趙文芝，石漢平（首都醫科大學附屬北京世紀壇醫院胃腸外科/臨床營養科/腫瘤代謝與營養北京市國際科技合作基地/首都醫科大學腫瘤學系，北京 100038）
【正文】
維生素C，又稱抗壞血酸，是由葡萄糖轉化而來 的六碳酮內酯，在新鮮的蔬菜水果中含量豐富。它具有抗氧化，清除自由基，促進類固醇代謝，改善鈣、鐵和葉酸的利用，促進羥化反應等重要的生理作用【1】。維生素C在細胞內/外環境中均易被氧化,細胞外環境中的自由基或活性氧家族（reactive oxygen species，ROS）均可氧化維生素C，進而形成脫氫抗壞血酸（dehydroascorbic acid，DHA）等氧化形式，此時這些變化是可逆的，DHA仍具有維生素C的活性；但DHA發生進一步氧化反應後則失去維生素C活性，為不可逆反應【2,3】，詳見圖 1。
維生素C的還原特性使其表現出抗氧化、抗衰老、預防和治療缺鐵性貧血的生理作用。維生素 C還是某些酶的輔助因子，如具有催化生物合成和基因調控作用的單加氧酶和雙加氧酶家族，這些酶參與膠原、肉鹼、兒茶酚胺類激素、酰胺化肽激素的合成，並能羥化轉錄因子，如低氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factor 1-α，HIF-1α）、甲基化的DNA、甲基化的組氨酸等【4,5】，因此維生素C還表現出促進膠原形成、類固醇代謝及防癌抗癌等作用。
將維生素C用於腫瘤治療的研究始於20世紀70年代，1974 年Cameron C等【6】首先通過臨床試驗研究發現，在進展期腫瘤患者中經靜脈給予大劑量維生素C（10g/d，持續10d治療），後持續口服維生素C （10g/d）以維持血藥濃度，可改善患者的症狀和生存情況；此後擴大的臨床試驗進一步證實了大劑量維生素C補充應用於終末期腫瘤患者治療時的作用，補充大劑量維生素C後受試者平均生存期延長了 3.2倍（對照組平均50d，補充組平均210d）【7,8】。 這個發現引起了人們的極大關注，維生素C在腫瘤患者中的應用及其抗腫瘤研究迅速興起。但是，好景不長，1985年由美國Mayo診所 Creagan ET【9】及 Moertel CG等【10】開展的兩項設計合理的隨機對照臨床試驗（試驗一：試驗組60例，對照組63例，一般情況及疾病情況類似；實驗二：在100例進展期結直腸癌患者的進行雙盲隨機試驗，試驗組、對照組納入試驗前均未進行腫瘤化學治療）未能重現以上結果，即雖然腫瘤患者口服了同樣劑量的維生素C（10g/d），其生存情況及症狀並未獲得改善[ 試驗一: 與對照組相比，試驗組的症狀、功能表現、食慾或體重無顯著改善，兩組中位生存時間均為 7 周，生存曲線重合；試驗二：與對照組相比，試驗組在症狀改善率（對照組：65%，實驗組：64%）、生存期（中位生存期，對照組 4.1年，試驗組 ,2.9年）方面無明顯優勢 ]。自此，維生素C被打入腫瘤治療的“冷宮”。到了21世紀，關於維生素C的藥代動力學研究發現，維生素 C經口服和靜脈兩種方式進入人體後，血藥濃度差別甚大，口服給藥很難突破 200μM（平衡的膳食可使血漿維生素C達30~80μM），而經靜脈給藥血藥濃度可達10μM以上【11,12】。此時， 人們回頭審 視Cameron ET 和Moertel CG等【11,13】兩派的研究，推斷大劑量維生素C腫瘤治療效果的矛盾結論可能與其用藥方式有關。於是，維生素C重新成為抗腫瘤研究的一個熱點【14】。
隨著研究的深入，維生素C的抗腫瘤機制正在被一步步揭示，目前比較被認可的機制主要有 3種， 即維生素C誘導產生過氧化氫（H₂O₂）及其導致的過氧化應激、維生素C介導的表觀遺傳學改變、維生素C調節缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）活性。
1 維生素C誘導的過氧化應激
細胞外液中，維生素C的不同活性形式的相互轉變過程催化生成 H₂O₂ ，體外試驗中，藥理學濃度（毫摩爾級）的維生素C可在培養基中自氧化生成H₂O₂【15】；而體內試驗數據顯示，細胞外液單脫氫抗壞血酸濃度達 100nmol/ L以上時即可形成 H₂O₂【11】。