βⅢ-tubulin在NSCLC中的表达与抗微管类药物耐药相关性的研究进展

李 艳 郭其森

肺癌是世界范围内肿瘤死亡的首要原因［1］。约80%的肺癌为非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)，有半数以上的患者在诊断时已属晚期，化疗是提高晚期NSCLC生存期的主要手段。以铂类(顺铂或卡铂)为基础联合长春碱类、吉西他滨或紫杉类等第三代化疗药物是目前的一线标准化疗方案，尽管化疗效果有明显提高，但其有效率也只有30%～40%，5年生存率仅15%。肿瘤细胞对化疗药物耐药一直以来是影响药物疗效和患者生存期的重要因素。由于肿瘤耐药的出现，使得绝大部分肿瘤化疗后很快出现复发和/或转移，从而限制了许多化疗药物包括抗微管药物(TBAs)在NSCLC治疗中的临床应用。随着药物遗传学和药物基因组学的迅速发展，大量研究均证实肿瘤耐药性与肿瘤组织基因表达密切相关。因此，提出了“个体化治疗”这一概念，这也是近年来肿瘤治疗所提倡的新理念。个体化治疗是根据患者肿瘤组织生物学特征及药物基因组学改变选择特异的对其最佳的治疗方案。

在个体化治疗化疗方案制定中，能够提示化疗药物敏感性的分子标记物具有重要意义。目前，影响NSCLC患者对化疗敏感性的因素除了已被广泛认识的多药耐药(multi-drug resistant，MDR)基因、多药耐药相关蛋白(multi-drug resistant related protein，MRP)基因及它们产物表达的增加和拓扑异构酶Ⅱ(TopoisomeraseⅡ，TopoⅡ)表达下降以外，近年来研究表明，细胞信号转导中相关因子的表达异常、肿瘤细胞DNA修复的异常及其它相关基因的表达异常与肺癌耐药的产生也存在密切联系［2］。

抗微管类药物(TBAs)是通过影响细胞微管的聚合和解聚而起到抗肿瘤作用。因此，研究微管表达水平与抗微管药物疗效的相关性对预测NSCLC对此类药物化疗敏感性，并对不同个体选择抗微管药物化疗是近年来的一个重要研究进展。临床基础研究和临床研究证实，βⅢ-tubulin的表达与紫杉醇化疗敏感性相关，可作为评价很多实体肿瘤(如肺癌、卵巢癌、前列腺癌、乳腺癌、不明原发部位的肿瘤等)预后的重要指标［3］。

现就NSCLC患者肿瘤细胞中βⅢ-tubulin表达水平与抗微管类药物耐药的相关性研究进展作一综述。

一、βⅢ-tubulin

微管是是由微管蛋白二聚体(包括α-tubulin亚型和β-tubulin亚型)和微管相关蛋白组成的复合体，是细胞骨架的主要构成成分，在维持细胞形态、传递信息及有丝分裂等方面具有重要作用。微管蛋白是微管的组成基础，抗微管药物就是对微管蛋白选择性作用后，最终导致细胞死亡。人类细胞中存在着6种β-tubulin的同型，其中βⅢ-tubulin与作用于微管的化疗药物敏感性有最密切的关系。Verdier等［4］用等电点聚焦和质谱仪联合检测耐紫杉醇细胞株的 β-tubulin，发现在6种同型中只有 βⅢ-tubulin表达增高，推测βⅢ-tubulin才是抗微管药物耐药的唯一标志物。

二、抗微管药物(TBAs)

TBAs是一种以β-tubulin为主要细胞靶点的抗癌药物，是临床上包括NSCLC、乳腺癌、卵巢癌和食管癌等许多肿瘤最常用的化疗药物之一，主要包括紫杉类(紫杉醇、多烯紫杉醇)和长春碱类(长春新碱、长春瑞滨)。

抗微管类药物作用相似，主要将肿瘤细胞阻滞在G2/M期，通过与微管蛋白结合，打断微管的动态平衡，抑制细胞分裂，最终引发细胞凋亡。但紫杉类和长春碱类机制又不完全相同。目前进入临床的两种紫杉类药物紫杉醇和多西他赛作用于微管/微管蛋白系统的机制是:促进微管蛋白装配成微管，但抑制微管的解聚，从而导致微管束的排列异常，形成星状体，使纺锤体失去正常功能，导致细胞死亡。而长春碱类药物则主要与微管蛋白β亚基结合，阻断微管蛋白二聚体聚合，破坏有丝分裂，导致肿瘤细胞凋亡。

