金屬鉑與人類的歷史可以追溯到18世紀,，在當時因為其化學性質(zhì)不活潑而被科學家用作惰性電極,。直到1965年Barnett Rosenberg發(fā)現(xiàn)了順鉑對細胞增殖的抑制作用，鉑才逐漸以抗癌藥物的角色進入人們的視線范圍之內(nèi),，并且在經(jīng)過臨床試驗后于1978年經(jīng)FDA批準成為臨床使用的第一代鉑類抗癌藥物,，具有結(jié)構(gòu)簡單、機理明確,、低毒等優(yōu)點,，成功掀起了人們對鉑類藥物研究的熱潮?？梢哉f順鉑開啟了鉑類抗癌藥物的先河,，為人類戰(zhàn)勝癌癥提供了一個嶄新的方向。

早在1844年,，順鉑就由M. Peyrone成功合成,，但是直到1965年，才被Barnett Rosenberg發(fā)現(xiàn)它的生物作用,。Barnett Rosenberg是一位物理學家,，一次工作調(diào)動使他參與到建設生物物理系的大學工作中，他將物理學知識運用到生物實驗中,。順鉑發(fā)現(xiàn)的歷程如圖1所示^{[1, 2]},。經(jīng)過Barnett Rosenberg和一些化學家、生物學家的共同努力,，終于證明了順鉑對細胞繁殖有抑制作用,。可以說,，順鉑是不同學科之間思維碰撞出的火花,。

圖1   順鉑的發(fā)現(xiàn)歷程^{[1, 2]}

順鉑，順式二氯二氨合鉑(Ⅱ)，Pt²⁺最外層電子排布是3d⁸,，以dsp²雜化形成平面四邊形結(jié)構(gòu),，是一種棕黃色粉末，密度為3.7 g?cm^?3,，微溶于水,，結(jié)構(gòu)見圖2^[3]。常與其他細胞毒性藥物聯(lián)合用于治療睪丸癌,、卵巢癌,、子宮內(nèi)膜癌、宮頸癌,、膀胱癌,、頸部癌、胃腸癌,、肺癌^[4],。

圖2   順鉑的結(jié)構(gòu)^[3]

1995年WHO (世界衛(wèi)生組織World Health Organization)對上百種治癌藥物進行排名，順鉑的綜合評價(療效,、市場等)位居榜前列第2位,，并且因其在癌癥中的廣泛使用被稱為“癌癥青霉素”^[5]，尤其是在治療睪丸癌和卵巢癌方面,，其初期治愈率分別為100%以及85%左右^[6],。

順鉑想要成功地“擊殺”癌細胞，大致需要經(jīng)過四個過程：被細胞攝取,、自身在細胞內(nèi)水解活化,、與目標DNA結(jié)合、躲避癌細胞修復蛋白,，見圖3^[7],。

圖3   順鉑進入細胞并與細胞作用的機理^[7]

因為不同的實驗研究得到的結(jié)果并不盡相同，所以順鉑轉(zhuǎn)運的機理目前并不完全清楚,。但是目前大家比較公認的順鉑進入細胞的方式是被動擴散和主動運輸兩種方式相結(jié)合,。

早期研究發(fā)現(xiàn)順鉑的攝取量與時間呈線性關(guān)系，與濃度呈正相關(guān),，而且不具有飽和值^[8],，這一現(xiàn)象呈現(xiàn)典型的被動運輸過程，因而早期人們認為順鉑是通過被動擴散進入細胞的,，并且由于順鉑的脂溶性較低^[9],，所以通過細胞表面的磷脂雙分子層的速度較慢。但是動力學方面的研究結(jié)果讓人們猜測順鉑的運輸方式不只有被動擴散,。經(jīng)過大量實驗,，人們發(fā)現(xiàn)銅轉(zhuǎn)運蛋白Ctr1可以作為順鉑進入細胞的載體：Ctr1表達的缺失使得酵母和哺乳動物細胞對銅,、順鉑、卡鉑和奧沙利鉑具有抗性^[10],，Ctr1的過表達使得細胞對順鉑類藥物的毒性敏感^[11]證明順鉑進入細胞的方式并不唯一,，有一部分的順鉑是以細胞表面的銅轉(zhuǎn)運蛋白Ctr1為轉(zhuǎn)運蛋白進入細胞的。

