肿瘤多药耐药机制及中药抗耐药作用研究进展
耿 琦，易剑峰，王丽丽，李航林
(宜春学院 化学与生物工程学院，江西 宜春 336000)
有研究发现，我国恶性肿瘤的发生率和死亡率连续十年呈上升趋势，肿瘤作为我国主要的公共卫生问题之一,给社会和个人带来了巨大的负担,而造成这一负担的主要原因是肿瘤对化疗药物产生的MDR[1]。MDR是指反复接触某种药物后，肿瘤细胞不仅对此药物的敏感性降低甚至消失还可能导致对其他结构不同、作用靶点不同的抗肿瘤药物的敏感性下降。肿瘤细胞的耐药性通常分为内源性耐药(或原发性耐药)和获得性耐药(或继发性耐药)，前者指的是癌细胞在治疗之初不易受药物的影响，后者是指原本对药物敏感的肿瘤细胞在与药物反复接触过程中敏感性减弱或消失，从而产生MDR。因此，阐明肿瘤多药耐药机制，寻找有效的逆转剂，才能提高肿瘤患者的生存率。中医药以其高效、低毒、多靶点的特点，在逆转多药耐药肿瘤方面备受关注。本文就肿瘤多药耐药的机制及中医药治疗肿瘤多药耐药的研究进展作一简要综述。
导致肿瘤MDR的机制非常复杂,本文主要对以下五个方面进行简要综述：跨膜蛋白介导的MDR、酶系统介导的MDR、DNA损伤的修复功能增强引起的MDR、凋亡调控基因介导的MDR及低氧诱导因子-1α介导的MDR,上述单个或多个机制共同作用诱导MDR的产生。
1.1 跨膜蛋白介导的MDR
要想发挥抗恶性肿瘤药物的药效，杀死肿瘤细胞，必须使其在肿瘤细胞中达到最低有效浓度。多种跨膜蛋白被认为与肿瘤耐药有相关性，因化疗药物可通过跨膜蛋白被泵出细胞内,从而降低药物在细胞内的浓度，导致MDR，这是目前研究最广泛的机制之一。
主要包括：P糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)，多药耐药相关蛋白( multi-drug resistance protein,MRP)，乳腺癌耐药蛋白( breast cancer resistance protein，BCRP，也称 ABCG2)和肺耐药蛋白( lung resistancerelated protein,LRP)[2]。
1.1.1 P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)
1976年Juliano[3]等人发现，细胞内的药物浓度降低会导致MDR，他们还发现耐药的肿瘤细胞中存在一种分子量为170Kda，由约1280个氨基酸组成的细胞膜糖蛋白P-gp，它由两个核苷酸结合域(nucleotide-binding domain,NBD)和两个跨膜结构域(transmembrane domain,TMD)组成，是ABC( ATP - binding cassette)转运蛋白超家族成员之一。P-gp还能发挥“药泵”的功能，其可以利用ATP水解释放的能量，将带正电荷的疏水亲脂性的抗恶性肿瘤药物逆浓度梯度输送到至细胞膜外,使细胞内抗恶性肿瘤药的浓度低于阈浓度，导致MDR 的产生[4]。与P-gp有关的耐药性一般称为典型 MDR。
1.1.2 多药耐药相关蛋白(multi-drug resistance protein,MRP)
1992年，Cole等[5]人在小细胞肺癌H69/AR耐药细胞株中发现MRP可对多种化疗药物产生耐药性。MRP与P-gp同属于ABC运转蛋白家族的能量依赖性糖蛋白,当MRP高表达时，其也可发挥“药物泵”的作用，使肿瘤细胞产生MDR。但MRP介导的耐药机制与P-gp不同,其主要的耐药机制是MRP能特异性识别和转运与谷胱甘肽( glutathione,GSH)结合的细胞毒药物药(如顺铂)并将药物泵出细胞外,使得细胞内药物浓度降低或分布改变而引起MDR。
