文献标志码：A DOI：10.11958/20170073
基金项目：国家自然科学基金资助项目（81471727）；中国医学科学院医学与健康科技创新工程项目（2016-I2M-3-022）；中国医学科学院协和新星人才支持计划（YR1579）
作者单位：中国医学科学院&北京协和医学院放射医学研究所，天津市放射医学与分子核医学重点实验室（邮编300192）
通讯作者 E-mail: chulp89@163.com
1 RRx-001 RRx-001又称1-溴乙酰基-3，3-二硝基氮杂环丁烷（ABDNAZ），分子式为C5H6BrN3O5，相对分子质量为268.02，分子结构见图1。RRx-001最初是作为炸药或火箭燃料的“合成中间体”用于航空工业，其不但含有高能的硝酸酯和二硝基结构，分子结构末端还接了一个溴原子。这一结构看似与药物分子毫无关系，但化学家Mark Bednarski教授凭借其敏锐的科学思维和直觉，认为RRx-001结构中硝基与溴原子的存在可能有助于在放疗中选择性地破坏肿瘤细胞。在Bednarski教授的坚持与大胆尝试下，证明了RRx-001潜在的放疗增敏活性［8］。
近几年来，随着研究的深入，RRx-001的独特结构及其具有的药用价值也逐步被人们发现。一方面，RRx-001可通过一氧化氮（NO）介导的细胞毒作用、抗血管生成和表观遗传修饰等方面机制［9-10］发挥其抗肿瘤活性。已有研究显示RRx-001可用于治疗脑癌、结直肠癌、非小细胞肺癌等多种肿瘤［11-12］。除此之外，RRx-001还是一种葡萄糖-6磷酸脱氢酶（G6PD）抑制剂，具有较强的抗疟效果，可单用或联合蒿甲醚等应用于疟疾的治疗［13］。此外，RRx-001还可用于治疗镰状细胞贫血［10］、出血性休克［14］等疾病。但是，作为一种高能化合物，RRx-001的临床应用风险同样值得关注。1,3,3-三硝基氮杂环丁烷（TNAZ）是与RRx-001结构相近的类似物，其毒理学研究表明TNAZ不具有致突变和致染色体断裂活性［15］，提示含有二硝基氮杂环丁烷的化合物在应用中具有较低的内在风险。Reid等［16］首次评估了RRx-001对癌症患者的安全性、耐受性以及药物代谢动力学变化。试验招募了25例癌症患者，以不同剂量的RRx-001进行治疗，发现主要的药物相关不良反应为注射部位疼痛，并没有观察到剂量限制性毒性反应。可见RRx-001是一种可以耐受的新型化合物，治疗剂量下临床毒性较低。
2.1 固有的选择性细胞毒作用
由于恶性肿瘤生长迅速，其对氧及营养物质需求增加，而肿瘤组织内血管生长比较缓慢，血液供应相对不足，从而导致远离血管的肿瘤细胞处于缺氧状态，成为乏氧细胞。实体瘤中一般存有10%～50%的乏氧细胞，杀灭这些乏氧细胞所需照射剂量是杀灭有氧细胞所需照射剂量的3倍。研究表明，当实体瘤中含有10%～20%的乏氧细胞时，便足以在肿瘤内形成乏氧微环境，产生放疗抵抗［12］。
Ning等［17］利用CCK-8法在体外研究RRx-001对SCC Ⅶ、HT29、MCF-7、A549等多种肿瘤细胞的细胞毒性，结果发现RRx-001可以有效抑制上述细胞的增殖，显现出与顺铂（一种化疗药物，同时具有放疗增敏作用）相似的抗肿瘤活性；相比于常氧条件，RRx-001在乏氧条件下对SCC Ⅶ细胞具有明显的细胞毒性，且其细胞毒性强于替拉扎明。替拉扎明是一类生物还原剂（又称乏氧细胞细胞毒药物），在乏氧条件下可通过还原代谢机制产生细胞毒性物质，选择性地作用于肿瘤组织中的乏氧细胞，对其产生杀伤作用［18］。
2.2 联合放疗的协同效应
