Войти
Противоопухолевое сопротивление, часто используемое взаимозаменяемо с химиотерапией резистентность, это резистентность неопластического (злокачественного) клетки или способность раковых клеток выживать и расти, несмотря на противораковую терапию. В некоторых случаях рак может развить устойчивость к нескольким лекарствам, называемую множественной лекарственной устойчивостью.
. Существуют две основные причины неэффективности противоопухолевой терапии: врожденные генетические характеристики, придающие раковым клеткам их устойчивость, и приобретенная устойчивость после воздействия лекарств, т. Е. уходят корнями в концепцию гетерогенности раковых клеток. Характеристики устойчивых клеток включают измененный мембранный транспорт, усиление репарации ДНК, дефекты пути апоптоза, изменение молекул-мишеней, белков и механизмов пути, таких как ферментативная дезактивация. Поскольку рак является генетическим заболеванием, в основе приобретенной лекарственной устойчивости лежат два геномных события: изменения генома (например, амплификация и делеция гена) и эпигенетические модификации. Раковые клетки постоянно используют различные инструменты, включая гены, белки и измененные пути, чтобы гарантировать свою выживаемость против противоопухолевых препаратов.
Антинеопластическая резистентность, синоним устойчивости к химиотерапии, - это способность раковых клеток к выживают и растут, несмотря на различные противораковые методы лечения, т.е. их множественную лекарственную устойчивость. Существуют две основные причины неудач противоопухолевой терапии: врожденная резистентность, такая как генетические характеристики, с самого начала придающая раковым клеткам их устойчивость, что коренится в концепции гетерогенности раковых клеток и приобретенной устойчивости после воздействия лекарственного средства.
Гетерогенность раковых клеток или гетерогенность опухоли - идея о том, что опухоли состоят из разных популяций раковых клеток, которые морфологически, фенотипически и функционально различны. Определенные популяции раковых клеток могут обладать присущими им характеристиками, такими как генетические мутации и / или эпигенетические изменения, которые придают лекарственную устойчивость. Противоопухолевые препараты убивают восприимчивые субпопуляции, и масса опухоли может уменьшаться в результате первоначального ответа на лекарство, устойчивые раковые клетки выживут после лечения, будут отобраны и затем будут размножаться, в конечном итоге вызывая рецидив рака.
Гетерогенность раковых клеток может вызвать прогрессирование заболевания, когда молекулярно таргетная терапия не может убить те опухолевые клетки, которые не экспрессируют маркер, а затем делятся и мутируют дальше, создавая новую гетерогенную опухоль. В моделях рака груди у мышей иммунная микросреда влияет на восприимчивость к неоадъювантной химиотерапии. При раке молочной железы, особенно при тройном отрицательном подтипе, блокада иммунных контрольных точек успешно использовалась при метастатических случаях и неоадъювантной терапии.
Поскольку рак является генетическим заболеванием, возникают два геномных события. лежат в основе этих механизмов приобретенной лекарственной устойчивости: изменения генома (например, амплификация и делеция генов) и эпигенетические модификации.
хромосомные перестройки из-за генома нестабильность может вызвать амплификацию и делецию гена. Амплификация гена - это увеличение числа копий области хромосомы. которые часто встречаются в солидных опухолях и могут способствовать эволюции опухоли за счет изменения экспрессии генов.
Исследования на клетках хомяков в 1993 году показали, что амплификация гена DHFR, участвующего в синтезе ДНК, началась с разрыва хромосомы ниже гена, и последующие циклы образования разрыва моста-слияния приводят к большим внутрихромосомным повторам. Чрезмерное усиление онкогенов может происходить в ответ на химиотерапию, что считается основным механизмом нескольких классов устойчивости. Например, амплификация DHFR происходит в ответ на метотрексат, амплификация TYMS (участвует в синтезе ДНК) происходит в ответ на 5-фторурацил и амплификация BCR-ABL возникает в ответ на мезилат иматиниба. Определение областей амплификации генов в клетках больных раком имеет огромное клиническое значение. Делеция гена является противоположностью амплификации гена, когда теряется часть хромосомы, возникает лекарственная устойчивость из-за потери генов-супрессоров опухоли, таких как TP53.
Геномная нестабильность может возникать, когда Репликационная вилка нарушена или остановлена в процессе миграции. Это может происходить с барьерами репликационной вилки, такими белками, как CHD4 и PARP1, которые обычно очищаются сенсорами повреждения ДНК клетки, инспекторами и респондентами BRCA1 и BRCA2.
