肿瘤多药耐药研究进展（课件幻灯）

肿瘤多药耐药研究进展 前 言（一） 肿瘤细胞对抗癌药物产生耐药性是肿瘤化疗失败的 主要原因。肿瘤细胞的耐药可分为内在性和获得性 耐药。内在性耐药是指肿瘤细胞固有的对化疗不敏 感（如结肠癌和非小细胞肺癌）；获得性耐药是指 肿瘤细胞初始对化疗药物敏感，但经过数个疗程的 进一步治疗后，疗效逐渐下降，最后至肿瘤复发。 产生耐药性的因素很多：如细胞的增殖状态、实体 瘤的环境如局部血管通路及药物透过组织的能力受 限、遗传及药理学因素、肿瘤的异质性等等。耐药 性的机制十分复杂，不同药物耐药机制不同，而同 前 言（二） 一药物又可有多种耐药机制。如烷化剂和顺铂通过 与DNA形成交叉联结破坏DNA双链，导致细胞损伤 。而对这些药物耐药的细胞可存在多种耐药机制： 如肿瘤细胞摄取药物的能力降低；药物活化减低； 药物与DNA形成的加合物的去除增加及DNA修复增 加；与巯基化合物（谷胱甘肽）结合输出细胞外等 等。再如对天然和半合成化合物如VP16或ADM耐药 的机制主要是促进药物从细胞内外流或拓扑异构酶 活性降低等等。多药耐药性（multidrug resistance MDR) 是指肿瘤细胞对一种抗肿瘤药物产生抗药性的同时 ，对 前 言（三） 结构和作用机制不同的抗肿瘤药物产生交叉耐药性 。典型的MDR指针对天然来源的抗癌药物如阿霉素 （ADM）、柔红霉素（DNR）、长春新碱（VCR）、长 春花碱（VLB）、秋水仙碱（CLC）、紫杉醇（Paclitaxel ）、依托泊甙（VP16）、替尼泊甙（VM-26）等产生的 交叉抗药性。MDR是肿瘤化疗失败的主要原因，也 是肿瘤化疗急待解决的问题。MDR形成机制十分复 杂，肿瘤细胞可通过不同途径导致MDR产生。单个 MDR细胞可同时存在多种抗药性的机制。一种或多 种机制联合作用均可导致MDR产生。 第一节 多药耐药的产生和生物学特征 （分子机制） 肿瘤多药抗药性的产生原因十分复杂，与细胞 膜有关的主要因素有P-糖蛋白（P-gP），多药抗 药性相关蛋白（MRP），肺多药抗药性相关蛋 白（LRP）等；与细胞质、细胞核有关的主要因 素有拓朴异构酶（Topo）、蛋白激酶C（ PKC）、谷胱甘肽氧化还原系统（谷胱甘三肽 GSH、谷胱甘肽S转移酶GST、谷胱甘肽过氧化 物酶GSHPX）、金属硫蛋白等，但最重要、最 常用的是P-gP介导的多药抗药性，也称典型 MDR。见表1： 表1 介导MDR产生的主要原因 与细胞膜有关的素与细胞质/核有关的因素 P-gP（P170） PKC MRP1(P190) Topo C-Moat（MRP2,p190） GSH， GST MT LRP（P110） IAP、BCl-2、P53等 第一节 多药耐药的产生和生物学特征 （分子机制） 一、细胞膜蛋白质与MDR （一）P-gP与MDR （二）与MDR相关的其他膜蛋白 二、细胞质、细胞核蛋白质与MDR （一）PKC与MDR （二）拓扑异构酶（topoisomerase，Topo）与MDR （三）金属硫蛋白、谷胱甘肽、谷胱甘肽-S-转移酶与MDR （四）DNA修复与MDR 一、细胞膜蛋白质与MDR 在MDR细胞膜上最常见的变化是P-糖蛋白 (Permeabilily glycoprotein，P-gP)的过度表 达，此外尚有其他膜蛋白变化的报道 （一）P-gP与MDR （二）与MDR相关的其他膜蛋白 1970年Biedle和Riehm用P388白血病细胞等与更生 霉素（Actinomycin ACD）接触培养，观察到肿 瘤细胞不但对ACD耐药，而且对结构不相似的药 物，如柔红霉素（DNR）和长春花碱（VLB）也 产生耐药，从而首先发现了MDR现象。 