检验视界

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//  背景

在过去的几十年中，随着癌症治疗的发展，癌症生存率显著提高，与此同时，心肌缺血、心肌梗死、充血性心力衰竭（HF）、QT间期延长、高血压、脑卒中等早期心血管事件意外增加。影响心血管结局的一个主要因素是与抗肿瘤药物有关的心脏毒性，癌症治疗相关的心脏毒性最终导致心肌组织的病理改变。

不同类别的化疗药物都具有心脏毒性作用，它们的心脏毒性作用包括DNA损伤、干扰线粒体功能、诱导活性氧（ROS）、自噬和诱导细胞凋亡等。蒽环类药物如多柔比星（DOX）可能是目前研究最多的心脏毒性化疗药物。

高密度脂蛋白（HDL）与心脏保护有关，HDL可以抗炎（防止动脉粥样硬化和糖尿病）和促炎（帮助清除败血症中的病原体）。它在很大程度上与非肝脏组织中多余的胆固醇转运回肝脏进行排泄或再循环的过程有关，这一过程称为胆固醇逆向转运（RCT）。进一步认识HDL性质和生物学功能，并揭示HDL相关功能延伸到胆固醇转运之外、包括对心肌细胞在内的多种细胞类型的直接细胞保护作用。

本文将介绍心脏毒性化疗药物中最具代表性的蒽环类药物诱导心脏毒性的机制，重点介绍目前研究较多的蒽环类药物DOX。同时回顾本研究中对HDL功能和性质的认识的最新进展，这些特性或许可以用来减轻DOX相关的心脏毒性。

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//  蒽环类诱导心脏毒性的机制

蒽环类药物是常用的一类化疗药物，可单独或与其他癌症治疗联合使用。DOX（又称阿霉素，典型的蒽环类药物）自20世纪60年代末发现以来，因其治疗血液学和实体肿瘤的疗效而被广泛应用。尽管DOX等蒽环类药物被广泛使用，但其细胞靶点并不具备特异性，在心肌细胞中表现出细胞毒作用，因剂量依赖性心脏毒性而限制其长期使用。

氧化应激指当氧自由基和氮自由基的产生超过抗氧化酶的解毒能力时产生的氧自由基和氮自由基的积累，是目前公认的蒽环类药物引起心脏毒性的机制。DOX可直接诱导氧化应激。DOX的醌基结构在线粒体中丰富的还原酶的作用下，生成大量活性氧类，从而引起心肌细胞损伤和凋亡（图2）。这些可与蛋白质、脂类和DNA发生反应，造成蛋白质功能紊乱、脂质过氧化和DNA损伤。DOX还可引起抗氧化酶的活性和表达降低，从而降低心肌细胞的抗氧化能力。蒽环类药物还可以螯合铁离子形成配合物，通过氧化还原反应产生氧自由基，损伤心肌细胞。但由于铁螯合剂右雷佐生（DRZ）在减轻DOX相关心脏毒性方面临床应用有限，导致人们对DOX诱导ROS生成在DOX相关心脏毒性中的作用产生怀疑。  

DOX似乎也在细胞核内起作用，引起心肌细胞毒性效应（图2）。据研究报道，DOX可与胞浆蛋白酶体结合，通过ATP依赖的核孔介导机制协助DOX向细胞核移位。拓扑异构酶2β（TOP2β）被认为是DOX心脏毒性的分子介质。TOP2β通过催化DNA的断裂和重接，以允许链之间相互传递。DOX可与TOP2β结合形成复合物，可通过干扰转录导致双链DNA断裂，进而导致p53激活、线粒体功能紊乱、活性氧生成、细胞功能紊乱和凋亡。  

心肌细胞高度依赖线粒体功能进行能量生产和适当的收缩功能。如上所述，DOX可导致线粒体内铁的积累，以及铁依赖和独立积累的活性氧等，这些本身就可能损害线粒体的能量生产。此外，通过DOX与DNA和线粒体拓扑异构酶之间的三元复合物形成，DOX可通过诱导双链DNA断裂而损伤线粒体DNA。这会损害线粒体的生物生成，并进一步影响线粒体的功能，导致能量的产生不足以满足心肌细胞的需求。