Bednarski等［19］发现，将乏氧的肿瘤细胞（HT29和SCCⅦ）暴露于RRx-001中产生一定量的活性氧（ROS）；与此同时，在RRx-001联合电离辐射亦能刺激肿瘤细胞产生ROS。为验证RRx-001是否具有放疗增敏作用，Ning等［17］通过体外实验发现RRx-001联合放疗可以不同程度地增加常氧和乏氧条件下SCCⅦ细胞的辐射敏感性，可将乏氧细胞的辐射生存率降低至与常氧细胞相近的水平；进一步的动物实验也显示RRx-001联合放疗可延长SCCⅦ荷瘤小鼠的肿瘤生长延迟时间，体外和体内实验均展现了RRx-001的放射增敏活性。但一般放疗增敏剂的使用都会存在剂量、顺序和时间依赖性，RRx-001亦是如此，只有选择合适的药物剂量与给药时间才能发挥更好的协同效应。Ning等［17］发现当以7 Gy放疗剂量和10 mg/kg的RRx-001联用时，可较好地抑制肿瘤生长。
在放疗过程中，一方面，射线会直接作用于核酸、蛋白等生物大分子，导致其结构的改变和生物活性的丧失；另一方面，放射线能裂解细胞中的水，产生大量活性氧自由基，通过自由基对DNA等造成间接损伤。RRx-001的放疗增敏机制可能与其产生的ROS和氮族产物（RNS）有关。
3.1 增加NO的产生
RRx-001具有高度的膜通透性［7］，当其进入血液中后，能够快速进入红细胞，其结构中的溴乙酰基与细胞内含巯基的谷胱甘肽（GSH）反应或血红蛋白（Hb）β链上93位的半胱氨酸（Cys）残基共价结合，产生ROS和RNS［20］。
血红蛋白（或脱氧血红蛋白）具有亚硝酸还原酶活性［21］，能在乏氧环境下将亚硝酸盐还原成NO，当其与RRx-001结合后，能以更快的速率释放出超生理水平的NO［22］。NO是一类已知的放疗增敏剂［23-24］，能增加肿瘤细胞的辐射敏感性，但其对于肿瘤是一把“双刃剑”［25］。低浓度的NO可以促进肿瘤细胞增殖，高浓度的NO可与超氧阴离子作用，产生具有高毒性的过氧化亚硝酸，杀伤肿瘤细胞［21］。同时大量NO又能够作用于肿瘤微血管，增加肿瘤内的血流量［17,26］，改变血管结构，使原来扭曲的肿瘤血管正常化［27］。NO可以活化巨噬细胞，促进其对肿瘤细胞的非特异性杀伤作用。高浓度的NO还可以通过对DNA碱基氧化及硝基化等方式造成DNA结构的破坏，诱导细胞凋亡。
3.2 表观遗传修饰
近期研究发现，RRx-001也是一类新型的表观遗传修饰药物。针对RRx-001的Ⅱ期临床试验中，两名已经对FOLFIRI化疗产生耐药性的结直肠癌患者，在应用RRx-001后，体内的肿瘤竟然对FOLFIRI化疗产生了“复敏效应”（即FOLFIRI化疗对肿瘤再次有效），而且并无明显的副作用［28-29］。Zhao等［30］发现，RRx-001不但可以抑制小鼠和人类肿瘤细胞内DNA转甲基酶Dnmt1、Dnmt3a的表达，还能显著增加组蛋白H3、H4的乙酰化水平，说明RRx-001可有效抑制DNA转甲基酶和组蛋白脱乙酰酶的活力。而DNA甲基化、组蛋白乙酰化与去乙酰化均在染色质的结构修饰和基因表达调控中发挥重要作用［31］。RRx-001的表观遗传修饰特性可能与其作为化疗增敏剂的潜能有关，而这一作用又与其诱导产生的ROS有关，因为过氧化氢（H2O2）作为ROS可以降低组蛋白脱乙酰酶的活力，而过氧化氢酶抑制剂也可以有效阻断药物抑制DNA转甲基酶活性的能力［32-33］。
3.3 其他途径
Oronsky等［34］研究表明，RRx-001可协同P53来降低G6PD的活性，以干扰磷酸戊糖途径（PPP）及还原剂NADPH的产生，进而影响生物大分子的合成和还原型谷胱甘肽（GSH）的生成，破坏氧化还原平衡状态，导致大量ROS和RNS的生成，抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞凋亡。
综上所述，RRx-001与联合放疗可协同产生抗肿瘤活性，既能够增加放疗对肿瘤的杀伤效果，又无明显的不良反应。但目前对RRx-001的研究主要集中于作为化疗或表观遗传修饰药物的机制与临床疗效方面。若RRx-001作为放疗增敏剂应用于肿瘤的临床治疗，在发挥其较强的细胞毒性与放疗增敏作用的同时，提高肿瘤患者的完全缓解率，延长生存期，改善生活质量，可为放疗增敏剂在临床放疗中的使用和进一步研发提供新的方向。
参考文献【略】
