
化疗是胃癌的主要治疗方式之一,但其耐药性限制了化疗的有效性,导致治疗失败。耐药性可以分为原发性耐药和继发性耐药。已经证明多种因素参与胃癌多药耐药,包括耐药相关蛋白的表达、凋亡相关基因的异常、DNA损伤修复功能障碍、上皮间质转化及非编码RNA等。提高化疗疗效的关键在于解决耐药问题或延缓耐药时间。文章对胃癌多药耐药的研究进展进行综述。
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据2012年全球肿瘤流行病数据(GLOBOCAN 2012)和国际癌症研究机构(IARC)估计,全球胃癌发病率和死亡率分别居恶性肿瘤的第五位和第三位。我国是胃癌高发国家,2012年全球胃癌新发病例95.2万,我国占42.5%[1],胃癌发病率和死亡率远高于全球平均水平(16.1/10万、13.8/10万)[1]。胃癌的早期检测大多依赖于机会性筛查,大多数胃癌在确诊时已是晚期。早期胃癌患者可以通过手术切除和围术期辅助化疗达到治愈,但约60%的患者会出现术后复发。约2/3的患者初诊时就被诊断为局部晚期或已发生转移。对于大多数不能手术的癌症,细胞毒性和分子靶向药物已成为标准一线治疗方案[2,3]。尽管化疗可延长部分患者的无疾病生存(DFS)和总生存(OS)期,但是化疗疗效也有很大的局限性,主要表现在肿瘤细胞容易对先前使用过的药物产生耐药,也可对化学结构及作用机制均不相同的药物产生耐药,提示肿瘤细胞有普遍的耐药机制[4]。原发性和继发性耐药均会大大限制化疗疗效,这是亟待解决的问题。目前研究发现,胃癌对化疗药物的耐药性与耐药相关蛋白的表达、凋亡相关基因的异常、DNA损伤修复功能障碍、上皮间质转化(EMT)、非编码RNA及药物靶点突变等有关。现就胃癌多药耐药(MDR)方面的研究进展作一综述。
化疗药物在细胞内有效浓度降低是MDR的机制之一。细胞内药物有效浓度降低主要和细胞对药物的摄取减少及排除增加相关,其中后者起主要作用。细胞对药物的摄取和排出都涉及细胞膜上的相关通道或结构,其中最著名的就是ATP-binding cassette(ABC)转运蛋白,即ATP结合盒转运蛋白超家族成员。人类的ATP结合盒家族拥有49种已知的可以将药物泵出细胞来维持细胞内药物浓度的转运体,直接导致癌细胞的多药耐药。在这些蛋白质中,糖蛋白(P-gp)、三磷酸腺苷结合盒超家族G成员2(ABCG2)和多药耐药相关蛋白(MRP)在许多实体瘤中被广泛研究,如胃癌、乳腺癌和卵巢癌[5]。在多种癌症中P-gp过表达,如胃癌、神经母细胞瘤、骨髓瘤和结直肠癌。化疗可诱导产生获得性耐药的P-gp的表达。在应用基于多柔比星的化疗后,P-gp的表达率从27.8%增加至37.5%[6]。化疗后P-gp表达与更高的全身复发率相关[6]。P-gp对胃癌细胞的内源性和获得性耐药均有影响。阻断P-gp的表达可以逆转人胃癌细胞的多药耐药[6]。P-gp在胃癌中呈高表达,表达率为52%,且P-gp的表达在不同的分化程度上差异有统计学意义(P<0.05),其中癌组织高分化者高表达,低分化者低表达。P-gp过表达提示预后不良。正常组织转化为肿瘤状态时,由MDR1基因编码的P-gp表达增加。一些蛋白质,如H-Ras、Raf-1、MEK1和MEK2参与MAPK通路,作为上调P-gp水平的下游受体,从而调节细胞环境并导致耐药的发生。相反,抑制ERK通路可以降低P-gp表达。