腫瘤多藥耐藥性機制研究進展

關輝

腫瘤多藥耐藥性機制研究進展

關輝

多藥耐藥性是導致腫瘤在化療治療過程中失敗的主要因素之一。本文從以下兩個方向闡述產生多藥耐藥性的原因：（1）細胞因素如ATP結合盒式蛋白、凋亡調控基因、DNA修復機制及異常的信號通路。（2）細胞所處環境生理因素如腫瘤組織間隙液壓及缺氧和細胞外低PH。

多藥耐藥多藥耐藥性；ATP結合盒式蛋白；凋亡

近年來，惡性腫瘤的發病率和死亡率一直成上升的趨勢，嚴重威脅著人類的健康和生命。目前，化療仍是針對惡性腫瘤的有效治療方法之一。患者在化療過程中產生的多藥耐藥是導致化療失敗的主要原因之一。據美國癌癥協會估計，90%以上的患者均死于不同程度的耐藥。多藥耐藥性（MDR）是指對一種藥物具有耐藥性的同時對其他結構不同，作用靶點不同的抗腫瘤藥物也具有交叉耐藥性。近年來，抗腫瘤MDR的研究日益受到重視。本文綜述MDR產生機制研究的新進展，旨在為制定惡性腫瘤防治策略提供參考。

1 細胞因素

1.1 ATP結合盒式蛋白(ATP-bindingcassette transporter，ABC)介導的多藥耐藥性 ABC是較為古老和龐大的一類蛋白家族，是一類ATP驅動泵，由2個跨膜結構域及2個細胞質ATP結合域組成。ATP結合盒式蛋白成員之間有著很多的共性，比如相似的物質轉運功能和相似的結構。ATP結合盒式蛋白可以幫助細胞排出進入腫瘤細胞的藥物，從而降低化療藥物在細胞內的濃度，從而達到多藥耐藥性的作用。

1.1.1 P-糖蛋白（P-glycoprotein P-gp） P-gp是一種位于細胞膜上的ATP依賴性膜轉運蛋白，受ATP分子能量驅動，P-gp可將結構和功能不同的化合物泵出細胞外，如抗癌藥物(長春新堿、阿霉素)、細胞毒藥物(秋水仙堿、嘌呤霉素)、鈣通道阻滯劑(維拉帕米)、免疫抑制劑(環孢素A、FK 506)等化合物。因此會導致患者體內細胞內藥物濃度的下降，導致細胞內藥物濃度低于殺死細胞的閾值，造成細胞多藥耐藥性的產生[1]。此外，P-gp還可以抑制患者體內腫瘤細胞的凋亡。相關的研究顯示，P-gp可通過對caspase-3以及caspase-8的裂解激活的抑制，對caspase以來的細胞的凋亡進行抑制[2]。

1.1.2 多藥耐藥性相關蛋白（multi-drug resistance associated protein，MRP） MRP和P-gp同為ATP依賴性膜轉運蛋白超家族成員，但MRP的“藥泵”作用與P-gp不存在協同的關系，MRP特異性的轉運底物是胞內和還原型谷胱甘肽(GSH)共軛結合所形成的化療藥物。研究表明，在谷胱甘肽(GSH)存在時,可以在膜囊泡中檢測到MRP 1對長春新堿、鬼臼乙叉苷、足葉乙苷、甲氨蝶呤、阿霉素、鹽酸米托蒽醌等藥物的轉運并使細胞表現出多藥耐藥性[3]。同時，MRP 1轉運的底物還有喜樹堿的衍生物、伊立替康及其活性代謝物、氟他胺及其活性代謝產物羥基氟他胺等[4]。

1.1.3 乳腺癌耐藥蛋白(BCRP/ABCG 2) 1998年Doyle等[5]醫學研究者應用RNA指紋法將一段高表達的乳腺癌耐藥蛋白從乳腺癌細胞系MCF-7／AdrVP克隆出來，該實驗顯示乳腺癌耐藥蛋白BCRP和MCF-7／AdrVP細胞的多藥耐藥性有關。乳腺癌耐藥蛋白BCRP蛋白分子上有6個跨膜區的結合點位以及1個ATP的結合位點，同樣能夠以“藥泵”的形式減少細胞內ATP依賴性藥物的積蓄而產生耐藥性[6]。近年來相關的研究報道顯示，乳腺癌耐藥蛋白BCRP在白血病、消化系統腫瘤、子宮內膜癌、肺癌以及黑色素瘤等多種惡性腫瘤的多藥耐藥性中扮演者重要的角色[7]。腫瘤細胞中乳腺癌耐藥蛋白ABCG 2高表達可以特異性地轉運多種抗腫瘤藥物，比如甲氨蝶呤、米托蒽醌以及喜樹堿等，該因素是導致腫瘤細胞產生耐藥性的重要因素[8]。

