pH梯度失調是癌細胞的共同特征。與正常細胞相比，腫瘤細胞具有升高的細胞內pH（pHi）和降低的細胞外pH（pHe）。利用PH微電極、磁共振光譜法等方法測定腫瘤細胞內外的pH，可以發現腫瘤組織的酸性程度遠高于正常組織。腫瘤細胞不能長時間在pHi過低的條件下生存，于是將胞內的酸性產物排出，從而引起腫瘤微環境的外酸化和內堿化。這種微環境負pH梯度的維持與一些離子交換蛋白[如Na+/H+交換體-1（NHE-1）、空泡質子泵（V-ATPase）、HCO3-轉運體等]密切相關。目前逆轉微環境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pHe/pHi。基于上述研究成果，本文簡介了腫瘤失調pH的成因及腫瘤微環境pH失調對腫瘤生長發展的影響，著重對近年來一些逆轉微環境異常pH梯度的治療策略的研究進展作一綜述，為逆轉腫瘤失調pH藥物的開發提供思路。

1腫瘤微環境的異常pH

1.1外酸化與內堿化

在各種惡性腫瘤中，細胞的外酸化與內堿化的現象普遍存在。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）。然而在腫瘤細胞中，pHe大多介于6.5～7.0而呈弱酸性，pHi則與正常細胞類似，為堿性或接近中性。這一發現顛覆了癌細胞中的pHi也比正常細胞更低的傳統認知。在大多數腫瘤中都可以觀察到這種負的pH梯度（pHe＜pHi）。

1.2異常pH梯度的成因

腫瘤微環境異常pH梯度的形成與腫瘤細胞的組織結構以及代謝特點息息相關。在惡性腫瘤的發展過程中，由于組織增生迅速、腫瘤組織的血管發育不良等原因，造成部分組織供氧嚴重不足。缺氧的狀況阻抑了腫瘤細胞通過有氧呼吸獲得能量，腫瘤細胞向糖酵解代謝發生轉變以滿足能量需要。因此，腫瘤細胞以比正常細胞更高的速率消耗葡萄糖并產生乳酸來產生供其生存所需的能量。實際上，癌細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）。糖酵解的增加引起大量的乳酸產生，腫瘤血管異常又不可及時清除積聚的乳酸，這是引起腫瘤微環境酸化的因素之一。

另外，胞內生成的CO2彌散到胞外，腫瘤缺氧的狀態活化了缺氧誘導因子1（HIF-1），誘導腫瘤細胞高表達CA，催化CO2和H2O反應生成碳酸。綜上所述，乳酸和CO2是腫瘤酸性環境產生的兩大物質基礎。腫瘤細胞無法在pHi過低的條件下長期生存，因此必須通過某些機制將酸性產物不斷排出細胞外而維持胞內pH穩定。乳酸產生后，一些氫離子和乳酸根被單羧酸鹽轉運蛋白（monocarboxylate transporter，MCT）以共轉運的方式運輸到細胞外，大部分的氫離子則被細胞膜上眾多激活的離子轉運蛋白運至細胞外或泵入某些細胞器中，最終導致腫瘤細胞在維持胞內pH呈中性至堿性的同時，胞外及胞內一些細胞器（如內涵體、溶酶體）的pH明顯降低。

1.3異常pH梯度的維持

癌細胞pHe/pHi的維持與位于細胞質膜上一些離子轉運體息息相關。維持癌細胞負pH梯度的離子轉運蛋白主要包含NHE-1、V-ATPase、HCO3-轉運體、MCT等（見圖1）。NHE是一種調節pHi的重要跨膜蛋白，可以使細胞內部的H+與細胞外部的Na+以等比例的方式發生跨膜交換從而調節pHi，防止細胞內酸化。NHE家族總體包括9個亞型（NHE-1～9），其中NHE-1是最早被發現的亞型，對NHE抑制劑敏感度最高。NHE-1亞型的表達廣泛，對細胞內pH的調控起到重要作用。

圖1維持腫瘤細胞異常pH梯度的膜轉運體

V-ATPase作為一種細胞pH調節泵，也是最近幾年的研究熱點之一。V-ATPase不止在細胞內的細胞器（如溶酶體、內涵體、分泌小泡）膜上表達，而且在細胞質膜上表達。腫瘤細胞升高V-ATPase的活性，將細胞內H+泵到細胞外或溶酶體、內涵體等細胞器內，造成腫瘤細胞外酸性環境，并且防止腫瘤細胞內酸化，逃避凋亡損傷，導致腫瘤細胞對化療藥物的耐藥性增強。此外，V-ATPase在多種類型的轉移性腫瘤中過表達，與腫瘤的侵襲性和轉移潛力表現出正相關性。因此，阻斷V-ATPase的表達可以抑制腫瘤的生長和轉移。

此外，CA對維持癌細胞內外的pH梯度起關鍵作用。其是一類廣泛存在于人體內的含鋅金屬酶，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現了16種α-CA，其中有15種是常見且在人類中共有的。研究發現，CA在維持癌細胞pHi方面起著重要作用。

2異常的微環境pH對腫瘤的影響

2.1促進腫瘤的生長轉移

Pouyssegu及其同事研究發現，較高的pHi可以被看作腫瘤細胞增殖率提高的信號。近年來Grillohill等也已在體內證實了pHi依賴性的腫瘤細胞增殖。腫瘤細胞中pHi的增加也與細胞侵襲表型有關；降低的pHe則可通過增加基質金屬蛋白酶（MMP）的活性促使腫瘤細胞發生浸潤和遷移。酸性微環境中排出的一些產物（如組織蛋白酶B和其他蛋白水解酶）造成細胞外部基質降解及周圍正常細胞的壞死和凋亡。降低pHi或增加pHe則可抑制腫瘤細胞的生長遷移。因此，設法降低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

研究發現，酸性微環境導致腫瘤細胞產生抗藥性并逃避化療藥物損傷。目前，臨床上大多數化學治療藥物均為弱堿性，藥物分子在胞外酸性條件下發生質子化，難以穿過細胞膜脂質層到達細胞內部，從而引起了腫瘤細胞對化學治療藥物的天然抗性。另一方面，耐藥性腫瘤細胞通常比對藥物敏感的細胞含有更多的酸化細胞器（例如內涵體、溶酶體等），并且酸化程度更高。化療藥物到達胞內之后被酸性細胞器捕獲，經質子化后被隔離，接著通過外吐作用被排到細胞外部，因此減少了胞質內藥物濃度。此外，酸性微環境還導致腫瘤細胞的免疫功能發生異常，逃避宿主免疫應答以及免疫治療，并引起腫瘤細胞對放療的敏感度下降。

3、結語

惡性腫瘤中，微環境的外酸化和內堿化普遍存在。通過靶向調控微環境pH梯度的離子轉運蛋白及CA，可以一定程度上逆轉腫瘤微環境的異常pH梯度，進而抑制腫瘤細胞增殖，減弱腫瘤侵襲能力并降低腫瘤耐藥性。因此，研究和開發靶向性強的、毒性輕微、新型有效的NHE1、V-ATPase和CAIX/XII抑制劑是逆轉pHe/pHi的重要方法。最近一項研究表明：與單一藥物治療相比，質子泵抑制劑PPI和CA抑制劑的聯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境pH調控中涉及的2種重要機制的特殊治療方法。當然，在將上述藥物相互組合或與其他抗癌藥物聯合使用時，必須考慮藥動學中藥物間的相互作用，深入探討其協同作用的動力學機制。相信在不久的將來，這些逆轉腫瘤細胞微環境pH梯度相關藥物的開發，能作為有效的抗癌治療新策略。