肿瘤药物的7大耐药机制

2021-04-07 生物世界

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在分子水平上理解表型转换的机制和耐药中的作用，可能带来新的治疗策略，进而导致更深入和更持久的癌症治疗。

来源 | 精准药物

肿瘤细胞会通过不同机制对药物耐药，有的原发性耐药，有的是获得性耐药，其机制有很多种，主要包括以下7个方面：

1. 药物外流增加

肿瘤对药物治疗产生耐药性的最直接方法之一是通过物理机制阻断或限制药物进入作用部位，其中一种机制是通过增加 ABC转运体家族蛋白 如MDR1、BCRPs等的表达。一个有效的药物必须能够通过细胞膜，而且必须避免被外排转运蛋白排到胞外。外排转运蛋白过度表达与许多化疗药物耐药相关，如长春碱、长春新碱、阿霉素、柔红霉素，和紫杉醇等。

2. 药物摄取减少

肿瘤减少药物分子摄取的能力也被认为是一种耐药机制。这种机制与增加药物外流的方式类似，会降低细胞环境中药物分子的浓度，进而限制其对靶肿瘤的疗效。

最易受这种耐药机制影响的药物分子是化疗药物如甲氨蝶呤、5-氟尿嘧啶、8-氮杂鸟嘌呤和顺铂等，他们已被证明利用转运蛋白如溶质载体（SLCs）进入细胞内。

3. 药物灭活

许多抗肿瘤药物具有相对复杂的作用机制，有些需要代谢活化。例如，阿糖胞苷（ara-C）是一种含核苷的药物，最常用于急性髓细胞白血病患者。脱氧胞苷激酶催化药物转化为单磷酸阿糖胞苷，随后磷酸化为活性物质阿糖胞苷三磷酸。据报道，脱氧胞苷激酶等酶的突变或下调会诱导药物耐药。这种核苷类似物的代谢失活也可以通过腺苷脱氨酶、胞苷脱氨酶和嘌呤核苷磷酸化酶等的作用来实现。

细胞色素P450家族 的药物代谢活性也参与这一耐药机制。拓扑异构酶I的抑制剂伊立替康用于结肠癌治疗，P450的浓度可以在药物治疗过程中被诱导或上调，从而导致抑制剂的大量代谢并降低患者的药物暴露量。

药物与 谷胱甘肽（GSH） 结合也参与这一耐药机制。GSH是一种抗氧化剂，有助于保护细胞免受活性氧（ROS）的影响。当含铂抗癌药物如顺铂和奥沙利铂与GSH结合时，它使它们成为ABC转运蛋白的底物，从而增强药物外流。这些药物也可能容易被富含半胱氨酸的小蛋白金属硫蛋白（MT）结合，从而失活。

4. 靶点突变

药物靶点可能通过多种方式获得对治疗分子的耐药性，其中 靶点突变 是最常见的机制之一。

癌症基因组图谱（TCGA）使用测序方法鉴定了12种主要癌症类型中数千种肿瘤的突变。EGFR、RAS、RAF和PI3K等癌基因的激活突变是多种癌症的关键驱动因素，许多抑癌基因如PTEN、Rb和p16INK4a等会发生突变失活，这些基因突变可以对蛋白质的特性和行为产生多种影响。

4.1. 空间位阻

位阻冲突或干扰抑制剂与结合位点相互作用的能力，是一种常见的氨基酸突变或畸变抗性机制。氨基酸可能具有不同的大小、形状、电荷和静电性质，这些性质可直接改变药物与靶分子相互作用的能力。

影响药物分子结合的更常见突变之一是小氨基酸被大氨基酸取代，导致空间冲突和降低药物分子的结合亲和力。或者，极性氨基酸侧链突变为疏水性氨基酸或反之亦然，可能会破坏极性相互作用，如氢键等。

抗性突变通常导致单碱基或氨基酸替换。一个公认的例子是治疗慢性粒细胞白血病患者时ABL的T315I突变。这个残基在蛋白激酶中被称为“看门人”，因为它影响到“选择性”或“后”袋中结合基团的大小和性质。在这个例子中，“野生型”残基是一种小而亲水的苏氨酸，它被T315I突变取代了更大更亲脂性的异亮氨酸，导致与靶向药物如伊马替尼的空间冲突。因此，蛋白激酶中门控残基的编码突变是最常见的耐药部位之一，在EGFR、ALK和ROS1等许多其他激酶中也可以观察到这种情况。

4.2.亲和力改变

如果药物分子的作用机制（MOA）是通过与辅因子（或底物）的竞争来实现的，那么如果这种辅因子或底物与靶蛋白的亲和力增加，就会产生耐药性。

这种效应最典型的例子之一是EGFR中T790M门控突变对抑制剂（如吉非替尼和厄洛替尼）活性的影响。当首次发现这种突变时，认为它最有可能通过空间位阻因素产生影响，类似于BCR/ABL中的T315L。然而，后来发现T790M突变的主要影响是由于激酶对三磷酸腺苷（ ATP）的亲和力增加，从而使这些药物在细胞实验中的活性显著降低。

4.3. 构象变化

在BCR/ABL中，L248V突变通过空间位阻导致伊马替尼耐药，而Y253C和E255K/V等破坏了蛋白质的非活性构象，从而导致“II型”抑制剂结合的非活性构象不稳定而产生耐药，这一现象往往发生在激酶的“P环”突变。

5. 信号通路改变

在某些情况下，癌细胞可以通过 改变驱动基因 来实现对治疗的抵抗，这可能涉及被靶向的信号通路的再激活，或另一个被激活的替代通路来规避靶向抑制。

例如：在用RAF抑制剂治疗BRAF突变的黑色素瘤时，NRAS、MEK和ERK的突变，BRAF的扩增和选择性剪接，MAP-3激酶的替代调节等，都有可能通过重新激活RAS–MAPK途径来独立地驱动耐药性。

6. 凋亡缺陷

大多数癌症药物的最终目标是触发肿瘤细胞选择性细胞死亡，而凋亡机制的破坏可能会影响对抗癌药物的耐药性，尤其某些化疗耐药似乎与细胞死亡机制的缺陷有关。最近的研究表明，抗凋亡蛋白MCL-1在一系列靶向治疗的肿瘤细胞的适应性抵抗中起着关键作用。

7. 表型转换

表型转换（也称为“细胞可塑性”）是多种细胞形态之间的变化，它可以作为一种独立于药物靶向途径的耐药机制。肿瘤细胞的这种可塑性可能导致表型转变，而表型状态不再依赖于药物靶向的途径。

最近，细胞可塑性已发现与多种癌症类型（包括黑色素瘤、肺癌和基底细胞癌）靶向治疗耐药有关。转分化和上皮-间充质转化（EMT）都是导致耐药的细胞可塑性的例子。作为转分化的一个例子，EGFR突变型肺腺癌（LUAD）向小细胞肺癌（SCLC）的表型转化被认为是EGFR抑制剂耐药的一种临床机制。最近的一项研究表明，抗EGFR抑制剂的LUADs和SCLCs具有共同的克隆起源和分支进化轨迹。SCLC祖先与LUAD细胞的克隆分化发生在药物治疗前，肿瘤中RB1和TP53在LUAD早期即完全失活。

上皮-间充质转化（EMT）是多细胞生物形态发生过程中组织重塑的关键机制。EMT与肿瘤转移之间的因果关系尚不完全清楚；然而EMT在耐药中的作用已被反复确认。

在分子水平上理解表型转换的机制和耐药中的作用，可能带来新的治疗策略，进而导致更深入和更持久的癌症治疗。