肺癌耐药分子机制研究进展

齐 慧，苏乌云，呼 群

肺癌耐药分子机制研究进展

齐 慧，苏乌云，呼 群

肺癌化疗疗效差异与肿瘤的耐药密切相关，目前研究认为多种基因及分子通路参与调控肺癌细胞对化疗药物的耐药性。对肺癌耐药分子标志物的研究可预测药物治疗敏感性，对肺癌耐药的反转研究有重要意义。

肺癌；化疗；耐药；分子标志物

肺癌是目前我国发病率和病死率最高的恶性肿瘤，其中非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)约占85%，预后不佳。肺癌对化疗药物极易产生耐药性，严重危害人类健康[1]。目前肺癌在手术、放疗、化疗及分子靶向治疗方面都取得了很大的进步，然而治疗效果仍不理想。对于晚期肺癌患者来说，化疗仍然是主要的治疗手段，肺癌的耐药是导致化疗失败的主要原因。肺癌的耐药与耐药相关分子的表达有关，这些耐药相关分子在药物转运、药物代谢、细胞作用靶点、信号转导以及细胞周期调节中具有重要作用。检测这些耐药相关分子，不仅能够在化疗药物选择方面为临床提供指导意见，还能作为肺癌患者预后的评估因素。作者对肺癌耐药相关的分子标志物作一综述。

1 细胞膜药物泵相关耐药分子

1.1 多药耐药基因及P-糖蛋白 多药耐药(multidrug resistance，MDR)基因定位于人类染色体7q21.1，有2种亚型(MDR1和MDR2)；MDR1编码的基因产物P-糖蛋白(P-glycoprotein，P-gp)可介导多药耐药，而MDR2与多药耐药的相关性尚未明确。MDR1基因可在肝脏、肾脏、肠道、大脑等多种组织中表达[2]。研究表明，MDR1在小细胞肺癌(small cell lung cancer，SCLC)中主要为获得性表达，而在NSCLC中则主要表现为内源性，表达程度与病理类型相关，由高到低依次为腺癌、鳞癌、大细胞癌[3]。MDR1表达程度与肺癌细胞的耐药性、药物的选择、患者的预后有显著相关性。

多药耐药主要由MDR1编码的基因产物P-gp介导。P-gp是ATP结合盒式转运蛋白家族(ATP-binding cassette，ABC)成员，由1 280个氨基酸组成，其蛋白质相对分子质量为17×104。研究表明，P-gp在抑制细胞凋亡、促进毒素和代谢产物排出等方面发挥重要作用，可以促进细胞的药物分布和排泄，在不同化疗药的耐药中起作用[4]。P-gp具有依赖ATP的药物外排泵作用，可以使细胞膜内的化疗药物泵出细胞膜外，使细胞内药物毒性作用降低或丧失，最终诱导肿瘤细胞耐药。正常情况下P-gp在各种组织均有不同程度的表达。在对紫杉醇的耐药中P-gp起着重要的作用，它通过将紫杉醇排出细胞外，使细胞内的药物浓度低于杀伤浓度，使肿瘤细胞对紫杉醇耐药[5]。研究发现，P-gp阳性可作为肺腺癌对顺铂产生耐药性的一个预测因子[6]。Wang等[7]研究发现，P-gp对化疗药物诱导的肿瘤细胞凋亡具有抑制作用，其可能通过保护凋亡途径的Caspase-3和Caspase-8免受抑制而发挥作用。P-gp在肺癌对顺铂的耐药中是否以同样的机制参与其耐药形成，尚不明确。P-gp也为钙离子、氯离子提供蛋白通道，能使发生MDR的细胞中线粒体的跨膜电位降低，这种低电位的产生与P-gp的高表达有关[8]。这些发现都为肿瘤耐药现象与细胞凋亡之间建立了合理的联系。

1.2 多药耐药相关蛋白 多药耐药相关蛋白(multidrug resistance-related proteins，MRP)与P-gp一样，是属于ABC家族中的C亚族成员[9]，它们在结构和功能上具有很多相似处。MRP家族有9个成员，即MRP1、MRP2、MRP3、MRP4、MRP5、MRP6、MRP7、MRP8、MRP9。MRP1过表达是肺癌细胞产生多药耐药的主要机制之一[10]。MRP也具有药物泵的作用，可以将细胞内不溶于水的化疗药物泵出细胞外，降低细胞内药物毒性。但MRP泵只能转运白三烯C4、β-D-葡糖苷酸分子，而P-gp泵虽然可以转运多种化疗药物，却不能转运上述分子。同时，MRP的药物泵作用需要还原性谷胱甘肽的存在，因此MRP的诱导耐药的能力还受谷胱甘肽水平的调节。此外，MRP还通过核质转运，改变和隔离细胞内药物的分布比例，使药物不能与作用靶点结合，或降低细胞内药物的有效浓度，从而产生耐药[11]。MRP在肺癌组织中存在高表达现象，用反义寡核苷酸抑制耐顺铂人肺腺癌细胞中MRP的表达后，细胞对顺铂的耐药性降低71%[12]，提示MRP在肺癌顺铂耐药中具有重要作用。

1.3 肺耐药蛋白 肺耐药蛋白(lung resistance protein，LRP)基因位于第16号染色体，其相对分子质量是11×104，由869个氨基酸组成。LRP多数存在于细胞质中，也有小部分在核膜和核膜孔周围表达。LRP高度表达也与肺癌耐药相关，它可以介导以DNA为靶点的化疗药物耐药，主要通过封闭核孔复合物，阻止顺铂、卡铂烷化剂进入细胞核；它还可以将已进入细胞核内的药物通过转运载体重新运出细胞核，将细胞质中的药物通过胞吐作用排出细胞，降低细胞内的药物浓度，最终产生耐药。研究发现，LRP阳性患者对化疗的敏感性差[13]，提示患者预后不良。因此，检测患者LRP表达的情况对化疗方案的选择有重要的指导意义。

1.4 乳腺癌耐药蛋白 乳腺癌耐药蛋白(breast cancer resistance protein，BCRP)最早在乳腺癌细胞株MCF7/AdrVp中被发现，由655个氨基酸组成，相对分子质量为7.26×104，是一种跨膜蛋白，与P-gp和MRP同属于ABC转运蛋白超家族，具有依赖ATP的药物排泄功能[14]。但BCRP只有1个ATP结合区和1个疏水性的跨膜结构域，故被称为半转运蛋白。NSCLC患者中BCRP高表达。研究发现，BCRP阳性的晚期NSCLC患者对以顺铂为主的联合化疗方案的敏感性更差，预后不佳[15]，提示BCRP参与了部分NSCLC对顺铂的耐药，可能成为反转NSCLC的顺铂耐药的分子靶点。

2 DNA损伤修复功能相关的耐药分子

2.1 切除修复交叉互补基因1 切除修复交叉互补基因1(excision repair cross-complementing 1，ERCCl)位于人类染色体19q13.2-q13.3，是一种单链DNA核酸内切酶，参与核苷酸切除修复(nucleotide-excision repair，NER)途径，作为NER途径中的限速酶在机体DNA损伤修复过程中发挥着重要作用[16]。ERCC1在对致癌物质引起的DNA损伤修复中发挥重要作用。许多化疗药物，如铂类主要是通过作用于肿瘤细胞的DNA来发挥作用，而ERCC1在铂类药物引起的细胞毒性过程中发挥重要作用。Booton等[17]发现，在铂类耐药的NSCLC细胞株A549中，ERCC1呈高表达。研究表明，ERCC1阳性的患者，其生存期低于阴性的患者，且术后辅助化疗效果比阴性患者更差[18]，提示ERCC1在肺癌耐药中发挥重要作用。

2.2 人类错配修复基因 人类错配修复基因(human Mut-L homologue 1，hMLH1)，主要功能是修复DNA复制错误，维持基因稳定性。在耐顺铂的人卵巢癌细胞株A2780/CP70中，hMLH1的启动子区存在高度甲基化现象，对该细胞进行去甲基化处理后，hMLH1表达恢复，可反转细胞对顺铂的耐药性。hMLH1基因通过启动子区甲基化而失活，导致肿瘤细胞DNA损伤和错配修复功能缺失，诱导肿瘤细胞耐药。研究发现，hMLH1甲基化与肺癌细胞株A549的顺铂耐药有一定相关性，但其甲基化程度与耐药程度并非完全一致[19]，表明DNA修复相关基因甲基化仅是肺癌细胞A549顺铂化疗耐药的产生因素之一，其机制有待进一步研究。

3 药物代谢相关的耐药分子

3.1 拓扑异构酶Ⅱ 拓扑异构酶(topoisomerase，TOPO)是DNA复制和转录所需的基本核酶，包括TOPOⅠ和TOPOⅡ2类。与肿瘤耐药相关的主要是TOPOⅡ。化疗药物进入肿瘤细胞内，与TOPOⅡ结合引起DNA复制及转录异常。在TOPOⅡ与NSCLC耐药关系的研究中发现，细胞内TOPOⅡ水平对抗癌药物的活性有影响，TOPOⅡ水平越高，药物的敏感性也越高[20]；当TOPOⅡ表达水平下降或发生突变时，化疗药物结合障碍，肿瘤对化疗药物的敏感性下降而发生耐药[21]。

3.2 谷胱甘肽S转移酶 谷胱甘肽S转移酶(gluthathione S-transferase，GST)是一类药物代谢酶，具有多种功能，分为α类(碱性)、μ类(中性)和π类(酸性)3种；其中，GST-π和GST-α与恶性肿瘤关系密切，其表达水平增高可使肿瘤的耐药性增强。GST-π可以催化化疗药物与还原型谷胱甘肽的结合，使化疗药物的水溶性增强，促进其外排而使化疗药物的细胞毒作用减弱[22]。此外，GST还可以清除药物产生的自由基，减轻其细胞损害。GST-π主要参与铂类耐药，GST-π高表达的NSCLC患者对顺铂耐药，故患者体内GST-π表达水平可作为肺癌化疗敏感性的一个预测指标。而GST-α的表达水平与氮芥类化疗药的耐药性呈正相关。

