砷剂治疗白血病的临床疗效和机制研究中的科学思维
作者：常建华
单位：桂林医学院附属医院血液病科 广西桂林市 541001
关键词：砷剂；白血病；科学思维
华夏医学990269 白血病是起源于人类造血系统的恶性肿瘤，自从1839年发现白血病以来，它一直威胁着人类的生命。近年来，各种抗白血病新药物的不断被发现，各种新的治疗方法不断被采用，白血病的治疗已取得了令人嘱目的进展。砷剂用来治疗白血病就是一种新的尝试，在其临床使用和作用机制的研究过程中，充分体现了科学思维的作用，说明了辩证科学思维方法在生命科学研究中的重要性。
1 提出砷剂治疗方法过程中的科学思维
早在十余年前就有用牛黄解毒片(含雄黄)及用雄黄治疗慢性粒细胞型白血病的报道。1992年，哈尔滨医科大学附属第一医院孙洪德等首先报道，应用癌灵一号结合中医辨证治疗急性早幼粒细胞白血病(APL)，完全缓解(CR)率达65.6%，5年存活率50%，10年存活率18.8%。1995年初，大连解放军中医血液病专科中心和大连医科大学附属第一医院黄世林等报道，以复方青黛片为主的中药治疗APL60例，CR率达98.3%。1996年哈尔滨医科大学附属第一医院又总结了72例APL用三氧化二砷注射液治疗，CR率52.38%～73.33%。分别对这几种药物进行分析发现，癌灵一号主要成分是As2O3，复方青黛片中含大量雄黄，雄黄中亦有硫化砷，而1996年哈医大附属医院更直接用As2O3治疗，故推测这几种药物的作用主要是通过砷制剂实现的。血液病学者们从几种产生相似疗效的药物中，发现了同一种药物成分，并推断出这一成分在治疗该病中发挥主要作用，这种思维方法是辩证思维中的归纳法，是从特殊事实中概括出一般原理的推理形式和思维方法[1]。学者们从几种药物的疗效观察这些个别事实中，归纳推理出砷制剂是发挥疗效的主要成分这个一般概念。但归纳法有其局限性，因为归纳是从个别事实出发上升到一般的原理，因此个别事实必须丰富到包含了同类事物的全体，这样概括出的一般结论才确实可靠[2]。故我们必须做大量的工作，除了做更多的药物疗效观察外，更主要的是搞清砷剂治疗白血病的作用机制。
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2 砷剂治疗白血病作用机理研究中的科学思维
在用砷剂治疗有效的病例中，其骨髓细胞可见到粒细胞退行性变，细胞肿胀，胞浆及核空泡变性，核染色质固缩，凝集不均及核碎裂即“凋亡小体”。As2O3注射液与HL60细胞混合培养24h后，HL60细胞亦出现体积增大，空泡变性，细胞模糊，裂解成片，部分细胞内残留核的碎片等改变。以上两种情况基本上符合细胞凋亡时的形态学特征，即砷剂有可能具有诱导细胞凋亡的作用。通过进一步研究发现，As2O3能选择性地抑制存在染色体t(15,17)和PML-RARα融合基因的APL细胞株(NB4)的存活，尤其在1umol/L和2umol/L浓度的As2O3作用下，NB4细胞的生长和活力明显受抑，而相同浓度下HL60和U937细胞并不受影响。其次NB4细胞经As2O3处理后出现染色质浓缩，核碎裂并出现凋亡小体等凋亡细胞的特征性形态学改变；NB4细胞基因组DNA电泳下可见明显的DNA降解。并与As2O3作用的时间和浓度呈依赖关系。同样的情形并不在HL60和U937细胞内发生。而实验表明NB4细胞和HL60细胞摄取As2O3能力是无显著性差异的。此外，As2O3对NB4细胞bcl-2基因(凋亡抑制基因)的表达，在mRNA和蛋白水平都具明显下调作用，而对bax,bcl-x,p53和c-myc等凋亡相关基因在同样浓度下并无任何影响[3]。
