维生素C的故事4 - 癌症与COVID-19

维生素C与癌症治疗

早在三十年代就有人建议维生素C有抗癌作用。七十年代初大科学家鲍林开始专研维生素C，除了倡导使用大剂量维生素C来促进健康长寿、预防普通感冒，鲍林还提出了使用超高剂量维生素C治疗癌症的可能性。他和英国医生Cameron一起使用高剂量维生素C输液辅助治疗晚期癌症病人。这项临床实验有100晚期癌症病人参加，这些病人除了他们即定的标准治疗外还增加通过输液给予病人10克/每天维生素C。连续输液十天后改用口服10/每天维生素C，对照组则是1000使用标准化疗的晩期癌症病人。这里晚期癌症病人定义为医生诊断的不可治疗晚期癌症（untreatable terminal cancer patients)。他们的结果显示，在标准治疗基础上外加超高剂量维生素C可以延长晚期病人的生命大约4.2倍，平均比对照组多活300天或者更长。在维生素C治疗的组中22%的终端晚期病人成活超过一年，而对照组中成活超过一年的只有0.4%。这项临床实验的结果发表在PNAS上。

最初鲍林的结果很鼓舞人心，很快梅奥诊所（Mayo clinic)用维生素C进行了双盲临床实验。这项临床实验招募了150人，在标准治疗基础上治疗组给予口服10克/每天维生素C、对照组给予10克/每天乳糖，结果发现维生素C组并不比对照组癌症进展减慢成活时间更长。梅奥的结果发表在最权威的医学杂志新英格兰医学上。鲍林和梅奥对维生素C治疗癌症的临床实验结果发生了激烈的争执，互相责怪对方临床实验设计有问题。鲍林指责梅奥临床实验仅通过口服给药，血液浓度达不到治疗浓度。并且病人选择上也有问题，治疗组和对照组只是选择了癌症分期一致的病人，而不是终端晚期病人。梅奥指责鲍林临床实验不严格、不是随机双盲实验，主观上挑选了治疗组的病人比对照组癌症恶化程度低。鲍林不是医生，观察性临床实验确实也设计得不够严谨。最终医学界站在梅奥的一边，否认维生素C治疗癌症。鲍林与梅奥在维生素C上的争执持续了二十多年，直到鲍林去逝。鲍林对此可能死不冥目。

鲍林真的错了吗？近几年对维生素C的一些基础研究进展发现鲍林有可能是对的。梅奥的那个临床实验的确存在鲍林指出的问题，梅奥的临床实验通过口服给药不能达到治疗的药理浓度。我们在第三部份讲过维生素C在体内浓度的调节，口服摄入浓度与血液峰值不呈直线正相关、即便每4小时口服4克每天总摄入量18克可以达到的血液峰值只有39毫克/升。小鼠实验观察到静脉输液可以让血液浓度高达500多毫克/升，是口服给药可达到的浓度的100倍。鲍林的临床实验是首先输液给药十天后才继续口服给药，梅奥临出门床实验沒有输液给药这一步、完全是口服给药。另外现在知道高剂量维生素C只是选择性杀死某些种类癌细胞，特别是那些生长速度快、有KRAS和KRAF癌基因活化突变的肿瘤，对没有癌基突变的肿瘤杀伤力有限或没有杀伤力。在七八十年代鲍林和梅奥进行临床实验的时代还没有现在的精准医学，所以当时的临床实验也没有选择对应的癌症病人。鲍林的临床实验选择终端晚期病人，有KRAS和KRAF基因突变的病人比例可能更高。

维生素C怎样选择性杀死癌细胞？

维生素C选择性杀死癌细胞不是利用我们所知道的还原态维生素C( L-ascorbate acid)的抗氧化特质，相反是利用氧化态维生素C(dehydroascorbate acid or DHA)的促氧化特质。这里维生素C是一种前药(prodrug)，进入身体后在细胞间质被氧化成为氧化态维生素C、氧化态维生素C才是杀死癌细胞的有效成份。氧化态维生素C通过细胞膜上的葡萄糖转运泵选择性进入癌细胞，然后消耗掉细胞内的谷胱甘肽、造成细胞中大量过氧化氢。过氧化氢进一步与铁反应产生杀伤力更強的羟氧自由基，破坏DNA和蛋白质、导致癌细胞死亡。

