恶液质褪黑素治疗

病例与思考

患者,女,65岁,2013年11月8日因“发现右乳肿物半年”入院。2013年5月患者无意中发现右乳肿物,约蚕豆大小,活动度差,无压痛,无发热、无咳嗽咳痰,未予重视。2013年10月肿物逐渐增大至鹅卵大小,质硬,红肿,活动度差。2013 年11月8日于我院门诊行右乳肿物病理活检示:浸润性乳腺癌,为求进一步诊治,门诊以“乳腺癌”收入院,病程中患者食欲缺乏,睡眠欠佳,大便量少,小便正常,体重减轻10kg。入院后查体:身高:165cm,体重:40kg,脉搏:90次/分,呼吸:18次/分,血压:125/89mmHg,现平卧位,一般状态欠佳,神清语明,头发花白,贫血貌,全身浅表淋巴结未触及肿大,右乳外上象限可触及一肿物,约鹅卵大小,质硬,活动度差,双肺呼吸音清,心脏各瓣膜未闻及病理性杂音,腹部无压痛及反跳痛,无肌紧张,肝脾肋下未触及。入院后给予患者对症治疗:补充蛋白质,口服褪黑素20mg/d。

  1. 目前患者是否属于恶液质状态?
  2. 褪黑素的分泌特点?
  3. 褪黑素可能通过哪些机制改善患者恶液质状态?

褪黑素的生物合成与代谢

褪黑素(N-acetyl-5-methoxytryptamine melatonin,MT)是主要由哺乳动物和人类的松果体产生的一种胺类激素,具有调节生理节奏、抗衰老、调节免疫、抗肿瘤等多种生理功能。1958年,Lerner首次在牛松果体中分离纯化得到一种激素,具有明显的昼夜节律特点,因可使青蛙的皮肤颜色变浅而得名。

褪黑素主要在松果体内合成,以5-羟色胺为原料,经过N-乙酰基转移酶乙酰化生成N-乙酰-5-羟色胺,(N-Acetylseotonin,NAS),然后N-乙酰-5-羟色胺在羟基吲哚-氧-甲基转移酶催化下被S-腺苷甲硫氨酸甲基化为褪黑素。除此之外,在胃肠道、肝脏、甲状腺、视网膜、肾脏等也能合成褪黑素。褪黑素在体内的合成具有昼夜节律性,由位于下丘脑区域视交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN)的生物钟调节,光信号直接通过视网膜通路到达SCN,然后SCN通过神经通路将昼夜光信号发送到松果体,从而驱动节律性的褪黑素合成(图10-12-1)。

褪黑素的合成

图10-12-1 褪黑素的合成

retina:视网膜;SCN:suprachiasmatic nucleus,下丘脑区域视交叉上核;pineal gland:松果体;RHT:retinal hypothalamic tract,视网膜下丘脑束;CNS:central nervous system,中枢神经系统;neural and humoral outputs:神经体液输出;peripheral oscillators:外周振荡器

褪黑素的合成特点为黑暗刺激下浓度升高,光照下合成受到抑制,因此夜间褪黑素的合成增多,合成的褪黑素被快速释放到血液,随后进入脑脊髓液、唾液、胆汁中,半衰期很短约为30~60分钟,而外源性褪黑素的半衰期更短,仅有12~48分钟,因此并不能在体内储存。褪黑素在血液中的峰值水平取决于年龄,年轻人的褪黑素血浆水平可达到54~75pg/ml,而老年人则为18~40pg/ml。人体血液循环中约92%~97%褪黑素通过肝脏转化为6-羟基褪黑素(6-hydroxymelatonin,6-OH-MT),随后通过尿液排出,其中约50%~80%转化为硫酸盐衍生物的结合物,5%~30%转化为葡糖醛酸结合物。在体内褪黑素主要与褪黑素受体结合,褪黑素受体分为褪黑素受体1、褪黑素受体2和褪黑素受体3。褪黑素与褪黑素受体结合启动下游信号转导通路IP3-Ca2+-钙调蛋白、PKA-CREB,或通过结合核受体RORa/RZR1发挥生理作用。如图10-12-2所示。

