摘要
硒是一种必需的微量元素，通过至少25种在人体中表达的硒蛋白参与多种生物过程。对硒化合物的广泛研究表明，它们在大量实验模型中对恶性细胞具有生长抑制作用。此外，将硒与传统癌症治疗相结合在临床前研究和部分人体试验中都取得了令人鼓舞的结果。本综述旨在重点介绍当前关于硒化合物与化疗和放疗结合使用的研究评估。本文阐述了常见研究化合物对健康细胞和恶性细胞产生不同效果的药效学机制，并总结了相关体外和体内数据。从抗肿瘤疗效和毒性预防两方面讨论了该方法的临床效用。最后，文章提出需要新型试验设计来促进向关键研究的快速推进。
- 硒
- 癌症
- 放疗
- 化疗
- 毒性和疗效
- 综述
硒(Se)是最广泛研究的微量元素之一，特别是在癌症领域。大部分研究涉及健康人群中的营养剂量硒作为癌症的一级预防，有强有力的证据表明硒摄入量低的人群患癌症风险更高(1-3)；在这些人群中，补充硒可能降低癌症发病率和癌症特异性死亡率(4)。然而，硒似乎也存在"过犹不及"的现象；不仅在硒充足人群中补充超营养剂量的硒不会提供对癌症的保护(5)，实验室和临床研究表明这甚至可能增加癌症风险(6,7)。
许多患者将预防性数据外推，自行服用硒(通常为超营养剂量)试图控制其现有癌症(8,9)。与此做法相关的临床研究非常少，但一项关于前列腺癌的研究显示，硒并未抑制前列腺特异性抗原(PSA)速度，更令人担忧的是，在基线血清硒水平最高的患者中，每天补充800微克硒酵母实际上显著增加了PSA速度(10)。
虽然这引发了对患者将硒作为癌症单一治疗方法的担忧，特别是对那些硒摄入充足的患者，但大量临床前研究和一些早期临床试验表明，硒化合物可能显著保护癌症治疗中的正常组织毒性，同时不损害其抗癌效果(甚至可能增强效果)(11-13)。介导这一作用的机制正被越来越多地探索和理解，与一级预防不同，硒与癌症治疗的有益相互作用似乎是剂量依赖性的，在远高于营养需求的剂量下效果最佳(13)。
虽然这是令人鼓舞的，但该研究领域的进展仍受到相当大的不确定性阻碍。目前尚不清楚哪种化学形式的硒最有效，也不清楚其剂量是多少(剂量范围从<100到90,000微克/天不等)。虽然硒剂量有时由临床前药代动力学(PK)研究指导，但尚未对各种硒化合物的药代动力学-药效学(PK-PD)关系进行清晰评估，也未比较每种化合物在不同浓度下对正常和恶性细胞的差异影响。此外，临床使用中不同硒化合物的超营养剂量毒性尚未系统评估。特别令人担忧的是某些形式硒的基因毒性，尤其是无机盐(14)，以及将这些形式与其它基因毒性疗法(如放疗和烷化剂)结合使用可能增加第二原发恶性肿瘤和骨髓增生异常的风险。迄今为止，尚无临床试验报告此类终点。
本综述重点介绍硒化合物与化疗和放疗相互作用的临床前和临床评估、这些化合物的PK-PD关系以及在正常和恶性细胞中的差异效应和阈值。最终，我们希望利用这些信息为未来临床试验的合理开发提供依据，以确定这些硒化合物是否能像临床前研究所示的那样，有意义地减轻癌症治疗对患者的毒性负担，同时保持或提高其疗效。
硒——在人类健康中的作用
众所周知，由于不同地理位置的饮食和土壤中硒含量的差异，全球硒摄入量差异巨大。虽然已确定了硒的推荐膳食摄入量，但很难对特定剂量给出广泛建议(6)。主要用于一级预防的"营养"剂量范围为50-200微克/天(15)，对硒缺乏个体补充这些剂量的硒与总体死亡率降低和某些癌症类型发病率降低相关(6)。然而，正如前文所述，长期摄入超营养剂量的硒会导致不良反应，这提醒人们硒也被认为是有毒元素(6)。
硒在维持健康方面的作用复杂，它具有许多重要生物功能，包括氧化还原信号传导、甲状腺代谢、免疫功能、解毒和抗氧化活性(6)。这些作用主要由25多种特定编码的硒蛋白介导，其中硒半胱氨酸替代了半胱氨酸。其中研究较广泛的硒蛋白包括谷胱甘肽过氧化物酶(参与抗氧化活性和精子运动)和硫氧还蛋白还原酶(参与细胞内氧化还原调节和信号传导)。硒显著的免疫刺激作用可引起多种效应，从增加活化T细胞增殖和自然杀伤细胞活性到增强淋巴细胞介导的肿瘤细胞毒性(6)。
硒化合物——代谢、药理学和毒性