三、βⅢ-tubulin表达与抗微管药物耐药

基础研究发现NSCLC细胞中βⅢ-tubulin存在异常表达，且βⅢ-tubulin异常表达与抗微管药物敏感性有关，抑制βⅢ-tubulin表达可以提高药物敏感性。临床研究发现在抗微管类药物治疗的NSCLC患者中βⅢ-tubulin表达与临床疗效之间存在相关性。这些研究均提示βⅢ-tubulin可能是抗微管药物产生高耐药性的作用位点，在预测该类药物疗效方面可能具有重要价值。其中，大多数文献报道高表达βⅢ-tubulin的患者对紫杉类、长春瑞滨反应性较低，生存收益较差。但也有一些研究得到了与之不同的结果。

1.βⅢ-tubulin表达与紫杉类药物耐药相关性:Burkhart等［5］发现在人类肺癌细胞中βⅢ-tubulin高表达与紫杉醇耐药有关。与此一致的是，Wehbe等［6］也报道了在对紫杉醇耐药的细胞中，βⅢ-tubulin水平明显增加。Kavallaris等［7］将对紫杉醇耐药的肺癌细胞暴露于针对βⅢ-tubulin的抗转录寡核苷酸中，降低了40% ～50%βⅢ-tubulin mRNA及蛋白水平，同时，紫杉醇的敏感性增加了39%。Gan等［8］应用小干扰 RNA(siRNA)技术，在两种肺癌细胞系中沉默βⅢ-tubulin的表达。用这种方法抑制βⅢ-tubulin的表达明显增高了这些细胞系对紫杉醇和对其他抗微管药物(长春新碱和长春瑞滨)的敏感性。这个研究也同时证明了βⅢ-tubulin沉默细胞对DNA毒性化疗药物包括顺铂、多柔比星和爱博霉素的敏感性有所提高。在这个研究的基础上，McCarroll等［9］进一步证实了 NSCLC细胞中沉默βIII-tubulin的表达导致对紫杉醇和顺铂的敏感性提高，并应用小鼠模型发现沉默βⅢ-tubulin的表达可降低致癌性。

这些临床基础研究表明βⅢ-tubulin的表达水平与紫杉醇敏感性呈负相关性，βⅢ-tubulin高表达者，化疗敏感性低，提示对紫杉醇耐药。βⅢ-tubulin表达的改变可能是紫杉醇产生高耐药性的作用位点。

Rosell等［10］用定量 PCR法检测75例 NSCLC患者活检石蜡组织中βⅢ-tubulin mRNA的表达，发现低表达βⅢ-tubulin的患者对紫杉醇敏感性高，疗效好(P＜0.05)，其疾病进展时间(time to progression，TTP)亦有延长趋势。Sève 等［11］选择91例Ⅲ期或Ⅳ期NSCLC患者，用免疫组化法测定βⅢ-tubulin的表达，其中47例紫杉醇化疗的患者中，化疗有效率、无进展生存期(progression free survival，PFS)、总生存期(overall survival，OS)均与βⅢ-tubulin表达水平有关，总有效率为37.5%。其中低表达βⅢ-tubulin患者有效率较高(61.9%vs 12.5%，P ＜0.001)，且获得了较长的 PFS 和 OS(P=0.003)，而在其余44例非抗微管类药物化疗患者中未发现这种差别。Dumontet等［12］观察了19例含紫杉醇类方案化疗的NSCLC患者，其肿瘤细胞中βⅢ-tubulin高表达者，化疗的有效率较低(2/9 vs 6/10)，PFS 较短(41 d vs 288 d;P=0.02)。Azuma等［13］对16例应用紫杉醇与卡铂联合化疗而复发的NSCLC患者进行了分析，发现了βⅢ-tubulin低表达患者PFS显著延长(40 w vs 35 w;P=0.031)，但OS并没有差别(78 w vs 58 w，P=0.087)。随后该作者在34例顺铂与多西他赛联合化疗并同步放疗的局部进展期的患者中发现βⅢ-tubulin与疗效之间相关性并没有统计学意义［14］。

