膠質(zhì)瘤耐藥機(jī)制研究進(jìn)展

宗志濤,黃 燕,于 軍

(1九江市中醫(yī)醫(yī)院,江西九江 332000;2九江市第一人民醫(yī)院;3大連市中心醫(yī)院)

目前,化療是膠質(zhì)瘤治療的重要環(huán)節(jié),但化療耐藥嚴(yán)重影響了臨床效果。腫瘤耐藥機(jī)制復(fù)雜,與腫瘤細(xì)胞內(nèi)耐藥基因作用、多藥耐藥性(MDR)、腦腫瘤干細(xì)胞(BTSC)的增殖、DNA損傷修復(fù)能力異常等有關(guān)?，F(xiàn)就腦膠質(zhì)瘤耐藥機(jī)制的研究進(jìn)展情況綜述如下。

1 MDR

腫瘤MDR可能存在的分子機(jī)制有細(xì)胞膜藥物排流泵的主動(dòng)排出、機(jī)體解毒作用增強(qiáng)、腫瘤干細(xì)胞的作用等。

1.1 細(xì)胞膜藥物排流泵的主動(dòng)排出 目前,與細(xì)胞膜藥物排流泵的主動(dòng)排出的MDR蛋白中,P-糖蛋白(P-gp)、多藥耐藥相關(guān)蛋白(MRP)研究較透徹。

1.1.1 P-gp MDR基因包括MDR1與MDR 2。其中僅MDR 1產(chǎn)生耐藥表型,MDR 2的功能尚不清楚。MDR 1基因定位于染色體7q21.1,產(chǎn)物是相對(duì)分子質(zhì)量為 170 kD的跨膜磷脂糖蛋白,即為P-gp。P-gp過(guò)表達(dá)可引起藥物外排增加、滯留減少。P-gp與腦膠質(zhì)瘤惡性程度的關(guān)系尚存在爭(zhēng)議。Faria等[1]研究發(fā)現(xiàn)P-gp在低級(jí)別膠質(zhì)瘤中高表達(dá),而MRP1在Ⅲ、Ⅳ級(jí)膠質(zhì)瘤中高表達(dá)。Valera等[2]將幾種神經(jīng)上皮來(lái)源的小兒腦瘤細(xì)胞系加入長(zhǎng)春新堿短期培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)相比其他細(xì)胞系,膠質(zhì)瘤細(xì)胞系(SF188)中P-gp的mRNA表達(dá)水平減少。最近研究顯示,MDR 1基因的單核苷酸多態(tài)性(SNP)與其編碼的P-gp的活性密切相關(guān)。Schaich等[3]研究認(rèn)為,替莫唑胺介導(dǎo)的細(xì)胞毒性依賴(lài)于MDR1的表達(dá);并且通過(guò)對(duì) MDR 1基因型的多元性分析,發(fā)現(xiàn)在經(jīng)替莫唑胺治療的膠質(zhì)瘤患者中,MDR1外顯子12 C 1236T單核苷酸多態(tài)性是一種新的獨(dú)立預(yù)見(jiàn)性因素。

1.1.2 MRP 人類(lèi)MRP基因家族現(xiàn)已有9個(gè)成員,其中MRP1發(fā)現(xiàn)最早研究最深并且與多藥耐藥關(guān)系最密切。其基因產(chǎn)物是一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量為 190 kD的膜糖蛋白,氨基酸序列有15%與P-gp相同。作為藥物輸出泵,MRP能特異性轉(zhuǎn)運(yùn)疏水性的細(xì)胞毒藥物,并且對(duì)于不能直接轉(zhuǎn)運(yùn)的弱堿類(lèi)的抗癌藥物,可與谷胱甘肽結(jié)合成谷胱甘肽-S-共軛物轉(zhuǎn)運(yùn)泵(GST-X泵)對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。有學(xué)者[4]研究發(fā)現(xiàn),MRP1在人類(lèi)正常星形細(xì)胞瘤中表達(dá),其表達(dá)程度在原發(fā)和復(fù)發(fā)膠質(zhì)瘤中沒(méi)有顯著性差異,并認(rèn)為膠質(zhì)瘤的多藥耐藥是原發(fā)性的。Valera等[5]研究顯示,MRP1優(yōu)先表達(dá)于成神經(jīng)細(xì)胞瘤和室管膜瘤,MRP1基因的mRNA水平與其蛋白表達(dá)相關(guān)。