1.2 凋亡調控基因介導的多藥耐藥性 細胞凋亡也可以成為程序性細胞死亡。細胞凋亡是細胞在一定的生理狀態下或者病理狀態下，遵循細胞自身所具有的程序，自我結束自身生命的一個過程，最后細胞會脫落離體或者裂解成為若干個凋亡的小個體，這些脫落離體和凋亡的小個體最終會被其他的細胞所吞噬。目前為止，較為清楚的細胞凋亡過程中的信號傳遞系統主要有細胞凋亡的膜受體通路和細胞色素C釋放和caspases激活的生物化學途經。這兩條途徑是相互關聯的，有時候是同時進行的。目前為止，大多數化療藥物殺死殺傷腫瘤細胞的原理是誘導細胞凋亡。所以細胞凋亡受抑或者細胞凋亡逃逸被懷疑是造成細胞產生多藥耐藥性的原因。凋亡抑制因子IAPs、突變p 53基因、核因子NFκB、腫瘤壞死因子（TNF）、Bcl-2基因等和細胞凋亡過程中有關的基因或者因子等均與腫瘤細胞的耐藥性有關。

目前為止，研究較為深入的和細胞凋亡相關的基因是BCL-2蛋白基因家族。當今能夠鑒定出來的BCL-2蛋白基因家族高達20多種，根據BCL-2蛋白在細胞凋亡中所產生的作用可以將它們分為抗凋亡BCL-2蛋白和促凋亡BCL-2蛋白另種，前者主要包括10個多個蛋白種類，例如Bcl-xL、Bcl-2、和Bcl-1等，后者主要包括Bak、Bax、和Bid等10多個蛋白種類。這些BCL-2蛋白之間的相互作用對于細胞的生存和凋亡起著重要的作用[9]。相關研究顯示，Bcl-2蛋白的過度表達是造成細胞產生多藥耐藥性的主要因素[10]。Bax是凋亡促進基因的代表，Bax通過與Bcl-2形成異二聚體而抑制Bcl-2的功能。Bax蛋白的過度表達會誘導多種腫瘤細胞的凋亡，反之則導致細胞產生耐藥性[11]。

p 53基因是一種與腫瘤發生發展相關的抑癌基因,野生型的p 53基因的抗腫瘤作用主要有細胞周期阻滯、對G 1和G 2/ M期校正點的監測以及對細胞凋亡的促進、對基因組穩定的維持和對腫瘤血管生成過程的抑制，當野生型的p 53基因發生突變的時候，會阻滯細胞凋亡的調控作用,進而使腫瘤細胞對所應用的化療藥物產生耐藥性。另外，部分突變的p 53基因具備獲得性功能，獲得性功能會導致腫瘤的發生和對化療抵抗，進而會造成多藥耐藥性的發生。而p 53基因缺失型突變則完全失去其蛋白功能[12]。Metzinger等[13]發現，用紫杉醇和順鉑長期刺激的卵巢癌細胞表現出多藥耐藥性，這一現象與高表達的突變型p 53密切相關。

凋亡抑制因子（IAPs）是一類高度保守的內源性抗細胞凋亡因子家族，有研究報道，在肺癌、胰腺癌和腎癌中IAP家族蛋白高表達均與與其耐藥性相關[14-15]。近年來，作為細胞凋亡抑制蛋白家族(IAP)的成員之一，對Survivin(生存蛋白)的研究成為焦點。Survivin可以通過兩種途徑抑制細胞凋亡：（1）通過抑制多種因素如P 53、caspases等誘導的細胞凋亡。（2）通過促進細胞分裂而抑制細胞凋亡[16]。Byun等[17]最近研究報道，過度表達的Survivin可提高腫瘤的分級以及低復發的生存率。

1.3 DNA修復機制介導的多藥耐藥性 DNA是很多化療藥物抑制腫瘤細胞生長的重要靶點，DNA的復制功能和轉錄功能會因為損傷而受到直接的影響，造成細胞的增殖和分裂受到抑制。細胞內的DNA聚合酶、核酸內切酶和DNA連接酶等構成了細胞內的DNA損害修復機制，這些蛋白酶的合成數量在腫瘤細胞中的增長會再一定程度上增強腫瘤細胞DNA的修復機制，使抗癌藥物的作用在一定程度上被減弱，導致細胞產生耐藥性。通常細胞DNA修復的途徑主要有核苷酸切除修復（NER）、逆轉修復、堿基切除修復（BER）、錯配修復（MMR）和雙鏈斷裂（DSB）的修復等。

