Противоопухолевая резистентность

Противоопухолевая резистентность, или резистентность к химиотерапии, представляет собой способность раковых клеток выживать и расти, несмотря на противораковую терапию. В некоторых случаях рак может развить устойчивость к множественным лекарствам, называемую множественной лекарственной устойчивостью .

Существуют две основные причины неудачи противоопухолевой терапии: присущие генетические характеристики, придающие раковым клеткам их устойчивость и приобретенную резистентность после воздействия лекарственного средства, что коренится в концепции гетерогенности раковых клеток . Характеристики резистентных клеток включают измененный мембранный транспорт, усиленную репарацию ДНК, дефекты апоптотического пути, изменение молекул-мишеней, белковые и механизмы пути, такие как ферментативная дезактивация. Поскольку рак является генетическим заболеванием, два приобретенных геномных фактора лежат в основе приобретенной лекарственной устойчивости: изменения генома (например, амплификация и делеция генов) и эпигенетические модификации, Раковые клетки постоянно используют различные инструменты, включая гены, белки и измененные пути, чтобы обеспечить выживание против противоопухолевых препаратов.

Определение  

Противоопухолевая резистентность, резистентностью к химиотерапии, - это способность раковых клеток выживать и расти, несмотря на различные виды противораковой терапии, то есть их множественную лекарственную устойчивость . Существует две основные причины неудачи противоопухолевой терапии: Присущая резистентность, такая как генетические характеристики, придает раковым клеткам их устойчивость с самого начала, что основано на концепции гетерогенности раковых клеток и приобретенной резистентности после воздействия лекарственного средства.

Гетерогенность раковых клеток  

Гетерогенность раковых клеток, или гетерогенность опухолей, заключается в том, что опухоли состоят из различных популяций раковых клеток, которые морфологически, фенотипически и функционально различны. Некоторые 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 качестве первоначального ответа на препарат, устойчивые раковые клетки выживают при лечении, отбираются и затем размножаются, что в конечном итоге вызывает рецидив рака.

Гетерогенность раковых клеток может вызвать прогрессирование заболевания, когда молекулярно направленная терапия не в состоянии убить те опухолевые клетки, которые не экспрессируют маркер, а затем делиться и мутировать дальше, создавая новую гетерогенную опухоль. На мышиной модели рака молочной железы иммунная микросреда влияет на восприимчивость к неоадъювантной химиотерапии. При раке молочной железы, особенно в тройном негативном подтипе, иммунная контрольная точка успешно использовалась в случаях метастазирования и неоадъювантной терапии.

Приобретенное сопротивление  

Поскольку рак является генетическим заболеванием, два геномных события лежат в основе этих механизмов приобретенной лекарственной устойчивости: изменения генома (например, амплификация и делеция генов) и эпигенетические модификации.

Генетические причины  

Изменения генома  

Хромосомная перестройка из-за нестабильности генома может вызывать амплификацию и делецию генов. Амплификация генов - это увеличение числа копий области хромосомы, которые часто встречаются опухолях и могут способствовать развитию опухоли посредством изменения экспрессии генов.

Исследования клеток хомяка в 1993 году показали, что амплификации в гене DHFR, участвующем в синтезе ДНК, начинаются с разрыва хромосомы ниже гена, и последующие циклы образования слияния-разрушения-мостика приводят к большим внутрихромосомным повторам. Чрезмерная амплификация онкогенов может происходить в ответ на химиотерапию, которая считается основным механизмом в нескольких классах резистентности. Например, амплификация DHFR происходит в ответ на метотрексат, амплификация TYMS (участвует в синтезе ДНК) происходит в ответ на 5-фторурацил, и BCR-ABL амплификация происходит в ответ на мезилат иматиниба. Определение областей амплификации генов в клетках от больных раком имеет огромное клиническое значение. Делеция гена противоположна амплификации гена, когда область хромосомы теряется, возникает лекарственная устойчивость путем потери генов-супрессоров опухолей, таких как TP53.

Геномная нестабильность может возникнуть, когда ветвь репликации нарушена или остановлена ​​во время миграции. Это может происходить с барьерами репликационной вилки, белками, такими как PTIP, CHD4 и PARP1, которые обычно очищаются с помощью датчиков повреждения ДНК клетки, геодезистов и респондеров BRCA1 и BRCA2.

