喜树碱类抗抑瘤药物的研究进展

喜树碱类抗抑瘤药物的研究进展

吉树碱药物可以阻止异构酶i的恢复效果，这是近年来引起世界关注的肿瘤药物研究的一个新方向。这是20世纪90年代使用的三种抗肿瘤药物。但随着喜树碱类药物在临床上的广泛应用,出现了对喜树碱及其衍生物耐药甚至对其他抗肿瘤药物交叉耐药的肿瘤细胞,严重影响了喜树碱类药物的开发和应用。本文就喜树碱类药物的作用机理、耐药机制及可能的逆转途径的研究进展进行综述。1双链dna的超螺旋复制DNA拓扑异构酶(topoisomeraseⅠ,TopoⅠ)是生物体内广泛存在的一类必需酶,参与DNA复制、转录、重组和修复等所有关键的核过程,是细胞生存的必需酶。人TopoI为单体酶,是由765个氨基酸组成的分子量约为91KD的蛋白质,定位于第20号染色体。正常情况下,双链DNA处于一种高度卷曲的超螺旋状态,在进行复制时,这种高度卷曲的超螺旋状态首先需要解旋,然后才能通过碱基配对,完成DNA的复制。解旋的工作就是由DNA拓扑异构酶来完成的。TopoI能使双链DNA产生短暂的单链断裂,并与之形成TopoI-DNA共价中间物而使超螺旋DNA松驰化,然后再将切断的单链DNA连接起来,此时超螺旋DNA解旋,酶从DNA上分离开来,解旋后的DNA更容易进入转录装置,然后进一步进行复制。多种肿瘤细胞TopoI的含量远高于正常细胞,是选择性抗肿瘤药物的理想作用靶点。2药物与cpt的相互作用喜树碱(camptothecin,CPT)主要来源于我国特有的植物珙桐科喜树,1966年由Wall等首次从我国引种的喜树干中分离得到,并最早报道其具有抗癌活性。但直到1985年,Hsiang等揭示了喜树碱抑制拓扑异构酶I(TopoI)的新作用机制,该药才引起了国内外医药界的极大重视,并成为世界性研究热点。目前已经上市并用于临床抗癌治疗的喜树碱类药物有拓扑替康(TPT)、伊立替康(CPT-11)、10-羟基喜树碱(HCPT)等,其中伊立替康为前药,在体内羧酯酶的作用下,转化成为高活性的代谢物SN-38。喜树碱类药物导致细胞死亡的直接原因是由于其S期细胞毒活性,使细胞终止在G2期。前面提到,TopoI可以与DNA形成一种可裂解的二元复合物TopoI-DNA,使DNA解旋,同时在DNA聚合酶的作用下进行复制,正常情况下,解旋与复制的速度是一致的。而CPT能与TopoI中的亲核部分相互作用,与TopoI-DNA断裂复合物可逆结合,形成药物-TopoI-DNA三元复合物,这种三元复合物是可逆的,本身并不会引起细胞的死亡,但CPT能稳定可裂解的复合物,继而抑制了DNA缺口的修复。当复制叉(replicationfork)运动到此处时,与CPT-TopoI-DNA三元复合物发生碰撞,由此造成复制过程的阻滞,DNA双链的断裂,且药物与断裂复合物的结合由可逆转变为不可逆,从而最终导致细胞的凋亡。处于S期的细胞DNA大量复制,与拓扑异构酶I抑制剂遭遇形成DNA复合体的机会增多,从而使DNA断裂点增多导致对喜树碱类药物诱导的凋亡最为敏感,约比G1或G2期细胞敏感1000倍。3喜树碱类药物作用特性肿瘤细胞对化疗药物的多药耐药问题是近年来研究的热点之一,癌症患者对化疗耐药常常是治疗失败的重要原因。