棉酚的抗肿瘤研究进展
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国外医学肿瘤学分册 2000年6月第27卷第3期
棉酚的抗肿瘤研究进展
上海华东医院(上海200040) 唐文皓(综述)
上海医科大学肝癌研究所 任正刚 吴志全(审校)
摘 要 棉酚是一种多酚类化合物，具有抗肿瘤的生物学活性。本文从棉酚的化学结构和代谢动力学、抗肿瘤机制、包括抗增殖、干预信号传导通路、干预能量代谢和棉酚的抗肿瘤效果这三方面进行介绍。
关键词：棉酚 肿瘤
棉酚作为一种公认的男性节育药，已受到国内外学者广泛关注。然而棉酚可能是一种颇有前途的抗癌药物却未被多数学者所认识。自60年代初至今已有不少有关棉酚抗肿瘤作用的报道、其中涉及棉酚抗肿瘤机制以及体外培养的肿瘤细胞、人肿瘤的动物模型和临床应用等研究。以下对棉酚的抗肿瘤研究进展作一综述。
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一、棉酚的化学结构和代谢动力学
棉酚是一种黄色的酚类化合物，天然存在于锦葵科的某些植物中，其化学结构由Adams等于1938年阐明，为2.2′联二萘-8,8′二羟基醛-1,1′,6.6′ 7.7′六羟基-5,5′二异丙基-3-3′二甲基,分子量518.54。棉酚有两种光学异构体,先从棉簇植物中分离出消旋体,然后从桐棉植物中分离出右旋体,再从海岛棉提出左旋体。研究提示消旋棉酚对黑色素瘤细胞系SK-mel-19和SK-mel-28作用相等,IC50=22μmol/L。左旋棉酚IC50=4μmol/L,对细胞的敏感性是消旋棉酚的5倍多[1]。右旋棉酚无生物活性，消旋棉酚的细胞杀伤作用可能在左旋的异构体部分，左旋棉酚效果好，毒副反应小。棉酚制剂主要有3种：精制棉酚、醋酸棉酚和甲酸棉酚。棉酚口服后仅部分被肾和小肠上皮吸收。吸收后大部分于胆汁分泌，其主要代谢场所是肝脏。同位素标记棉酚的生物半衰期为48小时，心、脾、肾、肾上腺、垂体、肌肉和睾丸等组织放射高峰见于4～9天。给药后1天，组织积贮总量为投入剂量的12.5%,此时除肠道内容物所含放射性最高外,各组织活性依次为:胃、肠道、肝、心、肾、脾、肺、血、肌肉、脂肪、睾丸和脑。
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二、棉酚的抗肿瘤机制
(一)抗增殖
拓扑异构酶可改变DNA拓扑性质，在DNA生物合成中起重要作用。研究提示，棉酚抑制拓扑异构酶Ⅱ的催化激活和干预拓扑异构酶-DNA复合物形成的稳定性，影响细胞的功能。棉酚降低DNA聚合酶α和β的活性，抑制DNA合成，导致细胞在S期中止，是一种特异的DNA合成抑制剂，在较大剂量下抑制细胞分裂[2]。
Rb蛋白和cyclinD1蛋白调节细胞由G1期进入S期。磷酸化的Rb蛋白在细胞静止期G1期通过E2F转录因子促进细胞进入S期。cyclinD1能抑制Rb蛋白作用的失活。乳腺癌细胞系MCF-7高表达磷酸化的Rb蛋白。Blackstaffe等报道流式细胞计数示10μmol/L的棉酚中止MCF-7细胞系于G1/S期，抑制DNA合成。Western blot分析提示，棉酚以剂量依赖方式调低Rb蛋白和cyclinDl蛋白的表达，降低磷酸化与非鳞酸化的Rb蛋白的比例，抑制细胞生长[3]。
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Northern blot分析提示，棉酚可调低膀胱癌细胞系BT5637的c-myc基因表达。阻断癌细胞由G0/G1期进入S期，降低DNA含量，改变线粒体的结构，抑制肿瘤细胞生长。
(二)干预信号传导通路
1.干预第一信使
Shidaifat等通过核糖核酸保护法发现，棉酚对前列腺癌细胞系PC3的转化生长因子β1(TGF-β1)的表达有刺激作用。3H-Tdr掺入分析示棉酚作用于TGF-β1基因的表达，抑制细胞DNA合成和中止细胞于G0/Gl期[2,4]。