Эпигенетические механизмы  

Эпигенетические модификации противоопухолевой лекарственной устойчивости играют основную роль в развитии рака и лекарственной устойчивости, поскольку они способствуют регуляции экспрессии генов. Два основных типа эпигенетического контроля - метилирование ДНК и метилирование / ацетилирование гистонов. Метилирование ДНК - это процесс добавления метильных групп к ДНК, обычно в верхних промоторных областях, который останавливает транскрипцию ДНК в области и эффективно заглушает отдельные гены. Гистоновые модификации, такие как деацетилирование, изменяют хроматинформирование и молчание крупных хромосомных областей. В раковых клетках, где нарушается нормальная регуляция экспрессии генов, 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 лекарственной устойчивости.

Исследования линий раковых клеток показали, что гипометилирование (потеря метилирования) промотора гена MDR1 вызывает избыточную экспрессию и множественную лекарственную устойчивость.

В клеточных линиях рака молочной железы, устойчивых к метотрексату, без поглощения лекарственного средства и экспрессии фолатного носителя, что дает DAC, ингибитор метилирования ДНК, улучшенное поглощение лекарственного средства и экспрессию фолатного носителя.

Приобретенная устойчивость к алкилирующему препарату фотемустину в меланомах клетки показала высокую активность MGMT, связанную с гиперметилированием из УПРА гена экзонов.

В клеточных линиях, устойчивых к иматинибу, было показано, что замолкание гена SOCS-3 посредством метилирования вызывает активацию белка STAT3, что вызывает неконтролируемую пролиферацию.

Механизмы раковых клеток  

Раковые клетки могут стать устойчивыми ко многим лекарственным средствам благодаря измененному мембранному транспорту, усиленной репарации ДНК, дефектам апоптотического пути, изменению молекул-мишеней, белков и механизмов пути, таким как ферментативная дезактивация.

Измененный мембранный транспорт  

Многие классы противоопухолевых препаратов воздействуют на внутриклеточные компоненты и пути, такие как ДНК, ядерные компоненты, что означает, что они должны проникать в раковые клетки. Р-гликопротеина (Р-GP), или белок множественной лекарственной устойчивости, является фосфорилируется и гликозилированного мембранный переносчик, который может челночные препараты из клетки, тем самым уменьшая или абляции эффективность лекарственного средства. Этот транспортный белок кодируется геном MDR1 и также называется белком АТФ-связывающей кассеты (ABC)., MDR1 обладает разнородной субстратной специфичностью, что позволяет ему транспортировать многие структурно разнообразные соединения через клеточную мембрану, в основном гидрофобные соединения. Исследования показали, что ген MDR1 может быть активирован и сверхэкспрессирован в ответ на фармацевтические препараты, таким образом формируя основу 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 клеточных линиях, устойчивых к лекарственным средствам, и ДНК пациентов выявили генные перестройки, которые инициировали активацию или сверхэкспрессию MDR1. Полиморфизм C3435T в экзоне 226 MDR1также сильно коррелирует с активностью p-гликопротеина.

MDR1 активируется через NF-κB, белковый комплекс, который действует как фактор транскрипции. У крысы место связывания NF-κB соседствует с геном mdr1b, NF-κB может быть активным в опухолевых клетках, поскольку его мутированный ген NF-κB или его ингибирующий ген IκB мутировал при химиотерапии. В клетках колоректального рака ингибирование NF-κB или MDR1 вызывало повышенный апоптоз в ответ на химиотерапевтический агент.

Улучшенное восстановление ДНК  

Усиленная репарация ДНК играет важную роль в способности раковых клеток преодолевать вызванные лекарствами повреждения ДНК.

Химиотерапия на основе платины, такая как цисплатин, воздействует на опухолевые клетки путем перекрестного сшивания их цепей ДНК, вызывая мутации и повреждения. Такое повреждение вызовет запрограммированную гибель клеток (например, апоптоз) в раковых клетках. Резистентность к цисплатину возникает, когда раковые клетки приобретают повышенную способность обратить такое повреждение, удаляя цисплатин из ДНК и восстанавливая любое нанесенное повреждение. Устойчивые к цисплатину клетки усиливают экспрессию гена и белка, перекрестно комплементирующего эксцизионную репарацию (ERCC1).