这些临床研究结果表明，βⅢ-tubulin水平与含紫杉醇的化疗疗效及预后呈负相关，提示 βⅢ-tubulin与紫杉醇化疗耐药性呈正相关，可能是肿瘤细胞中NSCLC患者紫杉醇化疗疗效的预测因子。

杨俊全等［15］通过回顾性分析75例接受以紫杉类化疗的Ⅳ期NSCLC患者的临床病理资料，发现与βⅢ-tubulin高表达者相比，βⅢ-tubulin低表达患者化疗有效率较高(48.9%vs 25.0%，P=0.036)，进展率低(6.4%vs 25.0%)(P=0.037)，且有较长的OS(15 m vs 12 m)和 PFS(11 m vs 8 m)，P=0.018。这个研究证实了 βⅢ-tubulin高表达的NSCLC患者对紫杉类药物耐药且预后不良。Hayashi等［16］分析58例NSCLC完全切除术后的组织发现，表达明显升高的βⅢ-tubulin与多西他赛耐药性之间呈显著正相关(P=0.0025)，而与吉西他滨耐药无明显相关性(P=0.1465)。该研究表明在完全切除的非小细胞患者中，βⅢ-tubulin的表达在多西他赛的耐药性方面具有重要预测价值。Wang等［17］运用实时定量PCR技术分析收集到的37例恶性胸腔积液中癌细胞的βⅢ-tubulinmRNA的表达水平，并用ATP-TCA法测定胸腔积液中存活的癌细胞对多西他赛的敏感性。发现在非小细胞肺癌患者恶性胸腔积液中βⅢ-tubulin表达越低其对多西他赛的敏感性则越高。这一结果证实了βⅢ-tubulin的表达水平与多西他赛敏感性之间的负相关性，这突出了βⅢ-tubulin对于恶性胸腔积液在制定进一步化疗方案中的潜在的预测作用。

以上这些国内外的研究结果几乎均显示βⅢ-tubulin高表达对紫杉醇类药物耐药，而低表达则对紫杉醇类药物敏感，提示βⅢ-tubulin可以作为选择紫杉醇类药物辅助化疗的分子标志物。对βⅢ-tubulin高表达者可考虑选择其他药物替代。但由于样本有限且大都是回顾性研究，这些结果必须慎重解释。

2.βⅢ-tubulin表达与长春碱类药物耐药相关性:长春碱类是作用于微管的另一种抗微管药物，国内外研究发现非小细胞肺癌患者βⅢ-tubulin的表达与长春碱类药物化疗敏感性之间同样有密切关系

Rosell等［18］检测了75例 NSCLC患者中 βⅢ-tubulin mRNA表达水平，发现在接受长春碱/顺铂化疗的患者中，βⅢ-tubulin mRNA低表达患者化疗的有效率较高，而其TTP也有延长的趋势，提示βⅢ-tubulin的表达水平可作为预测NSCLC患者对长春碱化疗疗效的重要指标。Gan等［19］运用siRNA技术降低两种NSCLC细胞株(NCI-H460和Calu-6)中βⅢ-tubulin的表达，结果这两种细胞株对长春瑞滨的敏感性均明显提高。王峻等［20］入选35例NSCLC患者，在19例长春瑞滨联合铂类化疗的患者中，发现有效患者与无效患者的肿瘤组织中βⅢ-tubulin mRNA和βⅢ-tubulin蛋白表达有显著性差异(P＜0.01)。而在16例吉西他滨联合铂类化疗的患者中，则无显著性差异(P＞0.05)。该研究结果表明，NSCLC患者肿瘤组织中βⅢ-tubulin高表达者对长春瑞滨的敏感性低，提示耐药性高。