褪黑素作用机制

图10-12-2 褪黑素作用机制

MT1:melatonin receptor 1,褪黑素受体1;MT2:melatonin receptor 2,褪黑素受体2;AC:Adenylatecyclase,腺苷酸环化酶;Gi:抑制性G蛋白;PLC:磷脂酶C;PiP2:二磷酸肌醇磷脂;DAG:二脂酰甘油;ATP:三磷酸腺苷;cAMP:环磷酸腺苷;PKA:蛋白激酶A;CREB:cAMP反应原件结合蛋白;IP3:三磷酸肌醇;Calmodulin:钙调蛋白;Ras:大鼠肉瘤蛋白;PKC:蛋白激酶C;MEK:分裂原活化蛋白激酶;ERK:细胞外调节蛋白激酶;Quinone reductase II:醌还原酶II;MT3:melatonin receptor 3褪黑素受体3;metabolic effects:新陈代谢效应;antioxidative effects:抗氧化效应;transcriptional activity:转录激活;nuleus:核;RORa / RZR1 (ROR孤核受体retinoid Z receptor 视黄酸受体)

褪黑素的应用

概述

褪黑素的靶器官包括脑、胰腺、视网膜、血管、肾脏、免疫细胞等。它的病理生理功能极为广泛,可调节昼夜节律,睡眠,调节免疫系统和造血系统功能,心血管系统功能,延缓衰老,参与激素分泌、催眠等。目前认为褪黑素作为自由基清除剂,具有抗氧化作用,可以保护机体免受致癌物质的损害,在肿瘤的预防和治疗中也具有重要意义。已有多项实验证实外源性褪黑素对肿瘤的生长具有抑制作用,褪黑素可影响肿瘤细胞的增殖及凋亡。褪黑素水平降低者肿瘤发生风险增加,接受褪黑素治疗的患者血小板减少和淋巴细胞减少的发生频率明显降低,疾病客观缓解率更高,生存期也相应延长。肿瘤患者中应用褪黑素治疗可降低化疗相关不良反应,如口腔炎、心脏毒性和神经毒性的发生率。然而褪黑素与肿瘤发生风险相关并且可改善恶液质状态这一观点仍存在争议。

丹麦的一项流行病学分析结果表明夜间工作的女性乳腺癌的发生风险更高,这可能是由于夜间暴露于光线下,会影响褪黑素的分泌峰值,导致肿瘤的发生率增高。Beniashvili D等回顾性分析了1290例60岁女性中家用低频电磁场与乳腺肿瘤发生率之间的关系,此研究经历了长达26年之久,研究发现长期接触产生低频磁场的家用电器,如电脑、手机、电视、空调等,这类女性的乳腺癌发生率要明显升高,可能与长期暴露于磁场下褪黑素合成减少相关。多项体内外实验也证实褪黑素在乳腺癌细胞株及化学药物诱导的鼠乳腺癌模型中,均有抑制肿瘤细胞增殖、促进凋亡及分化、减缓肿瘤生长的作用。在氧化偶氮甲烷/葡聚糖硫酸钠诱导的结肠癌大鼠模型中,给予不同剂量的外源性褪黑素,分别在饮用水中加入0.4ppm、2ppm或10ppm浓度的褪黑素17周,发现可明显抑制结肠癌的发生,并且呈剂量依赖性。褪黑素还可与其他抗癌药物产生协同效应,肝癌细胞系HepG2中联合应用褪黑素及多柔比星较单独应用褪黑素或多柔比星有更显著的诱导细胞凋亡作用(图10-12-3)。

褪黑素联合阿霉素诱导HepG2细胞凋亡

图10-12-3 褪黑素联合阿霉素诱导HepG2细胞凋亡

A.未处理细胞组;B. 10-5mol/L 褪黑素;C. 1.25mg/L 阿霉素;D. 10-5mol/L 褪黑素+1.25mg/L阿霉素

然而一项前瞻性研究却未得到同样的结论,Ruth C. Travis等通过检测127例乳腺癌患者和353例正常对照组间尿液中的6-羟基硫酸褪黑素浓度评价褪黑素的水平高低,结果发现绝经前后的乳腺癌患者和正常对照组间6-羟基硫酸褪黑素浓度差异无统计学意义,6-羟基硫酸褪黑素浓度与乳腺癌发病风险不相关,作者认为并没有证据表明褪黑素的水平与乳腺癌的发病风险相关。因此,褪黑素在肿瘤中的作用仍需进一步研究证实。