1.2 谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)的解毒作用 GST共有5個(gè)亞型,即GST-α、GST-μ、GST-π、GST-δ、GST-θ,20余種同工酶GST主要與化療藥物結(jié)合,參與生理解毒,降低化療藥物的毒性,導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。GST介導(dǎo)的耐藥機(jī)制如下:①催化巰基谷光苷肽(GSH)與多種有害物質(zhì)包括抗腫瘤藥物結(jié)合,使藥物對(duì)細(xì)胞的毒性降低;②GST可以將GSH耦聯(lián)到化療藥物上,加速其外流,減少細(xì)胞毒性;③GST自身也可與親脂性藥物結(jié)合增加其水溶性,從而促進(jìn)其外排。研究證實(shí),GST-π在膠質(zhì)瘤的表達(dá)增強(qiáng)是膠質(zhì)瘤產(chǎn)生MDR的重要原因之一,其表達(dá)活性隨著腫瘤惡性程度的增高而增高。Ezer等[6]發(fā)現(xiàn),兒童星形細(xì)胞瘤中GST-π的表達(dá)隨腫瘤病理分級(jí)增高而增強(qiáng)。近期研究發(fā)現(xiàn),GST-π與六氧甲基鳥(niǎo)嘌呤DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(MGMT)在膠質(zhì)瘤的耐藥方面存在相關(guān)性。國(guó)外學(xué)者在體外研究 478例腦膠質(zhì)瘤患者的耐藥情況,發(fā)現(xiàn)MGMT和GST-π均過(guò)表達(dá),且對(duì)卡氮芥的耐藥程度增加[7]。

1.3 BTSC的增殖能力增強(qiáng) BTSC與正常神經(jīng)干細(xì)胞(NSC)有相似的細(xì)胞表面標(biāo)志,且有較強(qiáng)的增殖和自我更新能力。膠質(zhì)瘤組織中存在著一小群邊緣細(xì)胞(SP)是耐放射和耐化療細(xì)胞,而SP細(xì)胞的認(rèn)定是以該細(xì)胞表達(dá)ABCG2蛋白為依據(jù)的,但ABCG2并不是BTSC惟一表達(dá)的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)超家族成員。Platet等[8]在研究鼠 C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞系時(shí)發(fā)現(xiàn),MDR 1基因在SP細(xì)胞和非SP細(xì)胞中均有表達(dá)。此外,抗凋亡基因如Bcl-2也可能是BTSC耐藥的重要機(jī)制。

2 DNA損傷修復(fù)能力異常

當(dāng)腫瘤細(xì)胞修復(fù)DNA損傷的能力增強(qiáng),則產(chǎn)生耐藥。目前,與DNA修復(fù)能力有關(guān)的酶類(lèi)有MGMT、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ(TopoⅡ)、DNA錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)(MMR)。

2.1 MGMT MGMT基因定位于染色體10q24.33-qter,可編碼相對(duì)分子質(zhì)量為22 kD的酶蛋白。MGMT是一種普遍存在的DNA修復(fù)酶,能與DNA鳥(niǎo)嘌呤六號(hào)氧上的烷基加合物結(jié)合,將烷基轉(zhuǎn)移到MGMT的第 145半胱胺酸活性位上,在受體蛋白分子中形成S-甲基半胱胺酸。DNA分子中的甲基鳥(niǎo)嘌呤被還原,而MGMT成為失去活性的烷基化MGMT,故稱(chēng)為自殺反應(yīng)。MGMT能修復(fù)被化學(xué)藥物烷基化的鳥(niǎo)嘌呤,因而可阻止DNA交聯(lián)的形成,即降低了這些化學(xué)藥物的細(xì)胞毒作用。研究證實(shí),MGMT是膠質(zhì)瘤組織耐受烷化劑類(lèi)抗癌藥的主要原因,MGMT表達(dá)陰性的膠質(zhì)瘤患者化療效果明顯優(yōu)于MGMT陽(yáng)性者。近年研究發(fā)現(xiàn),MGMT啟動(dòng)子的甲基化與MGMT蛋白表達(dá)關(guān)系密切。啟動(dòng)子甲基化在MGMT基因中較常見(jiàn),多發(fā)生在MGMT基因啟動(dòng)子CpG島,能導(dǎo)致該基因轉(zhuǎn)錄停止,蛋白表達(dá)減少。最近Blough等[9]研究表明,MGMT啟動(dòng)子甲基化預(yù)告將獲益于替莫唑胺(TMZ)化療,當(dāng)無(wú)甲基化時(shí)TMZ誘導(dǎo)MGMT修復(fù)DNA損傷,促成化療耐藥,但Rodriguez等[10]研究顯示,兩者無(wú)明顯關(guān)聯(lián),且膠質(zhì)瘤患者細(xì)胞中MGMT的表達(dá)與患者生存期無(wú)明顯相關(guān)。Parkinson等[11]認(rèn)為,由于取材部位不同,或經(jīng)治療后的膠質(zhì)瘤細(xì)胞中MGMT啟動(dòng)子甲基化是有變化的,從而造成上述研究的不同。但檢測(cè)患者M(jìn)GMT基因甲基化狀態(tài),并對(duì)患者實(shí)施不同的化療方案,對(duì)實(shí)現(xiàn)預(yù)見(jiàn)性、個(gè)體化化療,提高化療療效有一定意義。

