膠質瘤耐藥機制研究進展

宗志濤,黃 燕,于 軍

(1九江市中醫醫院,江西九江 332000;2九江市第一人民醫院;3大連市中心醫院)

目前,化療是膠質瘤治療的重要環節,但化療耐藥嚴重影響了臨床效果。腫瘤耐藥機制復雜,與腫瘤細胞內耐藥基因作用、多藥耐藥性(MDR)、腦腫瘤干細胞(BTSC)的增殖、DNA損傷修復能力異常等有關。現就腦膠質瘤耐藥機制的研究進展情況綜述如下。

1 MDR

腫瘤MDR可能存在的分子機制有細胞膜藥物排流泵的主動排出、機體解毒作用增強、腫瘤干細胞的作用等。

1.1 細胞膜藥物排流泵的主動排出 目前,與細胞膜藥物排流泵的主動排出的MDR蛋白中,P-糖蛋白(P-gp)、多藥耐藥相關蛋白(MRP)研究較透徹。

1.1.1 P-gp MDR基因包括MDR1與MDR 2。其中僅MDR 1產生耐藥表型,MDR 2的功能尚不清楚。MDR 1基因定位于染色體7q21.1,產物是相對分子質量為 170 kD的跨膜磷脂糖蛋白,即為P-gp。P-gp過表達可引起藥物外排增加、滯留減少。P-gp與腦膠質瘤惡性程度的關系尚存在爭議。Faria等[1]研究發現P-gp在低級別膠質瘤中高表達,而MRP1在Ⅲ、Ⅳ級膠質瘤中高表達。Valera等[2]將幾種神經上皮來源的小兒腦瘤細胞系加入長春新堿短期培養,發現相比其他細胞系,膠質瘤細胞系(SF188)中P-gp的mRNA表達水平減少。最近研究顯示,MDR 1基因的單核苷酸多態性(SNP)與其編碼的P-gp的活性密切相關。Schaich等[3]研究認為,替莫唑胺介導的細胞毒性依賴于MDR1的表達;并且通過對 MDR 1基因型的多元性分析,發現在經替莫唑胺治療的膠質瘤患者中,MDR1外顯子12 C 1236T單核苷酸多態性是一種新的獨立預見性因素。

1.1.2 MRP 人類MRP基因家族現已有9個成員,其中MRP1發現最早研究最深并且與多藥耐藥關系最密切。其基因產物是一個相對分子質量為 190 kD的膜糖蛋白,氨基酸序列有15%與P-gp相同。作為藥物輸出泵,MRP能特異性轉運疏水性的細胞毒藥物,并且對于不能直接轉運的弱堿類的抗癌藥物,可與谷胱甘肽結合成谷胱甘肽-S-共軛物轉運泵(GST-X泵)對其進行轉運。有學者[4]研究發現,MRP1在人類正常星形細胞瘤中表達,其表達程度在原發和復發膠質瘤中沒有顯著性差異,并認為膠質瘤的多藥耐藥是原發性的。Valera等[5]研究顯示,MRP1優先表達于成神經細胞瘤和室管膜瘤,MRP1基因的mRNA水平與其蛋白表達相關。

1.2 谷胱甘肽-S-轉移酶(GST)的解毒作用 GST共有5個亞型,即GST-α、GST-μ、GST-π、GST-δ、GST-θ,20余種同工酶GST主要與化療藥物結合,參與生理解毒,降低化療藥物的毒性,導致腫瘤細胞產生耐藥性。GST介導的耐藥機制如下:①催化巰基谷光苷肽(GSH)與多種有害物質包括抗腫瘤藥物結合,使藥物對細胞的毒性降低;②GST可以將GSH耦聯到化療藥物上,加速其外流,減少細胞毒性;③GST自身也可與親脂性藥物結合增加其水溶性,從而促進其外排。研究證實,GST-π在膠質瘤的表達增強是膠質瘤產生MDR的重要原因之一,其表達活性隨著腫瘤惡性程度的增高而增高。Ezer等[6]發現,兒童星形細胞瘤中GST-π的表達隨腫瘤病理分級增高而增強。近期研究發現,GST-π與六氧甲基鳥嘌呤DNA甲基轉移酶(MGMT)在膠質瘤的耐藥方面存在相關性。國外學者在體外研究 478例腦膠質瘤患者的耐藥情況,發現MGMT和GST-π均過表達,且對卡氮芥的耐藥程度增加[7]。

1.3 BTSC的增殖能力增強 BTSC與正常神經干細胞(NSC)有相似的細胞表面標志,且有較強的增殖和自我更新能力。膠質瘤組織中存在著一小群邊緣細胞(SP)是耐放射和耐化療細胞,而SP細胞的認定是以該細胞表達ABCG2蛋白為依據的,但ABCG2并不是BTSC惟一表達的ABC轉運超家族成員。Platet等[8]在研究鼠 C6膠質瘤細胞系時發現,MDR 1基因在SP細胞和非SP細胞中均有表達。此外,抗凋亡基因如Bcl-2也可能是BTSC耐藥的重要機制。