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染色体易位t(15;17)是急性早幼粒细胞性白血病特征性地遗传学特征，它导致PML和α(RARα)基因重排及PML-RARα融合蛋白的表达。目前多数认为PML-RAR2是APL发病的重要原因之一。通过研究As2O3对白血病细胞内PML-RARα蛋白的影响发现：NB4细胞经As2O3作用后，细胞核内散在分布的微小颗粒大大减少，而这些微小颗粒则包含PML-RARα蛋白和野生型PML。Grihnani等认为PML-RARα高表达抑制干扰素和转化生长因子(TGFβ)对U937细胞的诱导分化作用，也阻断生长因子剔除诱发的U937细胞凋亡，提示PML-RARα融合基因通过阻断细胞分化和凋亡而发生APL。实验还发现存在胞浆中PML染色集中区域的NB4细胞的比例在经As2O3处理后明显增加，类似的染色情况在凋亡细胞中也存在，这提示这些具有部分PML染色的颗粒可能正处于凋亡过程中[4，6]。
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为了进一步阐明氧化砷治疗APL的作用机制，上海血研所研究了不同浓度As2O3对原代APL细胞的影响，结果发现两种情况：一些患者的细胞经As2O3处理后易见核碎裂，而另一些患者呈现低程度分化的形态学特征。进一步用流式细胞仪对细胞DNA含量进行分析，As2O3处理后的细胞DNA含量低于G1期细胞，即亚G1期细胞出现，这是细胞凋亡的一个重要特征。而且低浓度的As2O3还能在一定程度上调变原代APL细胞表面分化抗原的表达，即上调CD11b和下调CD33，但对NBT则无明显改变。综合以上结果，认为氧化砷对APL细胞存在双重效应，即高浓度氧化砷选择性诱导APL细胞凋亡，低浓度氧化砷则诱导新鲜APL细胞部分分化；不同浓度氧化砷均能快速调变和降解PML-RARα蛋白。由此推测氧化砷在短时间诱导APL细胞分化后再刺激APL细胞发生凋亡或者直接触发凋亡。这可能是氧化砷治疗APL的重要机制[5]。
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在氧化砷治疗APL机制的研究中，科学家们是采用了综合分析的辩证思维方法。先通过分析方法把氧化砷对NB4细胞的作用；对PML-RARα蛋白的降解，以及不同浓度氧化砷对APL细胞产生不同效应等实验逐项进行研究，即把砷剂治疗APL作用机制这一问题分解为几个部分分别进行研究，再在实验结果基础上深入研究事物的本质和现象，必然和偶然，主要和次要，深刻的本质和不太深刻的本质等等之间的相互关系，从而把原来分析的各方面、各个部门综合成一个有机的整体。分析与综合，在医学科学乃至各门科学的研究中起着重要的作用[1]。
3 凋亡理论在肿瘤治疗中的科学思维
细胞凋亡(apoptosis)是由基因编程控制的一种细胞死亡方式，又称程序性细胞死亡(PCD)，是多细胞生物体的重要自稳机制。细胞凋亡过程受阻是多种人体疾病，包括肿瘤的重要发病机制。当前，细胞凋亡是肿瘤研究的热点之一。有的学者试用凋亡受阻来解释某些恶性肿瘤的发病原因；也有学者想借助促进促瘤细胞的凋亡来达到治疗某些肿瘤的目的。砷剂治疗APL获得的成功，不仅仅在于使该病的完全缓解率上升，并发症减少，更重要的是这种疗法所依据的理论为进一步研究细胞凋亡治疗恶性肿瘤提供了范例。
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首先，可以利用细胞凋亡的相关基因研究，开展基因治疗。细胞凋亡相关基因包括细胞遗传学相关基因，与细胞死亡相关的癌基因，抑癌基因，病毒基因。我们在以细胞凋亡研究为主体的基因治疗药物研究中，应突破专一基因的研究，同时兼顾其它相关基因的研究。例如癌基因与抑癌基因的结合用于治疗肿瘤似乎比单纯的癌基因或抑癌基因更加有效。其次，利用细胞凋亡的生化机制开展生物制剂研究，开发生物制品。