DNA的逆轉修復與其中的O 6-甲基鳥嘌呤-DNA-甲基轉移酶有著密切的關系。作為一種高效的DNA，MGMT可以直接移除細胞DNA序列中由烷化劑所產生的O 6－烷基鳥嘌呤，直接修復酶，起到保護細胞免受烷化劑損害的作用。所以，MGMT失活或者活性降低可能影響機體對烷化劑類抗腫瘤藥物的敏感性，導致細胞產生多要耐藥。近年來，學者LavonI等[18]在關于人腦膠質瘤細胞株中的報道，NF-κB可誘導MGMT蛋白的高表達,使細胞株對烷化劑產生耐藥性。

NER途徑主要是修復由細胞DNA加合物、嘧啶二聚體或者DNA鏈之間的交聯所造成的細胞DNA雙螺旋結構的損害。它是一種涉及到20多藥蛋白質的復雜的修復途徑。這種機制主要引起細胞對鉑類化合物和烷化劑的耐藥性。通過NER途徑參與修復的蛋白質中，切除修復交叉互補蛋白1（excision repairrecross-complementing 1，ERCC 1）值得特別一提。Li W等[19]研究報道用順鉑治療黑色素瘤，通過絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途徑使ERCC 1的表達增加，增強了其耐藥性。

作為人體細胞中所存在的，能識別DNA堿基錯配并對其進行修復的的安全保障系統，MMR具有兩種功能，即辨識細胞DNA受損的功能和誘導細胞凋亡的功能，因此，如果MMR系統被下調，腫瘤細胞對某些化療藥物的敏感性會受到影響，導致DNA損傷的化療藥物的敏感性更容易受到影響，比如順鉑。進而造成細胞耐藥性的產生[20]。DNA雙鏈斷裂（DSBs），作為最嚴重的細胞基因組DNA損傷形式，細胞主要是通過對同源重組修復（HR）和非同源末端連接（NHEJ)通路的激活對損傷進行修復。修復機制的加強會再一定的程度上導致抗癌藥物的作用減弱，造成細胞耐藥性的產生。

1.4 多藥耐藥性在信號通路異常介導中的表達 細胞多藥耐藥性主要是由于PI 3K/Akt通路及NF-κB信號轉導通路激活所造成的。作為磷脂激酶家族中的主要成員，磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol-3 kinase，PI 3K)有著重要的作用。Akt癌基因編碼的蛋白質具有絲/蘇氨酸激酶活性,激活NF-κB、mTOR，抑制caspase的活化和p 53的表達，誘導細胞周期相關DNA基因的轉錄，通過這種方式，PI 3K/Akt可以在細胞骨架的生成過程和細胞凋亡以及增值的過正中起到重要的作用。

NF-κB是一類核轉錄因子家族，在生理狀態下，胞質中的拮抗亞基IκB和NF-κB可以結合成為一種無活性的復合體。復合體釋放出的活化信號誘導NF-κB能夠進入細胞核，調節因靶基因的轉錄而引起的腫瘤細胞增殖和凋亡抑制作用。PI 3K/Akt的通路抑制劑LY 294002可以通過抑制NF-κB轉錄因子的活性對部分ERK/MAPK的通路進行抑制，p 53基因的轉錄激活與此同時得到促進，進而增加白血病細胞對于阿糖胞苷以及依托泊苷等抗腫瘤藥物的藥物敏感性[21]。

MAPK信號通路作為信號傳遞網絡中的重要途徑之一，在細胞凋亡及生存中發揮重要作用，其中最主要的通路有細胞外信號調節激酶（ERK）、c-Jun N-末端激酶（JNK）及p 38 激酶同工酶。近來研究發現，MAPK信號轉導通路與腫瘤耐藥的產生有密切關系。ERK作用機制可能是通過調控耐藥相關基因和蛋白的表達。Kisucka等[22]發現小鼠白血病細胞株L 1210/VCR多藥耐藥性與ERK持續激活相關。

2 生理因素

近年來，由腫瘤所處的生理環境引起的多藥耐藥性越來越受到人們的關注。目前研究涉及的因素主要有較高的腫瘤組織間隙液壓(IFP)、缺氧以及細胞外較低的pH。這些因素是相互關聯并相互影響的。