2015年发表在科学杂志上一篇文章题目为：维生素C通过改变GAPDH活性选择性杀死KRAS和KRAF突变的直肠癌细胞（Vitamin C Selectively Kills KRAS and KRAF Mutation Colorectal Cancer by Targeting GAPDH) 。这篇文章通过细胞和小鼠实验很好的阐释了为什么维生素C能选择性杀死癌细胞，而对正常细胞沒影响。另一篇2020年五月发表在自然通信上的文章（Synergistic Effect of Fasting-Minicking Diet and Vitamin C Against KRAS Mutated Cancer) 再次验证维生素C能够选择性杀死有KRAS突变的癌细胞。

维生素C能够选择性杀死含有KRAS和KRAF突变的癌细胞是因为这些癌细胞的葡萄依赖性。KRAS突变是最常见的一种癌基因活化突变、在肺癌和直肠癌中最常见，有KRAS突变的肿瘤比没有的恶化更快预后更差。含有KRAS突变的癌细胞因为生长很快，变得严重依赖于葡萄糖产生能量ATP，因此这些癌细胞膜上有很高的葡萄糖转运泵GLUT1表达。我们在前面第三部份讲过，GLUT1除了转运葡萄糖外也可以转运氧化态维生素C进入细胞。在正常生理条件下血液中的葡萄糖浓度比氧化态维生素C高很多，所以进入正常细胞内的氧化态维生素C可以忽略不计。但是当癌细胞带有像KRAS或KRAF这样的突变时这些癌细胞就会上调GLUT1表达量，上调的GLUT1使氧态的维生素C选择性进入癌细胞。细胞实验观察到增加细胞培养液中维生素C的浓度和减少葡萄糖的浓度都可以增加氧化态维生素C进入癌细胞。这里维生素C在细胞培养液中被空气中所含的氧氧化，然后经GLUT1转运泵进入细胞。如果在细胞培养液中加入还原度剂、让维生素C不能被氧化成为氧化态，在细胞内就检测不到氧化态的维生素C。

在动物实验中通过间歇性禁食降低血糖浓度、同时IV输液给予高剂量维生素C，对杀死带有KRAS突变的癌组织效果最好。这些实验进一步证明，维生素C之所以能选择性杀死有KRAS突变的癌细胞完全依赖于氧化态维生素C的作用。氧化态维生素C分子进入癌细胞后会被细胞内谷胱甘肽还原成还原态的维生素C，而谷胱甘肽本身则变成了氧化态。如果氧化了的谷胱甘肽没有被NADPH还原再生，随着谷胱甘肽的下降细胞内清除活性氧自由基的能力也下降、细胞中过氧化氢（H2O2)的浓度随之升高。过氧化氢是细胞代谢活动中产生的一种活性氧自由基，在正常情况下过氧化氢会被谷胱甘肽还原成水而失去活性氧自由基的作用。如果没有被还原，过氧化氢会直接损伤蛋白质和DNA。更严重的是过氧化氢如果遇到铁离子会发生芬顿反应(Fenton reaction )，产生破坏性最强的羟氧自由基(hydroxy radicals)，对DNA、RNA、蛋白质和脂肪都有強大破坏力，最终导致细胞死亡。通过铁和过氧化物诱导的细胞死亡也称为铁死亡(Ferroptosis)，是一种区别于细胞凋亡、细胞坏死、细胞自噬的新型的细胞程序性死亡方式。维生素C选择性杀死癌细胞的机制部分是通过铁死亡实现的。

维生素C选择杀性杀死KRAS和KRAF突变的癌细胞的另一个机制通过加剧癌细胞内能源危机。在KRAS和KRAF突变的癌细胞中能量主要依赖糖酵解途径(glycolysis)氧化葡萄糖产生，如果葡萄糖短缺可用于戊糖磷酸化途径生产NADPH的葡萄糖就减少。我们在第二部份讲过NADPH是细胞中抗氧化的源泉，NADPH不足本身已经造成癌细胞内的氧化压力很高。加上氧化态维生素C通过GLUT1进入癌细胞、将光谷胱甘肽上的氢抢夺一空，失去氢的谷胱甘肽又会逼着生产NADPH的戊糖磷酸化途径开工，使癌细胞陷于绝境。如果将不多的葡萄糖用于生产NADPH，癌细胞就会因为没有葡萄糖合成ATP而饿死。而如果不开工生产NADPH， 活性氧自由基就会暴棚。细胞和小鼠实验证实，大量氧化态维生素C进入癌细胞后消耗掉癌细胞中本来就不足的谷脱甘肽资源，结果是活性氧自由基大增。活性氧自由基损伤蛋白质，会使糖酵解通道上的酶GADPH失活、导致葡萄糖不能被完全氧化生产ATP。同时活性氧自由基损伤DNA，修复DNA需要消耗掉NAD+。NAD+是线粒体产生能量必需的辅酶，GADPH酶失活加上NAD+缺乏严重影响ATP生产。没有ATP提供能量，癌细胞必然死于能源危机。