例如，细胞凋亡的一个常见的生化标志是钙、镁依赖性核酸内切酶的激活，该酶可将DNA降解为典型的阶梯形核蛋白区带图谱。而RNA、蛋白合成抑制剂能阻抑长寿淋巴细胞凋亡而对短寿的中性粒细胞则增加其凋亡速度等等。第三，利用细胞凋亡研究中细胞因子或细胞保护因子开发新药。第四，注重无机离子、无机化合物的研究可开发出新药。无机离子、无机化合物在人体内发挥细胞保护及调节作用，它们在病理过程中参与导致细胞损伤与失控的反应。细胞凋亡的酶学机制中就有无机钙、镁锌离子的参与。从这方面去研究，可能寻找到“稳定细胞凋亡过程及调节过程”的无机离子或无机化合物系统，该系统可能参与组成细胞凋亡之生化微环境的“缓冲系统”，从而起到稳定或趋向失衡作用。第五，进行细胞凋亡之受体的研究，开发受体激动性或拮抗性药物。细胞凋亡中受体的作用与细胞死亡、增殖有关，故可以从细胞凋亡研究中开发出新型的受体型药物，在受体水平或受体传递环节上切断或干扰细胞凋亡过程或细胞凋亡调节过程，从而阻断疾病的发生、发展的某一环节达到治疗或预防疾病的目的[7，8]。
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科学家把砷剂能促进NB4 细胞凋亡达到治疗APL这一机制，扩展到通过调节细胞凋亡来治疗其它肿瘤或疾病，并提出一系列通过细胞凋亡各层面的研究来开发各种药物，这是一种创造性思维，其思维过程具有新颖的独创性、关联性和综合性，体现了逻辑方法与非逻辑方法的整合，发散性思维与收敛性思维的整合以及理性的直觉和自觉的整合。实际上现代科学发展中从构思实验到建立模型，从提出假说到理论的形成，都离不开创造性思维。由此可见，每个科学工作者都必须思路广阔，时时注意最新科学进展，吸取他人的知识和经验，运用科学思维随时调整自己的科研计划。同时还要有科学想象力，敢于想象，才能开创新的科学领域。
4 小结
在砷剂治疗白血病的临床和机制研究中采用了归纳法，分析和综合以及创造性思维的科学思维方式。科研工作实质上是一个实践和认识的过程，有了正确地科学思维，才能有好的科研设计和研究结果。科学工作者应该遵循思维科学的基本规律，并自觉地应用思维的基本规律进行科学研究，才能正确地总结已有的资料，从中获取正确的理论和知识，以不断探索未知的世界。
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参考文献
1 贺达仁，王学彦主编.自然辨证法概论.湖南科学技术出版社,1995.103～112
2 吴元木梁著.科学方法论基础.中国社会科学出版社，1984，156～197
3 唐日韦，陈国强，王振义，等.氧化坤诱导早幼粒细胞白血病细胞调亡的体外研究.中华血液学杂志，1997，18：12
4 倪建华,陈国强，陈竺等.氧化砷对白血病细胞内PML/PML-KARα蛋白影响.中华血液学杂志,1997,18:1
5 王立生.程序性细胞死亡相关基因及调节作用.生理科学进展，1996，27(2):153
6 DyckJA, MAU LGG, Miller WH Jr,et al. A novel macro-molecular structure is a target of the PML-RARα oncoprotein, Cell,1994,76:333
7 Yang E, Zha JP,Jockel J,et al.Bad,a heterodimeric partner for bcl-xL and bcl-2, displaces bax and promotes cell death, cell,1995, 80:285
8 Bissonnette RP, echeverri F, Mahboubi A, et al.Apoptotic cell death induced by c-myc in inhibited bcl-2, Nature, 1992,359:552
