作者：藥飯

三氧化二砷(As2O3)注射液(Trisenox®)，在2000年9月25日獲FDA批準用于治療難治性復發性急性早幼粒性白血病(APL)，由Cephalon的(Teva子公司)上市銷售，后于2016年11月經EMA批準聯合維甲酸一線治療新確診中低危急性早幼粒細胞白血病。砒霜，歷史上赫赫有名的毒藥，自此開始作為治療藥物進入人們的視野。那As2O3是如何改善人類的健康的，國內的研究者對此也做出了巨大貢獻，本文對As2O3的發現、藥用機理、臨床療效、安全性及國內研發情況簡單介紹，揭開“砒霜蜜糖”之謎。

砒霜與As2O3

砒霜又叫信石或鶴頂紅，作為歷史八大名毒藥之一，漢質帝劉纘和武大郎均死于此毒藥。砒霜的主要成分是三氧化二砷。自然界的砷主要以雄黃(As4S4)和雌黃(As2S3)兩種形式存在，雄黃和雌黃加熱到一定溫度后砷在空氣中被氧化As2O3。古代的銀針試毒測試的就是不純砒霜里的硫化物。As2O3外觀為白色霜狀粉末，故稱砒霜。As2O3為無機劇毒品，致死量為0.1-0.2g。

國內As2O3的發現過程：從毒藥到治療白血病藥物

古人云“以毒攻毒”、“一物降一物”，藥力太過就變成了毒藥，反之控制毒力又可成藥，千百年來莫不如此。作為以毒攻毒的典范，砒霜也有作為入藥的記載，孫思邈在《備急千金要方》中首創利用砒霜治療瘧疾，北宋的《開寶本草》、明朝李時珍的《本草綱目》都記載了砒霜的藥性，明末清初陳司成用鍛煉后的砒霜治療梅毒。西方在20世紀也有用亞砷酸鉀治療白血病的記載，但未獲普遍接受[1]。

20世紀70年代，國家要求城市醫生到鄉下為農民看病，因此組成了“城市流動醫療隊”服務鄉村，并強調“中國醫藥學是一個偉大的寶庫，應當努力發掘，加以提高”。在巡回過程中哈醫大一院的韓太云等發現由砒霜、輕粉(氯化亞汞)和蟾酥構成的“713”注射液對某些腫瘤有效，但是毒性較大。1973年，張亭棟等人明確了以砒霜和微量輕粉構成的“癌靈1號”注射液對白血病的治療作用。1974年，他們以哈醫大一院中醫科和檢驗科的署名，發表論文明確提出“癌靈1號”可以治療多種白血病，有些急性白血病可以達到完全緩解(CR)。1979年，張亭棟等人在《黑龍江醫藥》發表論文，明確了“癌靈1號”的有效成分為As2O3，并且指出對急性早幼粒白血病(APL)效果最好，也就是現在的M3型白血病[1]。

至此，國內研究者最早提出As2O3治療M3型白血病(APL)的概念。但是，由于國內的雜志多為中文，國內的研究結果并未被國際醫學界知曉和接受。直到1998年，《新英格蘭醫學雜志》報道了紀念斯隆-凱特琳癌癥中心和康奈爾醫學院的研究，以As2O3治療APL病人，并且幾乎達到完全緩解，國際醫學界才廣泛接受As2O3對APL的治療作用[2]。

As2O3治療APL的機制

(1)As2O3誘導APL細胞分化和凋亡

研究表明，As2O3能夠通過誘導細胞分化和凋亡兩個不同途徑促進APL患者緩解[3](圖1)。大劑量的As2O3(0.5-2.0 μM)能夠誘導白血病的細胞凋亡：As2O3與巰基等相關基團發生共價反應，如在線粒體中通過Bcl-2和PTPC等特異性蛋白降低線粒體膜電位(ΔΨm)，電位變化導致細胞色素C釋放，從而激活半胱天冬酶級聯反應，誘導細胞凋亡。膜電位的變化還能夠增加線粒體ROS的釋放。另外，As2O3也可以通過其他途徑誘導細胞凋亡，如抑制抗氧化酶GPx進一步提高ROS水平；還能通過抑制IKK進一步限制細胞存活因子NFκB的活化，促進細胞凋亡[4]。低劑量As2O3(0.1-0.5μM)能夠誘導的分化，可能與cAMP途徑、核受體活性或組蛋白乙酰化的調節有關。

圖1：As2O3促進APL細胞的分化和凋亡誘導作用機制(來源于參考文獻3)

(2)As2O3誘導致癌蛋白PML及PML-RARα降解

無論是低濃度誘導分化還是高濃度的誘導凋亡，As2O3都是通過與致癌蛋白PML-RARα/PML巰基間的共價結合降解PML-RARα而發揮作用。研究表明，PML-RARα融合蛋白在超過98%的APL中表達。

以陳竺、陳賽娟和王振義為代表的國內科研工作者開展了As2O3治療APL的分子機制學研究。APL是AML的一種亞型(M3)，由于t(15；17)染色體易位，即15號染色體上早幼粒細胞性白血病基因(PML)和17號染色體上的維甲酸受體基因(RARα)，產生異常的PML-RARα融合基因，表達癌蛋白PML-RARα(圖2)，PML-RARα既能阻斷細胞分化，又能抑制凋亡。因此，t(15；17)染色體易位產生異常的PML-RARα融合基因可能是APL發病的主要機制之一。

圖2：A. PML-RARα結構：由PML蛋白N端的R域、B1/B2域、CC域及RARα構成，PML-R和PML-B是鋅指區(ZF)，富含半胱氨酸，參與砷的結合

陳賽娟和陳竺等人在Science發文提出As2O3誘導PML和PML-RARα降解的機制[5]：砷劑通過結合PML-RBCC蛋白或PML-RARα蛋白鋅指區的半胱氨酸殘基上，或者結合在兩個同二聚體之間交聯形成的鋅指區中半胱氨酸，如ZF1中Cys60、Cys77、Cys80和ZF2的Cys72、Cys88、Cys91(圖3)，誘導PML蛋白或者PML-RARα融合蛋白的構象發生變化(圖4)，促進PML-RARα或PML蛋白的進一步寡聚化，增強與泛素化酶UBC9的相互作用或增加修飾位點的暴露促進這些蛋白質的SUMO化。最終導致PML和PML-RARα致癌蛋白的泛素化和降解增強，誘導APL白血病細胞分化和凋亡。文章提出將PML和PML-RARα致癌蛋白作為As2O3的直接靶標，這一作用機理為As2O3在未來白血病治療中的應用開辟了新的前景。

圖3：砷(藍色小球)與PML-R-ZF1的Cys60、Cys77、Cys80及與ZF2的Cys72、Cys88、Cys91形成配位，而鋅(黃色小球)與保守的半胱氨酸和組氨酸殘基表現出典型的四面體配位

圖4：As2O3控制PML和PML-RARα命運的機制模型圖

As2O3治療APL的臨床研究

(1)As2O3治療復發性APL的試點臨床研究

國內的研究者使用As2O3治療APL病人獲得CR的結果引起了紀念斯隆-凱特琳癌癥中心研究者的興趣。他們啟動了一項As2O3治療全反式維甲酸(ATRA)和蒽環類藥物化療后復發的APL患者的試點研究[2]。結果表明，單獨使用As2O3治療后，12名患者中11名達到CR。其中11個應答者中的8人實現了分子水平的緩解，患者體內已經檢測不到APL致癌基因——PML-RARα融合基因的表達。

(2)As2O3治療復發性APL的有效性

在試點研究取得成功之后，研究者開啟了一項更大規模的開放標簽、多中心單臂試驗(PLRXAS01)[6]，用As2O3對40名復發或難治性APL患者進行治療(患者接受過蒽環類和TARA治療后復發)。與預期結果一致，40名患者中有34名(85%)達到CR，并且所有達到CR的患者PML-RARα融合基因不表達。在后期隨訪中，仍有27例患者存活，中位隨訪時間為484天。這項關鍵性試驗為As2O3獲批治療ATRA/蒽環類藥物治療無應答或復發的APL患者提供有力的數據支持。

(3)As2O3的安全性

自古以來砒霜就作為毒藥被廣泛應用。無機砷也被國際癌癥研究機構和美國環境保護局列為致癌物質。長期暴露于低濃度砷環境會增加皮膚瘤、肝癌、膀胱癌和肺癌的發病率。砷中毒會引起周圍神經病變、心肌病和腎功能衰竭等癥狀。

但是拋開劑量談毒性都是不合適的。作為治療藥物，病人以0.15mg/kg/天的劑量靜脈注射As2O3時具有良好的耐受性。能夠觀察到輕微反應是白細胞增多、胃腸病癥(例如惡心、嘔吐、腹瀉)、疲勞、發燒、頭痛、咳嗽和呼吸困難等不良反應，并無3級以上嚴重的肝腎損傷。長期使用As2O3聯合ATRA治療APL也并不會發生繼發性腫瘤。

但As2O3治療APL會出現APL分化綜合征(APLDS)和心電圖(ECG)異常等嚴重不良反應[6]。APLDS又被稱為“維甲酸綜合征”，可在ATRA或As2O3緩解誘導治療期間出現，癥狀包括發燒、呼吸困難、低血壓、體重增加、急性腎功能衰竭和肺部浸潤等。在As2O3治療APL的關鍵臨床試驗中(PLRXAS01)，APLDS的發生率為25%(10例)，其中三名患者的APLDS較嚴重。但是，發生APLDS患者都達到了CR。同樣，As2O3聯用ATRA治療APL的臨床試驗中，APLDS的發生率和嚴重程度與單用As2O3相似。另外，As2O3治療APL可導致患者心電圖異常，包括QT間期延長和完全房室傳導阻滯。在PLRXAS01試驗中，63%的患者觀察到QT間期延長。在其他研究中As2O3也會導致其他心臟不良事件包括房性心律失常和心肌梗死。因此，在砷劑治療前和治療期間，應及時進行心電圖和電解質監測。

As2O3在其他疾病的應用

As2O3除了被批準應用于治療APL外，還有多項針對其他實體瘤和血液瘤的臨床研究正在進行之中。

單用或聯用其他藥物如抗壞血酸、美法侖、地塞米松和硼替佐米治療復發性難治性多發性骨髓瘤(MM)，臨床研究已初步證明聯用的有效性。As2O3聯合沙利度胺和維甲酸治療骨髓增生異常綜合征(MDS)也顯示出臨床療效。另外，As2O3聯用低劑量阿糖胞苷治療AML、聯用干擾素α(IFNα)應用于人T細胞嗜淋巴細胞病毒I型(HTLV-I)相關的成體T細胞白血病淋巴瘤(ATL)的臨床試驗也在進行中。

As2O3治療各種實體腫瘤，包括膀胱癌、膠質瘤、乳腺癌、肝癌、宮頸癌、結直腸癌、食道癌、生殖細胞腫瘤、肺癌和黑色素瘤也在研究之中。據報道，單用As2O3在肝細胞癌(HCC)、黑色素瘤和腎細胞癌的臨床效果有限，但是As2O3聯用化療藥在骨肉瘤和尤文肉瘤中顯示一定的治療作用。

As2O3國內研發情況

到目前為止，用于治療APL的三氧化二砷僅有注射液及凍干粉針劑等注射型被批準應用于臨床，針對其他劑型如口服溶液和膠囊劑型的研究也在進行之中。另有復方三氧化二砷糊劑用于治療牙髓失活。

直到2008年，國內才有國產化的As2O3注射液上市，給國內APL患者帶來治療的希望。國內注冊的企業主要有北京雙鷺和海南中化。另外有上海遙健醫療和濟南川成醫藥以2.2類新藥申請的口服液正在審評審批中。

圖5：As2O3的國內注冊企業(來源于藥渡數據)

總 結

As2O3用于治療APL雖為我國醫藥工作者首先發現，但由于歷史原因，未及時申請專利申請，也未能早于國外企業將As2O3推向市場。不過，從此例中我們意識到，中國寶貴的中藥資源中可能進一步改善人類健康的有效成分，或許還沉睡著、尚未開發。從傳統藥物中尋找全新化學結構的藥物、發現已有天然產物的新用途值，這得我們后輩繼續探索。

參考文獻

[1]饒毅, 黎潤紅, 張大慶. 中藥的科學研究豐碑[J]. 科技導報, 2015, 33(20):132-136.

[2] N Engl J Med. 1998 Nov 5;339(19):1341-8.

[3]Zhang T D , Chen G Q , Wang Z G , et al. Arsenic trioxide, a therapeutic agent for APL.[J]. Oncogene, 2001, 20(49):7146-7153.

[4]Emadi A , Gore S D . Arsenic Trioxide – An Old Drug Rediscovered[J]. Blood reviews, 2010, 24(4-5):191-199.

[5] Zhang X , Yan X , Zhou Z , et al. Arsenic Trioxide Controls the Fate of the PML-RAR alpha Oncoprotein by Directly Binding PML[J]. Science, 2010.

[6] Soignet SL, Frankel SR, Douer D, et al. United States multicenter study of arsenic trioxide in relapsed acute promyelocytic leukemia. J Clin Oncol2001; 19:3852–60.