这些最新的关于维生素C治疗癌症的机制会鼓励启动新一轮临床实验，希望精准医学有助于选择病人和更好的临床实验设计。在ClinicTrials.gov上已经有超过100个注册的临床实验釆用高剂量维生素C与化疗结合治疗各种癌症，如果临床实验成功维生素C会成为最便宜最安全的一种癌症辅助治疗、造福人类。

维生素C与COVID-19

科学家们还没有找到原因解释为什么新冠病毒对大部份人只引起轻微的症状，而对另些人确是非常致命。年纪大和基础病是目前观察到的最大危险因素，但也有不少年纪不太大也无基础病的死亡例子。病毒诱导的免疫风暴、呼吸衰竭、以及与败血症相似的器官衰竭是主要的致命原因。在没有特效药阻止病毒复制的情况下，如果能够降低过度免疫反应造成的器官损伤、让机体有时间等候细胞免疫系统激活并产生足够的中合抗体、最终将病毒从身体中清除，可能是降低COVID-19死亡率的有效途。维生素C作为最安全有效的抗氧化可以超大剂量使用、保护细胞和组织免受过度免疫反应释放的活性氧自由基损伤，很值得临床医生考虑和进行临床验证。

多年前美囯弗杰尼州的急诊科医生Dr. Marik就开始用超大剂量维生素C与甾体激素联合使用救治败血症危重病人。Dr. Marik的团队发现使用维生素C的败血症病人死亡率显著降低、只有13%，而标准疗法死亡率在40-50%之间。这种使用超高剂量维生素C 辅助治疗败血症的方法又称为Marik protocol。使用超高剂量维生素C辅助治疗败血症在医学界仍有很大争议，有的医生爱得要死、有的医生坚决不信，主要是缺乏很好设计的双盲临床实验结果支持。在武汉COVID-19暴发的早期，作者根据生物化学原理也曾向武汉的医生建议过使用超大剂量维生素C救治危重病人。武汉中南医院的Dr. Peng团队在二月中启动了超高剂量维生素C辅助治疗COVID-19重症的临床实验(ClinicalTrials.gov Identifier: NCT04264533), 但这项临床实验要到今年九月份才揭晓结果。Dr. Peng团队四月初给出的初步观察结果显示输液给予超高剂量维生素C明显改善重症患者症状，但是没有发表具体数据。美国的新闻也报道，纽约州最大的医疗机构Northwell Health 将高剂量维生素C作为治疗COVID-19住院病人的标准疗法已经观察到较好的效果，还没有看到正式发表的临床实验文章。另外新闻媒体上还报道了不少成功例案，例如联合使用IL-6抗体和超高剂量维生素C成功挽回危重患者的生命，其中包括美国最先暴发COVID-19的华盛顿州Evergreen Health Medical Center 急诊科医生Dr. Ryan Padgett。

维生素C在免疫细胞中

白细胞是身体中维生素C浓度最高的细胞，特别是有吞噬病菌功能的巨噬细胞、单核细胞和中性粒细胞中维生素C浓度大概是血液浓度的60-100倍。免疫细胞中的维生素C主要是负责保护免疫细胞本身不受自己产生的活性氧自由基损伤。

在应对细菌和病毒感染的免疫反应中，具有吞噬功能的免疫细胞会迅速合成并大量释放活性氧自由基、用于直接杀伤细菌和病毒，这一过程称为呼吸暴（Respiratory burst）。呼吸暴由细胞膜上的NADPH 氧化酶完成，编码这个酶的基因是NOX1。如果一个人的NOX1基因发生变异、失去了活性，免疫细胞就不能通过呼吸暴合成足够的活性氧自由基。有这种基因缺陷的人会患免疫缺陷综合症，表现为特别容易被细菌和病毒感染。可见生产活性氧自由基是免疫系统重要的杀敌方式。呼吸暴产生的活性氧自由基一般限制在吞噬溶酶体(phagolysosome)内，但是如果溶酶体破损、或者免疫吞噬细胞本身死亡，活性氧自由基就会外泄，除了损伤免疫细胞本身也会损伤临近的组织器官。

