肿瘤多药耐药性机制研究进展

关辉

肿瘤多药耐药性机制研究进展

关辉

多药耐药性是导致肿瘤在化疗治疗过程中失败的主要因素之一。本文从以下两个方向阐述产生多药耐药性的原因：（1）细胞因素如ATP结合盒式蛋白、凋亡调控基因、DNA修复机制及异常的信号通路。（2）细胞所处环境生理因素如肿瘤组织间隙液压及缺氧和细胞外低PH。

多药耐药多药耐药性；ATP结合盒式蛋白；凋亡

近年来，恶性肿瘤的发病率和死亡率一直成上升的趋势，严重威胁着人类的健康和生命。目前，化疗仍是针对恶性肿瘤的有效治疗方法之一。患者在化疗过程中产生的多药耐药是导致化疗失败的主要原因之一。据美国癌症协会估计，90%以上的患者均死于不同程度的耐药。多药耐药性（MDR）是指对一种药物具有耐药性的同时对其他结构不同，作用靶点不同的抗肿瘤药物也具有交叉耐药性。近年来，抗肿瘤MDR的研究日益受到重视。本文综述MDR产生机制研究的新进展，旨在为制定恶性肿瘤防治策略提供参考。

1 细胞因素

1.1 ATP结合盒式蛋白(ATP-bindingcassette transporter，ABC)介导的多药耐药性 ABC是较为古老和庞大的一类蛋白家族，是一类ATP驱动泵，由2个跨膜结构域及2个细胞质ATP结合域组成。ATP结合盒式蛋白成员之间有着很多的共性，比如相似的物质转运功能和相似的结构。ATP结合盒式蛋白可以帮助细胞排出进入肿瘤细胞的药物，从而降低化疗药物在细胞内的浓度，从而达到多药耐药性的作用。

1.1.1 P-糖蛋白（P-glycoprotein P-gp） P-gp是一种位于细胞膜上的ATP依赖性膜转运蛋白，受ATP分子能量驱动，P-gp可将结构和功能不同的化合物泵出细胞外，如抗癌药物(长春新碱、阿霉素)、细胞毒药物(秋水仙碱、嘌呤霉素)、钙通道阻滞剂(维拉帕米)、免疫抑制剂(环孢素A、FK 506)等化合物。因此会导致患者体内细胞内药物浓度的下降，导致细胞内药物浓度低于杀死细胞的阈值，造成细胞多药耐药性的产生[1]。此外，P-gp还可以抑制患者体内肿瘤细胞的凋亡。相关的研究显示，P-gp可通过对caspase-3以及caspase-8的裂解激活的抑制，对caspase以来的细胞的凋亡进行抑制[2]。

1.1.2 多药耐药性相关蛋白（multi-drug resistance associated protein，MRP） MRP和P-gp同为ATP依赖性膜转运蛋白超家族成员，但MRP的“药泵”作用与P-gp不存在协同的关系，MRP特异性的转运底物是胞内和还原型谷胱甘肽(GSH)共轭结合所形成的化疗药物。研究表明，在谷胱甘肽(GSH)存在时,可以在膜囊泡中检测到MRP 1对长春新碱、鬼臼乙叉苷、足叶乙苷、甲氨蝶呤、阿霉素、盐酸米托蒽醌等药物的转运并使细胞表现出多药耐药性[3]。同时，MRP 1转运的底物还有喜树碱的衍生物、伊立替康及其活性代谢物、氟他胺及其活性代谢产物羟基氟他胺等[4]。

1.1.3 乳腺癌耐药蛋白(BCRP/ABCG 2) 1998年Doyle等[5]医学研究者应用RNA指纹法将一段高表达的乳腺癌耐药蛋白从乳腺癌细胞系MCF-7／AdrVP克隆出来，该实验显示乳腺癌耐药蛋白BCRP和MCF-7／AdrVP细胞的多药耐药性有关。乳腺癌耐药蛋白BCRP蛋白分子上有6个跨膜区的结合点位以及1个ATP的结合位点，同样能够以“药泵”的形式减少细胞内ATP依赖性药物的积蓄而产生耐药性[6]。近年来相关的研究报道显示，乳腺癌耐药蛋白BCRP在白血病、消化系统肿瘤、子宫内膜癌、肺癌以及黑色素瘤等多种恶性肿瘤的多药耐药性中扮演者重要的角色[7]。肿瘤细胞中乳腺癌耐药蛋白ABCG 2高表达可以特异性地转运多种抗肿瘤药物，比如甲氨蝶呤、米托蒽醌以及喜树碱等，该因素是导致肿瘤细胞产生耐药性的重要因素[8]。