激素是信号传导通路中重要的第一信使。组织的生长、发育受激素的控制，当组织癌变时，往往会部分地保留与原组织相似的激素依赖性。棉酚可改变体内激素水平，阻断异常的信号传导，控制肿瘤的生长。临床应用棉酚治疗子宫肌瘤，用药前后血雌激素水平有显著性差异，故认为棉酚可能抑制卵巢功能促使血E2浓度下降，局部组织中浓度也下降，肌瘤缩小[5]。
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2.干预第二信使
蛋白激酶是一类使蛋白质发生磷酯化的酶，蛋白激酶、磷酸酶信号传导系统是细胞外信息向细胞内传递的主要机制和最后公共通路。棉酚干预蛋白激酶的功能，调控信号传导通路，调节细胞的增殖和分化，阻止肿瘤的发生和发展。
研究表明，棉酚作用于蛋白激酶C(PKC)催化区域的ATP结合部，作为非特异的PKC抑制剂作用于HL-60白血病早幼粒细胞系6小时后，凋亡的DNA片段增多，并有浓度依赖性。棉酚包含亲脂性的非极性区域，这些区域通过与PKC的催化片段结合，引起组蛋白磷酸化抑制，从而抑制PKC。在淋巴肉瘤细胞系Nb2中，PKC抑制剂抑制PRL刺激的细胞分裂。实验证明，棉酚抑制鸟尿酸脱羧酶激活的PRL刺激的细胞分裂，降低3H-Tdr掺入DNA比例，导致DNA合成的下降和细胞分裂的抑制。棉酚的抑制浓度与其它PKC抑制剂相符[6]。
磷酸肌醇信号传导系统中，第二信使二酰甘油(DG)是PKC的内源性特异激活剂，磷脂代谢的其他产物如顺式非饱和脂肪酸，包括油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等，可增强DG对PKC的激活，与PKC也有关。
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通过放射免疫分析发现，棉酚是花生四烯酸5-和12-脂氧合酶的抑制剂。棉酚抑制花生四烯酸释放作用可能是通过抑制鳞脂酶，导致前列腺素E2合成的抑制，引起磷脂代谢改变，调节磷酸肌醇信号传导。McManus等提出在C6神经胶质瘤细胞系中，棉酚是脂氧合酶(LD)和细胞色素的抑制剂，阻止肿胀诱导的牛黄酸肌醇流出，抑制剂量敏感的阴离子通道，干预花生四烯酸代谢，阻止磷酸肌醇信号传导[7]。
(三)干预能量代谢和鳞脂代谢
棉酚能抑制细胞能量代谢，通过乳酸脱氢酶(LDH)同源酶Ⅴ型抑制线粒体氧化鳞酸化和电子传递[8]。艾氏腹水瘤细胞系的能量代谢显示，高浓度的棉酚抑制氧消耗和ATPase的活性，减少糖酵解，诱导NAD+和细胞色素b的氧化状态，抑制细胞能量代谢，导致细胞死亡。艾氏腹水瘤细胞和肉瘤S-180细胞中加入棉酚，发现ATP/Pi及PCr/ATP均下降，表明棉酚有阻断细胞能量代谢作用。Hutchinson提出棉酚可引起磷酸单脂、双脂水平下降及辅酶Ⅰ、Ⅱ上升，抑制细胞能量代谢[9]。
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超微结构研究表明，棉酚引起线粒体肿胀，嵴断裂、固缩、严重空泡化及溃破等。线粒体是细胞呼吸、能量供应和氧化、磷酸化的重要细胞器，线粒体损伤导致细胞死亡[10，11]。
此外还有一些棉酚的抗肿瘤机制，如某些对烷化剂耐药的肿瘤细胞系，其机制是因为增加了谷胱甘肽S-转移酶活性，从而加速药物灭活。抑制谷胱甘肽氧化还原系统的某些酶可影响细胞对烷化剂的敏感性。棉酚对谷胱甘肽转移酶及其pi同功酶表现强有力的抑制，与烷化剂合用，可增加其抗癌功能。耐药与非耐药MCF-7细胞系培养中，棉酚的DNA合成抑制活性相同[12]。
三、棉酚的抗肿瘤效果
体外实验表明棉酚对起源于淋巴及粒细胞、肾上腺、乳腺、宫颈、直肠和中枢神经系统的多种肿瘤细胞株均有明显的增殖抑制活性[13，14]。