Некоторые химиотерапии являются алкилирующими агентами, то есть они присоединяют алкильную группу к ДНК, чтобы остановить ее чтение. O6-метилгуанин ДНК-метилтрансфераза (MGMT) представляет собой фермент репарации ДНК, который удаляет алкильные группы из ДНК. Экспрессия MGMT повышена во многих раковых клетках, что защищает их от алкилирующих агентов. Повышенная экспрессия MGMT была обнаружена при раке толстой кишки, раке легких, неходжкинской лимфоме, раке молочной железы, глиомах, миеломе и раке поджелудочной железы.

Апоптотические дефекты пути  

TP53 является геном-супрессором опухолей, кодирующим белок p53, который отвечает на повреждение ДНК либо репарацией ДНК, либо остановкой клеточного цикла, либо апоптозом . Потеря TP53 посредством делеции гена может позволить клеткам непрерывно реплицироваться, несмотря на повреждение ДНК. Переносимость повреждения ДНК может дать раковым клеткам метод устойчивости к тем лекарствам, которые обычно вызывают апоптоз через повреждение ДНК.

Другие гены, вовлеченные в лекарственную устойчивость, связанную 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. Было обнаружено, что ингибирование ч-Ras, чтобы увеличить чувствительность цисплатины в клетках глиобластомы. Повышенная регуляция экспрессии Bcl-2 в лейкозных клетках (неходжкинская лимфома) приводила к снижению уровня апоптоза в ответ на химиотерапевтические агенты, так как Bcl-2 является онкогеном, способствующим выживанию.

Измененные молекулы-мишени  

Во время целевой терапии часто цель изменялась и уменьшала свое выражение до такой степени, что терапия перестала быть эффективной. Одним из примеров этого является потеря рецептора эстрогена (ER) и рецептора прогестерона (PR) при антиэстрогенном лечении рака молочной железы. Опухоли с потерей ER и PR больше не реагируют на лечение тамоксифеном или другими антиэстрогенами, и, хотя раковые клетки остаются в некоторой степени чувствительными к ингибиторам синтеза эстрогена, они в конечном итоге перестают отвечать на эндокринные манипуляции и больше не зависят от эстрогена в плане роста.

Другой линией терапии, используемой для лечения рака молочной железы, является нацеливание на киназы, такие как рецептор 2 эпидермального фактора роста человека (HER2) из ​​семейства EGFR . Мутации часто встречаются в гене HER2 при лечении ингибитором, при этом примерно у 50% пациентов с раком легких обнаружена мутация привратника EGFR-T790M.

Лечение хронического миелолейкоза (ХМЛ) включает ингибитор тирозинкиназы, который нацелен на слитый ген BCR / ABL, называемый иматинибом . У некоторых людей, устойчивых к иматинибу, ген BCR / ABL реактивируется или амплифицируется, или в гене произошла одиночная точечная мутация . Эти точечные мутации усиливают аутофосфорилирование белка BCR-ABL, что приводит к стабилизации АТФ-связывающего сайта в его активной форме, которая не может быть связана с иматинибом для правильной активации лекарственного средства.

Топоизомераза является выгодной мишенью для терапии рака из-за ее критической роли в качестве фермента в репликации ДНК, и было сделано много ингибиторов топоизомеразы. Резистентность может возникать, когда уровни топоизомеразы снижаются или когда различные изоформы топоизомеразы по-разному распределяются в клетке. Также сообщалось о мутантных ферментах в лейкозных клетках пациентов, а также о мутациях в других раковых образованиях, которые придают устойчивость к ингибиторам топоизомеразы.

Измененный метаболизм  

Одним из механизмов противоопухолевой резистентности является избыточная экспрессия метаболизирующих лекарство ферментов или молекул-носителей. Увеличивая экспрессию метаболических ферментов, лекарственные средства быстрее превращаются в лекарственные конъюгаты или неактивные формы, которые затем могут выводиться из организма. Например, повышенная экспрессия глутатиона способствует лекарственной устойчивости, так как электрофильные свойства глутатиона позволяют ему реагировать с цитотоксическими агентами, инактивируя их. В некоторых случаях снижение экспрессии или потеря экспрессии ферментов, метаболизирующих лекарственные средства, придают устойчивость, поскольку ферменты необходимы для превращения лекарственного средства из неактивной формы в активную форму. арабинозид, широко используемая химиотерапия для лечения лейкемии и лимфом, превращается в цитозинарабинозидтрифосфат с помощью дезоксицитидинкиназы. Мутация дезоксицитидинкиназы или потеря экспрессии приводит к устойчивости к арабинозиду. Это форма ферментативной дезактивации.