收稿 1998-04-28, 百拇医药
单位：桂林医学院附属医院血液病科 广西桂林市 541001
关键词：砷剂；白血病；科学思维
华夏医学990269 白血病是起源于人类造血系统的恶性肿瘤，自从1839年发现白血病以来，它一直威胁着人类的生命。近年来，各种抗白血病新药物的不断被发现，各种新的治疗方法不断被采用，白血病的治疗已取得了令人嘱目的进展。砷剂用来治疗白血病就是一种新的尝试，在其临床使用和作用机制的研究过程中，充分体现了科学思维的作用，说明了辩证科学思维方法在生命科学研究中的重要性。
1 提出砷剂治疗方法过程中的科学思维
早在十余年前就有用牛黄解毒片(含雄黄)及用雄黄治疗慢性粒细胞型白血病的报道。1992年，哈尔滨医科大学附属第一医院孙洪德等首先报道，应用癌灵一号结合中医辨证治疗急性早幼粒细胞白血病(APL)，完全缓解(CR)率达65.6%，5年存活率50%，10年存活率18.8%。1995年初，大连解放军中医血液病专科中心和大连医科大学附属第一医院黄世林等报道，以复方青黛片为主的中药治疗APL60例，CR率达98.3%。1996年哈尔滨医科大学附属第一医院又总结了72例APL用三氧化二砷注射液治疗，CR率52.38%～73.33%。分别对这几种药物进行分析发现，癌灵一号主要成分是As2O3，复方青黛片中含大量雄黄，雄黄中亦有硫化砷，而1996年哈医大附属医院更直接用As2O3治疗，故推测这几种药物的作用主要是通过砷制剂实现的。血液病学者们从几种产生相似疗效的药物中，发现了同一种药物成分，并推断出这一成分在治疗该病中发挥主要作用，这种思维方法是辩证思维中的归纳法，是从特殊事实中概括出一般原理的推理形式和思维方法[1]。学者们从几种药物的疗效观察这些个别事实中，归纳推理出砷制剂是发挥疗效的主要成分这个一般概念。但归纳法有其局限性，因为归纳是从个别事实出发上升到一般的原理，因此个别事实必须丰富到包含了同类事物的全体，这样概括出的一般结论才确实可靠[2]。故我们必须做大量的工作，除了做更多的药物疗效观察外，更主要的是搞清砷剂治疗白血病的作用机制。
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2 砷剂治疗白血病作用机理研究中的科学思维
在用砷剂治疗有效的病例中，其骨髓细胞可见到粒细胞退行性变，细胞肿胀，胞浆及核空泡变性，核染色质固缩，凝集不均及核碎裂即“凋亡小体”。As2O3注射液与HL60细胞混合培养24h后，HL60细胞亦出现体积增大，空泡变性，细胞模糊，裂解成片，部分细胞内残留核的碎片等改变。以上两种情况基本上符合细胞凋亡时的形态学特征，即砷剂有可能具有诱导细胞凋亡的作用。通过进一步研究发现，As2O3能选择性地抑制存在染色体t(15,17)和PML-RARα融合基因的APL细胞株(NB4)的存活，尤其在1umol/L和2umol/L浓度的As2O3作用下，NB4细胞的生长和活力明显受抑，而相同浓度下HL60和U937细胞并不受影响。其次NB4细胞经As2O3处理后出现染色质浓缩，核碎裂并出现凋亡小体等凋亡细胞的特征性形态学改变；NB4细胞基因组DNA电泳下可见明显的DNA降解。并与As2O3作用的时间和浓度呈依赖关系。同样的情形并不在HL60和U937细胞内发生。而实验表明NB4细胞和HL60细胞摄取As2O3能力是无显著性差异的。此外，As2O3对NB4细胞bcl-2基因(凋亡抑制基因)的表达，在mRNA和蛋白水平都具明显下调作用，而对bax,bcl-x,p53和c-myc等凋亡相关基因在同样浓度下并无任何影响[3]。