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Coyle等予棉酚30mg/kg管饲法处理中枢神经系统BRW祼鼠动物模型，每周5天，共4周，肿瘤的平均瘤重是对照组的50%[8]。鼠皮下接种前列腺癌细胞系MAT-LyLu，立即予棉酚治疗，2周后用药组前列腺肿瘤重量是对照组的76%，淋巴转移和肺转移为20%，对照组分别为40%和60%，睾丸的睾酮水平明显下降[15]。左旋棉酚单剂量15mg/kg能减少移植胰腺癌的小鼠中肿瘤ATP含量和血流，使肿瘤ATP/Pi下降50%，血流下降60%。
临床应用醋酸棉酚治疗子宫肌瘤与安宫黄体酮对照，发现棉酚组39例总有效率87.18%,对照组50%[5]。1972～1977年,上海、江苏、浙江协作组对棉酚片治疗358例恶性肿瘤进行分析，发现对肾、肺、肝癌疗效较好，肿瘤病灶。国外报道18例肾上腺癌患者口服棉酚30mg/d～70mg/d超过6周，其中3例对其它化疗药物无反应者肿瘤缩小50%以上，缓解期维持数月至1年以上；1例反应轻微，1例无变化，13例病情进展。27例神经胶质瘤复发患者口服棉酚20mg/d，2例部分有效，1例无变化[16]。
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四、前景
经过近40年的努力，对棉酚抗肿瘤的探索无论在实验室研究还是临床试用方面，都取得令人鼓舞的进展。由于棉酚的毒副反应主要表现为低血钾症，且总发生率为1%左右，故随着对棉酚抗肿瘤机制进一步全面的认识和实验室研究及临床试用的深入，棉酚可能成为一种颇有前途的抗肿瘤药物。
参考文献
1 Blackstaffe L, Shelley MD，Fish RG. Melanoma Res,1997;7(5):364～372
2 Shidaifat F, Canatan H, KulP SK, et al. Anticancer Res,1997;17(2A):1003～1009
3 Ligueros M, Jeoung D, Tang B,et al. Br J Cancer,1997;76(1):21～28
, 百拇医药
4 Zhang Y, Kulp SK, Sugimoto Y, et al. Int J Oncol,1998;13(6):1291～1297
5 陈静坤, 金毓翠,李慧芳,等.上海第二医科大学学报，1997；17(1)：37～39
6 Jarvis WD,Turner AJ, Povirk LF, et al. Cancer Res,1994;54(7):1707～1714
7 McManus M,Serhan C, Jackson P,et al. Am J Physiol,1994;267(1 Pt 1):C266～C271
8 Coyle T, Levante S,Shetler M, et al. Neurooncol,1994;19(1):25～35
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9 Hutchinson RW, lng NH, Burghardt RC.Cell Biol Toxicol,1998;14(6):391～399
10 Shelly MD,Hartley L, Fish RG, et al. Cancer Lett ,1999,135(2):171～180
11 Rekha Gk ,Sladek NE.Adv Exp Med Biol,1997;414:133～146
12 Wu Y, Sun FF, Tong DM, et al. Biophys J,1996;71(1):91～100
13 胡承阅,蒋婵华.国外医学计划生育分册，1997;16(2)：68～72
14 Gilbert NE, O'Reilly JE,Chang CJ, et al. Life Sci,1995;57(1):61～67
15 Shidaifat F, Canatan H, Kulp SK,et al. Cancer Lett,1996;107(1):37～44