2 DNA損傷修復能力異常

當腫瘤細胞修復DNA損傷的能力增強,則產生耐藥。目前,與DNA修復能力有關的酶類有MGMT、DNA拓撲異構酶Ⅱ(TopoⅡ)、DNA錯配修復系統(MMR)。

2.1 MGMT MGMT基因定位于染色體10q24.33-qter,可編碼相對分子質量為22 kD的酶蛋白。MGMT是一種普遍存在的DNA修復酶,能與DNA鳥嘌呤六號氧上的烷基加合物結合,將烷基轉移到MGMT的第 145半胱胺酸活性位上,在受體蛋白分子中形成S-甲基半胱胺酸。DNA分子中的甲基鳥嘌呤被還原,而MGMT成為失去活性的烷基化MGMT,故稱為自殺反應。MGMT能修復被化學藥物烷基化的鳥嘌呤,因而可阻止DNA交聯的形成,即降低了這些化學藥物的細胞毒作用。研究證實,MGMT是膠質瘤組織耐受烷化劑類抗癌藥的主要原因,MGMT表達陰性的膠質瘤患者化療效果明顯優于MGMT陽性者。近年研究發現,MGMT啟動子的甲基化與MGMT蛋白表達關系密切。啟動子甲基化在MGMT基因中較常見,多發生在MGMT基因啟動子CpG島,能導致該基因轉錄停止,蛋白表達減少。最近Blough等[9]研究表明,MGMT啟動子甲基化預告將獲益于替莫唑胺(TMZ)化療,當無甲基化時TMZ誘導MGMT修復DNA損傷,促成化療耐藥,但Rodriguez等[10]研究顯示,兩者無明顯關聯,且膠質瘤患者細胞中MGMT的表達與患者生存期無明顯相關。Parkinson等[11]認為,由于取材部位不同,或經治療后的膠質瘤細胞中MGMT啟動子甲基化是有變化的,從而造成上述研究的不同。但檢測患者MGMT基因甲基化狀態,并對患者實施不同的化療方案,對實現預見性、個體化化療,提高化療療效有一定意義。

2.2 DNA拓撲異構酶Ⅱ Topo有兩種同工酶,其中TopoⅠ使DNA單鍵斷裂并瞬間連接,無需ATP供能;TopoⅡ使DNA雙鍵斷裂并瞬間連接,需ATP供能。TopoⅡ是腫瘤化療的重要靶點,主要介導DNA的斷裂反應并形成DNA-酶復合物,但此反應是可逆的,且趨向與斷裂的 DNA再聯接。TopoⅡ介導的MDR的主要特征有:①對許多天然藥物呈現抗藥性。②膜—活性藥物不能提高抗腫瘤藥物的細胞毒作用。③藥物在細胞內積聚與保留沒有變化。④MDR 1與P-gp表達未見增加。⑤TopoⅡ含量及活性均有所下降。TopoⅡ介導的MDR細胞發生了TopoⅡ量和質的改變,酶水平的降低導致DNA斷裂減少和細胞毒性降低,DNA結構的改變可影響藥物誘導的“斷裂復合物”的穩定性。研究證明,TopoⅡα的表達與膠質瘤的惡性程度具有一定關系,隨腫瘤級別的增高而增強。盧培剛等[12]發現,膠質瘤標本中 TopoⅡDNA呈高表達,并隨惡性程度增加而升高,而復發者TopoⅡ表達較原發者明顯下降,說明惡性膠質瘤在治療過程中獲得耐藥性與TopoⅡ含量和活性降低有關。研究發現,成神經管細胞瘤對依托泊甙敏感,是因為其TopoⅡα與TopoⅡβ共同高表達。

2.3 MMR 人類MMR由Mut H、Mut L、Mut S家族的蛋白組成,主要有6個蛋白質,即hMSH 2、hMSH 3、hMSH 6、hMLH 1、hMLH 3、hPML1。其作用在于修正核苷酸攝取錯誤,增強DNA復制忠實性,降低基因的自發突變率,維持著微衛星位點乃至整個基因組的穩定。近年來,MMR功能缺失與腫瘤細胞對多種化療藥物(TMZ、5-Fu、DDP等)耐藥性的關系受到許多研究者的關注。研究認為,MLH 1缺失比MSH 2更多見,且其與較高程度的TMZ耐藥相關。體外研究發現,膠質瘤原發性耐藥與MMR的功能改變有關,并指出hMSH 2表達水平可預測膠質瘤的化療反應。近年研究發現,TMZ誘導的細胞毒性依賴于MMR系統,MMR功能缺失與膠質瘤耐藥相關。體外研究發現,經放療+TMZ同步治療和單純TMZ治療復發的膠質瘤中hMSH 6都有缺失,并認為hMSH 6的缺失可能促成了經TMZ治療的膠質瘤復發。但也有相反的觀點認為MMR缺失與TMZ的耐藥無相關性。

綜上所述,膠質瘤的耐藥機制是一個多種因素共同參與的復雜過程,可能與腫瘤多藥耐藥性的形成、DNA損傷修復能力異常、BTSC增殖等有關。但膠質瘤對化療藥物產生耐藥性的機制是復雜多變的,是多種因子及其受體作用的結果,對膠質瘤的研究必須從多基因、多途徑尋找其耐藥機制,以逆轉其耐藥,最終使膠質瘤患者的合理用藥和個體化治療成為現實。

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