1.1.3 肺耐药蛋白( lung resistance protein, LRP)
LRP是在耐药NSCLC细胞株中发现一种耐药基因,这种蛋白的相对分子质量约为110 KD,且被证实不是P糖蛋白,因其在肺癌细胞中发现所以将其命名为LRP[6]。LRP的多药耐药机制主要分为以下两个方面:①LRP可阻止某些靶向细胞核的细胞毒药物通过核膜孔进入细胞核,发挥关卡作用,一旦药物进入细胞核也可将其泵出核内。②LRP还可以通过运输囊泡或胞吐作用将细胞内抗肿瘤药物运输到细胞质外,使得细胞内药物浓度下降而产生MDR。
1.1.4 乳腺癌耐药蛋白( breast cancer resistance protein,BCRP)
BCRP是第三个克隆得到的RNA，与P-gp和MRP一样同属于外排型转运体，也是ATP结合盒转运蛋白超家族成员之一。它是由655个氨基酸组成且相对分子质量只有75,000的耐药蛋白[7]。它与P-gp和MRP一样同属于ABC转运蛋白超家族成员之一，在机体中分布非常广泛，而且作用底物多样，如米托蒽醌(mitoxantrone)、喜树碱衍生物(camptothecin derivates)、甲氨蝶呤(methotrexate)都是BCRP比较具有代表性的底物，这是引起肿瘤耐药的一个重要因素。此外，由于它只含有一个1个核苷酸结合区(nucleotide binding domain, NBD)和1个6次跨膜区(transmembrane domain,TMD)，所以又被称为半转运体(half-transporter)。它与P-gp相似同样以药物外排泵的形式使细胞内药物浓度减少而产生耐药[8]。
1.2 酶系统介导的MDR
1.2.1 谷胱甘肽转移酶(glutathione transferase, GST)
谷胱甘肽转移酶系统是细胞内一组重要的药物代谢酶，在细胞解毒过程中起着关键作用。它可以将体内潜在的有毒物质与谷胱甘肽(glutathione，GSH)结合，并将其从体内清除。以达到清除体内有害物质维持体内内环境稳定的目的。GST介导的多药耐药的机制主要有:①催化GSH与各种亲电子的化疗药物结合，使其水溶性增加，药物的分解代谢加快、毒性减弱而产生耐药性②GST高表达还可以直接使细胞毒药物失活。Ming G[9]等人发现,GST在胃癌细胞中高表达与顺铂(CDDP)和5-Fu耐药有关。大量研究表明许多对抗肿瘤药物不敏感的肿瘤如乳腺癌、非小细胞癌等都有一个共同特点就是GST高表达，因此，不难看出GST与肿瘤多药耐药有密切关系。
1.2.2 拓扑异构酶Ⅱ(topoismerase,TopoⅡ)
拓扑异构酶是主要在DNA复制中起关键作用的核酶。Topo主要分为两种类型:切断一个链的称为拓扑异构酶Ⅰ(TopoⅠ)，切断两个链的的称为拓扑异构酶Ⅱ(TopoⅡ)。TopoⅠ和TopoⅡ均是抗肿瘤药物作用的靶点，但临床上以TopoⅡ为靶点的抑制剂较多如表鬼臼毒素类、蒽环类抗生素等。其发挥抗肿瘤作用主要通过形成药物-TopoⅡ-DNA复合物，从而抑制Topo的表达，或者直接作用于拓扑异构酶Ⅱ，使其靶酶改变，TopoⅡ的活性受到抑制，并最终诱导肿瘤细胞凋亡。与P-gp和MRP耐药机制不同，ToPoⅡ的磷酸化水平升高、ToPoⅡ酶水平的降低和ToPoⅡ基因的位点突变或缺失都会导致MDR的产生，因此称为非典型耐药[10]。彭靖[11]等人研究发现，TopoⅡ的表达水平与胰腺癌耐药程度有相关性，且呈负相关。