1976年Ling等首先用中国仓鼠卵巢细胞(CHO)使 其对秋水仙碱耐药,观察到具有MDR表型的CHO 细胞内药物积累均要发生障碍，并且细胞膜上有 一种相对分子质量170KD的糖蛋白过渡表达 。 （一）P-gP与MDR Ling认为，P-gP引起MDR的论据有： P-gP过度表达与MDR相关。抗药细胞常过度表达 P-gP，而对应的药物敏感株和逆转的细胞株都无 P-gP表达，P-gP表达水平与耐药程度有关。 许多不同的MDR细胞系都有不同程度表达P-gP 的MDR基因扩增。 将具有MDR的仓鼠基因组cDNA转移给药敏的小鼠 细胞，可使其获得MDR的表型。用种属特异性的 P-gP。 抗体检测发现，赋予了MDR表型的小鼠细胞表达的 是仓鼠P-gP，内源性P-gP无过表达。因此， P-gPcDNA转染实验也表明MDR表型是P-gP过度 表达的结果。 P-gP作为保守的膜整合蛋白，具有ATP依赖的膜泵 结构特点，它的过度表达能解释MDR细胞中药物积 累下降。 1. 表达P-gP的MDR基因家族 在哺乳动物中，MDR基因是一个小的基因家族， 在人类基因中，它含有2个基因MDR1和MDR2； 1. 在 啮齿类由3个基因组成，MDR1、MDR2、 2. MDR3（见表2）。 3. （一）P-gP与MDR 表2 MDR基因家族成员谱 种 属 类 型 人MDR1无MDR2 鼠MDR3MDR1MDR2 仓鼠PgP1PgP2PgP3 2. PgP的结构特点与生理功能 (1) PgP结构特点 （一）P-gP与MDR 2. PgP的结构特点与生理功能 (1) PgP结构特点 (2) P-gP生理功能 3.PgP与MDR 当肿瘤细胞长期接触抗癌药物，MDR1基因被诱 导而扩增，并大量表达P-gP。与P-gP有关的MDR 一般称为典型MDR，易引起典型MDR的药物一 般是天然来源和疏水性药物如阿霉素（ADM）和 长春花生物碱（VLB），也包括一些合成药物如 米托蒽醌（MX）。 （一）P-gP与MDR 1.多药耐药性相关蛋白 （Multidrug resistance related Protein, MRP） （二）与MDR相关的其他膜蛋白 DDP外排 DDP积累减少 药 泵 cMoat DDP+ GSHr GCS GS+DDP DDP-DNA 2. 肺耐药蛋白基因及其编码的肺耐药蛋白(Lung resistant Protein，LRP ) 1993年Scheffer从一株人PgP阴性耐ADM的非小 细胞性肺癌细胞株中分离出另一种新的基因， 1995年克隆成功。该基因位于16号染色体F13区 1带与P11区2带区，编码分子质量为110KD的蛋 白质，称为肺耐药蛋白 (LRP) 3. P95 4. P70P100 （二）与MDR相关的其他膜蛋白 表3 MDR细胞膜蛋白变化 类 型变 化对抗药性影响 P-gP过度表达ATP依赖性外排源有关 MRP1-7过度表达 同上有关 LRP过度表达同上有关 P95表达增加膜糖蛋白？ P70-P100表达下降 同上？ 二、细胞质 细胞核蛋白质与MDR 近来，在MDR细胞中，除与膜蛋白表达异常有关 外，尚有细胞质、细胞核中蛋白质（肽）变化的 报导。如表4所示。 表4 MDR胞质与细胞核蛋白的变化 类 型变 化对抗药性影响 蛋白激酶C（PKC）升高有关 谷胱甘肽（GSH）升高 有关 谷胱甘肽硫转移酶（GSHST ） 升高有关 谷胱甘肽过氧化物酶（ GSHPX） 升高未确定 金属硫蛋白（MT）升高未确定 DNA拓扑异构酶(Topo ) 降低有关 二、细胞质 细胞核蛋白质与MDR （一）PKC与MDR （二）拓扑异构酶（topoisomerase Topo） 与MDR （三）金属硫蛋白，谷胱甘肽、谷胱甘肽-S-转移 酶与MDR 1. 谷胱甘肽、谷肽甘肽-S-转移酶与MDR 2. 