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染色体易位t(15;17)是急性早幼粒细胞性白血病特征性地遗传学特征，它导致PML和α(RARα)基因重排及PML-RARα融合蛋白的表达。目前多数认为PML-RAR2是APL发病的重要原因之一。通过研究As2O3对白血病细胞内PML-RARα蛋白的影响发现：NB4细胞经As2O3作用后，细胞核内散在分布的微小颗粒大大减少，而这些微小颗粒则包含PML-RARα蛋白和野生型PML。Grihnani等认为PML-RARα高表达抑制干扰素和转化生长因子(TGFβ)对U937细胞的诱导分化作用，也阻断生长因子剔除诱发的U937细胞凋亡，提示PML-RARα融合基因通过阻断细胞分化和凋亡而发生APL。实验还发现存在胞浆中PML染色集中区域的NB4细胞的比例在经As2O3处理后明显增加，类似的染色情况在凋亡细胞中也存在，这提示这些具有部分PML染色的颗粒可能正处于凋亡过程中[4，6]。
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为了进一步阐明氧化砷治疗APL的作用机制，上海血研所研究了不同浓度As2O3对原代APL细胞的影响，结果发现两种情况：一些患者的细胞经As2O3处理后易见核碎裂，而另一些患者呈现低程度分化的形态学特征。进一步用流式细胞仪对细胞DNA含量进行分析，As2O3处理后的细胞DNA含量低于G1期细胞，即亚G1期细胞出现，这是细胞凋亡的一个重要特征。而且低浓度的As2O3还能在一定程度上调变原代APL细胞表面分化抗原的表达，即上调CD11b和下调CD33，但对NBT则无明显改变。综合以上结果，认为氧化砷对APL细胞存在双重效应，即高浓度氧化砷选择性诱导APL细胞凋亡，低浓度氧化砷则诱导新鲜APL细胞部分分化；不同浓度氧化砷均能快速调变和降解PML-RARα蛋白。由此推测氧化砷在短时间诱导APL细胞分化后再刺激APL细胞发生凋亡或者直接触发凋亡。这可能是氧化砷治疗APL的重要机制[5]。
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在氧化砷治疗APL机制的研究中，科学家们是采用了综合分析的辩证思维方法。先通过分析方法把氧化砷对NB4细胞的作用；对PML-RARα蛋白的降解，以及不同浓度氧化砷对APL细胞产生不同效应等实验逐项进行研究，即把砷剂治疗APL作用机制这一问题分解为几个部分分别进行研究，再在实验结果基础上深入研究事物的本质和现象，必然和偶然，主要和次要，深刻的本质和不太深刻的本质等等之间的相互关系，从而把原来分析的各方面、各个部门综合成一个有机的整体。分析与综合，在医学科学乃至各门科学的研究中起着重要的作用[1]。
3 凋亡理论在肿瘤治疗中的科学思维
细胞凋亡(apoptosis)是由基因编程控制的一种细胞死亡方式，又称程序性细胞死亡(PCD)，是多细胞生物体的重要自稳机制。细胞凋亡过程受阻是多种人体疾病，包括肿瘤的重要发病机制。当前，细胞凋亡是肿瘤研究的热点之一。有的学者试用凋亡受阻来解释某些恶性肿瘤的发病原因；也有学者想借助促进促瘤细胞的凋亡来达到治疗某些肿瘤的目的。砷剂治疗APL获得的成功，不仅仅在于使该病的完全缓解率上升，并发症减少，更重要的是这种疗法所依据的理论为进一步研究细胞凋亡治疗恶性肿瘤提供了范例。
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首先，可以利用细胞凋亡的相关基因研究，开展基因治疗。细胞凋亡相关基因包括细胞遗传学相关基因，与细胞死亡相关的癌基因，抑癌基因，病毒基因。我们在以细胞凋亡研究为主体的基因治疗药物研究中，应突破专一基因的研究，同时兼顾其它相关基因的研究。例如癌基因与抑癌基因的结合用于治疗肿瘤似乎比单纯的癌基因或抑癌基因更加有效。其次，利用细胞凋亡的生化机制开展生物制剂研究，开发生物制品。