1.3 DNA损伤修复能力增强介导的MDR
机体每时每刻都有可能受到外来有害物质的侵袭，同时我们机体细胞内的DNA 每天也会受到上万次的损伤，这些不同程度的损伤都有可能会导致肿瘤的发生。许多抗肿瘤药物主要损伤肿瘤细胞的DNA，把DNA 作为药物作用的最终靶点，抑制肿瘤细胞增殖发挥抗肿瘤的作用。DNA损伤修复是指受到损伤的DNA分子，在核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等多种酶的作用下，肿瘤细胞中酶蛋白的合成增加，DNA修复能力增强，使得抗肿瘤药物的作用减弱导致耐药性的产生[12]。目前我们认为DNA修复途径主要分为四种：碱基切除修复(base excision repair，BER)、核苷酸切除修复(nucleotide excision repair，NER)、错配修复(mismatch repair，MMR)和双键断裂修复(double strand break repair，DSBR)，NER作为最重要的损伤修复途径，主要修复DNA双螺旋结构的损伤。研究表明，基因切除修复交叉互补基因1( ERCC1)除了是NER修复过程中的关键基因，其表达水平还与顺铂耐药密切相关，是预测顺铂类耐药的有效指标[13-14]。Heyza[15]等发现ERCC1对 EGCG和Pro-EGCG抑制剂敏感性较高，可以充分发挥抗肿瘤药物的药效。靶向切除修复 ERCC1可能使肿瘤耐药患者恢复对顺铂类细胞毒药物的敏感性。
1.4 凋亡调控基因介导的MDR
研究表明，可以由此推断出凋亡受抑可能是肿瘤细胞产生耐药的重要机制之一。目前，这种耐大部分化疗药物主要通过抑制肿瘤细胞增殖和诱导其凋亡发挥抗肿瘤作用药机制已被许多研究学者所证实。现已发现与肿瘤细胞凋亡途径相关的因素，如突变型p53基因、bcl-2/neu过表达、NF-κB活化、肿瘤坏死因子TNF等使肿瘤细胞对抗肿瘤药物敏感性下降，肿瘤细胞凋亡受抑，引起肿瘤MDR[16]。
1.5 低氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)介导的MDR
近年来，有研究证明HIF-1α是肿瘤进展和耐药中一个重要因素。HIF-1α介导的多药耐药机制主要表现在以下两个方面：①在实体肿瘤中由于恶性肿瘤细胞增殖快，细胞内常处于低氧的环境中，但是某些化疗药物需要氧自由基才能最大程度的发挥药效。②缺氧会使肿瘤细胞的周期被改变，细胞生长停留在G1期，对抗肿瘤药物的敏感性下降；
缺氧还可抑制ToPoⅡ在肿瘤细胞中的表达，使ToPoⅡ的活性受到抑制对化疗药物产生耐药[17]。Masanobu Tsubaki[18]等人研究发现，HIF-1α在多发性骨髓瘤患者中的高表达水平与低生存率有相关,由此得出HIF-1α的高表达与多发性骨髓瘤患者的预后差和药物敏感性下降有关。如果能以低氧诱导因子-1α克服肿瘤耐药，将会给肿瘤治疗带来重要影响。
1.6 其他机制介导的MDR
除上述机制外造成肿瘤细胞MDR机制可能还有：蛋白激酶C 、PH值改变、细胞膜的改变影响药物的转运和外排、细胞激素受体量和亲和力的改变、细胞内微量元素水平的变化、神经酰胺信号系统等。由此我们不难得出肿瘤细胞的MDR，可能是多因素、多机制协共同作用的结果。