2.2 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ Topo有兩種同工酶,其中TopoⅠ使DNA單鍵斷裂并瞬間連接,無(wú)需ATP供能;TopoⅡ使DNA雙鍵斷裂并瞬間連接,需ATP供能。TopoⅡ是腫瘤化療的重要靶點(diǎn),主要介導(dǎo)DNA的斷裂反應(yīng)并形成DNA-酶復(fù)合物,但此反應(yīng)是可逆的,且趨向與斷裂的 DNA再聯(lián)接。TopoⅡ介導(dǎo)的MDR的主要特征有:①對(duì)許多天然藥物呈現(xiàn)抗藥性。②膜—活性藥物不能提高抗腫瘤藥物的細(xì)胞毒作用。③藥物在細(xì)胞內(nèi)積聚與保留沒(méi)有變化。④MDR 1與P-gp表達(dá)未見(jiàn)增加。⑤TopoⅡ含量及活性均有所下降。TopoⅡ介導(dǎo)的MDR細(xì)胞發(fā)生了TopoⅡ量和質(zhì)的改變,酶水平的降低導(dǎo)致DNA斷裂減少和細(xì)胞毒性降低,DNA結(jié)構(gòu)的改變可影響藥物誘導(dǎo)的“斷裂復(fù)合物”的穩(wěn)定性。研究證明,TopoⅡα的表達(dá)與膠質(zhì)瘤的惡性程度具有一定關(guān)系,隨腫瘤級(jí)別的增高而增強(qiáng)。盧培剛等[12]發(fā)現(xiàn),膠質(zhì)瘤標(biāo)本中 TopoⅡDNA呈高表達(dá),并隨惡性程度增加而升高,而復(fù)發(fā)者TopoⅡ表達(dá)較原發(fā)者明顯下降,說(shuō)明惡性膠質(zhì)瘤在治療過(guò)程中獲得耐藥性與TopoⅡ含量和活性降低有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),成神經(jīng)管細(xì)胞瘤對(duì)依托泊甙敏感,是因?yàn)槠銽opoⅡα與TopoⅡβ共同高表達(dá)。

2.3 MMR 人類(lèi)MMR由Mut H、Mut L、Mut S家族的蛋白組成,主要有6個(gè)蛋白質(zhì),即hMSH 2、hMSH 3、hMSH 6、hMLH 1、hMLH 3、hPML1。其作用在于修正核苷酸攝取錯(cuò)誤,增強(qiáng)DNA復(fù)制忠實(shí)性,降低基因的自發(fā)突變率,維持著微衛(wèi)星位點(diǎn)乃至整個(gè)基因組的穩(wěn)定。近年來(lái),MMR功能缺失與腫瘤細(xì)胞對(duì)多種化療藥物(TMZ、5-Fu、DDP等)耐藥性的關(guān)系受到許多研究者的關(guān)注。研究認(rèn)為,MLH 1缺失比MSH 2更多見(jiàn),且其與較高程度的TMZ耐藥相關(guān)。體外研究發(fā)現(xiàn),膠質(zhì)瘤原發(fā)性耐藥與MMR的功能改變有關(guān),并指出hMSH 2表達(dá)水平可預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤的化療反應(yīng)。近年研究發(fā)現(xiàn),TMZ誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性依賴(lài)于MMR系統(tǒng),MMR功能缺失與膠質(zhì)瘤耐藥相關(guān)。體外研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)放療+TMZ同步治療和單純TMZ治療復(fù)發(fā)的膠質(zhì)瘤中hMSH 6都有缺失,并認(rèn)為hMSH 6的缺失可能促成了經(jīng)TMZ治療的膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)。但也有相反的觀點(diǎn)認(rèn)為MMR缺失與TMZ的耐藥無(wú)相關(guān)性。