單純的順鉑活性較低,，并不能很好地發(fā)揮其作用,，因此順鉑在進入細胞后會發(fā)生部分水解，細胞內(nèi)的水分子會進攻氯配位體,，得到[Pt(NH₃)₂(H₂O)Cl]和[Pt(NH₃)₂(H₂O)₂],。從動力學角度分析，順鉑水解得到[Pt(NH₃)₂(H₂O)Cl]的過程是一個二級反應,，該反應的反應速率取決于氯離子和順鉑的濃度,，環(huán)境中氯離子濃度越大，反應速率越小,。而細胞外液中的氯離子濃度約為100 mmol?L^?1,，細胞內(nèi)的氯離子濃度約為4–50 mmol?L^?1[12]，所以順鉑在細胞內(nèi)的水解速率會遠大于在細胞外的水解速率,，這在一定程度上也保證了順鉑的作用范圍基本上是在細胞內(nèi)。

目前大家所公認的是,，順鉑是通過與DNA結(jié)合生成Pt/DNA結(jié)合物破壞DNA結(jié)構(gòu)的方式來阻止細胞的增殖,。DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)，存在A-T,、C-G兩種堿基對,，而四種堿基中均含有可以和Pt形成配位鍵的配位原子，其中7號位的氮活性最高,，而藥物對N1和N3也有一定的親和性(圖4) ^[13],。

圖4   DNA的兩種堿基互補配對方式^[13]

其中順鉑易形成1, 2-[Pt(NH₃)₂]-d(GpG)鏈內(nèi)交聯(lián)產(chǎn)物(圖5)，從而使DNA維持解旋或發(fā)生彎曲,，降低DNA的穩(wěn)定性,，最后達到使DNA不能正常發(fā)揮作用的目的。

圖5   順鉑與DNA兩個鳥嘌呤N7鏈內(nèi)交聯(lián)的示意圖

不僅如此,，研究表明順鉑也可以誘導細胞產(chǎn)生ROS（活性氧）從而觸發(fā)細胞死亡,，并且順鉑作用的濃度和維持的時間直接影響ROS的形成^[14]。一般來說,，細胞內(nèi)氧化還原的穩(wěn)態(tài)由含巰基（—SH）的分子維持,，在某些條件下，巰基可以形成巰基自由基,，它又可以進一步與分子氧相互作用產(chǎn)生活性氧（ROS）,。而如果ROS濃度增高,，會使細胞在氧化應激狀態(tài)下破壞它的正常生物學功能^[15]。進入細胞后可以攻擊抗氧化酶系統(tǒng),，引發(fā)活性氧自由基大量產(chǎn)生,，這些失控的氧自由基進一步激活促炎癥因子和促凋亡因子；同時細胞內(nèi)級聯(lián)的氧化應激反應導致線粒體大量釋放細胞色素c和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣池開放,，后者進一步促進了細胞色素c的釋放,，從而形成正反饋，促使級聯(lián)反應進一步放大,，最終引起細胞凋亡^[14],。

由于DNA在正常解旋復制的過程中不可避免地會出現(xiàn)差錯，所以絕大多數(shù)細胞中均含有DNA損傷修復機制,，即會存在修復蛋白對損傷的DNA進行修復,，而順鉑的抗癌效果就是體現(xiàn)在破壞DNA的正常結(jié)構(gòu)上。因此若要成功使癌細胞死亡,，必須要克服的就是躲避修復蛋白對Pt/DNA結(jié)合物的修復,。已知可以識別Pt/DNA結(jié)合物的物質(zhì)有DNA損傷修復蛋白、高速涌動蛋白和轉(zhuǎn)錄因子PARP1 ^[16]等,。針對這些,，人們也研究出了對修復蛋白起抑制作用的物質(zhì)，其中最典型的就是HMGB1,，它可以屏蔽修復蛋白對Pt/DNA結(jié)合物的識別,，從而為順鉑成功發(fā)揮作用提供了保障。

因為順鉑與DNA的結(jié)合并不具有特異識別性,，所以順鉑與癌細胞的戰(zhàn)爭呈現(xiàn)典型的“傷敵一千，自損八百”,。

順鉑除了會和癌細胞中的DNA發(fā)生反應,，也會與正常進行細胞增殖的細胞DNA反應；除此之外,，順鉑在成功導致細胞凋亡后會參與到代謝過程中進而排出體外,。但由于鉑為重金屬會累積在體內(nèi)，順鉑會對正常的生理活動造成干擾甚至是對人體其他部位造成損傷,，其中最常見的毒性表現(xiàn)在腎毒性,、耳毒性和神經(jīng)毒性。提高順鉑的用藥濃度可以增大癌細胞的細胞凋亡率,，但同時對人體的損傷也會更大,，所以了解順鉑的致毒機理，也可以更好地選擇臨床上的用藥劑量,。