补充褪黑素能否改善恶液质

1989年,P.Lissoni等首次报道了褪黑素在晚期肿瘤患者中可改善PS评分及患者的生活质量。在此研究基础上,1996年P.Lissoni将100名已发生转移的晚期肿瘤患者随机分为两组,一组每晚给予20mg口服褪黑素联合支持治疗,另一组给予单独支持治疗,连续观察3个月。结果显示两组在食物摄入量方面无差异,但是体重减少大于10%的患者更多出现在进行单独支持治疗组中。并且褪黑素逆转营养不良状态与患者血清中肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)的水平相关。口服褪黑素可显著降低血清中TNF的水平。2000年,Raghavendra V等研究发现褪黑素可逆转动物的食欲减退,其机制可能是抑制了5-羟色胺(2A)介导的下丘脑-垂体-肾上腺轴的激活。2001年,P.Lissoni再次报道了两项大规模临床试验结果,第一个临床试验共纳入1440例晚期肿瘤患者,随机分为支持治疗组及褪黑素联合支持治疗组,结果显示恶液质、乏力、血小板减少更多出现在单独支持治疗组,而且值得注意的是褪黑素联合支持治疗组患者的病情稳定状况和一年生存率均显著高于对照组。第二个临床试验评价了200例未治疗的晚期肿瘤患者,随机分为化疗组和化疗联合褪黑素治疗组。结果显示化疗联合褪黑素组患者的肿瘤客观缓解率显著高于单独化疗组,而且褪黑素能明显减少乏力、血小板减少、心脏神经毒性等化疗不良反应。2007年,P.Lissoni再次进行370例患者的随机对照研究,结果同以往类似,褪黑素可提高患者的2年生存率,减少化疗毒性。Ye-min Wang等纳入8项随机对照试验,共761例患者,Meta分析结果显示褪黑素可显著提高完全缓解和部分缓解率,降低放化疗相关的毒副作用,如血小板减少、神经毒性和乏力。Edward Mills等对褪黑素治疗肿瘤的疗效和对生存的影响进行了Meta分析,共纳入10项随机对照试验,643例患者,褪黑素可降低1年死亡风险,并且没有严重不良事件发生,应用随机效应模型进行分析,结果显示合并RR值(relative risks) 为0.66。

然而Persson 等在对晚期胃癌患者的研究中发现同时服用鱼油和褪黑激素,虽然体重稳定或增加的患者比例(63%)明显高于单独服用鱼油(38%)或褪黑激素组(27%),但是组别之间的主要生化指标变化并不明显,褪黑素并没有显示出强大的抗营养不良效应。Egidio Del Fabbro也对P.Lissoni的一系列试验结果提出了疑问,每晚20mg褪黑素的高剂量是否有不良反应的发生?所有的试验虽然是随机的,但是没有双盲或安慰剂对照试验。于是Egidio Del Fabbro进行更严谨的实验设计,研究褪黑素是否真的能够提高晚期肿瘤患者的食欲,改善患者的恶液质状态。研究结果于2013年4月发表在JCO上,这项试验是一项双盲安慰剂对照的临床试验,入组患者为晚期胃肠肿瘤或晚期肺癌患者,褪黑素或安慰剂20mg口服28天,通过评估体重、Edmonton症状评估量表(Edmonton Symptom Assessment Scale,ESAS),FAACT调查问卷(Functional Assessmentof Anorexia/Cachexia Therapy)等评价生活质量。结果显示从基线期到治疗结束在体重、FAACT评分或毒性方面,实验组和对照组均无明显差异。并且两组患者间生存期无统计学差异,口服褪黑素组中位生存时间为140天,口服安慰剂组中位生存时间为134天,P=0.43(图10-12-4)。因此,作者认为在晚期肿瘤恶液质患者中,每晚口服20mg褪黑素并不能改善食欲、增加体重或改善生活质量。