自噬是一种稳态机制，有助于心脏的正常生理，在急性心脏应激条件下可通过释放能量底物和破坏受损细胞器促进心脏存活。   自噬由一组复杂的调节蛋白组成，它们识别自噬处理的靶点，形成限制膜，并与溶酶体协调融合。   最近的研究表明，DOX似乎对自噬的正常调节产生剂量依赖性的破坏：临床相关低剂量复制化疗，似乎抑制了正常的基底自噬水平，而高剂量则在正常的基底水平之上诱导自噬。  

细胞凋亡是细胞程序性死亡的一种形式，包括诱导caspase蛋白水解反应级联反应，最终导致核质浓缩、核膜核仁破碎，膜内侧磷脂酰丝氨酸翻到膜外表面、凋亡小体的形成和吞噬细胞通过识别暴露的磷脂酰丝氨酸清除。细胞凋亡的特点是caspase蛋白水解酶的激活导致效应分子半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的激活。

另一方面，线粒体在细胞内凋亡途径中起核心作用，该途径受一系列调节线粒体膜孔形成的可溶性蛋白的调控。这些因子属于Bcl-2蛋白家族，包括：抗凋亡Bcl-2家族成员，如Bcl-2；促凋亡因子，如Bax和Bak；促凋亡蛋白，如Bim。这些共同构成了内在的凋亡途径。在这一通路中，抗凋亡家族成员与促凋亡家族成员结合并串联，阻止它们在线粒体膜上组装成复合物；而促凋亡调控因子反过来又与抗凋亡调控因子结合，阻止抗凋亡调控因子的作用，促凋亡效应因子可在线粒体膜上形成孔隙。已有报道DOX处理心肌细胞可导致促凋亡调节因子Bim转录增加，从而增强固有凋亡途径。

DOX除了引起心肌细胞死亡外，还可引起心肌细胞萎缩或心肌细胞体积缩小。心肌的超微结构改变，包括由于DOX-心脏毒性引起的肌原纤维结构紊乱和萎缩在临床表现之前很好地出现。由于心肌细胞的大小与整体收缩力的产生有关，心肌细胞萎缩减少了病变状态下心肌细胞数量，最终表现为心功能的逐渐降低。

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//  防治蒽环类药物心脏毒性的治疗策略

目前，监测和筛查蒽环类药物治疗后的心脏毒性，以便及时治疗势在必行。近期对蒽环类药物治疗的患者进行的前瞻性研究中，9%的患者发生心力衰竭，其中98%的病例发生在蒽环类药物治疗后一年内。研究评估β受体阻滞剂、血管紧张素转换酶抑制剂（ACEI）、他汀类药物和DRZ在预防蒽环类心脏毒性方面的作用，结果具有积极意义，但在研究方法方面，数据受研究规模小和特异性的限制。

他汀类药物常用来降低动脉粥样硬化相关的发病率和死亡率。鉴于他汀类药物的心脏保护作用，以及接受化疗的癌症患者也可能同时接受他汀类药物治疗动脉粥样硬化的事实，他汀类药物对蒽环类心脏毒性的预防作用已经在一些小型试验中得到了检验。

虽然他汀类药物和ACEI在减轻蒽环类药物所致的心脏毒性或在个人正巧同时接受化疗治疗合并症时预防心脏毒性方面显示了良好的效果，但DRZ目前是美国FAD与加拿大卫生部批准的唯一一种与DOX联合使用的预防药物，用于限制成人心脏毒性。DRZ作为铁螯合剂，干扰ROS的产生，可与TOP2β结合，抑制与DOX的复合物形成，降低TOP2β的表达。

确定一种不影响DOX化疗效果的情况下保护其免受心脏毒性副作用的治疗方法仍然至关重要。随着研究的拓展，揭示蒽环类药物介导心力衰竭发病机制的广泛性，有可能开发或进一步研究有效的预防疗法。

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//  HDL在癌症和癌症治疗中的作用

HDL在流行病学上早已与心血管疾病风险降低有关。传统机制解释为它通过保护动脉粥样硬化狭窄，从而对抗缺血性心血管疾病。近年来临床前模型的研究提示HDL可能对心脏本身产生直接的心脏保护作用。此外，基于HDL的纳米小球已被开发为包括化疗药物在内的多种药物的递送载体。最后，临床前研究表明，HDL的主要载脂蛋白ApoA1，本身可能会抑制肿瘤的发展和进展。