1.2 凋亡调控基因介导的多药耐药性 细胞凋亡也可以成为程序性细胞死亡。细胞凋亡是细胞在一定的生理状态下或者病理状态下，遵循细胞自身所具有的程序，自我结束自身生命的一个过程，最后细胞会脱落离体或者裂解成为若干个凋亡的小个体，这些脱落离体和凋亡的小个体最终会被其他的细胞所吞噬。目前为止，较为清楚的细胞凋亡过程中的信号传递系统主要有细胞凋亡的膜受体通路和细胞色素C释放和caspases激活的生物化学途经。这两条途径是相互关联的，有时候是同时进行的。目前为止，大多数化疗药物杀死杀伤肿瘤细胞的原理是诱导细胞凋亡。所以细胞凋亡受抑或者细胞凋亡逃逸被怀疑是造成细胞产生多药耐药性的原因。凋亡抑制因子IAPs、突变p 53基因、核因子NFκB、肿瘤坏死因子（TNF）、Bcl-2基因等和细胞凋亡过程中有关的基因或者因子等均与肿瘤细胞的耐药性有关。

目前为止，研究较为深入的和细胞凋亡相关的基因是BCL-2蛋白基因家族。当今能够鉴定出来的BCL-2蛋白基因家族高达20多种，根据BCL-2蛋白在细胞凋亡中所产生的作用可以将它们分为抗凋亡BCL-2蛋白和促凋亡BCL-2蛋白另种，前者主要包括10个多个蛋白种类，例如Bcl-xL、Bcl-2、和Bcl-1等，后者主要包括Bak、Bax、和Bid等10多个蛋白种类。这些BCL-2蛋白之间的相互作用对于细胞的生存和凋亡起着重要的作用[9]。相关研究显示，Bcl-2蛋白的过度表达是造成细胞产生多药耐药性的主要因素[10]。Bax是凋亡促进基因的代表，Bax通过与Bcl-2形成异二聚体而抑制Bcl-2的功能。Bax蛋白的过度表达会诱导多种肿瘤细胞的凋亡，反之则导致细胞产生耐药性[11]。

p 53基因是一种与肿瘤发生发展相关的抑癌基因,野生型的p 53基因的抗肿瘤作用主要有细胞周期阻滞、对G 1和G 2/ M期校正点的监测以及对细胞凋亡的促进、对基因组稳定的维持和对肿瘤血管生成过程的抑制，当野生型的p 53基因发生突变的时候，会阻滞细胞凋亡的调控作用,进而使肿瘤细胞对所应用的化疗药物产生耐药性。另外，部分突变的p 53基因具备获得性功能，获得性功能会导致肿瘤的发生和对化疗抵抗，进而会造成多药耐药性的发生。而p 53基因缺失型突变则完全失去其蛋白功能[12]。Metzinger等[13]发现，用紫杉醇和顺铂长期刺激的卵巢癌细胞表现出多药耐药性，这一现象与高表达的突变型p 53密切相关。

凋亡抑制因子（IAPs）是一类高度保守的内源性抗细胞凋亡因子家族，有研究报道，在肺癌、胰腺癌和肾癌中IAP家族蛋白高表达均与与其耐药性相关[14-15]。近年来，作为细胞凋亡抑制蛋白家族(IAP)的成员之一，对Survivin(生存蛋白)的研究成为焦点。Survivin可以通过两种途径抑制细胞凋亡：（1）通过抑制多种因素如P 53、caspases等诱导的细胞凋亡。（2）通过促进细胞分裂而抑制细胞凋亡[16]。Byun等[17]最近研究报道，过度表达的Survivin可提高肿瘤的分级以及低复发的生存率。