16 Bushunow P, Reidenberg MM, Wasenko J, et al.J Neurooncol,1999;43(1):79～86, 百拇医药
上海华东医院(上海200040) 唐文皓(综述)
上海医科大学肝癌研究所 任正刚 吴志全(审校)
摘 要 棉酚是一种多酚类化合物，具有抗肿瘤的生物学活性。本文从棉酚的化学结构和代谢动力学、抗肿瘤机制、包括抗增殖、干预信号传导通路、干预能量代谢和棉酚的抗肿瘤效果这三方面进行介绍。
关键词：棉酚 肿瘤
棉酚作为一种公认的男性节育药，已受到国内外学者广泛关注。然而棉酚可能是一种颇有前途的抗癌药物却未被多数学者所认识。自60年代初至今已有不少有关棉酚抗肿瘤作用的报道、其中涉及棉酚抗肿瘤机制以及体外培养的肿瘤细胞、人肿瘤的动物模型和临床应用等研究。以下对棉酚的抗肿瘤研究进展作一综述。
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一、棉酚的化学结构和代谢动力学
棉酚是一种黄色的酚类化合物，天然存在于锦葵科的某些植物中，其化学结构由Adams等于1938年阐明，为2.2′联二萘-8,8′二羟基醛-1,1′,6.6′ 7.7′六羟基-5,5′二异丙基-3-3′二甲基,分子量518.54。棉酚有两种光学异构体,先从棉簇植物中分离出消旋体,然后从桐棉植物中分离出右旋体,再从海岛棉提出左旋体。研究提示消旋棉酚对黑色素瘤细胞系SK-mel-19和SK-mel-28作用相等,IC50=22μmol/L。左旋棉酚IC50=4μmol/L,对细胞的敏感性是消旋棉酚的5倍多[1]。右旋棉酚无生物活性，消旋棉酚的细胞杀伤作用可能在左旋的异构体部分，左旋棉酚效果好，毒副反应小。棉酚制剂主要有3种：精制棉酚、醋酸棉酚和甲酸棉酚。棉酚口服后仅部分被肾和小肠上皮吸收。吸收后大部分于胆汁分泌，其主要代谢场所是肝脏。同位素标记棉酚的生物半衰期为48小时，心、脾、肾、肾上腺、垂体、肌肉和睾丸等组织放射高峰见于4～9天。给药后1天，组织积贮总量为投入剂量的12.5%,此时除肠道内容物所含放射性最高外,各组织活性依次为:胃、肠道、肝、心、肾、脾、肺、血、肌肉、脂肪、睾丸和脑。
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二、棉酚的抗肿瘤机制
(一)抗增殖
拓扑异构酶可改变DNA拓扑性质，在DNA生物合成中起重要作用。研究提示，棉酚抑制拓扑异构酶Ⅱ的催化激活和干预拓扑异构酶-DNA复合物形成的稳定性，影响细胞的功能。棉酚降低DNA聚合酶α和β的活性，抑制DNA合成，导致细胞在S期中止，是一种特异的DNA合成抑制剂，在较大剂量下抑制细胞分裂[2]。
Rb蛋白和cyclinD1蛋白调节细胞由G1期进入S期。磷酸化的Rb蛋白在细胞静止期G1期通过E2F转录因子促进细胞进入S期。cyclinD1能抑制Rb蛋白作用的失活。乳腺癌细胞系MCF-7高表达磷酸化的Rb蛋白。Blackstaffe等报道流式细胞计数示10μmol/L的棉酚中止MCF-7细胞系于G1/S期，抑制DNA合成。Western blot分析提示，棉酚以剂量依赖方式调低Rb蛋白和cyclinDl蛋白的表达，降低磷酸化与非鳞酸化的Rb蛋白的比例，抑制细胞生长[3]。
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Northern blot分析提示，棉酚可调低膀胱癌细胞系BT5637的c-myc基因表达。阻断癌细胞由G0/G1期进入S期，降低DNA含量，改变线粒体的结构，抑制肿瘤细胞生长。
(二)干预信号传导通路
1.干预第一信使
Shidaifat等通过核糖核酸保护法发现，棉酚对前列腺癌细胞系PC3的转化生长因子β1(TGF-β1)的表达有刺激作用。3H-Tdr掺入分析示棉酚作用于TGF-β1基因的表达，抑制细胞DNA合成和中止细胞于G0/Gl期[2,4]。
