卵巢癌铂类药物化疗耐药细胞生物学原理

北京协和医院 妇产科 吴 鸣

　
在卵巢癌的化疗中铂类化合物(如顺铂及卡铂)是诸多药物中最有效的,近来的研究表明铂类药物的细胞毒作用是通过形成了铂-DNA络合物,导致DNA致命的损伤,诱导细胞凋亡(apoptosis)而发挥作用[1]。但是肿瘤的耐药性又始终是影响化疗效果的最大障碍,且对于耐药问题的研究目前多局限于对卵巢癌细胞系方面,而在临床方面的研究却并不多见,综合各家观点,卵巢癌对铂类药物耐药性产生的机制可能和以下因素有关,即铂类药物蓄积减少、解毒增强及DNA的修复加速。本文之目的在于通过复习有关文献,仅对铂类药物化疗耐药的细胞生物学原理进行分析。
一. 铂类药物的蓄积减少
通过对卵巢癌细胞系的研究,许多作者发现卵巢癌细胞的耐药表型可能和细胞内铂类化合物的蓄积减少有关[2～4],遗憾的是由于实验及研究方法的限制,使得目前的研究结果多局限于对卵巢癌细胞系的研究,同时由于缺少在肿瘤水平的研究,因此,蓄积减少是否是卵巢癌临床耐药的机制目前还不十分清楚。
有作者在非卵巢癌的耐药细胞系中发现了两种膜蛋白(糖蛋白),它们参与铂类药物进入和排出细胞的过程,且和药物蓄积的减少有关[5,6],但是,无论是在卵巢癌细胞系,还是在卵巢癌组织中目前尚未发现这两种膜蛋白。
由于有许多因素参与了铂类药物的转运过程,且也有诸多理论解释此机制,同时也可能存在着许多物质在不同的水平影响或修饰铂类药物的细胞毒作用,但目前在未被临床研究所证实之前,还不能得到比较满意的回答。
二. 铂类药物的失活增强
谷光甘肽(Glutathione)是一种常见的三肽,其作用除参与许多重要的过程之外,还在细胞内参与对铂类药物的解毒过程[7],但是它究竟如何影响或拮抗铂类药物所导致的细胞毒作用,目前尚不十分清楚,Ishikawa[8]经过多年的研究后指出谷光甘肽和顺铂可直接结合而形成谷光甘肽-顺铂螯合化合物,通过谷光甘肽S交联结合外流泵(Glutathione S-conjugate export pump)清除了肿瘤细胞内这种化合物,从而减少了细胞内铂类药物的蓄积。另外, 作者还在对顺铂耐药的人白血病细胞系中发现了谷光甘肽及这种泵的过度表达,并指出谷光甘肽是在顺铂和DNA结合之前就发挥作用,从而保护了细胞。但是,有人也有不同的看法, 在对顺铂耐药的卵巢癌细胞系中增加了谷光甘肽的浓度,结果并没有发现铂类药物蓄积的减少[9]。
谷光甘肽的合成依赖于其前身如谷氨酸(Glutamate)的产生,此过程是通过γ-谷氨酰转肽酶(γ-glutamyl transpeptidase,GGT)来完成的。谷光甘肽是在γ-谷氨酰半光氨酸合成酶(γ-glutamyl-cysteine synthetase,GCS)和谷光甘肽合成酶(glutathione synthetase)的催化下而产生的[10,11],谷光甘肽合成的第一步是由GCS催化的限速反应,此反应可被buthionine sulfoximine抑制[12]。 有人发现在卵巢癌细胞系中谷光甘肽及合成酶(GCS,GGT)的水平和其对铂类药物的敏感性有着密切的关系,并且通过buthionine sulfoximine去除了高水平的谷光甘肽后,对于铂类药物的耐药性可以逆转[12,13]。但是,也有在几个卵巢癌耐药细胞系中并未发现谷光甘肽水平增高的现象报导[9]。
目前的大多数的研究结果来自于对卵巢癌耐顺铂细胞系,而对于癌组织中的谷光甘肽水平的研究并不多,其原因除测定肿瘤活检组织中的谷光甘肽存在着一些技术问题外,其结果也可能受肿瘤组织中的谷光甘肽水平的影响[14]。Britten等[15]测定了化疗前后卵巢癌组织中谷光甘肽浓度的变化,结果发现化疗后其水平明显高于未化疗时的浓度,遗憾的是本例不是配对研究。Hanigan等[16]对GGT在良、恶性肿瘤组织中的表达进行了研究,并提出GGT的水平代表着细胞谷光甘肽合成能力,还指出GGT可能会成为比谷光甘肽水平更加重要的指标,可是到目前为止尚未发现GGT的表达和化疗效果之间关系的报导。
铂类药物和谷光甘肽可以在谷光甘肽-S-转移酶(Glutathione-S-transferase,GSTs)的作用下结合,GSTs是一种胞浆蛋白,其功能是催化铂类药物和谷光甘肽结合从而达到解毒目的[17]。GSTs可分为四类,即α、μ、π及θ[18],有人提出总GSTs及GST同功酶的活动可能代表着肿瘤对铂类药物的解毒能力[19],而且在几个卵巢癌耐铂类药物细胞系中也发现GSTs浓度的增高[20],但是也有人提出尽管此酶的水平有不同程度的上升,但目前似乎没有足够的证据证明其水平和肿瘤细胞的耐药性有关[12,13]。通过基因转染(gene transfection)的研究证明GSTs在卵巢癌细胞对铂类药物的耐药性的产生过程中产生非常重要的作用[21]。Van Der Zee等[22]通过高压液相色谱分析法对卵巢癌化疗前后的GST同功酶进行了研究,发现GSTπ的作用最为突出,其他作者也有类似的报导[14,23]。但是也有人报导在未治疗的卵巢组织中,GSTπ水平化疗后不变或下降,且和化疗的反应无关[22,23]。Van Der Zee等[24]对大组的卵巢癌病例进行了回顾性分析,并通过免疫组化的方法对GSTπ的水平进行研究,结果发现GSTπ的水平和化疗效果及生存率没有关系,而Green等[25]的研究结果和前者恰恰相反,认为GSTπ的水平和预后及化疗耐药有关。Van Der Zee等[14]指出根据目前的材料,无论是离体研究还是临床方面,还不能肯定GST是卵巢癌对铂类药物耐药的重要标记。
金属硫蛋白(Metallothioneins)是一种较小的胞浆蛋白,它参与细胞内重金属的解毒,且已证明是和铂类药物发生结合,但是,在对铂类药物耐药的细胞系的研究中发现其水平化疗前后没有变化,同时也没有发现其含量和化疗的关系[9,14,26]。
三. 铂类药物引起的DNA损害修复的加快
经过研究发现由于铂引起的DNA损伤的修复开始于核苷酸切补修复旁路(Nucleotide excision repair pathway)[27],据估计有相当数量的酶可能参加此过程,尽管大多数还不清楚[14]。在对于铂类药物耐药卵巢癌细胞系的研究过程中发现铂络合物丢失的加速及DNA合成酶的合成的增加,从而反应了DNA修复的加速[9.28],因此,许多DNA修复酶可能和铂耐药有关[14]。
Funato等[29]的研究表明,当肿瘤细胞暴露于铂类药物中时,将产生c-fos基因的上调节(Up-regulation),这种核转录因子的表达增强,将导致参与DNA修复的许多酶水平的增加,如胸腺嘧啶合成酶(thymidylate synthetase)、DNA多聚酶β(DNApolymeraseβ)及拓扑异构酶(topoisomeraseⅠ)。Johnson等[28]在研究中发现,如果将DNA链中的铂类化合物去除后,细胞系对铂类药物的耐药性将明显增加,而且常可见到链间交联(interstrand cross-link)的修复加强的现象。
另外,有作者报导在卵巢癌耐药细胞系中增加谷光甘肽的水平后,DNA的修复将明显加强,其机制可能是谷光甘肽(1)在铂化合物-DNA络合物形成后,抑制了其链内或链间交联;(2)稳定了DNA修复酶,如DNA多聚酶α;(3)加速了DNA前身的合成,如三磷酸脱氧核糖核苷酸,它是DNA修复的必备物质[14,30]。
Dobholkar等[31]对卵巢癌组织的DNA修复基因进行研究,发现在耐药病例中ERCC-1及XPAC的表达明显增强,且有一例病例化疗前后均采取了组织,结果ERCC-1基因表达的水平化疗后增加超过10倍。Bramson等[32]将ERCC-1基因转染到中华仓鼠卵巢细胞中,从而导致此细胞中ERCC-1基因的过度表达,但令人吃惊的是它增加了顺铂及马法兰的敏感性。

