pH梯度失調(diào)是癌細(xì)胞的共同特征。與正常細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞具有升高的細(xì)胞內(nèi)pH（pHi）和降低的細(xì)胞外pH（pHe）。利用PH微電極、磁共振光譜法等方法測定腫瘤細(xì)胞內(nèi)外的pH，可以發(fā)現(xiàn)腫瘤組織的酸性程度遠(yuǎn)高于正常組織。腫瘤細(xì)胞不能長時間在pHi過低的條件下生存，于是將胞內(nèi)的酸性產(chǎn)物排出，從而引起腫瘤微環(huán)境的外酸化和內(nèi)堿化。這種微環(huán)境負(fù)pH梯度的維持與一些離子交換蛋白[如Na+/H+交換體-1（NHE-1）、空泡質(zhì)子泵（V-ATPase）、HCO3-轉(zhuǎn)運(yùn)體等]密切相關(guān)。目前逆轉(zhuǎn)微環(huán)境pH的方法主要包括直接利用小分子堿性藥物和間接使用離子蛋白抑制劑，如NHE-1抑制劑、質(zhì)子泵抑制劑（PPIs）等。此外，通過抑制碳酸酐酶（CA）的活性，也能一定程度逆轉(zhuǎn)pHe/pHi?；谏鲜鲅芯砍晒疚暮喗榱四[瘤失調(diào)pH的成因及腫瘤微環(huán)境pH失調(diào)對腫瘤生長發(fā)展的影響，著重對近年來一些逆轉(zhuǎn)微環(huán)境異常pH梯度的治療策略的研究進(jìn)展作一綜述，為逆轉(zhuǎn)腫瘤失調(diào)pH藥物的開發(fā)提供思路。

1腫瘤微環(huán)境的異常pH

1.1外酸化與內(nèi)堿化

在各種惡性腫瘤中，細(xì)胞的外酸化與內(nèi)堿化的現(xiàn)象普遍存在。在生理狀況下，正常組織中pHe一般保持在7.4而pHi一般保持在7.2（pHe＞pHi）。然而在腫瘤細(xì)胞中，pHe大多介于6.5～7.0而呈弱酸性，pHi則與正常細(xì)胞類似，為堿性或接近中性。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了癌細(xì)胞中的pHi也比正常細(xì)胞更低的傳統(tǒng)認(rèn)知。在大多數(shù)腫瘤中都可以觀察到這種負(fù)的pH梯度（pHe＜pHi）。

1.2異常pH梯度的成因

腫瘤微環(huán)境異常pH梯度的形成與腫瘤細(xì)胞的組織結(jié)構(gòu)以及代謝特點(diǎn)息息相關(guān)。在惡性腫瘤的發(fā)展過程中，由于組織增生迅速、腫瘤組織的血管發(fā)育不良等原因，造成部分組織供氧嚴(yán)重不足。缺氧的狀況阻抑了腫瘤細(xì)胞通過有氧呼吸獲得能量，腫瘤細(xì)胞向糖酵解代謝發(fā)生轉(zhuǎn)變以滿足能量需要。因此，腫瘤細(xì)胞以比正常細(xì)胞更高的速率消耗葡萄糖并產(chǎn)生乳酸來產(chǎn)生供其生存所需的能量。實(shí)際上，癌細(xì)胞不管在有氧和無氧狀況下都保持較高的糖酵解效率（即Warburg效應(yīng)）。糖酵解的增加引起大量的乳酸產(chǎn)生，腫瘤血管異常又不可及時清除積聚的乳酸，這是引起腫瘤微環(huán)境酸化的因素之一。

另外，胞內(nèi)生成的CO2彌散到胞外，腫瘤缺氧的狀態(tài)活化了缺氧誘導(dǎo)因子1（HIF-1），誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞高表達(dá)CA，催化CO2和H2O反應(yīng)生成碳酸。綜上所述，乳酸和CO2是腫瘤酸性環(huán)境產(chǎn)生的兩大物質(zhì)基礎(chǔ)。腫瘤細(xì)胞無法在pHi過低的條件下長期生存，因此必須通過某些機(jī)制將酸性產(chǎn)物不斷排出細(xì)胞外而維持胞內(nèi)pH穩(wěn)定。乳酸產(chǎn)生后，一些氫離子和乳酸根被單羧酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（monocarboxylate transporter，MCT）以共轉(zhuǎn)運(yùn)的方式運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外，大部分的氫離子則被細(xì)胞膜上眾多激活的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)至細(xì)胞外或泵入某些細(xì)胞器中，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞在維持胞內(nèi)pH呈中性至堿性的同時，胞外及胞內(nèi)一些細(xì)胞器（如內(nèi)涵體、溶酶體）的pH明顯降低。

1.3異常pH梯度的維持

癌細(xì)胞pHe/pHi的維持與位于細(xì)胞質(zhì)膜上一些離子轉(zhuǎn)運(yùn)體息息相關(guān)。維持癌細(xì)胞負(fù)pH梯度的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白主要包含NHE-1、V-ATPase、HCO3-轉(zhuǎn)運(yùn)體、MCT等（見圖1）。NHE是一種調(diào)節(jié)pHi的重要跨膜蛋白，可以使細(xì)胞內(nèi)部的H+與細(xì)胞外部的Na+以等比例的方式發(fā)生跨膜交換從而調(diào)節(jié)pHi，防止細(xì)胞內(nèi)酸化。NHE家族總體包括9個亞型（NHE-1～9），其中NHE-1是最早被發(fā)現(xiàn)的亞型，對NHE抑制劑敏感度最高。NHE-1亞型的表達(dá)廣泛，對細(xì)胞內(nèi)pH的調(diào)控起到重要作用。