HDL的结构与功能

HDL主要是由肝脏合成，是一种小型高密度型血浆脂蛋白。与其他脂蛋白颗粒比，HDL被视为优质蛋白源于其组成成分中蛋白质含量高，而血清总胆固醇（TC）含量低，尤以ApoA1为主，而丰富的蛋白质、脂类和酶类成分也是构成HDL功能多样性的基础。

HDL中最主要的功能是RCT。另外，HDLs还具有独特的细胞保护作用，启动抗氧化、抗凋亡和抗炎作用。HDL可通过抑制内皮黏附分子的表达，抑制LDL的氧化，增强内皮功能。HDL还可通过调节单核细胞和中性粒细胞的生成来抑制动脉粥样硬化的发展和炎症反应。

Framingham心脏研究显示HDL水平与心脏病的发生有密切关系。他汀类药物是胆固醇生物合成途径中的关键酶羟甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）抑制剂，长期以来一直是减少心血管事件的主要治疗工具。许多他汀类药物也被证明适度提高HDL胆固醇水平3~15%。他汀类药物引起HDL胆固醇升高的机制和临床益处尚不清楚，仍是争论的主题。

HDL胆固醇升高与心血管疾病风险降低的流行病学关联，因此导致了多年来致力于从药理学上提高HDL水平，然而，研究一直侧重于增加HDL-胆固醇，而不是增加功能性HDL颗粒。这也导致了CETP抑制剂的开发——它可以阻断CETP介导的胆固醇从HDL转移到富含甘油三酯脂蛋白（如VLDL）。这些药物可以使HDL胆固醇水平增加至25%以上（高达60%），但在很大程度上并没有减少心血管事件。

近年来，提高HDL颗粒数量和/或功能的研究主要集中在输注重组HDL、ApoA1模拟肽或上调肝脏ApoA1的产生。CSL-112是由人ApoA1合成的一种新型重组HDL（rHDL）。CSL-112与其他rHDL制剂或ApoA-I Milano相比具有优势，因为它具有良好的耐受性，且在主要器官（例如肝脏或肾脏毒性）和免疫原性方面没有副作用。然而，CSL112在减少这组高危患者主要不良心血管事件方面的潜在益处仍待研究结束后公布。

长期以来HDL对心血管疾病的保护作用一直是深入研究的课题。虽然大多数关注的焦点是HDL保护动脉粥样硬化和血管功能障碍的能力，以及HDL对缺血性心血管疾病的影响，但最近越来越多的研究关注着HDL通过与心肌细胞本身的相互作用而直接发挥心脏保护作用。流行病学研究以及动物模型的临床前研究表明，HDL对冠心病的保护作用不依赖于对冠状动脉粥样硬化的影响，提示HDL也可能直接作用于心脏本身。在DOX引起的心脏毒性方面，利用离体心肌细胞培养和临床前动物模型的研究表明，HDL能够保护心肌细胞凋亡和心肌萎缩。

HDL介导的对DOX诱导的心肌细胞凋亡的保护作用在不同的研究中已有报道，涉及AKT的激活或信号转导和转录激活因子（STAT）3的激活。AKT通路在抗DOX心脏保护中的重要性也被证实，心肌组织中，活性AKT1的表达通过阻止左心室功能障碍和心脏萎缩，从而抑制DOX引起的心脏毒性。此外，小鼠心脏限制性过表达STAT3可保护DOX引起的萎缩和充血性心力衰竭，而小鼠心脏特异性敲除STAT3则伴有心脏纤维化和年龄依赖性心力衰竭的增加。

HDL依赖性激活AKT和STAT3等信号通路在不同细胞类型中已有报道，涉及HDL介导生物活性脂质鞘氨醇-1-磷酸（S1P）通过S1P受体发挥作用（图3）。HDL相关S1P在DOX心脏毒性保护中的潜在作用凸显了理解HDL成分在评价HDL功能和设计基于HDL的治疗药物如重组HDL样颗粒中的重要性。