Sève等［21］在 93 例接受长春瑞滨方案的Ⅲ-Ⅳ期NSCLC患者中发现，βⅢ-tubulin高表达和低表达者有效率、PFS和中位生存期分别为22.7%、89d、162d 和34.4%、208 d、306 d，高表达组均显著低于低表达组。结果提示βⅢ-tubulin的高表达可能意味着应用长春瑞滨的疗效差，提示对长春瑞滨耐药。然而该作者［22］在回顾性分析了NCIC JBR.10实验中265例ⅠB-Ⅱ期的NSCLC患者的标本后得出了相反地结果。研究者发现，βⅢ-tubulin高表达的65例观察(未化疗)患者与68例长春瑞滨联合顺铂方案化疗患者相比，后者明显改善了无复发生存期(progression free survival，RFS)和 OS(P=0.002);而在低表达的60例观察患者和72例化疗患者中RFS、OS均无显著性差异(P=0.78)。长春瑞滨联合顺铂辅助化疗使高表达βⅢ-tubulin患者RFS和OS获益比在低表达者更多。对产生这种不同结果原因的解释有:首先可能是βⅢ-tubulin表达本身对早、晚期的NSCLC就存在着不同的预测价值;其次是高、低表达界定的不同标准及样本量的限制都可能是造成结果不同的原因。另外也反映了βⅢ-tubulin的表达对长春瑞滨的预测作用可能不如紫杉类。Hirai等［23］为探究βⅢ-tubulin是否为长春瑞滨化疗敏感性的预测因子，进行了体外药物敏感性试验，长春瑞滨的平均坡度因子、半数有效量和最大有效率分别是(8.7 ±5.4)，(39.0 ±17.9)μg/ml和(85.5 ±5.1)%，平均抑制率是(26.4 ±16.2)%，平均H评分是1.09±1.07，平均抑制率与TUBB3表达明显相关(r=0.27，P=0.03)，并且在 βⅢ-tubulin阳性表达的标本中比在阴性标本中明显增高(P=0.003)。该实验中βⅢ-tubulin高表达的肿瘤对长春瑞滨表现出更强的化疗敏感性。最终，这个研究支持了JBR.10的实验结果。

四、Meta分析

以上研究均是基础研究或者是小样本临床研究，近几年，很多专家对以往的多项独立临床研究进行了系统的、定量的综合性分析。其优点是通过增大样本含量来增加结论的可信度，解决研究结果的不一致性。

Reiman 等［24］对 JBR.10，ANITA，CALGB9633和IALT四个随机对照试验进行了交叉验证。比较了来自这四个实验的术后辅助化疗与单纯手术切除(观察组)的NSCLC患者之间的疗效。未能证实βⅢ-tubulin的预后效应。沈红等［25］选取5篇英文和3篇中文对晚期非小细胞肺癌患者βⅢ-tubulin表达与抗微管类化疗药有效性的文献进行综合定量评价，共入选457例。分别分析了紫杉醇、长春瑞滨治疗组βⅢ-tubulin高表达与低表达患者的有效率及合并优势比，发现紫杉类化疗药在βⅢ-tubulin高表达的晚期非小细胞肺癌患者中敏感性显著下降，这有助于个体化疗方案的制定。Zhang等［26］2012年通过分析来自10个不同研究的552例患者βⅢ-tubulin的表达水平及其对紫杉醇和长春瑞宾的客观缓解率和中位生存期。在βⅢ-tubulin低表达或阴性表达的患者中紫杉醇/长春瑞滨为基础的化疗的客观缓解率明显较高(OR=0.28;95%CI，0.20～0.41;P ＜0.00001)。βⅢ-tubulin 低表达的患者与高表达的患者相比，中位生存期明显较长(MR=1.40;CI，0.89 ～ 0.90;P ＜ 0.00001)。NSCLC患者中，紫杉醇治疗比长春瑞滨治疗得到了更好的临床效果 (Chi2=3.69，P=0.05)。这个Meta分析结果使得βⅢ-tubulin mRNA在检测非小细胞肺癌患者对紫杉醇或长春瑞滨为基础的化疗敏感性方面的重要价值得到支持。

然而，始终没有一个大样本、系统的评估紫杉类或长春碱药物为基础的化疗耐药与βⅢ-tubulin高表达之间关系的文献，并且，大多数研究都是评价紫杉醇或者长春瑞滨其中一种药物为基础的联合化疗与βⅢ-tubulin表达之间的相关性。目前还没有确切的数据可以显示以某一种抗微管药物单药治疗的晚期非小细胞肺癌患者β-tubulin的表达状况及患者的疗效。因此，对于β-tubulin的表达能否预测抗微管药物单药治疗的晚期非小细胞肺癌的药物敏感性和疗效还不清楚。