目前褪黑素在恶液质中尚无有效证据推荐应用,但已有大量临床前数据表明褪黑素可抑制肿瘤生长。褪黑素的抗肿瘤及改善患者恶液质状态的机制可能是通过配体与受体结合后影响细胞周期,抗细胞有丝分裂,抑制肿瘤亚油酸的摄取,调节肿瘤坏死因子及其他细胞因子,影响细胞代谢,免疫调节等途径实现。

口服褪黑素与口服安慰剂组间中位生存期无统计学差异P=0.43

图10-12-4 口服褪黑素与口服安慰剂组间中位生存期无统计学差异P=0.43

1. 抗增殖、促凋亡作用

Fischer等在黑色素瘤细胞系中研究了褪黑素的作用,选取的四种黑色素瘤细胞株(SBCE2,WM-98,WM-164和SKMEL-188)分别代表了不同的生长阶段和表型,发现给予不同浓度的褪黑素均可对肿瘤细胞的增殖产生抑制作用。Kadekaro等发现褪黑素不但可在体外抑制黑素瘤细胞株S-91的增殖,在体内也可明显抑制肿瘤生长,上调褪黑素受体1的表达后褪黑素的抗增殖效应明显增加。褪黑素的抗增殖机制可能是通过激活P21/WAF1和P53抑癌基因,使肿瘤细胞繁殖周期停滞。

2. 调节细胞因子

褪黑素可调节多种细胞因子,包括表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF),血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF),成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF),转化生长因子(transforming growth factor,TGF),TNF,核受体等。有研究表明亚油酸是重要的肿瘤生长激动剂,褪黑素可抑制亚油酸的吸收,抑制其转化为13-羟十八碳二烯酸(13-hydroxyoctadecadienoic acid,13-HODE),而13-HODE可激活EGFR信号通路,促进有丝分裂。Alvarez-Garcia V等在乳腺癌细胞系中研究发现1 millimolar(毫克分子)的褪黑素可诱导TNF-α、白介素-6、白介素-11的mRNA表达,这些细胞因子的水平降低可刺激成纤维细胞的分化,降低芳香化酶的活性和表达,从而抑制乳腺癌细胞生长。褪黑素还可与核受体结合,如RZR/RORa (retinoid Z receptor 视黄酸受体,ROR孤核受体) 及RZRh,改变一些在细胞增殖中起重要作用基因的转录,这些基因包括5-LOX(5-Lipoxygenase,5-脂肪氧化酶),P21,BSP (Bonesialoprotein,骨唾液酸蛋白)等,进而抑制细胞增殖。

3. 抗激素类作用

研究表明褪黑素对乳腺癌具有抑制作用可能与雌激素受体密切相关。Sanchez-Barcelo等研究发现褪黑素与雌激素信号通路相互作用的机制可能有三点:一是褪黑素可通过与雌激素受体相互作用,干扰内源性雌激素与受体的结合。二是褪黑素可通过抑制雄激素前体向雌激素转化酶的活性,从而抑制雌激素的合成。三是褪黑素可减少循环中雌二醇的水平。因此褪黑素可对激素依赖型的乳腺癌具有预防和治疗作用。

褪黑素不但对雌激素有抑制作用,也可降低雄激素受体的活性。前列腺癌的临床前实验表明褪黑素不但可抑制激素敏感型前列腺癌的细胞增殖,还可抑制激素不敏感型前列腺癌细胞的增殖,Sainz RM选取了两种前列腺癌细胞系:LNCap细胞(雄激素依赖性)和PC3细胞(非雄激素依赖性),给予褪黑素后发现两者的前列腺癌细胞数量均显著减少,细胞周期停止,此外褪黑素还可诱导癌细胞的分化。Shiu等在临床上报道了1例激素治疗不敏感的晚期前列腺癌患者口服褪黑素后疾病稳定期长达6周,此患者褪黑素受体1高表达,提示褪黑素可作为具有褪黑素受体1高表达的晚期前列腺癌患者有效的治疗方法。