其他ABC跨膜蛋白,如ABCC1也称为MDR相关蛋白,也与胃癌的MDR相关[6]。最近研究表明微RNA(miRNA)通过调节P-gp的表达在化疗耐药中发挥重要作用。miR-508-5p可以通过靶向P-gp的3'UTR抑制ABCB1的表达[7]。miR-106a和miR-27a通过上调P-gp表达也参与胃癌的化疗耐药。此外,长非编码RNA PVT1已显示增加多药耐药相关基因的表达[P-gp、ABCC1、mTOR和缺氧诱导因子1α(HIF-1α)],反之导致了胃癌化疗耐药的发展[8]。
大量研究表明,化疗药物诱导的肿瘤细胞凋亡抵抗在肿瘤细胞的MDR中起重要作用。两种经典途径参与细胞凋亡:由线粒体调节的内源性途径和受肿瘤坏死因子(TNF)受体调节的外源性途径。
bcl-2蛋白家族包括三种亚型:含有bcl-2、bcl-xL、bcl-w、MCL-1、BFL1/A-1和bcl-B蛋白的抗凋亡亚型,含BAK、BAX和BOK蛋白的促凋亡亚型和含促细胞凋亡BIM、BID、BIK、BAD、BMF、HRK、PUMA和NOXA蛋白的BH3蛋白亚型。线粒体外膜内的bcl-2蛋白家族成员之间的相互作用控制细胞凋亡[9],这些蛋白质彼此拮抗以维持细胞中的相对平衡,一旦平衡遭到破坏,在肿瘤发生过程中可能出现干扰凋亡现象,导致化疗耐药性增加[10]。研究表明,bcl-2的过表达与胃癌患者的细胞毒性化疗药物的化学耐药性相关。在胃腺癌细胞中,bcl-2沉默促进细胞凋亡并降低了对5-氟尿嘧啶(5-Fu)的抗性[11],这表明bcl-2表达的调节可以影响胃癌的化学敏感性。Rho GDP解离抑制剂2通过上调bcl-2表达使胃癌细胞对顺铂具有抗性[12]。另外,几种miRNA如miR-204、miR-181b、miR-15b和miR-16上调bcl-2的表达,导致人胃癌细胞的MDR[6]。促凋亡蛋白BAX已被证明可预测胃癌患者对化疗的临床反应[13]。其他bcl-2家族成员(bcl-xL、BAK、MCL-1)也已被证明在调节化疗诱导的凋亡中起作用[14]。
TNF家族成员例如TNFR-1、Fas、DR4和DR5蛋白表达的改变可能导致对抗癌药物的耐药性。最近研究发现P-gp的表达与TNF相关的凋亡诱导配体或Apo2L(TRAIL)的表达负相关,其介导MDR细胞中的凋亡途径。TRAIL在临床试验中被认为是有效的治疗靶标[15]。TNF样的弱凋亡诱导剂(TWEAK)是TNF超家族结构相关细胞因子成员。TWEAK通过激活NF-κB促进胃癌细胞对5-Fu的耐药性[16]。
在正常细胞中,当DNA由物理、化学或生物因素导致损伤时,DNA修复途径被激活。为维持染色体的稳定,DNA损伤通过激活修复基因有效修复。相反,DNA修复通路的异常激活导致肿瘤的发生。众所周知化疗通过直接或间接机制引发DNA损伤,这可能有助于获得细胞毒性。如果在肿瘤细胞中这种损伤可以得到修复,那么它们就有可能会在化疗下存活或变得能耐受化疗药物。例如,DNA是传统化疗药物如铂类药物的关键靶点,并且由于DNA损伤修复的异常激活癌细胞对顺铂更易产生耐药。有研究发现抑制O-6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(MGMT)的活性可以增加烷化剂对肿瘤细胞的杀伤作用。最新研究发现在化疗耐药的进展中NF-κB/HOTAIR与DNA损伤反应相互作用[17]。p53抑癌基因在DNA修复过程中起重要作用。胃癌p53基因突变率高达77%。p53改变包括:p53高频突变、杂合性丧失、p53蛋白过表达、失去p53功能,属于胃癌的早期事件,可用于确定预后和治疗反应的重要生物标志物。有研究表明rAd-p53通过促进凋亡增强了胃癌细胞对化疗的敏感性。p53的恢复能够通过抑制AKT以及诱导BAX来克服胃癌的顺铂耐药性[18]。因此,可以特异性抑制DNA修复来提高化疗疗效。