1.3 DNA修复机制介导的多药耐药性 DNA是很多化疗药物抑制肿瘤细胞生长的重要靶点，DNA的复制功能和转录功能会因为损伤而受到直接的影响，造成细胞的增殖和分裂受到抑制。细胞内的DNA聚合酶、核酸内切酶和DNA连接酶等构成了细胞内的DNA损害修复机制，这些蛋白酶的合成数量在肿瘤细胞中的增长会再一定程度上增强肿瘤细胞DNA的修复机制，使抗癌药物的作用在一定程度上被减弱，导致细胞产生耐药性。通常细胞DNA修复的途径主要有核苷酸切除修复（NER）、逆转修复、碱基切除修复（BER）、错配修复（MMR）和双链断裂（DSB）的修复等。

DNA的逆转修复与其中的O 6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶有着密切的关系。作为一种高效的DNA，MGMT可以直接移除细胞DNA序列中由烷化剂所产生的O 6－烷基鸟嘌呤，直接修复酶，起到保护细胞免受烷化剂损害的作用。所以，MGMT失活或者活性降低可能影响机体对烷化剂类抗肿瘤药物的敏感性，导致细胞产生多要耐药。近年来，学者LavonI等[18]在关于人脑胶质瘤细胞株中的报道，NF-κB可诱导MGMT蛋白的高表达,使细胞株对烷化剂产生耐药性。

NER途径主要是修复由细胞DNA加合物、嘧啶二聚体或者DNA链之间的交联所造成的细胞DNA双螺旋结构的损害。它是一种涉及到20多药蛋白质的复杂的修复途径。这种机制主要引起细胞对铂类化合物和烷化剂的耐药性。通过NER途径参与修复的蛋白质中，切除修复交叉互补蛋白1（excision repairrecross-complementing 1，ERCC 1）值得特别一提。Li W等[19]研究报道用顺铂治疗黑色素瘤，通过丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途径使ERCC 1的表达增加，增强了其耐药性。

作为人体细胞中所存在的，能识别DNA碱基错配并对其进行修复的的安全保障系统，MMR具有两种功能，即辨识细胞DNA受损的功能和诱导细胞凋亡的功能，因此，如果MMR系统被下调，肿瘤细胞对某些化疗药物的敏感性会受到影响，导致DNA损伤的化疗药物的敏感性更容易受到影响，比如顺铂。进而造成细胞耐药性的产生[20]。DNA双链断裂（DSBs），作为最严重的细胞基因组DNA损伤形式，细胞主要是通过对同源重组修复（HR）和非同源末端连接（NHEJ)通路的激活对损伤进行修复。修复机制的加强会再一定的程度上导致抗癌药物的作用减弱，造成细胞耐药性的产生。

1.4 多药耐药性在信号通路异常介导中的表达 细胞多药耐药性主要是由于PI 3K/Akt通路及NF-κB信号转导通路激活所造成的。作为磷脂激酶家族中的主要成员，磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol-3 kinase，PI 3K)有着重要的作用。Akt癌基因编码的蛋白质具有丝/苏氨酸激酶活性,激活NF-κB、mTOR，抑制caspase的活化和p 53的表达，诱导细胞周期相关DNA基因的转录，通过这种方式，PI 3K/Akt可以在细胞骨架的生成过程和细胞凋亡以及增值的过正中起到重要的作用。

NF-κB是一类核转录因子家族，在生理状态下，胞质中的拮抗亚基IκB和NF-κB可以结合成为一种无活性的复合体。复合体释放出的活化信号诱导NF-κB能够进入细胞核，调节因靶基因的转录而引起的肿瘤细胞增殖和凋亡抑制作用。PI 3K/Akt的通路抑制剂LY 294002可以通过抑制NF-κB转录因子的活性对部分ERK/MAPK的通路进行抑制，p 53基因的转录激活与此同时得到促进，进而增加白血病细胞对于阿糖胞苷以及依托泊苷等抗肿瘤药物的药物敏感性[21]。

MAPK信号通路作为信号传递网络中的重要途径之一，在细胞凋亡及生存中发挥重要作用，其中最主要的通路有细胞外信号调节激酶（ERK）、c-Jun N-末端激酶（JNK）及p 38 激酶同工酶。近来研究发现，MAPK信号转导通路与肿瘤耐药的产生有密切关系。ERK作用机制可能是通过调控耐药相关基因和蛋白的表达。Kisucka等[22]发现小鼠白血病细胞株L 1210/VCR多药耐药性与ERK持续激活相关。