Уровни экспрессии факторов роста также могут способствовать устойчивости к противоопухолевой терапии. Было обнаружено, что при раке молочной железы резистентные к лекарству клетки экспрессируют высокие уровни IL-6, тогда как чувствительные клетки не экспрессируют значительные уровни фактора роста. IL-6 активирует факторы транскрипции энхансер-связывающего белка CCAAT, которые активируют экспрессию гена MDR1 (см. «Изменение мембранного транспорта»).

Генетические маркеры лекарственной чувствительности и резистентности  

Фармакогенетика играет все более важную роль в противоопухолевом лечении. Технологии быстрого секвенирования позволяют идентифицировать генетические маркеры чувствительности к лечению и потенциальной устойчивости. Некоторые маркеры являются более репрезентативными и чаще используются в клинических условиях.

Когда BRCA1 и BRCA2 отсутствуют, как в 5-10% всех случаев рака молочной железы, застрявшая вилка остается дестабилизированной, а ее вновь синтезированная ДНК деградирует. Эта геномная нестабильность означает, что раковая клетка на самом деле более чувствительна к повреждающим ДНК химиотерапевтическим препаратам. [35]

маркерлекарственныйОсновные условияКлинические последствия
TYMS5-фторурацилКолоректальная, желудок, поджелудочная железаВысокие TYMS могут показать плохую реакцию и меньшую токсичность
DPYD5-фторурацилКолоректальная, желудок, поджелудочная железаДефицит DPD связан с повышенным риском токсичности
UGT1A1IrinotecanКолоректальный ракСнижение активности UGT1A1 может увеличить риск токсичности
CYP2D6ТамоксифенРак молочной железыПациенты с недостаточной активностью CYP2D6 подвергаются большему риску рецидива
EGFRАнти-EGFR терапияКолоректальный, рак легкогоАктивация путей EGFR усиливает рост, прогрессирование и устойчивость опухоли к терапии.
KRASАнти-EGFR терапияКолоректальный, рак легкогоМутация KRAS связана с устойчивостью к анти-EGFR терапии
FCGR3AритуксимабНеходжкинской лимфомыГенотип FCRG3A 158Val / Val может быть связан с лучшим ответом
BRCA1 / BRCA2платиновыйГруди, рак яичниковBRCA1 / 2- мутированные раки более чувствительны к повреждению ДНК. Вторичные внутригенные мутации придают приобретенную устойчивость

Генетические подходы к преодолению лекарственной устойчивости  

Известно, что белки MDR являются генами устойчивости к лекарственным средствам и высоко экспрессируются при различных формах рака. Ингибирование генов MDR может привести к сенсибилизации клеток к терапевтическим средствам и снижению противоопухолевой резистентности. Реверсин 121 (R121) представляет собой высокоаффинный пептид для MDR, и использование R121 в качестве средства для лечения раковых клеток поджелудочной железы приводит к повышенной химиочувствительности и уменьшенной пролиферации.

Аберрантная экспрессия NF-κB обнаружена во многих раковых заболеваниях, и было обнаружено, что NF-κB участвует в резистентности к химиотерапии на основе платины, такой как цисплатин. Ингибирование NF-κB генистеином в различных линиях раковых клеток (простата, молочная железа, легкое и поджелудочная железа) показало повышенное торможение роста и увеличение хемочувствительности, что рассматривается как увеличение апоптоза, вызванного терапевтическими агентами. Тем не менее, нацеливание на путь NF-κB может быть затруднено, так как может быть много нецелевых и неспецифических эффектов.

Экспрессия мутированного TP53 вызывает дефекты в пути апоптоза, позволяя раковым клеткам избегать смерти. Было показано, что реэкспрессия гена дикого типа в раковых клетках in vitro ингибирует пролиферацию клеток, вызывает остановку клеточного цикла и апоптоз.

В раке яичников, то ATP7B ген кодирует для меди эффлюксного транспортера, установлено, что в цисплатинах повышались устойчивыми клеточные линии и опухолей. Разработка антисмысловых дезоксинуклеотидов против мРНК ATP7B и лечение линии клеток рака яичника показывает, что ингибирование ATP7B повышает чувствительность клеток к цисплатину.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector