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#癌症#
紫杉醇（Paclitaxel/Taxol），紫杉烷家族的一员，是一种微管稳定药物，在临床上被用来作为治疗乳腺癌、卵巢癌和肺癌等癌症的抗有丝分裂化疗药物。紫杉醇在癌症治疗的应用非常广泛，例如，几乎被用在所有亚型乳腺癌的治疗中。但是我们并不完全清楚它的作用原理，而且不是所有的患者都能从紫杉醇治疗中获益，原发性乳腺癌患者的两种标准的剂量疗法：每隔一周接受4剂mg/m2紫杉醇或连续12周接受80mg/m2紫杉醇治疗后，只有大约50%的乳腺癌患者出现肿瘤消退。目前临床上没有可用的生物标志来预测患者接受紫杉醇治疗后的反应，所以对于紫杉醇机制的进一步研究非常重要。
年9月8日，来自威斯康星大学麦迪逊分校BethA.Weaver团队的ChristinaM.Scribano在ScienceTranslationalMedicine杂志发表题为Chromosomalinstabilitysensitizespatientbreasttumorstomultipolardivisionsinducedbypaclitaxel的文章，探究了紫杉醇在肿瘤治疗中的具体机理。他们发现，临床使用的紫杉醇浓度不会抑制有丝分裂，但是紫杉醇可以增加多极细胞分裂，诱导染色体不稳定，使得乳腺癌细胞对紫杉醇更敏感，诱导肿瘤细胞死亡；该研究在临床上提供了预测紫杉醇反映的生物标志——染色体不稳定率，并且表明增加染色体不稳定性或者在有丝分裂过程中维持多极纺锤丝可以提高临床紫杉醇的效果。
为了研究紫杉醇在抗癌作用的原理，作者首先想要知道紫杉醇的治疗效果是由细胞分裂抑制还是多极纺锤丝分裂导致的，因此作者使用了两组临床紫杉醇浓度，低浓度80mg/m2和高浓度mg/m2，招募原发性乳腺癌的患者进行标准的紫杉醇治疗并分析治疗效果。实验过程如下图1，实验前活检测量肿瘤大小，接着进行每周80mg/m2十二次的一小时紫杉醇治疗。在第一次注射紫杉醇后20小时进行第二次活检血样检测，（20小时的选择根据培养的乳腺癌细胞在高剂量紫杉醇治疗20小时后，有丝分裂停止），十二次注射之后通过超声再次检测肿瘤大小，根据固体肿瘤反应评价标准（ResponseEvaluationCriteriainSolidTumors(RECIST)）1.1指南评估肿瘤反应。
图1.探究80mg/m2紫杉醇对乳腺癌患者治疗效果的实验流程
免疫荧光染色发现，80mg/m2紫杉醇治疗20小时后，所有患者的多极有丝分裂细胞大大增加，增加范围从25%-60%。同时，延时显微摄影追踪紫杉醇治疗后细胞发现，临床使用的紫杉醇浓度治疗后很少会出现有丝分裂抑制：0.38%出现有丝分裂推移，1.6%细胞在有丝分裂后死亡，0.67%出现有丝分裂抑制，剩下的细胞都正常进入有丝分裂，说明有丝分裂的比例并不增加。因此这两组紫杉醇浓度都不抑制有丝分裂，但是能诱导多极纺锤丝形成。
接着为了证实紫杉醇诱导的细胞毒性增加确实是由于多极纺锤体的增加，作者使用了两种能够增加多极纺锤体但同时不抑制细胞周期的方法。第一种方法是使用驱动蛋白类似蛋白HSET（kinesin-likeproteinHSET/KifC1）抑制剂，HSET抑制剂能在有丝分裂后期增加多极纺锤丝，同时不影响早期有丝分裂纺锤丝极性（结果如图2）。第二种方法是使用中心粒复制过程中的主要调控因子四环素（tetracycline，tet）诱导的Polo-类似激酶4（Polo-likekinase4），Polo-类似激酶4过表达导致中心体扩增，会短暂诱导多极中心体的产生。两种方法都显著降低了细胞存活，增加死亡率。
图2.HSET抑制剂增加多极纺锤体，进一步增强紫杉醇诱导的细胞毒性作用
相反，作者又应用两种方法抑制纺锤丝多极，方法一是使用逆转素（reversine）化学抑制单极纺锤体蛋白激酶1（KinaseMonopolarspindles1，Mps1/TTK），发现有丝分裂后期多极纺锤丝概率减少后，细胞的代谢存活增加，死亡率降低。方法二为上调有丝分裂阻滞缺陷蛋白1（MitoticArrestDeficient1，Mad1），也能降低细胞对于紫杉醇的敏感性。因此，这两组实验证明了在紫杉醇处理的细胞中增加多极染色体分裂的几率，会增加细胞毒性，增加紫杉醇效果，而减少紫杉醇诱导的多极分裂可以降低染色体不稳定性，并降低紫杉醇在体内外的细胞毒性。
最后作者通过跟踪细胞培养结果，并对患者样本进行回顾性分析发现了染色体不稳定性对患者肿瘤对紫杉醇敏感性的影响。通过对37例转移乳腺癌病例分析，研究者在原发和转移样本中观察到了预处理染色体不稳定性和紫杉烷反应之间的直接相关性，说明紫杉烷治疗之后，具有较高染色体不稳定基线率的转移性乳腺癌的肿瘤减少地更多，因此在治疗前染色体不稳定性较高的癌症可以首选紫杉烷治疗。
总的来说，这篇文章发现，紫杉醇在乳腺癌细胞中能够诱导多极分裂，提高细胞毒性，增加癌症细胞死亡概率；同时在有丝分裂过程中维持多极纺锤体对于诱导高比率的染色体不稳定性至关重要。此外作者还发现，提前存在的不稳定染色体会使得乳腺癌细胞对紫杉醇更敏感，通过遗传和药理学方法诱导染色体不稳定都可以增强紫杉醇的效果。在患者中，提前处理的染色体不稳定数量直接和紫杉醇诱导的肿瘤病理学反应相关。该研究结果第一次阐明了紫杉醇在癌症治疗中的机理，表明增加染色体不稳定或者在有丝分裂过程中维持多极纺锤丝可以提高临床紫杉醇的效果，支持了以染色体不稳定率作为预测紫杉醇反映的生物标志，为紫杉醇在临床上的应用和效果提高提供了理论基础。
本文的第一作者为来自威斯康星大学麦迪逊分校分子和细胞药理学研究生训练项目的ChristinaM.Scribano，通讯作者为来自威斯康星大学麦迪逊分校细胞和再生生物系/Carbone肿瘤中心/肿瘤实验癌症研究中心的BethA.Weaver。
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