4. 抗氧化作用

褪黑素具有强大的清除体内活性氧的作用,例如可清除羟基、羟自由基、单线态氧、氮氧化合物等,并且能够刺激抗氧化酶,如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶等所有可使DNA损伤减少的酶类,从而降低肿瘤的发生率。有实验证实用N-亚硝基双(2-氧丙基)胺(N-nitrosobis (2-oxopropyl)amine,BOP)诱导产生叙利亚仓鼠胰腺癌模型,在BOP诱导期或诱导后期给予褪黑素,通过研究不同的氧化应激参数,如过氧化脂质和抗氧化剂(过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等)等,发现褪黑素能够改善抗氧化状态,减少胰腺癌的发生。

5. 免疫调节作用

淋巴细胞表面表达褪黑素受体可能是褪黑素参与免疫调节反应的基础。褪黑素参与免疫调节主要是通过激活褪黑素受体2,因为有研究表明在褪黑素受体1缺失表达的小鼠仍可观察到褪黑素促进脾淋巴细胞增殖的效应。在对多种恶性淋巴瘤的细胞系研究中发现褪黑素能够促进细胞周期阻滞和凋亡。Miller等研究发现褪黑素可提高白血病鼠模型的NK细胞数量和活性,同时还可提高B细胞、T细胞和单核细胞的活性,通过对免疫系统的调节起到抗肿瘤作用。褪黑素几乎可以调节所有的造血细胞和免疫细胞,包括NK细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞、粒细胞和骨髓中的单核细胞,通过抗凋亡特性可促进正常粒细胞和B淋巴细胞的存活。目前在肾癌及恶性黑色素瘤中均有报道白介素-2(interleukin-2,IL-2)联合褪黑素可提高疾病的客观缓解率,降低药物毒性。这可能是由于淋巴细胞上褪黑素受体1的激活可抵消前列腺素E2对IL-2生成的抑制作用。

如何补充褪黑素

外源性褪黑素的给药时间是其可发挥化学预防作用的一个重要因素,生理血液浓度的褪黑素可在体外通过特定的细胞周期效应抑制细胞的增殖。药理学浓度的褪黑素可在肿瘤细胞中发挥细胞毒作用。两种浓度下褪黑素均可在某些肿瘤细胞中起到促进分化的作用,通过改变黏附分子和维持间隙连接传递功能降低肿瘤细胞的侵袭和转移特性。最有效的给药方式应当按照褪黑素昼夜周期的分泌节律。研究表明,傍晚给予褪黑素治疗比上午给药更能抑制荷瘤动物的肿瘤生长。

在肿瘤治疗中,褪黑素通常是作为辅助治疗药物,研究认为在建议的剂量范围内口服褪黑素是安全的,副作用较少,最可能的副作用是产生镇静效果或嗜睡,这对机体并不构成危害。口服剂量为5mg时产生的血药浓度比正常要高25倍,但这并不影响内源性褪黑素的生成。此外,褪黑素是一种可由人体产生的天然存在的物质,因此更易被患者接受。

展望

褪黑素已在抗肿瘤及改善恶液质的研究中崭露头角,多项Meta分析提示褪黑素作为肿瘤的辅助治疗可减少化疗药物的毒副作用,提高患者生活质量。但仍需更加科学严谨的临床试验研究褪黑素改善恶液质的疗效、最佳给药时间及最佳给药浓度。期待褪黑素给恶液质患者带来更多福音。

思考题答案

1. 根据2011国际恶液质专家共识提出的诊断标准,该患者在无节食条件下6个月内体重下降>5%,属于恶液质状态。本病例导读中患者属于恶液质状态,需首先进行对症治疗,改善恶液质状态。

2. 褪黑素在体内的合成具有昼夜节律性,黑暗刺激下浓度升高,光照下合成受到抑制,因此夜间褪黑素的合成增多。

3. 褪黑素改善患者恶液质状态可能是通过抗增殖、促凋亡,影响细胞周期,调节肿瘤坏死因子及其他细胞因子,抗氧化作用及免疫调节等途径实现的。

(杨芳 陈公琰 商维虎)

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