有研究报道肿瘤细胞EMT过程对于肿瘤细胞获得多种化疗药物耐药非常重要。Li等[19]研究发现化疗药物耐药性胃癌与miR-30a表达减少和EMT增强相关。在胃癌细胞中miR-30a受抑制,耐药性增加;miR-30a过表达,耐药性降低[19]。在SGC-7901和SGC-7901/DDP细胞中miR-30a过表达可降低P-gp的表达。MiR-30a可以减少胃癌细胞MDR,也是调节胃癌EMT的重要miRNA。在SGC-7901细胞中miR-30a受抑制时,E-cadherin表达减少,N-cadherin表达增加;miR-30a过表达时,E-cadherin表达增加,N-cadherin表达减少[19]。一些miRNA可以调节EMT进而间接调节MDR[20]。miR-30a也是在胃癌细胞中显著下调的miRNA,而且它还可以直接作用于EMT的多个关键调节点来抑制EMT,如Snai1和Vimentin[21]。显然,上述不能说明EMT与肿瘤MDR间的关系及其作用机制,但为进一步的研究提供了证据。
人类基因组DNA有75%的序列转录为RNA,其中仅2%的基因组编码蛋白质,而98%的转录产物是非编码RNA[22]。大于200个核苷酸的非编码RNA被称为长链非编码RNA(lncRNA)。lncRNA已经成为生物科学领域研究的焦点,最新研究显示lncRNA在乳腺癌、胃癌和肺癌等多种恶性肿瘤的耐药性中起重要作用。lncRNA引起的多靶点、多通路失调导致化学耐药的发生。
miRNA是一类小的非编码RNA,发挥转录后调节器的作用,通过诱导mRNA降解或抑制翻译来抑制基因表达。一系列的研究发现miRNA失调参与胃癌多药耐药的多个途径。在胃癌中,miR-15、miR-16、miR-181b和miR-497下调,并且靶向bcl-2。它们的下调与bcl-2蛋白下调相关,导致长春新碱和顺铂引起的细胞凋亡能力下降。miR-508-5p可通过靶向ABCB1和ZNRD1调节胃癌MDR[7],miR-23b-3p可通过靶向ATG12和HMGB2调节胃癌MDR[23]。
许多证据表明,lncRNA表达在癌症中广泛改变,并且通过灭活肿瘤抑制剂或激活癌基因参与肿瘤发生的多个方面。例如,通过用S-腺苷甲硫氨酸(SAM)处理来降低lncRNA MALAT1的表达,表明MALAT1表达的表观遗传调节主要通过DNA甲基化[24]。几种lncRNA,如HOTAIR、SPRY4-IT1、BANCR和PVT1的表达模式在人类非小细胞肺癌(NSCLC)和胃癌中有所改变[4]。其中,PVT1在NSCLC组织和细胞中显著上调,并且增加的PVT1表达通过与zeste 2多梳蛋白抑制复合物2亚基(EZH2)的增强子结合而促进NSCLC细胞增殖,并通过表观遗传阻遏肿瘤抑制基因LATS2的转录抑制细胞凋亡[25]。此外,lncRNA HOTAIR在胃癌中过表达,并且通过作为一种ceRNA发挥作用来上调miR-331-3p或通过结合PRC2而使miR34a表观遗传沉默来促进细胞增殖和转移[26,27]。