随着中药在肿瘤患者治疗中重要性的进一步提高，我们发现中药单体和中医药复方在肿瘤患者的治疗中可以发挥增强疗效并且降低毒性的作用。因此，研究者们开始对中药单体和中药复方在逆转肿瘤MDR方面的疗效进行深入探究。
2.1 中药单体的研究
中药单体逆转肿瘤MDR 是该领域的研究热点，中药单体逆转剂的有效成分主要有生物碱类、皂苷类和黄酮类。这些成分不仅具有良好的生物活性，相对于化学药来说还具有高效低毒的优势，这些优势对于MDR 逆转剂的研究意义重大。
2.1.1 川芎嗪(tetramethylpyrazine，TMP)
川芎嗪是从川芎中提取的生物碱单体，具有保护心肌、预防血栓形成和钙通道阻滞的作用，也常被用来作为肿瘤MDR的中药逆转剂。研究证明，其逆转肿瘤MDR的机制主要是通过钙拮抗作用，使GST的活性降低，影响MDR1的表达及P-gp、 MRP、LRP的功能，还可能通过抑制抗凋亡基因BCL-2/neu的过表达等方式发挥逆转肿瘤MDR的作用[19]。贾秀红[20]等人研究发现，沉默慢性髓系白血病HOXA10基因表达与川穹嗪联合作用，能通过提高多柔比星的细胞内浓度和抑制P-gp和MRP1的表达，药物在细胞内浓度被极大的提高从而达到逆转K562/ADR细胞MDR的作用。
2.1.2 苦参碱( matrine)
苦参碱是从苦参、山豆根和苦豆子等中草药中提取的活性成分之一，现已被证明在治疗病毒性肝炎、肝纤维化、心律失常中有一定作用[21]。大量研究发现苦参碱可以逆转肿瘤细胞多药耐药，其机制主要通过降低MDR1及MRP1的表达水平逆转肿瘤的MDR。魏昌晟[22]等人研究认为，苦参碱可以促进MDR的人乳腺癌MCF-7/ADR细胞的凋亡，抑制MCF-7/ADR细胞的增殖，同时他们还发现，苦参碱还可以下调MDR1、MRP1、P-gp等基因和蛋白表达来发挥逆转MCF-7/ADR细胞MDR的作用。
2.1.3 姜黄素(Curcumin，Cur)
姜黄素是从某些植物根茎中提取的一种化学成分，因其作用范围广所以被广泛应用于临床。近年来研究发现姜黄素是姜黄发挥抗肿瘤作用的重要成分，还能逆转肿瘤细胞的MDR。隋欣[23]等人在研究人胃癌SGC7901/ADR耐药细胞时发现姜黄素可以通过抑制GC7901/ADR细胞株中GST的表达而减少ADR的外排，提高ADR的细胞内浓度逆转SGC7901/ADR细胞的耐药，且表现出时间和剂量依赖性。任海玉[24]等人研究发现，姜黄素对食管癌耐长春新碱Eca-109/VCR细胞具有明显的抑制作用，且呈浓度依赖性。此外，姜黄素与长春新碱联合使用使，P-gp的表达较单独使用长春新碱时显著降低。这些结果表明，小剂量姜黄素可以通过抑制P-gp的表达，逆转Eca-109/VCR细胞的MDR。
2.1.4 蛇床子素(osthole)
蛇床子素是从伞形科植物蛇床(Cnidium monnieri (L.) Cusson)的果实蛇床子中提取到的具有生物活性的香豆素类化合物。以往的研究表明其具有解痉、降压、抗心律失常、增强免疫及光谱抗菌的药理作用。近年来，蛇床子素除了被证明有较强的抗肿瘤的活性之外，还发现其可能有逆转肿瘤细胞MDR的作用。有研究证明，蛇床子素通过下调P-gp的表达使阿霉素的外排减少，药物在体内蓄积，从而逆转人膀胱癌细胞T24/ADM的耐药[25]。
2.2 中药复方制剂的研究
肿瘤MDR是各种因素共同作用的结果，仅依靠中药单体逆转MDR无法达到最佳治疗效果，中药复方用药是中药特色，一些中药复方长期应用于临床，表现出了良好的治疗效果，中药复方具有抑制肿瘤细胞的迁移、逆转化疗药物的MDR，降低化疗药物的毒性的优势，从而达到延长患者生存期,改善患者生活质量目的。