Эпигенетические модификации устойчивости к противоопухолевым лекарственным средствам играют важную роль в развитии рака и устойчивости к лекарственным средствам, поскольку они вносят вклад в регуляцию экспрессии генов. Двумя основными типами эпигенетического контроля являются метилирование ДНК и метилирование / ацетилирование гистонов. Метилирование ДНК - это процесс добавления метильных групп к ДНК, обычно в областях предшествующего промотора, который останавливает транскрипцию ДНК в этой области и эффективно заглушает отдельные гены. Модификации гистонов, такие как деацетилирование, изменяют образование хроматина и заставляют замолчать большие хромосомные области. В раковых клетках, где нормальная регуляция экспрессии генов нарушена, онкогены активируются посредством гипометилирования, а супрессоры опухолей подавляются посредством гиперметилирования. Аналогичным образом, при развитии лекарственной устойчивости было высказано предположение, что эпигенетические модификации могут приводить к активации и сверхэкспрессии генов пролекарственной устойчивости.
Исследования линий раковых клеток показали, что гипометилирование (потеря метилирования) Промотор гена MDR1 вызвал сверхэкспрессию и множественную лекарственную устойчивость.
В линиях клеток рака молочной железы, устойчивых к метотрексату, без поглощения лекарства и экспрессии носителя фолиевой кислоты, что дает DAC, метилирование ДНК ингибитор, улучшенное поглощение лекарственного средства и экспрессия носителя фолиевой кислоты.
Приобретенная устойчивость к алкилирующему лекарственному средству фотемустину в клетках меланомы показала высокую активность MGMT, связанную с гиперметилированием экзонов гена MGMT.
В линиях клеток, устойчивых к иматинибу, было показано, что подавление гена SOCS-3 посредством метилирования вызывает активацию белка STAT3, которые вызывают неконтролируемую пролиферацию.
Раковые клетки c становятся устойчивыми к нескольким лекарственным средствам за счет изменения мембранного транспорта, усиленного репарации ДНК, дефектов пути апоптоза, изменения целевых молекул, белков и механизмов путей, таких как ферментативные дезактивация.
Обзор механизмов противоопухолевой устойчивости и примеры основных задействованных генов. Синие прямоугольники указывают механизмы пролиферации раковых клеток; зеленые прямоугольники обозначают терапевтические вмешательства; красные прямоугольники указывают на механизмы резистентности. Многие классы противоопухолевых препаратов действуют на внутриклеточные компоненты и пути, такие как ДНК, ядерные компоненты, что означает, что они должны проникать в раковые клетки. p-гликопротеин (P-gp), или белок множественной лекарственной устойчивости, представляет собой фосфорилированный и гликозилированный мембранный переносчик, который может вывозить лекарства из клетки, тем самым снижая или отменяя эффективность лекарства. Этот белок-переносчик кодируется геном MDR1 и также называется белком АТФ-связывающей кассеты (ABC). MDR1 обладает беспорядочной субстратной специфичностью, что позволяет ему транспортировать через клеточную мембрану многие структурно разнородные соединения, в основном гидрофобные соединения. Исследования показали, что ген MDR1 может активироваться и сверхэкспрессироваться в ответ на фармацевтические препараты, что формирует основу для устойчивости ко многим лекарствам. Сверхэкспрессия гена MDR1 в раковых клетках используется для поддержания внутриклеточных уровней противоопухолевых препаратов ниже уровней уничтожения клеток.
Например, было обнаружено, что антибиотик рифампицин индуцирует экспрессию MDR1. Эксперименты на различных линиях клеток, устойчивых к лекарствам, и ДНК пациентов выявили перестройки генов, которые инициировали активацию или сверхэкспрессию MDR1. Полиморфизм C3435T в экзоне 226 MDR1 также сильно коррелировал с активностью p-гликопротеина.
MDR1 активируется посредством NF-κB, белкового комплекса, который действует как фактор транскрипции. У крысы сайт связывания NF-κB находится рядом с геном mdr1b, NF-κB может быть активен в опухолевых клетках, потому что его мутировавший ген NF-κB или его ингибирующий ген IκB мутировали при химиотерапии. В клетках колоректального рака ингибирование NF-κB или MDR1 вызывало усиление апоптоза в ответ на химиотерапевтическое средство.
Усиленная Восстановление ДНК играет важную роль в способности раковых клеток преодолевать повреждения ДНК, вызванные лекарствами.
