氟尿嘧啶、卡培他滨、替吉奥：一文讲透三者如何发挥抗肿瘤作用
氟尿嘧啶类药物氟尿嘧啶、卡培他滨、替吉奥都是我们临床上使用非常普遍的化疗药物，但对于三者作用机制的问题，很多人一知半解，这次我们从其作用的底层原理一步步发散思维给大家解读氟尿嘧啶类药物如何发挥抗肿瘤作用。为了理清它们的关系，我们要先弄懂氟尿嘧啶的作用机制。上图所示为氟尿嘧啶注射液说明书关于氟尿嘧啶的药理作用，我们需要明白上述几个重点标注的关键物质和含义，首先需要重新复习一下生物化学中关于 DNA 组成四大核苷之一中的 T（脱氧胸腺嘧啶核苷酸）在体内合成途径。我们知道 DNA 中嘧啶类核苷酸包括胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），两者从头合成途径首先是需要合成尿嘧啶核苷酸（UMP）。UMP 合成原始原料包括氨基甲酰磷酸和天冬氨酸，UMP 合成途径不涉及到氟尿嘧啶药物作用机制，因而我们再次略过。我们重点介绍一下尿嘧啶核苷酸（UMP）是怎么转化成胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）的。上图所示为 UMP 转换成 dTMP 简略步骤，UMP（尿嘧啶核苷酸）经鸟苷酸激酶作用下转换为 UDP（二磷酸尿苷），UDP 经二磷酸核苷还原酶作用下生生成 dUDP（脱氧二磷酸尿苷），dUDP 经水解转换为 dUMP（脱氧尿嘧啶核苷酸），dUMP 在胸苷酸合成酶的作用下生成 dTMP（胸腺嘧啶核苷酸）。其中氟尿嘧啶药理作用中所说的阻断脱氧尿嘧啶核苷酸（dUMP）转变为脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）所涉及到的步骤就是 dUMP→dTMP，我们再来看看这一过程详情。图：dUMP（脱氧尿嘧啶核苷）体内转化 dTMP（脱氧胸腺嘧啶核苷）途径如上图所示，dTMP（脱氧胸腺嘧啶核苷酸）是经脱氧尿嘧啶核苷酸（dUMP）经甲基化而生成。反应由胸苷酸合酶（TS-上图 TMP 合酶）催化，N5，N10-甲烯四氢叶酸作为甲基供体。N5，N10-甲烯四氢叶酸提供甲基后生成二氢叶酸又可以经二氢叶酸还原酶作用下重新生成四氢叶酸。
总结：
胸苷酸合酶（TS）是合成胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）最后一步的关键酶，抑制胸苷酸合酶（TS）就能抑制胸腺嘧啶核苷酸合成从而影响 DNA 的合成。
大家都知道卡培他滨需在体内转换成氟尿嘧啶发挥作用，因而对卡培他滨是前药问题都很了解。但氟尿嘧啶也是前药的问题，可能很多人并不清楚。5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）结构与胸腺嘧啶相似，5-FU 本身并无生物学活性，必须在体内专变成一磷酸脱氧核糖氟尿嘧啶核苷（FdUMP）及三磷酸氟尿嘧啶核苷（FUTP）后才能发挥作用（本句话摘自生物化学课本原文）。FUTP 可以 FUMP 的形式参入 RNA 分子，异常核苷酸的掺入破坏了 RNA 的结构与功能。氟尿嘧啶的体内活化产物 FdUMP 是抑制胸苷酸合酶（TS）进而抑制胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）的关键。如上图所示我们上文所示 dUMP→dTMP 过程，在此反应过程中，TMP 合酶（TS）、四氢叶酸、dUMP 三者形成一个过渡性的复合物，反应结束后复合物分解，释放出二氢叶酸、dTMP 和 TMP 合酶（TS）。5-FU 体内转化成的活性产物 FdUMP 其结构与 dUMP 相似，FdUMP 与 TMP 合酶（TS）和四氢叶酸形成稳定形成稳定的三联复合物，导致 TMPS 的功能受到抑制，不能生成 dTMP，进而 DNA 合成过程受阻。
总结：
氟尿嘧啶在体内转化成的产物一磷酸脱氧核糖氟尿嘧啶核苷（FdUMP）与 dUMP 结构相似，导致其可代替胸苷酸合酶（TS）和四氢叶酸形成稳定的复合物，体内因胸苷酸合酶（TS）缺乏导致了胸腺嘧啶核苷酸合成受阻，进而导致 DNA 合成过程受阻。一磷酸脱氧核糖氟尿嘧啶核苷（FdUMP）另一个名称就是氟尿嘧啶说明书药理作用中所说的 5-氟-2-脱氧尿嘧啶核苷酸。氟尿嘧啶是前药是个很重要的概念，我们只有知道其前药本质，才能理解替吉奥作用机制！