金属硫蛋白与MDR （四）DNA修复与MDR （一）PKC与MDR PKC是一种Ca2+、磷脂依赖性蛋白激酶 ，其分子量为77KD83KD。抗ADM细 胞株表现出PKC细胞信号传导系统活性 增高，同时表现MDR，PKC可能通过 诱导MDR，基因过度表达和加速PgP磷 酸化而导致MDR的形成和发展。 （二）拓扑异构酶（topoisomerase Topo） 与MDR 与Topo有关的MDR称之为非典型的MDR（atypical MDR, at-MDR）。Topo是细胞增殖的重要细胞核酶类 ，它能引起DNA二维及三维结构改变，直接与基因表 达和DNA复制有关。现已发现Topo是数种化疗药物 的靶酶包括非嵌入性药物，如VP16、VM26及某些嵌入 性药物如ADM、Mx，如果细胞对其中一种药物耐药， 就可能对其他结构完全不同的药物产生交叉耐药。与 典型的MDR比较，非典型MDR细胞内药物浓度无变化 （积聚）。Mdr-1基因无过度表达，但细胞内TOPO 含量减少或性质发生改变。 （四）DNA修复与MDR 许多抗癌药物以DNA作为最终模板，通过多种途径引 起DNA损伤。细胞修复损伤的能力与MDR产生密切 相关。最常见的是亚硝脲类（如BCNU）可与DNA形 成单功能加合物，即O6-氯甲基鸟嘌呤，进而形成 DNA双链间交联发挥抗癌作用。细胞对亚硝脲类药物 产生耐药的机制，可能是在形成双功能烷化DNA加合 物之前，DNA修复蛋白质06-氯甲基鸟嘌呤甲基转移酶 （MGMT）将这种单加合物转移至受体分子的半胱氨 酸残端，从而将鸟嘌呤06位置上的单烷化基团去除， 受损的DNA得到迅速恢复。 第二节 克服肿瘤多药耐药研究进展 理论上，克服多药耐药性主要有两种途径，一是 寻找MDR的逆转剂与抗癌药物合用，恢复MDR细胞 对抗癌药物的敏感性；二是开发对MDR细胞不具 有抗药性的新抗癌药物。 （一）逆转剂的研究进展 1第一代逆转剂（钙通道阻断剂、调钙素抑制剂、 蒽环类、环孢素A等） 2第二代MDR逆转剂 3第三代MDR逆转剂 （二）生物制剂逆转MDR （三）MDR凋亡抗性及其逆转的研究 （一）逆转剂的研究进展 目前，作为MDR的逆转剂尚未开发成功，由于MDR产生 的原因十分复杂，近年来人们针对肿瘤细胞的不同耐药 机制开展了一系列克服耐药的实验和临床研究。一般认 为，对P-gP介导MDR有效的逆转剂，对MRP、LRP介导 的MDR也可能有效，但也有其特异性逆转剂，因此以P- gP介导的MDR逆转剂研究报导最多。 与P-gP有关的MDR逆转 研究表明逆转P-gP有关的MDR 有以下途径：使用对MDR细胞敏感的药物；使用能抑制P -gP功能的药物；使用免疫治疗药物；抑制MDR1基因表 达高剂量化疗。 （一）逆转剂的研究进展 1第一代逆转剂（钙通道阻断剂、调钙素抑制剂、蒽 环类、 环孢素A等） 维拉帕米 环孢素类 2第二代MDR逆转剂 许多激素及激素类似物在体内外均能逆转MDR 托瑞米芬（toremifene） PSC833（Valspodar） 3第三代MDR逆转剂 表5 MDR逆转剂的研究进展 逆转剂 药物名称体外体内 临床应用 抗癌药物 血药动力学 第一代 VRP, 环胞霉素A等 有效无效无效有影响 第二代三苯氧胺，PSC833 ，VX-710 有效有效 部分有效 有影响 第三代 S9788 OC144-093等 有效有效有效无影响 （二）生物制剂逆转MDR 人们制备了针对PgP的单克隆抗体MRK-16， JSB-1，HYB241及针对PgP高亲和力的短肽链等 能特异地与PgP结合并抑制其活性和功能，并有 抗P-gP/CD3微型双功能抗体在体外试验中获得成 功。细胞因子HCT15、肿瘤坏死因子、干扰素对 MDR1基因表达也有影响，可使mdr-1表达下调而 逆转MDR。还有学者在体外试验中用反义技术逆 转MDR获得成功。但以上均未开展临床