腎臟是人體重要的代謝器官,，在體內(nèi)殘余的順鉑排出體外的過程中,，絕大多數(shù)順鉑會經(jīng)過腎臟。依據(jù)上文可知,，順鉑的濃度越高,，它的毒性也就越高，而在腎臟中由于腎小管和集合管對水分的重吸收,，順鉑在腎中的濃度大大提高,，使得順鉑對細胞產(chǎn)生的毒性大大增強，這也為順鉑的腎毒性提供了理論基礎,。

順鉑引起腎毒性的機制主要包括細胞毒作用,、氧化應激和細胞凋亡。氧化應激是指在順鉑進入腎小管細胞后可迅速與含巰基的抗氧劑谷胱甘肽,、金屬硫蛋白等反應,，使其降解或失活，同時某些抗氧化的酶活性降低甚至發(fā)生酶的失活,，這些都導致氧自由基增多,。自由基引起腎損傷的作用表現(xiàn)在：①膜脂質(zhì)過氧化反應和膜蛋白功能的受損以及線粒體膜脂質(zhì)過氧化導致線粒體功能抑制；②蛋白質(zhì)功能抑制,；③破壞核酸及染色體^[17],。這會導致細胞內(nèi)與呼吸作用相關(guān)的酶受損進而影響呼吸作用產(chǎn)生ATP (腺嘌呤腺苷三磷酸)，膜脂質(zhì)過氧化反應和膜蛋白功能的受損則會影響細胞膜結(jié)構(gòu),，進而引起細胞凋亡,。

目前臨床上對于順鉑導致的腎毒性主要采取水化療法，即給予大量補液來達到縮短順鉑在腎臟中的停留時間,、降低順鉑在腎臟中的濃度的目的，使順鉑盡快排出體外,，從而降低順鉑的腎毒性,。

大量動物實驗證明，順鉑可使實驗動物發(fā)生聽覺障礙并伴隨聽覺器官的永久性損害,。內(nèi)耳病理檢查發(fā)現(xiàn),，這些損害主要發(fā)生在耳蝸毛細胞和螺旋神經(jīng)節(jié)細胞上^[18]。實驗證實順鉑耳中毒在早期出現(xiàn)的聽功能障礙中除了發(fā)生聽神經(jīng)動作電位閾值的升高和耳蝸微音器電位的振幅下降之外,，還伴隨著內(nèi)淋巴電位的降低,，提示順鉑對蝸管外壁上的血管紋也有損害作用。形態(tài)學檢查發(fā)現(xiàn)在順鉑破壞血管紋的過程中,，所有被破壞的血管紋上皮都具有細胞凋亡的特征,，這些發(fā)生在血管紋的細胞凋亡現(xiàn)象被認為是由于順鉑刺激了上皮細胞的鉀通道而造成細胞內(nèi)的鉀外流，從而使細胞內(nèi)的離子濃度和滲透壓發(fā)生改變,，并因此激活了細胞內(nèi)凋亡酶的活動^[19],?？偠灾樸K引起的耳毒性表現(xiàn)在多個方面,，這體現(xiàn)了順鉑的致毒機理具有復雜性和多樣性,。

順鉑引起的感音神經(jīng)性聾在腫瘤患者當中占有相當大的比例，尤其較多出現(xiàn)在大劑量應用順鉑之后,，因此在臨床實際應用中應注意合理用藥,，并根據(jù)腫瘤患者的具體病情和全身健康狀況，適當采用分割小劑量全身用藥或者采用局部用藥,、注意監(jiān)控和維持患者的腎功能等措施,，將有助于把順鉑的耳毒性副作用控制在最低水平^[20]。

細胞對順鉑產(chǎn)生耐藥性是目前研究鉑類藥物所面臨的一個重大難題,，因為人體一旦產(chǎn)生耐藥性,，就意味著藥物的療效降低，需要增大用量或者更換藥物,，這將帶來一系列的負面影響,，所以研究細胞對順鉑耐藥性產(chǎn)生的機理可以幫助我們更好地研究抑制細胞耐藥性的方法。研究表明細胞產(chǎn)生耐藥性的機理主要有：蛋白或者生物小分子使順鉑失活和Pt/DNA結(jié)合物被細胞內(nèi)修復系統(tǒng)修復,。

蛋白或者生物小分子使順鉑失活：細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)大多含有硫元素,，而鉑類配合物對硫有著極高的親和性，硫極易作為配位原子與鉑形成新的配合物從而使順鉑失活,，進而導致細胞耐藥性的產(chǎn)生,；Pt/DNA結(jié)合物被細胞內(nèi)修復系統(tǒng)修復：順鉑和DNA結(jié)合形成Pt/DNA結(jié)合物被細胞識別后導致細胞自動凋亡，但細胞內(nèi)的修復蛋白可以抑制細胞凋亡,，因而對于一些具有修復功能的癌細胞,，修復蛋白的大量表達會增大細胞的耐藥性。