Химиотерапевтические препараты на основе платины, такие как цисплатин, воздействуют на опухолевые клетки, сшивая их цепи ДНК, вызывая мутации и повреждения. Такое повреждение вызовет запрограммированную гибель клеток (например, апоптоз ) в раковых клетках. Устойчивость к цисплатину возникает, когда раковые клетки развивают повышенную способность восстанавливать такие повреждения путем удаления цисплатина из ДНК и восстановления любого нанесенного ущерба. Клетки, устойчивые к цисплатину, повышают экспрессию гена и белка эксцизионной репарации, кросс-комплемента (ERCC1).
Некоторые химиотерапевтические препараты являются алкилирующими агентами, что означает, что они присоединяют алкильную группу в ДНК, чтобы его не читали. O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза (MGMT) представляет собой фермент репарации ДНК, который удаляет алкильные группы из ДНК. Экспрессия MGMT активируется во многих раковых клетках, что защищает их от алкилирующих агентов. Повышенная экспрессия MGMT была обнаружена при раке толстой кишки, раке легких, неходжкинской лимфоме, раке груди, глиомах, миеломе и раке поджелудочной железы.
TP53 - опухоль ген-супрессор, кодирующий белок р53, который реагирует на повреждение ДНК либо репарацией ДНК, остановкой клеточного цикла, либо апоптозом. Потеря TP53 из-за делеции гена может позволить клеткам непрерывно реплицироваться, несмотря на повреждение ДНК. Устойчивость к повреждению ДНК может дать раковым клеткам метод устойчивости к тем лекарствам, которые обычно вызывают апоптоз через повреждение ДНК.
Другие гены, участвующие в лекарственной устойчивости, связанной с апоптотическим путем, включают h-ras и bcl-2 / bax. Было обнаружено, что онкогенные h-ras увеличивают экспрессию ERCC1, что приводит к усилению репарации ДНК (см. Выше). Было обнаружено, что ингибирование h-ras увеличивает чувствительность к цисплатину в клетках глиобластомы. Повышенная экспрессия Bcl-2 в лейкозных клетках (неходжкинская лимфома ) привела к снижению уровней апоптоза в ответ на химиотерапевтические агенты, поскольку Bcl-2 способствует выживанию онкоген.
Во время таргетной терапии часто цель видоизменилась и снизила свою экспрессию до такой степени, что терапия перестала быть эффективной. Одним из примеров этого является потеря рецептора эстрогена (ER) и рецептора прогестерона (PR) при лечении антиэстрогеном рака груди. Опухоли с потерей ER и PR больше не реагируют на тамоксифен или другие антиэстрогенные препараты, и хотя раковые клетки остаются в некоторой степени чувствительными к ингибиторам синтеза эстрогена, они в конечном итоге перестают реагировать на эндокринные манипуляции и рост больше не зависит от эстрогена.
Другая линия терапевтических средств, используемых для лечения рака груди, направлена на киназы, такие как рецептор 2 эпидермального фактора роста человека (HER2) из семейства EGFR. Мутации часто возникают в гене HER2 при лечении ингибитором, примерно у 50% пациентов с раком легких обнаруживается мутация привратника EGFR-T790M.
Лечение хронического миелоидного лейкоза ( ХМЛ) включает ингибитор тирозинкиназы, который нацелен на гибридный ген BCR / ABL, называемый иматинибом. У некоторых людей, устойчивых к иматинибу, ген BCR / ABL реактивируется или амплифицируется, либо в гене произошла единственная точечная мутация. Эти точечные мутации усиливают аутофосфорилирование белка BCR-ABL, что приводит к стабилизации АТФ-связывающего сайта в его активную форму, которая не может быть связана иматинибом для правильной активации лекарственного средства.
Топоизомераза является прибыльной мишенью для лечения рака из-за его критической роли в качестве фермента в репликации ДНК, и было создано множество ингибиторов топоизомеразы. Устойчивость может возникать при снижении уровней топоизомеразы или когда различные изоформы топоизомеразы по-разному распределяются в клетке. Сообщалось также о мутантных ферментах в лейкозных клетках пациентов, а также о мутациях при других раковых заболеваниях, которые придают устойчивость к ингибиторам топоизомеразы.
Одним из механизмов устойчивости к противоопухолевым препаратам является сверхэкспрессия ферментов, метаболизирующих лекарственные средства, или молекул-носителей. Увеличивая экспрессию метаболических ферментов, лекарства быстрее превращаются в конъюгаты или неактивные формы лекарств, которые затем могут выводиться из организма. Например, повышенная экспрессия глутатиона способствует устойчивости к лекарствам, поскольку электрофильные свойства глутатиона позволяют ему реагировать с цитотоксическими агентами, инактивируя их. В некоторых случаях сниженная экспрессия или потеря экспрессии ферментов, метаболизирующих лекарственные средства, придает устойчивость, поскольку ферменты необходимы для преобразования лекарственного средства из неактивной формы в активную форму. Арабинозид, широко применяемая химиотерапия при лейкемии и лимфомах, превращается в цитозинарабинозидтрифосфат дезоксицитидинкиназой. Мутация дезоксицитидинкиназы или потеря экспрессии приводит к устойчивости к арабинозиду. Это форма ферментативной дезактивации.