硒以不同化学形式存在，这些化合物大致可分为有机和无机形式。膳食硒的代谢途径如图1所示。
有充分证据表明，补充有机形式的硒(如硒代甲基半胱氨酸(MSC)和L-硒代甲硫氨酸(SLM))后获得的硒状态，在停用后比无机形式(如亚硒酸钠)维持更长时间；据报道，人体中SLM和亚硒酸钠的全身体内半衰期分别为252天和102天(16)。因此，含有SLM的食物或补充剂比含有无机硒的食物或补充剂能在硒缺乏期间更长时间地维持硒酶的活性，这归因于从蛋白质储存库中分解的SLM的再循环。
动物实验室研究表明，有机形式的硒比常用的无机形式(如亚硒酸钠(SS))更有效也更安全，后者更具基因毒性(14)。从50%致死剂量(LD50)测定来看，静脉注射给小鼠时，SS的毒性是SLM的四倍；口服给大鼠时，SS的毒性是硒酵母的三倍(17)。
在人类中，安全性数据更为有限。人类中硒的未观察到有害作用水平(NOAE)报告为400-850微克/天(18,19)。长期消费(数月到数年)超过2,400-3,000微克/天可能会导致慢性硒毒性，但这是可逆的(20)。根据已发表文献，可能的毒性症状(由于环境暴露)包括头发和指甲脆弱及脱落、胃肠道紊乱、皮疹、大蒜呼吸气味(由挥发性硒化合物引起)、疲劳、烦躁和神经系统异常。也可能发生自然杀伤细胞活性受损和内分泌紊乱(20)。
三种主要形式的硒(MSC、SLM和SS)在临床前和临床研究的补充中被广泛使用。有机硒化合物MSC是一种水溶性氨基酸，可从哺乳动物胃肠道吸收且耐受性良好(21)。它通过单阶段β-裂解转换 readily 转化为活性部分甲基硒醇，与其它形式相比，其抗癌效果的生物利用度更高(22)。甲基硒醇可被去甲基化生成硒化物，或甲基化生成二甲基硒化物，然后通过呼吸释放；再次甲基化后生成三甲基硒翁，通过尿液排泄(23)。一项针对15名人类受试者的I期单剂量、剂量递增研究评估了MSC的毒性和PK谱，口服给予400、800和1,200微克MSC并测量血浆和尿液中的硒水平。结果显示无明显临床或实验室毒性，在400和800微克剂量水平下PK参数差异不大(23)。
有机硒化合物SLM在人类中耐受良好，剂量为7,200微克(或相当于3,600微克/m²)每日两次，持续7天，随后每日一次维持剂量10周(24,25)。归因于SLM的唯一毒性是呼吸和尿液中的大蒜样气味，这在诱导SLM周更常见，并发现随着长期治疗而消失。所有给予4,800微克SLM每日两次的患者血浆硒水平均>15μM，这是临床前动物模型中减少化疗诱导毒性并增强化疗药物抗肿瘤效果所需的硒浓度(13)。血浆硒水平在第28天超过30μM，从而证实了在此情况下在临床上使用高剂量SLM的可行性。在另一项研究中，硒酵母(主要含SLM)以每日3,200微克的剂量给予16名处于"观察等待"阶段的前列腺癌患者，持续24个月，其中5名患者报告轻微毒性，包括大蒜呼吸、脆甲或脱发、胃部不适或头晕，与血浆硒水平无相关性(18)。这些患者均未报告周围神经病变症状。
无机化合物亚硒酸钠(代谢为亚硒酸盐)在最近的一项I期试验中进行了评估，该试验确定了转移性去势抵抗性前列腺癌患者每日口服60,000微克的最大耐受剂量(MTD)(26)。在90,000微克时观察到剂量限制性毒性，包括疲劳和腹泻，不良事件包括指甲疾病、肌肉痉挛、脱发和恶心。其中一些归因于亚硒酸盐的积累，这是亚硒酸钠的更有效代谢物。在同一试验中，也观察到PSA速度减慢，一名患者血清PSA降低>50%。另一项临床试验将SS 200微克/公斤/天(相当于70公斤成人14,000微克/天)添加到淋巴瘤患者的化疗中，报告联合治疗比单独化疗毒性更低，包括感染和心脏功能下降(27)。
硒化合物在正常和恶性细胞中的药效学
硒影响多种细胞过程和分子通路，可能涉及硒的抗癌作用[在(3)中综述]，包括：
- 涉及减少DNA损伤、氧化应激和炎症的硒酶；
- 涉及解毒致癌物和减少DNA加合物形成的II相结合酶的诱导；
- 包括细胞毒性淋巴细胞和自然杀伤细胞活性在内的免疫反应增强；
- 肿瘤抑制蛋白p53增加，该蛋白通过作为多种基因(包括生长停滞和DNA损伤诱导(GADD)基因)的转录因子来抑制增殖、刺激DNA修复和促进凋亡死亡；
- 蛋白激酶C失活，这是一种在氧化剂促进肿瘤发生中起关键作用的信号受体；
- DNA甲基化改变，因为异常甲基化模式与肿瘤发生和肿瘤抑制基因失活相关；
- 细胞周期干扰，导致生长抑制并可能允许DNA修复发生；
- 癌细胞凋亡诱导，通常涉及半胱天冬酶的顺序激活；
- 抑制肿瘤生长和转移所需的血管生成。
令人欣慰的是，已发表的大量工作证明了硒化合物在正常细胞与恶性细胞或组织中的差异效应，这在临床上是有利的，如表I所总结。然而，尽管临床前工作有明确证据表明硒化合物的疗效和毒性差异很大(11,14)，欧洲临床试验主要使用SS，而美国则使用SLM，没有对硒化合物或其PK-PD剂量关系进行直接比较。
硒与化疗和放疗
将硒化合物与化疗和/或放疗结合用于癌症患者的主要挑战在于能够减少这些治疗对正常组织的毒性，同时不损害其抗肿瘤效果(或者最好能增强效果)。然而，尽管有大量关于硒在正常和恶性细胞中PD的研究，但尚不清楚哪种形式和剂量的硒可以安全使用，并在正常和恶性组织中产生最有利的差异效应，特别是与化疗和放疗结合时。当前的硒剂量是经验性的或由PK指导，尽管PK-PD关系尚未在人类中建立，因此与化疗或放疗一起使用的最佳硒形式和剂量仍不清楚。然而Joel等人已证明可以在人类白细胞(WBC)中测量硒效应的PD生物标志物(体外和体内)(28)，从而能够在临床研究中评估硒PD和PK之间的关系，并确定可纳入潜在关键试验的最佳硒化合物和剂量。
抗肿瘤疗效
虽然高剂量的硒对癌细胞具有选择性细胞毒性(在表I中总结)，但它通常在细胞培养和肿瘤异种移植模型中增强化疗和放疗的抗癌效果(在表II中总结)。在结直肠、卵巢、前列腺和小细胞及非小细胞肺癌、头颈鳞状细胞癌和白血病的人类肿瘤异种移植中，超营养剂量的硒化合物与化疗药物(包括顺铂、卡铂、奥沙利铂、伊立替康、多西他赛、氟尿嘧啶和多柔比星)之间已证明治疗协同作用(11,13,29-32)。
然而，相互作用的强度差异很大，在不同异种移植模型中显示出高达20倍的硒剂量效力差异(11)。此外，异种移植模型和硒剂量也影响硒化合物的表观疗效。例如，在头颈鳞状细胞癌异种移植中，口服其200微克/天的最大耐受剂量(约8,000微克/公斤/天)时，MSC和SLM均优于SS(图2)(11)；而在卵巢癌异种移植模型中，SS和SLM(1,000-1,500微克/公斤/天，腹腔注射)在与顺铂联合使用时具有同等的剂量效力和效果(32)。
还应注意硒与其它癌症治疗结合的时间安排依赖性：在人类结直肠和头颈鳞状细胞癌异种移植小鼠模型中，MSC或SLM的效果在预处理7天后达到最大，而如果没有预先与硒一起孵育就同时给药，则几乎没有或没有益处(11,33)。
很少有临床研究评估在化疗或放疗期间补充硒对治疗效果的影响。Muecke等人将81名硒缺乏的女性随机分配至口服SS(放疗期间每日500微克，非放疗日300微克)组或仅放疗组，这些女性在妇科恶性肿瘤手术后接受治疗(34)。在平均67个月的随访中，无病生存期无显著差异(log-rank p=0.65)，尽管硒治疗组的总生存期有改善趋势(log-rank p=0.09)(35)。
Mix等人对18名局部晚期头颈鳞状细胞癌患者进行了一项随机、安慰剂对照的II期试点研究，这些患者在接受顺铂联合放疗时，给予安慰剂或3,600微克/m² SLM，每日两次口服，治疗前7天开始，然后每日一次直至化疗放疗结束后3周。在这项小型研究中，无病生存期或总生存期均无差异(log-rank p=0.39和p=0.39)(24)。
Asfour等人报告了一项试验，将50名非霍奇金淋巴瘤患者随机分配至接受极高剂量的SS(200微克/公斤/天)联合环磷酰胺、长春新碱、多柔比星和泼尼松化疗组或仅化疗组(27)。观察到硒组的肿瘤反应率显著高于对照组(分别为60%和40%)，与骨髓穿刺物中硒治疗患者的B细胞淋巴瘤2(BCL2)癌基因水平相应降低相比。
毒性降低
表II总结了大量临床前工作，这些工作证明了各种硒化合物对放疗(12,36)和多种细胞毒性药物的器官特异性毒性(包括骨髓抑制、黏膜炎、腹泻、脱发、膀胱炎和肾毒性)的保护作用(11,13,30,37)。顺铂对肾脏、骨髓和肠道的特定毒性得到改善，且不影响抗肿瘤效果(30,38-41)或药代动力学(42)。在裸鼠中，每日200微克MSC对六种细胞毒性药物的致死效应表现出令人印象深刻的保护作用(13)。
几项临床试验也报告了硒化合物对化疗正常组织毒性的类似保护作用(表III)。在高剂量化疗和异基因造血干细胞移植环境中，一项对77名患者口服硒酵母的双盲随机安慰剂对照研究报告了严重口腔黏膜炎发生率和持续时间的降低(43)。在一项将41名患者随机分配至顺铂为基础的化疗前4天和后4天每日口服4,000微克硒(作为硒-卡帕藻酸)组或仅化疗组的试验中，硒组观察到显著减少的骨髓抑制和肾毒性(44)。一项涉及62名接受顺铂为基础化疗的卵巢癌女性的双盲试验将患者随机分配至硒酵母(每日200微克，持续3个月)，从化疗同时开始(45)。随机分配至硒的患者在3个月治疗期间经历显著较少的毒性，包括胃肠道反应、脱发、虚弱和中性粒细胞减少。前述四项使用高剂量SS治疗非霍奇金淋巴瘤患者的研究报告称，硒组的毒性显著较少(包括感染和心脏左心室射血分数下降)，中性粒细胞凋亡减少(46)。
Muecke等人进行的上述研究的数据报告了SS补充后血液硒显著增加(主要终点)，但对次要终点的分析显示2级或更高级别腹泻的发生率显著降低(从46.6%降至21.0%，p=0.039)，且无硒相关副作用(12)。SS还被评估为39名头颈癌患者随机对照试验中放疗相关毒性的潜在调节剂(36)。使用与Muecke等人研究相同的SS给药方案(12)，严重毒性的发生率无统计学显著差异。
最近，SLM与基于顺铂的化放疗一起用于头颈鳞状细胞癌和非小细胞肺癌(NSCLC)，治疗毒性作为主要结果(24,47)。在头颈癌试验中，18名患者被随机分配至放疗前每日两次预处理3,600微克/m² SLM或安慰剂组，之后每日一次。虽然未观察到3级毒性的显著差异，但50%的硒治疗患者有0-1级黏膜炎，而安慰剂组为25%(24)。此外，观察到硒治疗患者高频听力损失减少的趋势(图3；未发表数据，M. Jameson)。在16名患者的单臂NSCLC研究中，放疗前7天每日两次给予4,800微克/m² SLM，然后在化放疗期间每日一次，报告无硒相关毒性，但观察到III级或更高级别毒性发生率低于预期，特别是肺炎和贫血(47)。
结论
尽管近年来癌症治疗取得了重大进展，特别是靶向治疗的发展，细胞毒性化疗和放疗仍然是许多恶性肿瘤治疗的支柱。这些治疗的相当大毒性仍然是癌症管理中的主要挑战，尽管对保护策略进行了广泛研究，但这一挑战仍未克服(48)。
在此背景下，硒在保护免受致癌作用以及选择性靶向现有癌细胞和与其它癌症治疗协同作用方面似乎是独特的，同时保护正常组织免受这些治疗的细胞毒性作用。这些独特特征使至少在临床前模型中能够给予比否则可行的更高剂量的细胞毒性药物，从而改善癌症结果。如果这种利用硒扩大细胞毒性治疗众所周知的狭窄治疗指数的情况在临床环境中得到复制，这将代表癌症管理的重大进步，显然有必要进一步进行临床评估。
然而，在进行大规模临床试验以评估硒调节抗癌治疗疗效和毒性的能力之前，需要更多研究来确定哪种硒化合物以及在什么剂量下可以在癌症患者中安全有效地用于此类试验。临床前数据表明，有机硒化合物(如MSC和SLM)比无机化合物(如SS)更安全，可能更有效，特别是在似乎对抗癌疗效和与化疗和放疗的有益相互作用最佳的较高剂量下。
需要在临床试验中进行更严格的评估，以表征临床使用中硒化合物的PK和PD终点之间的关系以及比较安全性(包括基因毒性)。创新的试验设计可包括选择能够评估硒化合物在正常细胞和恶性细胞中差异效应的恶性肿瘤患者。这些试验对于指导未来临床试验中最佳硒化合物和剂量的选择至关重要，同样也避免使用效果较差或毒性更大的硒形式和剂量。
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