順鉑在人類抗癌歷史上毋庸置疑地發(fā)揮了巨大作用,，但是順鉑所帶來的問題也顯而易見：由于順鉑可以和人體內(nèi)多種物質(zhì)結(jié)合,，真正作用于細胞DNA上的只有約1%，而這些細胞中癌細胞的比例則更小,。但如果提高順鉑的濃度,，對人體造成的損害將增大；順鉑的毒性較大,，順鉑具有耳毒性,、腎毒性、神經(jīng)毒性等,，并且具有不可逆性,，也就是說一旦傷害造成將無法彌補；順鉑還可能導致人體的耐藥性,，隨著用藥時間的延長,，它的效果將逐漸削弱,；并且順鉑口服是不具有生物活性的，需要靜脈注射,，這為治療也帶來一定程度上的不便,。

所以，在順鉑問世后的40年中,，相繼出現(xiàn)了第二代,、第三代鉑類藥物，見圖6,。這些鉑類藥物的作用機理和順鉑大致相同,，但是通過改變鉑的配位體在耐藥性、毒副作用等方面進行了改進,，提高了鉑類藥物的適用性：卡鉑可引起消化道反應,，如惡心、嘔吐,，但較順鉑輕微,，耳神經(jīng)毒性及脫發(fā)也低于順鉑^[21]；部分對順鉑耐藥的患者,，應用奈達鉑仍可取得較好的療效,，且在胃腸道等毒副反應方面顯示了良好的低毒特性^[22]；相比于順鉑和卡鉑,，奧沙利鉑具有抗癌活性更高,、抗癌譜更廣、毒副作用更低,、耐受性更好等優(yōu)點,，且對順鉑耐藥的腫瘤仍具有治療效果^[23]；洛鉑具有與順鉑,、卡鉑相似的抗人體卵巢癌活性,，其抗癌活性與順鉑相當，明顯強于卡鉑,，且與順鉑、卡鉑無交叉耐藥性^[24],。但是前三代的鉑類藥物也都有其各自難以克服的缺點,，因此，跳出傳統(tǒng)鉑類藥物的局限進行創(chuàng)新式的研發(fā)是鉑類藥物的重要發(fā)展前景,，比如對四價鉑和反式鉑的研究就是目前跳出傳統(tǒng)鉑類藥物局限的兩個研究方向,。

圖6   鉑類藥物的發(fā)展歷程

鉑類藥物中參與中心原子鉑配位的各類配體是前三代鉑類藥物最大的不同所在，因為配體的不同會決定該藥物不同的性質(zhì),，比如分子極性,、藥物毒性等,，而不同的配體其功能也不盡相同，那么如果可以提高配體的數(shù)目,，是不是就可以增加藥物分子的功能了呢,？但是二價鉑絕大多數(shù)是四配位化合物，所以科學家把焦點放到了Pt(Ⅳ)上,，Pt(Ⅳ)成鍵時發(fā)生d²sp³雜化,，可以形成八面體場穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性要比平面正方形構(gòu)型的Pt(Ⅱ)強,，并且由于有六個配體,，易于結(jié)構(gòu)修飾，可方便地引入不同功能的基團優(yōu)化藥物結(jié)構(gòu),。

并且有研究表明,，部分反式鉑類配合物可以與DNA形成鏈間交聯(lián)產(chǎn)物以達到破壞DNA結(jié)構(gòu)的目的，反式結(jié)構(gòu)的鉑配合物更容易與DNA形成鏈間交聯(lián)加合物^[25],，這表明反式鉑類抗癌藥物具有不同于順鉑類藥物的作用機理,。而鉑類藥物和DNA不同的作用方式可以在較大程度上躲避細胞的DNA損傷修復機制，避免與其他鉑類藥物產(chǎn)生交叉耐藥性,。

順鉑作為鉑類抗癌藥物的先驅(qū),，為后人對癌癥治療的研究開拓了新道路——從DNA的角度出發(fā)，針對癌細胞的無限繁殖性來抑制癌細胞增長,。而后人對鉑類藥物的創(chuàng)新性發(fā)展,，使得鉑類藥物種類越來越多，特異性治療的效果相較于順鉑有了明顯進步,，越來越貼合癌癥患者的需求,。我們有理由相信，隨著對抗癌藥物研究的不斷深入,，癌癥將不再是絕癥,。