例如，细胞凋亡的一个常见的生化标志是钙、镁依赖性核酸内切酶的激活，该酶可将DNA降解为典型的阶梯形核蛋白区带图谱。而RNA、蛋白合成抑制剂能阻抑长寿淋巴细胞凋亡而对短寿的中性粒细胞则增加其凋亡速度等等。第三，利用细胞凋亡研究中细胞因子或细胞保护因子开发新药。第四，注重无机离子、无机化合物的研究可开发出新药。无机离子、无机化合物在人体内发挥细胞保护及调节作用，它们在病理过程中参与导致细胞损伤与失控的反应。细胞凋亡的酶学机制中就有无机钙、镁锌离子的参与。从这方面去研究，可能寻找到“稳定细胞凋亡过程及调节过程”的无机离子或无机化合物系统，该系统可能参与组成细胞凋亡之生化微环境的“缓冲系统”，从而起到稳定或趋向失衡作用。第五，进行细胞凋亡之受体的研究，开发受体激动性或拮抗性药物。细胞凋亡中受体的作用与细胞死亡、增殖有关，故可以从细胞凋亡研究中开发出新型的受体型药物，在受体水平或受体传递环节上切断或干扰细胞凋亡过程或细胞凋亡调节过程，从而阻断疾病的发生、发展的某一环节达到治疗或预防疾病的目的[7，8]。
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科学家把砷剂能促进NB4 细胞凋亡达到治疗APL这一机制，扩展到通过调节细胞凋亡来治疗其它肿瘤或疾病，并提出一系列通过细胞凋亡各层面的研究来开发各种药物，这是一种创造性思维，其思维过程具有新颖的独创性、关联性和综合性，体现了逻辑方法与非逻辑方法的整合，发散性思维与收敛性思维的整合以及理性的直觉和自觉的整合。实际上现代科学发展中从构思实验到建立模型，从提出假说到理论的形成，都离不开创造性思维。由此可见，每个科学工作者都必须思路广阔，时时注意最新科学进展，吸取他人的知识和经验，运用科学思维随时调整自己的科研计划。同时还要有科学想象力，敢于想象，才能开创新的科学领域。
4 小结
在砷剂治疗白血病的临床和机制研究中采用了归纳法，分析和综合以及创造性思维的科学思维方式。科研工作实质上是一个实践和认识的过程，有了正确地科学思维，才能有好的科研设计和研究结果。科学工作者应该遵循思维科学的基本规律，并自觉地应用思维的基本规律进行科学研究，才能正确地总结已有的资料，从中获取正确的理论和知识，以不断探索未知的世界。
, 百拇医药
参考文献
1 贺达仁，王学彦主编.自然辨证法概论.湖南科学技术出版社,1995.103～112
2 吴元木梁著.科学方法论基础.中国社会科学出版社，1984，156～197
3 唐日韦，陈国强，王振义，等.氧化坤诱导早幼粒细胞白血病细胞调亡的体外研究.中华血液学杂志，1997，18：12
4 倪建华,陈国强，陈竺等.氧化砷对白血病细胞内PML/PML-KARα蛋白影响.中华血液学杂志,1997,18:1
5 王立生.程序性细胞死亡相关基因及调节作用.生理科学进展，1996，27(2):153
6 DyckJA, MAU LGG, Miller WH Jr,et al. A novel macro-molecular structure is a target of the PML-RARα oncoprotein, Cell,1994,76:333
7 Yang E, Zha JP,Jockel J,et al.Bad,a heterodimeric partner for bcl-xL and bcl-2, displaces bax and promotes cell death, cell,1995, 80:285
8 Bissonnette RP, echeverri F, Mahboubi A, et al.Apoptotic cell death induced by c-myc in inhibited bcl-2, Nature, 1992,359:552
收稿 1998-04-28, 百拇医药