激素是信号传导通路中重要的第一信使。组织的生长、发育受激素的控制，当组织癌变时，往往会部分地保留与原组织相似的激素依赖性。棉酚可改变体内激素水平，阻断异常的信号传导，控制肿瘤的生长。临床应用棉酚治疗子宫肌瘤，用药前后血雌激素水平有显著性差异，故认为棉酚可能抑制卵巢功能促使血E2浓度下降，局部组织中浓度也下降，肌瘤缩小[5]。
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2.干预第二信使
蛋白激酶是一类使蛋白质发生磷酯化的酶，蛋白激酶、磷酸酶信号传导系统是细胞外信息向细胞内传递的主要机制和最后公共通路。棉酚干预蛋白激酶的功能，调控信号传导通路，调节细胞的增殖和分化，阻止肿瘤的发生和发展。
研究表明，棉酚作用于蛋白激酶C(PKC)催化区域的ATP结合部，作为非特异的PKC抑制剂作用于HL-60白血病早幼粒细胞系6小时后，凋亡的DNA片段增多，并有浓度依赖性。棉酚包含亲脂性的非极性区域，这些区域通过与PKC的催化片段结合，引起组蛋白磷酸化抑制，从而抑制PKC。在淋巴肉瘤细胞系Nb2中，PKC抑制剂抑制PRL刺激的细胞分裂。实验证明，棉酚抑制鸟尿酸脱羧酶激活的PRL刺激的细胞分裂，降低3H-Tdr掺入DNA比例，导致DNA合成的下降和细胞分裂的抑制。棉酚的抑制浓度与其它PKC抑制剂相符[6]。
磷酸肌醇信号传导系统中，第二信使二酰甘油(DG)是PKC的内源性特异激活剂，磷脂代谢的其他产物如顺式非饱和脂肪酸，包括油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等，可增强DG对PKC的激活，与PKC也有关。
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通过放射免疫分析发现，棉酚是花生四烯酸5-和12-脂氧合酶的抑制剂。棉酚抑制花生四烯酸释放作用可能是通过抑制鳞脂酶，导致前列腺素E2合成的抑制，引起磷脂代谢改变，调节磷酸肌醇信号传导。McManus等提出在C6神经胶质瘤细胞系中，棉酚是脂氧合酶(LD)和细胞色素的抑制剂，阻止肿胀诱导的牛黄酸肌醇流出，抑制剂量敏感的阴离子通道，干预花生四烯酸代谢，阻止磷酸肌醇信号传导[7]。
(三)干预能量代谢和鳞脂代谢
棉酚能抑制细胞能量代谢，通过乳酸脱氢酶(LDH)同源酶Ⅴ型抑制线粒体氧化鳞酸化和电子传递[8]。艾氏腹水瘤细胞系的能量代谢显示，高浓度的棉酚抑制氧消耗和ATPase的活性，减少糖酵解，诱导NAD+和细胞色素b的氧化状态，抑制细胞能量代谢，导致细胞死亡。艾氏腹水瘤细胞和肉瘤S-180细胞中加入棉酚，发现ATP/Pi及PCr/ATP均下降，表明棉酚有阻断细胞能量代谢作用。Hutchinson提出棉酚可引起磷酸单脂、双脂水平下降及辅酶Ⅰ、Ⅱ上升，抑制细胞能量代谢[9]。
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超微结构研究表明，棉酚引起线粒体肿胀，嵴断裂、固缩、严重空泡化及溃破等。线粒体是细胞呼吸、能量供应和氧化、磷酸化的重要细胞器，线粒体损伤导致细胞死亡[10，11]。
此外还有一些棉酚的抗肿瘤机制，如某些对烷化剂耐药的肿瘤细胞系，其机制是因为增加了谷胱甘肽S-转移酶活性，从而加速药物灭活。抑制谷胱甘肽氧化还原系统的某些酶可影响细胞对烷化剂的敏感性。棉酚对谷胱甘肽转移酶及其pi同功酶表现强有力的抑制，与烷化剂合用，可增加其抗癌功能。耐药与非耐药MCF-7细胞系培养中，棉酚的DNA合成抑制活性相同[12]。
三、棉酚的抗肿瘤效果
体外实验表明棉酚对起源于淋巴及粒细胞、肾上腺、乳腺、宫颈、直肠和中枢神经系统的多种肿瘤细胞株均有明显的增殖抑制活性[13，14]。
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Coyle等予棉酚30mg/kg管饲法处理中枢神经系统BRW祼鼠动物模型，每周5天，共4周，肿瘤的平均瘤重是对照组的50%[8]。鼠皮下接种前列腺癌细胞系MAT-LyLu，立即予棉酚治疗，2周后用药组前列腺肿瘤重量是对照组的76%，淋巴转移和肺转移为20%，对照组分别为40%和60%，睾丸的睾酮水平明显下降[15]。左旋棉酚单剂量15mg/kg能减少移植胰腺癌的小鼠中肿瘤ATP含量和血流，使肿瘤ATP/Pi下降50%，血流下降60%。