免疫细胞产生的活性氧化自由基除了直接杀死病菌外，也作为免疫细胞与其他细胞之间的通信信使促进其他免疫细胞增生、并增加血管壁渗透，使更多免疫细胞可以穿过血管壁进入组织、以捕获杀伤组织和器官里的病菌。然而如果身体对入侵的病毒发生过度免疫反应、诱发免疫风暴，过量的自由基就会从免疫吞噬细胞释放、造成血管壁过度渗透。过多免疫细胞浸润到各组织器官，在杀伤病毒的同时也会杀伤正常细胞、造成多器官衰竭。如果过度免疫反应得不到控制，病人还没有等到自身免疫系统产生足够的抗体最终清除病毒，就可能会死于过度免疫反应造成的器官衰竭。这时如果体内有高浓度的维生素C帮助抵挡一部分自由基，应该会降低自由基对免疫细胞本身以及周围组织的损伤。

为什么维生素C更好？

理论上，维生素C比同是抗氧化剂的维生素E和维生素A更适合用于抗击新冠病毒诱导的免疫风暴。

第一，维生素C是水溶性维生素、安全性更好。摄入的多余维生素C可以随时从尿液排出，不会在身体组织中沉积。而维生素E和A则是脂溶性维生素，脂溶性维生素不能通过尿液排出、要通过肝脏分解后才能清除。过多摄入的脂溶性维生素会聚积在肝脏、造成肝中毒，所以基本上不可能使用大剂量。

第二，维生素C捕捉活性氧自由基的能力更強。免疫细胞释放的活性氧自由基是亲水性分子，维生素C恰好也是高水溶性分子，所以捕捉过度免疫反应释放的自由基更有效。而脂溶性维生素只能停留在脂蛋白微粒或细胞膜上，与水溶性的活性氧自由基接触面有限。同时维生素C具有还原维生素E的功能，大剂量输入维生素C也保证了维生素E能够被不断还原再生、减低损耗，更好的保护细胞膜等脂质分子不被活性氧自由基损伤。

第三，营养和药用的工业合成维生素C是100%天然手性分子（L-ascorbate），而工业合成的维生素E （dl-alpha-tocopherol）是混合手性分子、其中只有1/8的分子与完全与天然手相一致。所以作为外源抗氧化剂，补充维生素C更安全。维生素C是以玉米淀粉为原料工业合成的，保持了天然维生素C 的手性，可以被人体完全吸收和代谢，在体内可以被谷胱甘肽还原循环再生、安全性很好。并且维生素C价格超极便宜，大概15美元一磅。而天然的维生素E很贵，天然分子手相都是d-构型。这种天然维生素E在麦芽油里含量最高，坚果和黄豆油里也有一定含量。但是市场上作为保健品用的维生素E主要是以石油为原料工业合成的，称为dl-型维生素E （dl-alpha-tocopherol)。其中天然手相的维生素E （dl-alpha-tocopherol）只占1/8，而其余7/8则是异构体。虽然非天然手相的维生素E也有抗氧化功能，但是非天然手相的维生素E分子在体内不能被对应的酶正常代谢。如果大剂量摄入dl-型维生素E，可能会增加肝脏的解毒负担以及其他副作用。

第四，维生素C可能有助于提高机体的应激能力，这一条可能是很多医生没有想到。维生素C是合成单胺类神经介质的辅酶，同时也可以作为单胺氧化酶底物。身体中的单胺氧化酶负责降解单胺类大分子，包括作为神经介质的肾上腺素、多巴胺和五羟色胺等分子。如果摄入大剂量维生素C不但可以促进单胺类神经介质合成同时也会竞争掉单胺氧化酶，肾上腺素和多巴胺等的氧化降解就会减慢、它们在组织和血液中浓度就会增高。我们知道临床上注射肾上腺素或多巴胺用于抢救败血症导致的休克，那么给身体大剂量维生素C可能也会间接提高身体中肾上腺素和多巴胺浓度，有助于身体的抗休克应激反应。

所有这些，都只是理论支持，有待临床实验验证。