综上所述,卵巢癌对铂类药物的耐药机制十分复杂,而且许多方面还不甚清楚,如前所述许多已知和未知的因素参与癌细胞产生耐药性的过程,因此目前多数的作者认为肿瘤的耐药是多因素的,其中也包括卵巢癌的耐药。另外由于前面 所提到的细胞生物学标记多数来自于对高度耐药的卵巢癌细胞系的研究,因此这些指标是否适合于临床水平的研究,且究竟哪个指标在细胞的耐药性方面起主要的作用现在尚难肯定。因此,通过基因转染技术将本文中所谈到的生物学标记物的cDNA转染到敏感的肿瘤细胞中,了解其在细胞耐药性的产生过程中所起的作用,应不失为一种好方法。由于增加胞浆中谷光甘肽的水平与卵巢癌细胞对铂类药物的耐药性产生有关,因此我们可以通过基因转染技术将其转到细胞中以确定谷光甘肽在药物耐药中所产生的作用, 这也将是令人鼓舞的研究方向。
总之,了解肿瘤细胞产生耐药性的机制以及各种细胞生物学指标在耐药性产生过程中所起的作用是十分重要的,它可以指导我们根据患者的具体情况合理地选择相应的化疗方案,合理地选择相对应的、特异的耐药修饰剂,也许会不同程度地改善卵巢癌的预后。