肝癌-1号主要由黄芪、茯苓、白术、茵陈等组成，经过广泛的临床应用被证实其具有明确的抑制肝癌细胞生长的作用。对无法进行手术切除的晚期肝癌患者进行研究发现，肝癌-1号在控制肝癌晚期患者的疾病进展方面有良好的疗效，可以使肿瘤患者的症状得到缓解[26]。肝癌-1号逆转肿瘤MDR的机制是使Hep /G2/ADM 细胞中P-gp的合成受抑制，下调MDR1mRNA的表达从而部分逆转HepG2/ADM的耐药性[27]。
近年来研究显示左金丸与细胞毒药物联合使用可以发挥逆转 HCT116/ L-OHP 细胞MDR的作用，增加HCT116/ L-OHP 细胞对 L-OHP、DDP、5-Fu等的敏感性，使得药物在细胞内的浓度提高，作用增强，达到逆转MDR的目的。左金丸还能通过抑制PI3K/Akt/NF-κB信号通路，下调P-gp的表达，从而起到逆转结直肠癌细胞MDR的作用[28]。
七叶灵颗粒是由多种成分组成的复方制剂，多年临床应用证明其有良好的抗肿瘤效果,还可以提高肿瘤患者疗效和改善生存质量。董昀[29]等人研究发现，七叶灵颗粒和七叶灵颗粒联合化疗药物可以降低Lewis肺癌细胞(3LL)株中的MDR1、MRP、LRP的表达，说明七叶灵颗粒和七叶灵颗粒联合化疗能抑制MDR相关基因的表达，使化疗药物的敏感性提高，从而逆转肿瘤MDR。
益气养肺方主要包括参皂苷、黄芪甲苷、麦冬皂苷和粉防己碱等成分。有研究证明，其与顺铂(DDP)联合使用可以抑制肿瘤细胞的活性。此外，益气补肺方单独使用或与DDP联合使用可以逆转人肺癌细胞细胞株(A549/DDP)的耐药性，因其可以下调MRP1、GST等基因和蛋白的表达及抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路进而抑制bFGF / FGFR信号转导[30]。
综上所述，肿瘤MDR的产生机制十分复杂，某一肿瘤细胞的MDR可能是多种机制共同介导的，不同肿瘤细胞对同一种药物产生的耐药机制也不用，而通常化疗药物都有其特定的作用靶点，且传统的化疗药物大多毒性较大，可能会加重患者的身体负担。因此，研究者们致力于寻找疗效好、毒副作用小的逆转剂，从而达到改善患者生存质量的目的。中药在我国临床应用已有几千年的历史，具有多靶点、多阶段性的作用特点，且其本身就有抗肿瘤特性，毒副作用相对较小，因此中药在逆转肿瘤MDR方面具有明显的优势。
虽然中药在逆转肿瘤MDR方面的研究取得了一定成果，无论是从耐药机制还是药物研究都有了一定的突破，但是中药逆转肿瘤MDR仍然存在一定的局限性。逆转耐药的机制不明确，尤其是分子机制，目前大多数研究仍然只停留在对MDR基因、P-gp等经典耐药机制，而缺乏对MRP、GST、TopoⅡ等非经典机制的研究。中药逆转剂的研究方法主要以体外研究为主，缺乏体内及临床试验研究。中药单体在体内经过一系列分解和代谢后，性质可能发生改变，因此需要进行体内试验以确证其疗效。目前，对于中药单体的研究较多，而对复方制剂的研究相对缺乏。虽然，中药与化疗药物联合使用在逆转肿瘤MDR的疗效得到了确认，但是由于两者治疗理念的不同，还需要对两者联合使用时作用机制进行深入的探讨和研究，设计规范的多中心临床对照试验，为中西医联合治疗肿瘤及逆转肿瘤MDR提供参考。我们相信，随着临床与实验研究资料的积累和我们对肿瘤分子生物学认识的不断深入，肿瘤MDR机制一定会得到全面的揭示。
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