其耐药机制主要包括:(1)药物转运蛋白的活化,如P-糖蛋白,能将细胞内药物排出细胞外;(2)药物活性减低或者药物的解毒作用增强,如谷胱甘肽硫转移酶(GSTπ);(3)化疗药物作用靶点的改变或损伤靶点的修复增强,如TopoIIα;(4)细胞凋亡的抑制和细胞周期的停滞,如P53、Bcl-2;等。随着喜树碱类药物在临床上的广泛应用,出现了对喜树碱及其衍生物耐药甚至对其他抗肿瘤药物交叉耐药的肿瘤细胞,严重影响了喜树碱类药物的开发和应用。目前,对TopoI抑制剂耐药机理及相关因素尚未阐明,大致可归纳如下:3.1耐药p-gp的机制在许多肿瘤细胞膜上存在着结构功能特异的跨膜蛋白,其依赖ATP供能,将化疗药物泵出到胞外,导致临床耐药。这些膜蛋白统称为ABC(ATP-bindingcassette)蛋白家族,包括最早发现的P-gp、多药耐药相关蛋白(MRP)以及乳腺癌耐药蛋白(BCRP)等。P-gp是分子量为170KD,由mdrl基因编码,引起多药耐药(MDR)现象的跨膜转运蛋白,CPT类药物引起的耐药是否与P-gp相关,目前还存在争议。Hendricks等研究表明P-gp过度表达所导致细胞内药物浓度下降是肿瘤细胞对喜树碱类抗肿瘤药物产生耐药性的重要原因,增加P-gp的调节剂喹啉丁或维拉帕米可使喜树碱类药物积聚和细胞毒作用增加。但也有学者认为,在喜树碱类抗肿瘤药物耐药的人卵巢癌或乳腺癌细胞中,药物高度耐药与P-gp无关。Doyle等首先在米托葱醒(MX)诱导的乳腺癌细胞中检测到BCRP的表达,将其命名为BCRP或MXR或ABCP,它是由655个氨基酸组成的分子量为72.6KD的蛋白质,定位于4q22染色体。大量研究显示肿瘤细胞BCRP过表达是CPT产生耐药的主要原因。BCRP主要定位于细胞膜上,在胎盘、中脑、毛细血管内皮等高表达,参与屏障保护作用。BCRP其功能与P-gp相似能在ATP供能状态下将有害物质泵出细胞外以保护细胞免受损害,仅在20min内,卵巢癌耐药株中被泵出到胞外的CPT超过90%。在TPT和MX直接筛选的卵巢癌耐药细胞株中,胞内TPT的浓度远远低于亲本细胞,且伴随着BCRP的过表达,而无P-gp、MRP的过表达,TopoI的表达水平也无变化。这说明TPT药物浓度降低是由于BCRP的泵出作用所致。此外,TianQ等报道MRP4的高表达也与喜树碱等化疗药物的耐药性密切相关。3.2关于引发tpt耐药的点近年来的研究证实,TopoI上氨基酸残基的突变是导致喜树碱耐药性产生的重要原因之一。应用x衍射技术分析药物-TopoI-DNA三元复合物,发现TopoI基因的722位密码子AAU突变为AGU后,编码的天冬酰氨酸突变为丝氨酸,影响了TopoI与TPT的内酰胺环羰基的结合而参与TPT耐药。TopoI是TopoI抑制剂的作用靶点,所以肿瘤细胞表达TopoI含量越高,TopoI抑制剂的胞毒作用越强,反之亦然。另有研究发现在TPT耐药的NYH/TPT细胞中,TopoI含量较亲代细胞减低50%。3.3免疫药物维持治疗后细胞中ndp-核糖基化的活性研究发现,一些耐药株DNA修复能力提高,多ADP-核糖聚合酶(PARP)是一种丰富的核酶,它的活性对DNA修复是十分必要。DNA损伤可强烈刺激PARP的活性,导致各种与核染色质联系的蛋白如组蛋白H1、DNA连接酶II、Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶、RNA聚合酶II、TopoI、TopoII及PARP自身的多ADP-核糖基化,从而修复损伤的DNA而产生耐药。