圖1維持腫瘤細(xì)胞異常pH梯度的膜轉(zhuǎn)運(yùn)體

V-ATPase作為一種細(xì)胞pH調(diào)節(jié)泵，也是最近幾年的研究熱點(diǎn)之一。V-ATPase不止在細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器（如溶酶體、內(nèi)涵體、分泌小泡）膜上表達(dá)，而且在細(xì)胞質(zhì)膜上表達(dá)。腫瘤細(xì)胞升高V-ATPase的活性，將細(xì)胞內(nèi)H+泵到細(xì)胞外或溶酶體、內(nèi)涵體等細(xì)胞器內(nèi)，造成腫瘤細(xì)胞外酸性環(huán)境，并且防止腫瘤細(xì)胞內(nèi)酸化，逃避凋亡損傷，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對化療藥物的耐藥性增強(qiáng)。此外，V-ATPase在多種類型的轉(zhuǎn)移性腫瘤中過表達(dá)，與腫瘤的侵襲性和轉(zhuǎn)移潛力表現(xiàn)出正相關(guān)性。因此，阻斷V-ATPase的表達(dá)可以抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。

此外，CA對維持癌細(xì)胞內(nèi)外的pH梯度起關(guān)鍵作用。其是一類廣泛存在于人體內(nèi)的含鋅金屬酶，可以有效催化CO2與水合成碳酸的可逆過程。目前在靈長類動物中共發(fā)現(xiàn)了16種α-CA，其中有15種是常見且在人類中共有的。研究發(fā)現(xiàn)，CA在維持癌細(xì)胞pHi方面起著重要作用。

2異常的微環(huán)境pH對腫瘤的影響

2.1促進(jìn)腫瘤的生長轉(zhuǎn)移

Pouyssegu及其同事研究發(fā)現(xiàn)，較高的pHi可以被看作腫瘤細(xì)胞增殖率提高的信號。近年來Grillohill等也已在體內(nèi)證實(shí)了pHi依賴性的腫瘤細(xì)胞增殖。腫瘤細(xì)胞中pHi的增加也與細(xì)胞侵襲表型有關(guān)；降低的pHe則可通過增加基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）的活性促使腫瘤細(xì)胞發(fā)生浸潤和遷移。酸性微環(huán)境中排出的一些產(chǎn)物（如組織蛋白酶B和其他蛋白水解酶）造成細(xì)胞外部基質(zhì)降解及周圍正常細(xì)胞的壞死和凋亡。降低pHi或增加pHe則可抑制腫瘤細(xì)胞的生長遷移。因此，設(shè)法降低pHi或增加pHe有望成為阻遏腫瘤生長和遷移的治療新方法。

2.2增加腫瘤的耐藥性

研究發(fā)現(xiàn)，酸性微環(huán)境導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生抗藥性并逃避化療藥物損傷。目前，臨床上大多數(shù)化學(xué)治療藥物均為弱堿性，藥物分子在胞外酸性條件下發(fā)生質(zhì)子化，難以穿過細(xì)胞膜脂質(zhì)層到達(dá)細(xì)胞內(nèi)部，從而引起了腫瘤細(xì)胞對化學(xué)治療藥物的天然抗性。另一方面，耐藥性腫瘤細(xì)胞通常比對藥物敏感的細(xì)胞含有更多的酸化細(xì)胞器（例如內(nèi)涵體、溶酶體等），并且酸化程度更高?；熕幬锏竭_(dá)胞內(nèi)之后被酸性細(xì)胞器捕獲，經(jīng)質(zhì)子化后被隔離，接著通過外吐作用被排到細(xì)胞外部，因此減少了胞質(zhì)內(nèi)藥物濃度。此外，酸性微環(huán)境還導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的免疫功能發(fā)生異常，逃避宿主免疫應(yīng)答以及免疫治療，并引起腫瘤細(xì)胞對放療的敏感度下降。

3、結(jié)語

惡性腫瘤中，微環(huán)境的外酸化和內(nèi)堿化普遍存在。通過靶向調(diào)控微環(huán)境pH梯度的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及CA，可以一定程度上逆轉(zhuǎn)腫瘤微環(huán)境的異常pH梯度，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞增殖，減弱腫瘤侵襲能力并降低腫瘤耐藥性。因此，研究和開發(fā)靶向性強(qiáng)的、毒性輕微、新型有效的NHE1、V-ATPase和CAIX/XII抑制劑是逆轉(zhuǎn)pHe/pHi的重要方法。最近一項(xiàng)研究表明：與單一藥物治療相比，質(zhì)子泵抑制劑PPI和CA抑制劑的聯(lián)合使用獲得了更有效的抗腫瘤效果。這代表了首次嘗試同時靶向腫瘤微環(huán)境pH調(diào)控中涉及的2種重要機(jī)制的特殊治療方法。當(dāng)然，在將上述藥物相互組合或與其他抗癌藥物聯(lián)合使用時，必須考慮藥動學(xué)中藥物間的相互作用，深入探討其協(xié)同作用的動力學(xué)機(jī)制。相信在不久的將來，這些逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞微環(huán)境pH梯度相關(guān)藥物的開發(fā)，能作為有效的抗癌治療新策略。