用PVT-1 siRNA转染BGC823/顺铂和SGC7901/顺铂细胞可以克服这两种顺铂耐药细胞系的抗性,而PVT1的过表达在暴露于顺铂的BGC823和SGC7901细胞中表现出抗细胞凋亡活性。Zhang等[8]报道PVT-1在顺铂耐药患者和BGC823/顺铂和SGC7901/顺铂细胞的胃癌组织中高度表达。此外,qRT-PCR和Western blot分析显示,MDR1、MRP、mTOR和HIF-1α的表达在PVT1上调时增加。这些研究结果表明,lncRNA PVT1可能在胃癌MDR的发展中发挥关键作用。
分子靶向治疗是癌症治疗中的一种高级治疗方案,已经成为癌症研究的主要焦点,其不良反应较少,且比标准化疗药物具有更高的疗效。几种不同的分子可以被视为治疗靶点,如信号转导通路成员;然而,临床试验已经确定通路途径改变时会产生耐药[28,29,30]。耐药与药靶基因的突变、表达水平的变化有关。目前国际上批准的胃癌领域可以用于靶向治疗的药物是曲妥珠单抗,其靶点是Her2,Ⅲ期ToGA试验(曲妥珠单抗治疗胃癌)是第一个证明在erbB2扩增的胃癌中靶向治疗成功的研究,但是仅有12%~20% erbB2(Her2)扩增的晚期胃癌患者可能获益。此外,备受关注的还有HGF/MET通路、PARP靶点和程序性死亡受体-1/程序性死亡受体配体1(PD-1/PD-L1)信号通路。乳腺癌抗HER2治疗过程中出现了耐药问题,可能在胃癌抗HER2治疗过程中也会出现类似问题。曲妥珠单抗的耐药机制很复杂,可分为原发性耐药和继发性耐药。临床上大多数为继发性耐药患者,耐药机制可能是Her2受体分子的正常结构遭到破坏、下游PI3K/AKT信号传导通路激活。
DNA拓扑异构酶是在染色体交换(例如基因转录和DNA复制、重组和修复)期间调节DNA拓扑结构的一类核酶。拓扑异构酶是多种化疗药物的靶标,如多柔比星、依托泊苷、米托蒽醌和伊立替康。拓扑异构酶的改变可能影响患者对化疗的反应以及耐药性。一系列研究表明胃癌与正常胃黏膜相比,拓扑异构酶Ⅱ(Topo-Ⅱ)表达较高,其表达增加与肿瘤位置、组织学类型、浸润深度、远处转移和肿瘤分期等临床病理参数相关[6]。研究还发现Topo-Ⅱ表达的减少有助于人类胃癌细胞对多柔比星和其他靶向药物的体外抗性[6]。此外,Topo-Ⅱ表达与胃癌组织中的羟喜树碱、多柔比星和丝裂霉素C抗性呈负相关[31]。
Li等[32]开发了一种新的具有良好水溶性、有效细胞渗透性和良好生物相容性的N-((2-羟基-3-三甲基铵)丙基)壳聚糖氯化物(HTCC)/藻酸盐包封的Fe3O4磁性NP(HTCC-MNP),并将其应用于体内和体外的MDR性胃癌,体内数据显示HTCC-MNP显著抑制由SGC7901/多柔比星注射诱导的MDR性胃癌的生长;体外研究显示HTCC-MNP通过细胞自噬和凋亡介导SGC7901/ADR细胞特异性细胞毒性。结果表明这些HTCC MNP可能作为治疗剂通过逆转化学敏感性治疗MDR性胃癌。这些新发现对基于癌细胞化疗敏感性预测的个体化治疗进展及用于建立逆转肿瘤化学耐药性的新的治疗策略有很大帮助。然而,化学耐药性的机制是复杂的。由于肿瘤异质性和药物种类,不同患者的肿瘤化疗耐药性可能由不同分子机制引起。因此,需要更广泛的研究来更全面阐明胃癌化疗耐药的机制,进而为胃癌的精准治疗提供依据。
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