2 生理因素

近年来，由肿瘤所处的生理环境引起的多药耐药性越来越受到人们的关注。目前研究涉及的因素主要有较高的肿瘤组织间隙液压(IFP)、缺氧以及细胞外较低的pH。这些因素是相互关联并相互影响的。

2.1 IFP 在正常的组织中，血管的生成是在促血管生长因子和抗血管生成因子的协同作用下完成的。这种形成的血管是高度有序的且能有效满足组织对于营养和氧气的需求在正常组织中，淋巴系统可以将组织间质夜及代谢产物排泄掉。然而，在实体肿瘤中，血管因子之间的平衡被打破，导致无序的血管网络的发生。这些异常的特性生成了渗漏的血管和不规则的液流。由于通透性的改变以及淋巴系统的导流不畅，相对正常组织间隙压，肿瘤组织间隙液压增高。研究报道，IFP升高与实体肿瘤的多要耐药密切相关。很多化疗药物是通过静脉给药的，因此它们依赖于体循环到达肿瘤靶组织，不规则的肿瘤血管和高IFP阻碍了药物的运输[23-24]。

2.2 缺氧和细胞外低PH 可以通过多种途径导致肿瘤的多药耐药性，有些化疗药物如环磷酰胺、铂类、多柔比星等是氧依赖性的化疗药物，当细胞局部缺氧，其对肿瘤的杀伤作用将会减弱；缺氧可以导致细胞基因组和蛋白组表达的异常，如缺氧可以通过诱导硫蛋白来降低铂类化合物对DNA的损伤，缺氧也可激活缺氧诱导因子hypoxia inducible factor(HIF)家族活性，通过与HRE结合，启动下游MDR 1转录，介导由p-gp引起的多药耐药性[25]。缺氧会导致诱导基因的突变（比如P 53基因的突变）[26]，同时导致细胞基因的不稳定性和细胞基因的异质性的增加，造成细胞耐药性的产生；另外，肿瘤缺氧往往还会伴随有血液流变学的不良变化，导致一些抗肿瘤药物在半衰期内无法从血管弥散到肿瘤细胞，肿瘤局部药物浓度低，使肿瘤细胞免遭破坏[27]。

与正常细胞相比,肿瘤细胞具有细胞外低pH值、细胞质内高pH值的特点。另外，人体细胞内的多种囊泡状细胞器中也会存在肿瘤酸化。肿瘤酸化所引起的肿瘤耐药性的主要因素首先是因为“离子俘获”。目前为止，临床应用的大部分化学肿瘤治疗药物都是弱碱性的,这些药物分子在人体细胞外的酸性环境中会大量质子化，导致弱碱性抗肿瘤药物在肿瘤细胞中的聚集被抑制[28]。某些化疗药物需要胞内酸化来诱导细胞凋亡，肿瘤细胞异常pH梯度降低了进入胞内药物的细胞毒效应[29]。低PH还可以通过上调P-gp表达来实现多药耐药性[30]。

肿瘤细胞异常的pH梯度会导致抗肿瘤化学药物被隔离在酸性区的室内，还会导致p-糖蛋白的活性和表达的上调，结果造成抗肿瘤化学药物因无法到达肿瘤细胞内的靶点而难以发挥作用，导致肿瘤细胞对化学药物产生耐药性。有研究报道，体内和体外实验都显示低pH有助于肿瘤细胞形成多药耐药性[31]。

3 小结

肿瘤多药耐药性形成的机制异常复杂，除却论文中所阐述的几种造成肿瘤多药耐药性的机制以外，微量元素水平、机体种酶活性的改变以及激素水平等因素也会影响到肿瘤的耐药性。另外，不同的肿瘤细胞对于同一种化学治疗药物所产生的耐药机制可能不同，同一种肿瘤细胞的多药耐药性则可能是由于多种机制的共同介导所造成的。相信随着今后对多药耐药性机制的不断深入研究，一定会为克服肿瘤多要耐药提供更多的思路和途径。

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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 昆明医科大学 （关辉）