穿過細胞膜進入細胞通過耗竭細胞能量，最終導致細胞死亡，該過程可能涉及：① H₂O₂造成細胞內DNA鏈斷裂，該損傷需由多聚 ADP-核糖聚合酶 （polyADP-ribose polymerase，PARP） 修復，PARP修復DNA鏈的過程需要消耗氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD﹢ ） ，NAD﹢作為輔助因子被分解為煙酰胺，而同時NAD﹢作 為 甘 油 醛-3-磷 酸 脫 氫 酶 （glyceraldehyde3-phosphate dehydrogenase，GAPDH）的輔助因 子，NAD﹢的耗竭會直接影響由 GAPDH催化的生成ATP的反應，導致細胞內ATP下降【16,17】；②H₂O₂可能由谷胱甘肽過氧化物酶催化的氧化還原反應消除， 即在該酶的催化下還原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）被H₂O₂氧化為氧化型（GSH disulfide，GSSG），細胞內 GSSG再次被還原為 GSH的過程消耗還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH ） ，而NADPH需要通過戊糖分流途徑消耗更多的葡萄糖來進行補充，進而導致細胞內葡萄糖缺乏、能量產生不足【18,19】； ③H₂O₂可能導致或加重線粒體功能障礙，直接影響能量的生成過程【19,20】。
另一個方向的研究未關注H₂O₂的產生及作用，而專注於維生素C引起的細胞內的過量 ROS。腫瘤細胞表現出獨特的瓦博格效應 （Warburg effect），即腫瘤細胞糖酵解反應活躍，葡萄糖攝取率高、代謝產物乳酸含量高、能量產生效率低，即使在氧氣充足的情況下也不能改變此代謝模式【21,22】。維生素C的活性形式通過兩種途徑進入細胞，維生素C原型通過鈉依賴的維生素C轉運蛋白（sodium-dependent vitamin C transporters，SVCTs）以耗能的方式進細胞，DHA因其分子結構類似葡萄糖而通過葡萄糖轉運蛋白（glucose transporters，GLUTs）以易化擴散的方式進入細胞，某些細胞攝取DHA的效率高於維生素C原型【23,24】。DHA進入細胞後被細胞內的GSH、硫氧還蛋白（thioredoxin）和 NADPH迅速 還原為維生素C原型，導致細胞內還原物質耗竭、ROS水平升高，類似H₂O₂的影響，升高的 ROS會氧化GAPDH使其失活、激活PARP進而耗竭NAD﹢，最終導致細胞能量耗竭【25,27】。
雖然關於維生素C引起氧化應激損傷的主要機制仍存在分歧，即主要作用物質為H₂O₂還是 DHA，但關於大劑量維生素C殺傷腫瘤細胞的機制研究方面過氧化應激假說仍占主導地位【28】。
2 維生素C調節表觀遺傳學改變
維生素C通過作用於氧化還原活性鐵（Fe²＋/Fe³＋）調節鐵離子-α-酮戊二酸依賴的雙氧合酶（Fe²＋-and α-ketoglutarate-dependent dioxygenases，Fe²＋/α-KGDDs），進而參與包括脯氨酸羥化酶、組蛋白脫甲基酶、 烷烴羥化酶（alkane hydroxylase，ALKB） 同系物 和第10-11碳 轉 位（ten-eleven translocation，TET）蛋白等在內的多種酶催化的多種生物過程【29-31】。 維生素C作為輔助因子增強 TET 蛋白的活性，導致DNA脫甲基化、羥甲基化作用增強，而這些變化最終的影響是：導致腫瘤細胞中腫瘤抑制基因的重新表達、促進幹細胞分化、增強 DNA甲基轉移酶抑制劑（DNA methyltransferase inhibitor，DNMTi）誘導的免疫信號【31-33】。DNA甲基化是腫瘤發生的早期事件，DNA超甲基化多見於抑癌基因、腫瘤發展基因的啟動【34】；某些腫瘤，尤其是血液腫瘤常表現出異常的高甲基化[ DNA 或 （和）組蛋白 ])，如慢性粒單核細胞白血病、骨髓增生異常綜合徵、急性髓性白血病、腎透明細胞癌和副神經節瘤等【35-39】。而TET蛋白催化的主動脫甲基作用，以及DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferase ，DNMT）耗竭或缺失導致的被動脫甲基作用，是腫瘤研究的重要方向【40,41】。
人體組織中表達 TET1、TET2、TET3共3種 TET蛋 白， TET蛋白可以將5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5mC）氧化為5-羥甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine，5hmC）進而進一步氧化為 5-甲酰基胞嘧啶（5-formylcytosine，5fC）、5-羧基胞嘧啶（5-carboxylcytosine，5caC），這些氧化產物不能被維持性DNMT識別，但在DNA鏈中可被胞嘧啶原型替換，因此降低DNA甲基化水平【42,43】。體內外研究均表明， TET蛋白活性增強可提高細胞 5hmC水平、降低細胞惡性程度【43,44】。