这些关于HDL介导的对DOX心脏毒性保护作用的体外研究已扩展到体内模型。首先检测人ApoA1基因过表达对重复每周DOX给药诱导心脏毒性小鼠的影响。转基因人ApoA1在小鼠体内的过表达已被证明通过播种形成新的成熟HDL颗粒而触发循环HDL水平的急剧升高。需要注意的是，转基因过表达ApoA1导致ApoA1和HDL水平极高，因此不太可能与治疗相关。单用5周注射DOX的小鼠心脏心肌细胞凋亡明显，左心室功能明显下降，而未注射DOX的对照组小鼠心肌细胞凋亡少，左心室功能正常。另一方面，与DOX同时注射ApoA1的小鼠，实际上完全保护了DOX诱导的心肌凋亡和左心室功能障碍。如果小鼠缺乏SR-B1，无论何种手段HDL升高（ApoA1转基因表达或ApoA1注射）心脏保护作用均丧失。SR-B1基因敲除小鼠比相应野生型小鼠更易受到DOX诱导的心脏毒性。SR-B1的这种作用似乎与心脏组织中SR-B1的表达有关。 这些研究表明，在临床前模型中，注射HDL前体ApoA1等HDL-疗法具有保护DOX诱导的心脏毒性的潜力，但依赖于心肌细胞SR-B1的表达（图3）。

HDL除了具有保护心肌细胞免受抗癌药物诱导的细胞毒性的能力外，基于rHDL的纳米小球也被作为DOX等化疗药物的给药载体。目前已采用体外和体内两种方法研究是否可以利用rHDL作为DOX给药系统。研究表明，基于rHDL的药物传递系统有可能将选择性传递给某些类型的肿瘤，使心脏免受心脏毒性损伤。但仍需要更多的研究来确定这一点。

研究表明HDL可以通过直接诱导心肌细胞内的存活信号来保护心肌细胞免受化疗诱导的细胞毒性外，还可以通过作为抗癌药物的靶向递送系统来间接地保护心肌细胞免受化疗诱导的细胞毒性，而其他研究表明HDL及其前体ApoA1本身也可能具有直接的抗肿瘤作用。

低HDL-胆固醇与癌症之间的因果关系不确定，一些研究表明肿瘤细胞可能通过利用HDL-胆固醇来支持肿瘤生长而驱动HDL-胆固醇水平的降低。有报道称，与未受影响的个体HDL相比，癌症患者或来自其他疾病的患者（如2型糖尿病或肥胖）制备的HDL功能发生改变，在体外实验中促进而非抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭。因此，目前尚不清楚内源性HDL水平或这些水平的变化对癌症发展有何影响。

另一方面，小鼠模型的临床前研究表明，超生理水平的ApoA1可能对肿瘤的生长和转移具有治疗潜力。有研究报道，完全敲除内源性ApoA1与正常内源性ApoA1水平的对照小鼠相比，小鼠肿瘤生长和转移增加。研究还证明，用纯化的ApoA1进行药理学治疗同样可以减弱小鼠模型中的原发肿瘤的发展和转移。ApoA1减少了肿瘤血管生成，聚集了靶向巨噬细胞和CD8+细胞毒T细胞的肿瘤细胞，从而改变了肿瘤微环境，使其更不容许肿瘤发展。 另有研究报道，人工合成的ApoA1模拟肽在药理浓度下也表现出抗肿瘤活性，能够复制ApoA1的两亲性。但ApoA1（注射或过表达）或ApoA1模拟肽是否通过促进HDL样颗粒的生成而发挥抗肿瘤作用，或其抗肿瘤作用是否与HDL颗粒的生成无关，尚未见研究。其他临床前研究报道，在某些情况下，HDL可能会驱动乳腺癌的发展，特别是在乳腺肿瘤细胞过表达HDL受体SR-B1的情况下，因为这种受体既可以介导生存信号，也可以介导摄取胆固醇促进肿瘤生长。因此，ApoA1或ApoA1 模拟肽的直接抗肿瘤作用可能局限于不过表达SR-B1的肿瘤。

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//  结论

临床前研究表明，HDL靶向治疗包括ApoA1超生理水平的药物治疗、基于ApoA1的多肽（ApoA1模拟肽）或rHDL样颗粒可能通过多种机制发挥对化疗相关心脏毒性的保护作用（图4）。需要进一步的研究来验证这些机制在相同的临床模型是否同时发生，以确定HDL靶向治疗在预防化疗所致心脏毒性的方面的的所有可能性。

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