綜上所述,膠質(zhì)瘤的耐藥機(jī)制是一個(gè)多種因素共同參與的復(fù)雜過(guò)程,可能與腫瘤多藥耐藥性的形成、DNA損傷修復(fù)能力異常、BTSC增殖等有關(guān)。但膠質(zhì)瘤對(duì)化療藥物產(chǎn)生耐藥性的機(jī)制是復(fù)雜多變的,是多種因子及其受體作用的結(jié)果,對(duì)膠質(zhì)瘤的研究必須從多基因、多途徑尋找其耐藥機(jī)制,以逆轉(zhuǎn)其耐藥,最終使膠質(zhì)瘤患者的合理用藥和個(gè)體化治療成為現(xiàn)實(shí)。

[1]Faria GP,O liveira JA,Oliveira JG,et al.Differences in the expression pattern of P-glycoprotein and MRP1 in low-grade and highgrade gliomas[J].Cancer Invest,2008,26(9):883-889.

[2]Valera ET,Brassesco MS,Jabado N,et al.Pediatric glioblastoma cell line shows different patterns of expression of transmembrane ABC transporters after in vitro exposure to vinblastine[J].Childs Nerv Syst,2009,25(1):39-45.

[3]Schaich M,Kestel L,Pfirrmann M,et al.AMDR1(ABCB1)gene single nucleotide polymorphism predicts outcome of temozolomide treatment in glioblastoma patients[J].Ann Oncol,2009,20(1):175-181.

[4]Calatozzolo C,Gelati M,Ciusani E,et al.Expression of drug resistance proteins Pgp,MRP1,MRP3,MRP5 AND GST-πin humanglioma[J].JNeurooncol,2005,74(2):113-121.

[5]Valera ET,Lucio-Eterovic AK,Neder L,et al.Quantitative PCR analysis of the expression profile of genes related tomultipledrug resistance in tumors of the centralnervous system[J].JNeurooncol, 2007,85(1):1-10.

[6]Ezer R,Alonso I,Perira E,et al.Identification of glutathione S-transferase polymorphisms in brain tumorsand associationwith susceptibility to pediatric astrocytomas[J].J Neurooncol,2002,59 (2):123.

[7]Fruehauf JP,Brem H,Sloan A,etal.In vitro drug response andmolecularmarkersassociated with drug resistance inmalignantgliomas [J].Clin Cancer Res,2006,12(15):4523-4532.

[8]Platet N,Mayo J,Berger F,et al.luctuation of the SP/non-SP phenotype in the C 6 glioma cell line[J].FEBS Lett,2007,581(7): 1435-1440.

[9]Blough MD,Zlatescu MC,Cairncross JG,et al.O6-methylguanine-DNA methyltransferase regulation by p53 in astrocytic cells[J]. Cancer Res,2007,67(2):580-584.

[10]Rodriguez FJ,Thibodeau SN,Jenkin RB,et al.MGMT immunohistochemical expression and promotermethylation in human glioblastoma [J].Appl Immunohistochem Mol Morphol,2008,16(1):59-65.

[11]Parkinson JF,Wheeler HR,Clarkson A,et al.Variation of O(6)-methylguanine-DNA methyltransferase(MGMT)promotermethylation in serial samples in glioblastoma[J].J Neurooncol,2008,87 (1):71-78.

[12]盧培剛,張榮偉,袁紹紀(jì),等.惡性膠質(zhì)瘤DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶的表達(dá)[J].實(shí)用醫(yī)藥雜志,2003,60(6):445-446.