組蛋白脫甲基酶（histone demethylases，HDMs）可移除組蛋白中 精氨酸和賴氨酸上的甲基，該酶家族中的 Jumonji-C區組蛋白脫甲基酶（Jumonji C-domain-containing histone demethylases，HDMs）類似TET蛋白，作為Fe²＋/α-KGDDS家族的一員催化脫甲基反應【45】。維生素C作為Fe²＋/α-KGDDS的輔助因子能夠增強或補償現存TET蛋白的功能，而維生素C缺乏則會加速TET蛋白突變相關的腫瘤；同樣，維生素C能夠增強JHDM的脫甲基化作用，而JHDM功能受抑制時發生腫瘤的傾向增強【31,32,46】。體外試驗表明，添加維生素C能夠增強腫瘤細胞TET蛋白活性，使得細胞內5hmC水平升高、5mC水平降低，表現為細胞惡性程度降低、 對抗癌藥物敏 感性增強【47,48】；在小鼠中，補充維生素 C能夠增強 TET蛋白活性、提高5hmC水平，延緩移植的基因易感的造血細胞發展為急性髓細胞白血病的進程【31】。
通過維生素C表觀遺傳學的調節作用殺傷腫瘤細胞是腫瘤治療的一個研究方向，雖然目前的研究主要限於細胞實驗和動物實驗中維生素C對腫瘤細胞TET蛋白活性的影響、體細胞中維生素C通過調節JHDM活性對細胞分化的影響等方面，但維生素C治療血液腫瘤的臨床應用研究也已逐步展開。維生素C此作用機制的研究仍需更多的研究數據和證據支持。
3 維生素C調節HIF-1的活性
HIF-1是由受氧含量調節的HIF-1α和持續表達的HIF-1β構成的一種異二聚體轉錄因子，它可通 過上調細胞糖酵解、血管生成、細胞存活通路、紅細胞生成和組織重塑等作用使得細胞適應缺氧和代謝應激狀態；HIF-1在固體腫瘤缺氧的微環境中被激活，並被認為是腫瘤生長、轉移、放化療耐受的關鍵介質， 因此 HIF-1亦是腫瘤治療的重要靶點【49-51】。HIF-1α的活性受 HIF羥化酶調節，該酶由3個脯氨酸羥化酶結構域蛋白（proline hydroxylase domain proteins，PHD）（即PHD1、PHD2、PHD3）和天冬氨酸羥化酶（即HIF抑制因子，factor-inhibiting HIF，FIH） 構成，屬於 Fe²＋/α-KIDDs，但其對氧氣分子的親和力相對較低，導致缺氧環境下PHD和 FIH失活，而 HIF-1穩定並活化【52，53】。HIF羥化酶調節 HIF-1α的機制為：PHD可將HIF-1α的脯氨酸殘基羥基化，脯氨酸羥化的HIF-1α被希佩爾-林道（von Hippel-Lindau，VHL） 腫瘤抑制蛋白結合，繼而激活 E3-泛素連接酶，致使 HIF-1α被降解；而FIH可將HIF-1α的天冬醯胺殘基羥化，這個羥化的基團抑制共激活蛋白p300與HIF複合物結合，從而抑制了HIF-1的轉錄活性並阻斷了其下游通路【54】。
維生素C作為 Fe²＋/α-KGDDs的輔助因子，理論上能增強 HIF羥化酶的功能。體外試驗中，維生素C能增強細胞內HIF羥化酶活性、抑制HIF-1轉錄反應：維生素C干預甲狀腺癌細胞能夠誘導HIF-1α表達下降，並存在劑量反應關係；動物實驗中，移植肺腺癌組織的維生素C缺乏小鼠模型經大劑量維生素C干預後，HIF-1α的表達和微血管密度均下降；而比較人體腫瘤標本（子宮內膜癌、腎細胞癌、結直腸癌）時發現，維生素C缺乏的腫瘤組織HIF-1活性最高【55-59】。通過維生素C調節HIF-1的活性， 進而控制或治療腫瘤的研究結果仍有待證實，但關於維生素C對 HIF-1的影響的結論是相對一致的。
綜上所述，維生素C用於腫瘤治療是有較充足的證據支持的。維生素C作為一種還原性必需營養素，發揮其正常生理作用之餘，可通過誘導過氧化應激反應、調節表觀遺傳學表達、調節 HIF-1 的活性殺傷腫瘤細胞、降低腫瘤細胞惡性程度、增強腫瘤對治療的敏感性。但關於維生素C抗腫瘤機制方面仍有許多關鍵問題亟待分析：①劑量問題，維生素C通過誘導過氧化應激反應殺傷腫瘤細胞時需要超過生理濃度數十倍至數百倍的濃度水平，而生理濃度的維生素C即可發揮表觀遺傳學調節作用，故應用維生素C抗腫瘤時是否需要按照治療目的選擇劑量值得探討；②敏感性問題，大劑量維生素C可特異性殺傷腫瘤細胞而不損害正常細胞，而且僅部分腫瘤或腫瘤細胞系對維生素C干預敏感，造成這些差異的分子基礎需要深入分析；③多種機制假說的關聯，維生素C作用於細胞時以上3種機制是否同時發生、相互之間有何影響、如何將維生素C的抗腫瘤作用最大化發揮等問題也應是維生素C抗腫瘤機制研究的研究方向。關於維生素C抗腫瘤機制研究的深入開展，將為腫瘤治療提供新的思路，為其他抗腫瘤治療方法及藥物提供新的靶點【60】。
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