临床应用醋酸棉酚治疗子宫肌瘤与安宫黄体酮对照，发现棉酚组39例总有效率87.18%,对照组50%[5]。1972～1977年,上海、江苏、浙江协作组对棉酚片治疗358例恶性肿瘤进行分析，发现对肾、肺、肝癌疗效较好，肿瘤病灶。国外报道18例肾上腺癌患者口服棉酚30mg/d～70mg/d超过6周，其中3例对其它化疗药物无反应者肿瘤缩小50%以上，缓解期维持数月至1年以上；1例反应轻微，1例无变化，13例病情进展。27例神经胶质瘤复发患者口服棉酚20mg/d，2例部分有效，1例无变化[16]。
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四、前景
经过近40年的努力，对棉酚抗肿瘤的探索无论在实验室研究还是临床试用方面，都取得令人鼓舞的进展。由于棉酚的毒副反应主要表现为低血钾症，且总发生率为1%左右，故随着对棉酚抗肿瘤机制进一步全面的认识和实验室研究及临床试用的深入，棉酚可能成为一种颇有前途的抗肿瘤药物。
参考文献
1 Blackstaffe L, Shelley MD，Fish RG. Melanoma Res,1997;7(5):364～372
2 Shidaifat F, Canatan H, KulP SK, et al. Anticancer Res,1997;17(2A):1003～1009
3 Ligueros M, Jeoung D, Tang B,et al. Br J Cancer,1997;76(1):21～28
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4 Zhang Y, Kulp SK, Sugimoto Y, et al. Int J Oncol,1998;13(6):1291～1297
5 陈静坤, 金毓翠,李慧芳,等.上海第二医科大学学报，1997；17(1)：37～39
6 Jarvis WD,Turner AJ, Povirk LF, et al. Cancer Res,1994;54(7):1707～1714
7 McManus M,Serhan C, Jackson P,et al. Am J Physiol,1994;267(1 Pt 1):C266～C271
8 Coyle T, Levante S,Shetler M, et al. Neurooncol,1994;19(1):25～35
, http://www.100md.com
9 Hutchinson RW, lng NH, Burghardt RC.Cell Biol Toxicol,1998;14(6):391～399
10 Shelly MD,Hartley L, Fish RG, et al. Cancer Lett ,1999,135(2):171～180
11 Rekha Gk ,Sladek NE.Adv Exp Med Biol,1997;414:133～146
12 Wu Y, Sun FF, Tong DM, et al. Biophys J,1996;71(1):91～100
13 胡承阅,蒋婵华.国外医学计划生育分册，1997;16(2)：68～72
14 Gilbert NE, O'Reilly JE,Chang CJ, et al. Life Sci,1995;57(1):61～67
15 Shidaifat F, Canatan H, Kulp SK,et al. Cancer Lett,1996;107(1):37～44
16 Bushunow P, Reidenberg MM, Wasenko J, et al.J Neurooncol,1999;43(1):79～86, 百拇医药