卡培他滨的药理作用如上图所示，其药理作用就是在体内转换为氟尿嘧啶发挥作用，因而我们发现卡培他滨药理作用实际上主要也是在复述氟尿嘧啶的药理作用。卡培他滨是氟尿嘧啶的前药，卡培他滨相比氟尿嘧啶的最大优点是可口服给药且在肿瘤组织中活化的 5-FU 浓度高。临床前研究表明，卡培他滨更易在肿瘤组织转化为 5-FU，卡培他滨口服后肿瘤组织内 5-FU 浓度明显高于血液（100 倍以上）和肌肉（2 倍）水平。卡培他滨经口服吸收后在肝中，将卡培他滨大部分水解为 5’-DFCR，接着大多数组织包括肿瘤组织中的胞苷脱氨酶将 5’-DFCR 转化为 5’-DFUR，最终 5’-DFUR 在胸苷磷酸化酶（dThdPase）水解作用下转为 5-FU。人体有许多组织表达胸苷磷酸化酶，而肿瘤表达这种酶的浓度高于周围正常组织，这导致 5-FU 在肿瘤组织的浓度更高。在结直肠肿瘤及毗邻健康组织的药代动力学对比研究结果发现：结直肠癌患者手术前口服 7 天卡培他滨后，结直肠肿瘤相对毗邻组织的 5-FU 浓度的中位比率为 2.9（从 0.9 到 8.0）。替吉奥主要成分替加氟与卡培他滨类似，两者均为 5-FU 的前药。替加氟药理学显示，其作用机理、疗效及抗瘤谱与氟尿嘧啶相似，但作用持久，吸收良好，毒性较低。化疗指数为氟尿嘧啶的 2 倍，毒性仅为氟尿嘧啶的 1/4～1/7。替吉奥另外两种成分为吉美嘧啶（CDHP）和奥替拉西钾（Oxo），两者均为酶抑制剂。吉美嘧啶（CDHP）抑制二氢嘧啶脱氢酶（DPD），奥替拉西钾（Oxo）抑制乳清酸磷酸核糖转移酶（OPRT）。对于吉美嘧啶（CDHP）的理解，我们首先要知道 5-FU 在体内的失活代谢过程。如上图所示，在肝脏内，5-FU 在二氢嘧啶脱氢酶（DPD）作用下代谢为 5-氟-5，6-二氢氟尿嘧啶（FUH2），二氢嘧啶酶再将嘧啶环裂解产生 5-氟脲基丙酸（FUPA）。最后 β-脲基丙酸酶将 FUPA 裂解-为 α-氟-β-丙氨酸（FBAL）从尿中清除。这其中二氢嘧啶脱氢酶（DPD）是 5-FU 代谢的限速酶，80% 以上的 5-FU 在体内经其代谢为无活性的产物排除体外，因此此酶影响到 5-FU 在体内血液浓度及维持时间。吉美嘧啶通过选想择性可逆抑制存在于肝脏的 5-FU 分解代谢酶 —DPD，从而提高了 5-FU 的浓度，减慢了其代谢，增加了疗效。对于 DPD 我们在临床上还需要注意其编码基因多态性问题，编码 DPD 的 DPYD 等位基因的多态性导致 DPD 表达个体差异达 20 倍的酶活性差异。研究表明，DPYD 缺陷患者采用 5-FU 为基础的化疗可引起明显毒副作用和胃肠道反应。携带 DPYD IVS14+1 G＞A 突变基因患者使用 5-FU 清除率降低，半衰期延长，发生 4 级严重毒副作用明显增加。根据最新的 CSCO 胃癌等指南推荐，对于氟尿嘧啶代谢可疑障碍者，可行 DPD 酶检测。对于奥替拉西钾（Oxo）理解，就要提到我们上文提出的 5-FU 是前药的问题。5-FU 需在体内磷酸化转换一磷酸脱氧核糖氟尿嘧啶核苷（FdUMP）发挥作用，5-FU 磷酸化有 3 个途径，通过 3 个酶催化，分别是 OPRT（乳清酸磷酸核糖转移酶）、胸苷酸磷化酶、尿嘧啶核苷酸酶，其中以 OPRT 途径为主。奥替拉西钾（Oxo）为选择性可逆性 OPRT（乳清酸磷酸核糖转移酶）抑制剂，其口服后主要分布于胃肠道，从而减轻了 5-FU 在胃肠道的活化，从而减轻胃肠道反应。
总结：
替吉奥设计原理简单来说就是增加 5-FU 血药浓度，减慢 5-FU 排泄，减少了 5-FU 在胃肠道的活化，从而一方面增加了疗效，另一方面减轻胃肠道反应。替吉奥该药未在 FDA 上市，因而未被 NCCN 指南推荐，其胃癌适应症主要在中日等亚洲国家获批。从替吉奥的药理作用来分析笔者对替吉奥胃癌的适应症有异议的，氟尿嘧啶是前药，需要转化成 FdUMP 发挥抗肿瘤作用，奥替拉西钾在胃肠道中分布减少了前药 5-FU 在胃部转化成 FdUMP，虽然胃肠道不良反应弱了，但 FdUMP 降低同样会降低胃癌的疗效。但在实际临床研究中证实替吉奥在胃癌的疗效循证医学证据是比较充分的。因而笔者对替吉奥说明书中提到的奥替拉西钾口服分布于胃肠道这句话存疑，奥替拉西钾到底分布到胃部多少需要打个问号。
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