另有资料显示肿瘤细胞内羧酸酯酶的活性降低,可引起伊立替康向其活性形式SN-38的转化受阻,从而导致对伊立替康耐药。此外,原癌基因c-erbB-2的过度复制、表达和基因突变也与喜树碱等化疗药物的耐药性有关,并可作为预测化疗敏感性的指标。4吉树碱药的耐药性的逆转4.1与其他化疗药配伍TopoI抑制剂单独用药疗效欠佳,且易产生耐药。由于TopoI抑制剂耐药细胞株多不对其他化疗药产生交叉耐药,故通过不同机制的化疗药物配伍,如与TopoII抑制剂、TAX、铂类、烷基抗癌药等联合应用可提高疗效并避免或减少耐药的产生。4.2cpt的药物代谢逆转肿瘤耐药成为国内外研究的热点之一,越来越多的学者特别关注胞内药物聚集减少所引起的CPT耐药,由于大量研究显示肿瘤细胞BCRP过表达是CPT产生耐药的主要原因,因此逆转BCRP药物外排泵作用机制已成为研究的CPT耐药热点。P-gP抑制剂GF120918可有效提高耐药株的胞内CPT浓度而逆转P-gP及BCRP介导的耐药,口服CPT同时口服GF120918,可使CPT的血浆生物利用度约增加6倍,大大提高了肿瘤细胞对CPT的敏感性。真菌毒素(FTC)也是有效的BCRP抑制剂,但FTC的神经毒性限制了其临床应用,而FTC的类似物Ko143不但有更强的逆转作用,而且不产生毒性作用。雌激素及其拮抗剂通过降低BCRP蛋白表达,增强TPT在细胞内聚集而逆转BCRP介导的耐药。此外,Yang等发现新生霉素也能逆转BCRP高表达的乳腺癌细胞对拓扑替康的耐药。4.3植物基因型采用网络冷却剂和中药逆转导剂的研究近年来,中医药逆转喜树碱耐药的研究日渐增多,中药逆转优势在于:毒副作用小、作用靶点多,某些中药成分逆转作用强;中药在逆转肿瘤耐药的同时,往往还具有抗肿瘤及调节免疫等功能,更能提高对肿瘤的整体治疗水平。最多见的方法是根据按现代医学对逆转耐药的研究成果,挖掘中药逆转剂,如从食物及植物中提取的类黄酮类物质如genistein、naringenin及acacetin等植物雌激素均可降低BCRP的表达,从而逆转BCRP过表达引起的细胞耐药,并增强SN-38对k562/BCRP的细胞毒性,使伊立替康在细胞内蓄积增加。从白芨的茎中提取出来的Stilbenoids可在转导了BCRP的k562细胞株(k562/BCRP)中增强SN-38的细胞毒性,而逆转喜树碱耐药。但目前尚没有一个中药逆转剂在临床大规模实验,亟待拓展新的研究思路和方法指导中医药逆转肿瘤耐药研究并开发出新的逆转肿瘤耐药的中药制剂。4.4抗基因微胞术基因治疗可以增加耐药细胞对药物的敏感性,并且具有较强的特异性和无毒性,为肿瘤耐药的逆转开辟了崭新的途径,优化了化学治疗,因而具有广阔的应用前景。EePL等将siRNA转染人绒毛膜癌细胞株后能显著降低细胞BCRP表达并使细胞对拓扑替康的敏感性分别增加了10.5和8.2倍。运用互补于耐药基因转录起始部位的反义寡聚脱氧核糖核酸传染表达耐药基因的细胞株后,也能明显提高耐药细胞株对药物的敏感性。研究表明单克隆抗体5D3可在细胞膜表面与BCRP结合,抑制BCRP向胞外转运药物,为逆转耐药提供了一条新思路。另有资料显示表达核酶的逆转录病毒载体转化耐药肿瘤细胞后也