2.1 IFP 在正常的組織中，血管的生成是在促血管生長因子和抗血管生成因子的協同作用下完成的。這種形成的血管是高度有序的且能有效滿足組織對于營養和氧氣的需求在正常組織中，淋巴系統可以將組織間質夜及代謝產物排泄掉。然而，在實體腫瘤中，血管因子之間的平衡被打破，導致無序的血管網絡的發生。這些異常的特性生成了滲漏的血管和不規則的液流。由于通透性的改變以及淋巴系統的導流不暢，相對正常組織間隙壓，腫瘤組織間隙液壓增高。研究報道，IFP升高與實體腫瘤的多要耐藥密切相關。很多化療藥物是通過靜脈給藥的，因此它們依賴于體循環到達腫瘤靶組織，不規則的腫瘤血管和高IFP阻礙了藥物的運輸[23-24]。

2.2 缺氧和細胞外低PH 可以通過多種途徑導致腫瘤的多藥耐藥性，有些化療藥物如環磷酰胺、鉑類、多柔比星等是氧依賴性的化療藥物，當細胞局部缺氧，其對腫瘤的殺傷作用將會減弱；缺氧可以導致細胞基因組和蛋白組表達的異常，如缺氧可以通過誘導硫蛋白來降低鉑類化合物對DNA的損傷，缺氧也可激活缺氧誘導因子hypoxia inducible factor(HIF)家族活性，通過與HRE結合，啟動下游MDR 1轉錄，介導由p-gp引起的多藥耐藥性[25]。缺氧會導致誘導基因的突變（比如P 53基因的突變）[26]，同時導致細胞基因的不穩定性和細胞基因的異質性的增加，造成細胞耐藥性的產生；另外，腫瘤缺氧往往還會伴隨有血液流變學的不良變化，導致一些抗腫瘤藥物在半衰期內無法從血管彌散到腫瘤細胞，腫瘤局部藥物濃度低，使腫瘤細胞免遭破壞[27]。

與正常細胞相比,腫瘤細胞具有細胞外低pH值、細胞質內高pH值的特點。另外，人體細胞內的多種囊泡狀細胞器中也會存在腫瘤酸化。腫瘤酸化所引起的腫瘤耐藥性的主要因素首先是因為“離子俘獲”。目前為止，臨床應用的大部分化學腫瘤治療藥物都是弱堿性的,這些藥物分子在人體細胞外的酸性環境中會大量質子化，導致弱堿性抗腫瘤藥物在腫瘤細胞中的聚集被抑制[28]。某些化療藥物需要胞內酸化來誘導細胞凋亡，腫瘤細胞異常pH梯度降低了進入胞內藥物的細胞毒效應[29]。低PH還可以通過上調P-gp表達來實現多藥耐藥性[30]。

腫瘤細胞異常的pH梯度會導致抗腫瘤化學藥物被隔離在酸性區的室內，還會導致p-糖蛋白的活性和表達的上調，結果造成抗腫瘤化學藥物因無法到達腫瘤細胞內的靶點而難以發揮作用，導致腫瘤細胞對化學藥物產生耐藥性。有研究報道，體內和體外實驗都顯示低pH有助于腫瘤細胞形成多藥耐藥性[31]。

3 小結

腫瘤多藥耐藥性形成的機制異常復雜，除卻論文中所闡述的幾種造成腫瘤多藥耐藥性的機制以外，微量元素水平、機體種酶活性的改變以及激素水平等因素也會影響到腫瘤的耐藥性。另外，不同的腫瘤細胞對于同一種化學治療藥物所產生的耐藥機制可能不同，同一種腫瘤細胞的多藥耐藥性則可能是由于多種機制的共同介導所造成的。相信隨著今后對多藥耐藥性機制的不斷深入研究，一定會為克服腫瘤多要耐藥提供更多的思路和途徑。

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Multi-drug resistance (MDR) is one of the major reason of tumor chemotherapy failure.This paper reviews themechanism of MDR recent years and concluds it in two aspects:（1）Cellular factors such as ATP binding cassette transporters,defective apoptotic apoptotic machineries,altered DNA repair pathways.abnormal signaling pathway.（2）Physiological factors such as interstitial fluid pressure ,hypoxia and low extra cellular pH (pHe).

Multi-drug resistance；ATP-binding cassette transporter；Apoptosis

10.3969/j.issn.1009-4393.2015.33.003

云南 650500 昆明醫科大學 （關輝）