Уровни экспрессии фактора роста также могут способствовать устойчивости к противоопухолевой терапии. Было обнаружено, что при раке молочной железы устойчивые к лекарствам клетки экспрессируют высокие уровни IL-6, в то время как чувствительные клетки не экспрессируют значительных уровней фактора роста. IL-6 активирует факторы транскрипции белка, связывающего энхансер CCAAT, которые активируют экспрессию гена MDR1 (см. Изменение мембранного транспорта).
Фармакогенетика играет все более важную роль в противоопухолевом лечении. Технологии быстрого секвенирования могут идентифицировать генетические маркеры чувствительности к лечению и потенциальной устойчивости. Некоторые маркеры более репрезентативны и с большей вероятностью будут использоваться в клинической практике.
Когда BRCA1 и BRCA2 отсутствуют, как в 5-10 процентах всех случаев рака груди, остановившаяся вилка остается дестабилизированной, а ее вновь синтезированная ДНК разрушается.. Эта геномная нестабильность означает, что раковые клетки на самом деле более чувствительны к химиотерапевтическим препаратам, повреждающим ДНК.
| Маркер | Лекарство | Основные состояния | Клинические последствия |
|---|---|---|---|
| TYMS | 5-фторурацил | Колоректальный, желудок, рак поджелудочной железы | Высокий TYMS может показать плохую реакцию и меньшую токсичность |
| DPYD | 5-фторурацил | Колоректальный, желудок, рак поджелудочной железы | Дефицит DPD, связанный с повышенным риском токсичности |
| UGT1A1 | Иринотекан | Колоректальный рак | Снижение активности UGT1A1 может увеличить риск токсичности |
| CYP2D6 | Тамоксифен | Рак груди | Пациенты с недостаточной активностью CYP2D6 имеют более высокий риск рецидива |
| EGFR | Анти-EGFR терапия | Колоректальный, рак легкого | Активация путей EGFR усиливает рост опухоли, прогрессирование и устойчивость к терапии |
| KRAS | Анти-EGFR терапия | Колоректальная, рак легкого | мутация KRAS ассоциирован с устойчивостью к терапии против EGFR |
| FCGR3A | Ритуксимаб | Неходжкинская лимфома | Генотип FCRG3A 158Val / Val может быть связан с лучшим ответом |
| BRCA1 / BRCA2 | Платина | груди, рак яичников | Раки, мутировавшие в BRCA1 / 2, более чувствительны к повреждению ДНК. Вторичные внутригенные мутации вызывают приобретенную устойчивость. |
Известно, что белки МЛУ являются генами лекарственной устойчивости и высоко экспрессируются при различных формах рака. Ингибирование генов MDR может привести к сенсибилизации клеток к терапевтическим средствам и снижению устойчивости к противоопухолевым препаратам. Реверсин 121 (R121) представляет собой пептид с высоким сродством к МЛУ, и использование R121 для лечения клеток рака поджелудочной железы приводит к повышенной химиочувствительности и снижению пролиферации.
Аберрантная экспрессия NF-κB обнаруживается при многих раковых заболеваниях, и было обнаружено, что NF-κB участвует в устойчивости к химиотерапии на основе платины, такой как цисплатин. Ингибирование NF-κB генистеином в различных линиях раковых клеток (простаты, молочной железы, легких и поджелудочной железы) показало усиление торможения роста и повышение химиочувствительности, что проявлялось в усилении апоптоза, вызванного терапевтическими агентами. Однако нацеливание на путь NF-κB может быть трудным, так как может быть много нецелевых и неспецифических эффектов.
Экспрессия мутировавшего TP53 вызывает дефекты в пути апоптоза, позволяя раковым клеткам избежать гибели. Было показано, что повторная экспрессия гена дикого типа в раковых клетках in vitro ингибирует пролиферацию клеток, вызывает остановку клеточного цикла и апоптоз.
При раке яичников ATP7B ген кодирует переносчик оттока меди, который, как было обнаружено, активируется в устойчивых к цисплатину клеточных линиях и опухолях. Разработка антисмысловых дезоксинуклеотидов против мРНК ATP7B и обработка линии клеток рака яичников показывают, что ингибирование ATP7B увеличивает чувствительность клеток к цисплатину.
