第 312 期

會議報導
特別演講紀要：精氨酸酶與癌症治療 ─ 精氨酸剝奪應用在惡性與正常細胞上之差異
Special Lecture Summary: Arginase and the Treatment of Cancer - Arginine deprivation and its differential effects on malignant versus normal cells

本院特別演講系列於6月25日邀請細胞生物學國際聯盟（International Federation of Cell Biology）會長Denys Wheatley教授來院演講。Denys Wheatley教授擔任Cell Biology International總編輯有11年之久，致力於為投稿的作者們提供一個成功的生物醫學編輯服務（Biomedical Editing Service）。專長之研究領域涵蓋了關於癌症的細胞週期、氨基酸新陳代謝與蛋白質降解、primary cilia及centrioles，還有生物學裡的擴散理論。Denys Wheatley教授撰寫過許多著作，且發表過將近300篇論文；於2005年自任職大學榮退後，持續埋首於癌症研究，目前擔任位於香港的BioCancer Treatment International（BCT）科技總監；同時也為美國偉恩州立大學兼任教授。以下為此次演講與近期文獻的摘要。

利用精氨酸剝奪（arginine deprivation）可以導致許多類型的腫瘤細胞死亡，通常是因為這些細胞無法再恢復或轉換尿素循環作用（urea cycle）裡的中間產物成為精氨酸。酵素移除方式是精氨酸剝奪的首選方法，不像透析方式有其困難度且所需成本極高。在缺乏瓜氨酸（citrulline）的供應之下，試管裡的精氨酸濃度無法像在活體內可透過強大的體內平衡機制來恢復到平衡狀態。比較使用直接去除細胞裡的精氨酸方式與間接使用精氨酸分解酵素來去除精氨酸的方式，可區別出兩種方式在尿素循環作用裡，處理替換性中間產物（鳥氨酸（ornithine）、瓜氨酸及精氨基琥珀酸（argininosuccinate））的差異性。細胞「能/不能」運用中間產物以進行作用，與新陳代謝過程的差異性相關。釐清這些差異性將可清楚地提供指標，以瞭解哪些細胞對於精氨酸剝奪是呈現敏感性（易受影響性），能更進一步的來判斷此技術可用來治療哪些腫瘤細胞之上，或許更可設計出更好的腫瘤治癒方法。在許多腫瘤細胞型態上，精氨基琥珀酸合成酶/精氨基琥珀酸裂解酶（ASS/ASL）是被抑制的，這讓此特定腫瘤細胞（或病患）易受到精氨酸剝奪所影響而呈現正面的療效。再加上，精氨酸在眾多生化過程中是非常具有機能性的，所以代謝學不論是在診斷上及預後都扮演重要角色。

應用在醫療上的蛋白質在體內會產生免疫反應，並快速地被人體所分解。而經過聚乙烯二醇化（Pegylation）處理過後，便可大大提昇蛋白質的穩定性與可溶性，也延長了體內循環半衰期、降低蛋白質免疫反應的產生，更與氨基酸分解酵素一起共同作用，Pegylation是最近備受注目用於控制癌症生長的焦點。人Ⅰ型精氨酸酶（Human arginase I）是一種原生的肝酵素（或精氨酸分解酵素），利用Bacillus subtilis生產帶有6xHis-tagged的人Ⅰ型精氨酸酶，被稱之為重組人Ⅰ型精氨酸酶（recombinant Human arginase I，rhArgI）。隨後，運用不同的方式結合了5種rhArgI-PEG，並經過E. coli純化後，分別在試管裡與活體內的人類肝癌細胞（human hepatocellular carcinoma，HCC）比較了這5種PEG分子對rhArgI的保護功效與對酵素活性的影響度。

Methoxypolyethylene glycol-succinimidyl propionate（mPEG-SPA 5,000）是在5種組合中，呈現最適合用來聚乙烯二醇化rhArgI的候選者。因為，所得到的修飾產物─rhArgI-peg5,000mw─不但可保護rhArgI不被分解也降低了蛋白質免疫反應，更重要的是還保有90%以上rhArgI原有的酵素活性。而且，在大鼠體內進行1,500U單劑的rhArgI-peg5,000mw IP注射後，也維持有效地精氨酸耗盡；在20分鐘內，血漿中的精氨酸從約170μM降低快到0.05μM，且維持6天的時間。rhArgI-peg5,000mw在兩組HCC培養細胞株上的作用結果，也幾乎與原來rhArgI的作用效力呈現一致性。

在增加拓展研究團隊對於rhArgI和rhArgI-peg兩者在生物學及藥理學上特性的瞭解之際，目前的研究將可促進精氨酸酶─用以精氨酸剝奪方法─成為用來治療人類癌症之藥劑的發展。候選出來的聚乙烯二醇化精氨酸酶，更已在HCC病患同意之下用予治療。因此，研究團隊保證此藥物在癌症上的臨床治療是無危險性的，且也堅信精氨酸酶（精氨酸剝奪方法）不管是獨自應用或是與其他藥物組合使用，將對於癌症治療有顯著的影響。

參考文獻：
1. Pegylated derivatives of recombinant human arginase (rhArg1) for sustained in vivo activity in cancer therapy: preparation, characterization and analysis of their pharmacodynamics in vivo and in vitro and action upon hepatocellular carcinoma cell (HCC). Cancer Cell Int. 2009; 9: 9. doi: 10.1186/1475-2867-9-9.

2. Arginine deprivation and metabolomics: Important aspects of intermediary metabolism in relation to the differential sensitivity of normal and tumour cells. Seminars in Cancer Biology 15 (2005) 247-253.
《文/圖：Denys Wheatley教授演講；編輯中心劉盈秀編譯整理；審稿：分子與基因醫學研究組王陸海特聘研究員兼組主任》