一个靶点并不能解释所有的化疗疗效差异，一些其他生物靶点，比如ERCC1蛋白和p53与铂类化疗疗效相关，而βⅢ-tubulin与抗微管类药物疗效也相关。近几年，国内外也进行了很多联合检测两个或多个非小细胞肺癌组织中耐药因子的表达的研究，其目的均在于有益于化疗方案的个体化选择、化疗疗效及预后的判断［27-28］。

五、结语

目前关于NSCLC中βⅢ-tubulin的表达与抗微管类药物耐药相关性的研究中，大多数结果支持βⅢ-tubulin的表达与抗微管类药物耐药呈正相关，且与预后呈负相关。但这些研究几乎均是回顾性研究，尚需大样本前瞻性随机对照临床试验的结果支持。

随着功能性基因组学的发展，研究者对肿瘤发生和肿瘤治疗的机制有了更深层次的认识，这使得对每一个肺癌患者选择最佳最适合的治疗方案成为可能。个体化化疗在NSCLC治疗中已经显示出良好的效果和应用前景，给肿瘤治疗带来了曙光，这将是肿瘤化疗的发展方向。只有在肿瘤分子标志物与肿瘤生物学特性方面继续不断地探索以获得更多的循证医学证据，才能指导治疗以实现个体化治疗的飞跃。

1 钱桂生.肺癌不同病理类型发病率的变化情况及其原因［J］.中华肺癌疾病杂志:电子版，2011，4(1):1-5.

2 Sève P，Dumontet C.Chemoresistance in non-small cell lung cancer［J］.Curr Med Chem Anti cancer Agents，2005，5(1):73-88.

3 Sève P，Dumontet C.Is classⅢ beta-tubulin a predictive factor in patients receiving tubulin-binding agents?［J］ .Lancet Oncol，2008，9(2):168-175.

4 Verdier-Pinard P，Wang F，Martello L，et al.Analysis of tubulin isotypes and mutations from taxol-resistant cells by combined isoelectrofocusingand mass spectrometry［J］.Biochemistry，2003，42(18):5349-5357.

5 Burkhart CA，Kavallaris M，Band Horwitz S.The role of β-tubulin isotypes in resistance to antimitotic drugs［J］.Biochim Biophys Acta，2001，1471(2):1-9.

6 Wehbe H，Kearney CM，Pinney KG.Combretastatin A-4 resistance in H640 human lung carcinomas demonstrates distinctive alterations in β-tubulin isotype expression［J］.Anticancer Res，2005，25(6B):3865-3870.

7 Kavallaris M，Burkhart CA，Horwitz SB.Antisense oligonucleotides to class Ⅲ β-tubulin sensitize drug-resistant cells to Taxol.［J］.Br J Cancer，1999，80(7):1020-1025.

8 Gan PP，Pasquier E，Kavallaris M.ClassⅢ beta-tubulin mediates sensitivity to chemotherapeutic drugs in non small cell lung cancer［J］.Cancer Res，2007，67(19):9356-9363.

9 McCarroll JA，Gan PP，Liu M，et al.betaⅢ-tubulin is a multifunctional protein involved in drug sensitivity and tumorigenesis in non-small cell lung cancer［J］.Cancer Res，2010，70(12):4995-5003.

10 Rosell R，Scagliotti G，Danenberg KD，et al.Transcripts in pretreatment biopsies from a three-arm randomized trial in metastatic non-smallcell lung cancer［J］.Oncogene，2003，22(23):3548-3553.

11 Sève P，Mackey J，Isaac S，et al.Class Ⅲ beta-tubulin expression in tumor cells predicts response and outcome in patients with non–small cell lung cancer receiving paclitaxel［J］.Mol Cancer Ther，2005，4(12):2001-2007.

12 Dumontet C，Isaac S，Souquet PJ，et al.Expression of classⅢ beta tubulin in non-small cell lung cancer is correlated with resistance to taxane chemotherapy［J］.Bull Cancer，2005，92(2):E25-E30.

13 Azuma K，Sasada T，Kawahara A，et al.Expression of ERCC1 and classⅢbeta-tubulin in non-small cell lung cancer patients treated with carboplatin and paclitaxel［J］.Lung Cancer，2009，64(3):326-333.

14 Azuma K，Sasada T，Kawahara A，et al.Expression of ERCC1 and classⅢbeta-tubulin in non-small cell lung cancer patients treated with a combination of cisplatin/docetaxel and concurrent thoracic irradiation［J］.Cancer Chemother Pharmacol，2009，64(3):565-573.

15 杨俊全，高献书，刘宏侠，等.Ⅳ期非小细胞肺癌组织βⅢ-tubulin表达与紫杉类化疗耐药相关［J］.第四军医大学学报，2008，29(10):930.

16 Hayashi Y，Kuriyama H，Umezu H，et al.ClassⅢ beta-tubulin expression in tumor cells is correlated with resistance to docetaxel in patients with completely resected non-small-cell lung cancer［J］.Intern Med，2009，48(4):203-208.

17 Wang LF，Yin HT，Qian XP，et al.beta-Tubulin Ⅲ mRNA expression and docetaxel sensitivity in non-small cell lung cancer［J］.Clin Invest Med，2009，32(6):E278.

18 Rosell R，Scagliotti G，Danenberg KD，et al.Transcripts in pretreatment biopsies from a three-arm randomized trial in metastatic non-smallcell lung cancer［J］.Oncogene，2003，22(23):3548-3553.

19 Gan PP，Pasquier E，Kavallaris M.ClassⅢ beta-tubulin mediates sensitivity to chemotherapeutic drugs in non small cell lung cancer［J］.Cancer Res，2007，67(19):9356-9363.

20 王 峻，蒲骁麟，俞明峰，等.β-tubulin-Ⅲ基因的表达与长春瑞滨治疗非小细胞肺癌疗效关系的研究［J］.临床肿瘤学杂志，2008，14(3):205-208.

21 Sève P，Isaac S，Trèdan O，et al.Expression of class Ⅲ betatubulin is predictive of patient outcome in patients with non-small cell lung cancer receiving vinorelbine-based chemotherapy［J］.Clin Cancer Res，2005，11(15):5481-5486.

22 Sève P，Lai R，Ding K，et al.ClassⅢ beta-tubulin expression and benefitfrom adjuvantcisplatin /vinorelbine chemotherapy in operable non-small cell lung cancer:analysis of NCIC JBR.10［J］.Clin Cancer Res，2007，13(3):994-999.

23 Hirai Y，Yoshimasu T，Oura S，et al.Is classⅢ beta-tubulin a true predictive marker of sensitivity to vinorelbine in non-small cell lung cancer?Chemosensitivity data evidence［J］.Anticancer Res，2011，31(3):999-1005.

24 Reiman T，Lai R，Veillard AS，et al.Cross-validation study of classⅢbeta-tubulin as a predictive marker for benefit from adjuvant chemotherapy in resected non-small-cell lung cancer:analysis of four randomized trials［J］.Ann Oncol，2012，23(1):86-93.

25 沈 红，蔡健康，沈 立，等.晚期非小细胞肺癌β-微管蛋白Ⅲ表达与抗微管药敏感性Meta分析［J］.循证医学，2011，11(2):102-106.

26 Zhang HL，Ruan L，Zheng LM，et al.Association between classⅢβ-tubulin expression and response to paclitaxel/vinorebine-based chemotherapy for non-small cell lung cancer:a meta-analysis［J］.Lung Cancer，2012，77(1):9-15.

27 Joerger M，deJong D，Burylo A，et al.Tubulin，BRCA1，ERCC1，Abraxas，RAP80 mRNA expression，p53/p21 immunohistochemistry and clinical outcome in patients with advanced non small-cell lung cancer receiving first-line platinum-gemcitabine chemotherapy［J］.Lung Cancer，2011，74(2):310-317.

28 Kang CH，Jang BG，Kim DW，et al.Differences in the expression profiles of excision repair crosscomplementation group 1，x-ray repair crosscomplementation group 1，and betaⅢ-tubulin between primary non-small cell lung cancer and metastatic lymph nodes and the significance in mid-term survival［J］.Thorac Oncol，2009，4(11):1307-1312.