此外，金属硫蛋白也是一种与耐药相关的细胞解毒物，主要参与重金属解毒，维持细胞内环境的稳定。在晚期NSCLC患者中，金属硫蛋白阳性表达者的生存期比阴性表达者明显缩短[23]。

4 血管生成相关的耐药分子

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)在肿瘤新生血管的调控中发挥重要作用。研究发现，肺癌组织中新生血管的形成也参与了肺癌的耐药[24]。沙利度胺是一种新型抗血管生成药，它可以在体外实验中抑制人肺腺癌细胞株A549的顺铂耐药中的VEGF和碱性成纤维因子的表达，从而反转细胞的耐药性，提示VEGF在肺癌的耐药中也发挥了作用，为肺癌反转耐药提供了新的理论依据。然而，血管生成参与耐药形成的具体机制尚不明确，有待进一步研究。

5 其他耐药分子

Zeste基因增强子同源物2(enhancer of zeste homolog 2，EZH2)是多梳基因家族的主要成员，定位于人类染色体7q35位置上，能够催化组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化，从而介导目的基因沉默和转录抑制作用[25]。EZH2在促进细胞增殖、抑制细胞凋亡、改变细胞周期、促进肿瘤转移以及参与治疗抵抗等方面发挥重要作用[26]。抑制EZH2表达可使细胞生长停滞在 G2/M期，从而抑制细胞生长。EZH2可以抑制多种基因的活性，使多数抑制肿瘤转移的基因沉默，促进肿瘤细胞的侵袭和转移。目前已发现EZH2在前列腺癌、乳腺癌、膀胱癌、肝癌[27-30]等多种肿瘤中高表达。Breuer等[31]，在对肺鳞状细胞癌的研究中证实了EZH2在肺鳞状细胞癌中的高表达。Poulsen等[32]发现，EZH2在SCLC中表达升高，预测其可能参与了肺癌的发生。此外，EZH2在肿瘤耐药中也发挥作用。研究表明，EZH2参与卵巢癌顺铂耐药，沉默EZH2能有效反转卵巢癌细胞对顺铂的耐药性[33]。Zhang等[34]发现EZH2在肝癌对氟尿嘧啶的耐药中发挥作用，沉默EZH2后可使其耐药性降低。在肺癌中也有相同的发现，肺癌顺铂耐药细胞株A549/DDP中EZH2表达明显高于亲本株A549细胞，抑制EZH2的表达能诱导A549/DDP衰老，增加其对顺铂的敏感性[35]，提示EZH2在肺癌耐药中发挥作用，其机制与调节衰老通路有关。在生殖系统、消化系统、呼吸系统、血液系统及妇科肿瘤中都发现EZH2的过度表达，现已作为一些肿瘤评价预后的指标[36]。

表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)是肺癌靶向治疗的重要靶点。EGFR外显子19的缺失突变和外显子21的突变，两者占所有EGFR激酶突变的90%以上，突变的NSCLC患者对表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂的治疗较敏感。K-ras基因是EGFR下游的一个重要的信号分子。有研究表明，在肺癌患者中，EGFR突变与K-ras基因突变不能共存，有K-ras基因突变的患者对表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂不敏感，K-ras基因突变是NSCLC患者对表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂药物耐药的重要原因[37]。

肺癌耐药机制非常复杂，多种因素参与其中，且各种因素相互影响，没有一种机制可以完全解释肺癌耐药现象。因此，对肺癌耐药机制仍有待更深入的研究和探讨，这不仅对选择化疗方案、避免和反转耐药具有非常重要的意义，而且对于新型抗肿瘤药物的研发也有指导作用。随着肺癌耐药机制研究的深入，相信肺癌化疗的耐药问题将会得到很好的解决。

[1]Saika K，Sobue T.Cancer statistics in the world[J].Gan To Kagaku Ryoho，2013，40(13):2475-2480.

[2]He SM，Li R，Kanwar JR，et al.Structural and functional propertiesofhuman multidrug resistance protein 1 (MRP1/ABCC1)[J].Curr Med Chem，2011，18(3): 439-481.

[3]Canitrot Y，Bichat F，Cole SP，et al.Multidrug resistance genes(MRP)and MDR1 expression in small cell lung cancer xenografts:relationship with response to chemotherapy[J].Cancer Lett，1998，130(1/2):133-141.

[4]Chen KG，Sikic BI.Molecular pathways:regulation and therapeutic implications of multidrug resistance[J].Clin Cancer Res，2012，18(7):1863-1869.

[5]Kurzawski M，Droz′dzik M，Suchy J，et al.Polymorphism in the P-glycoprotein drug transporter MDR1 gene in colon cancer patients[J].Eur J Clin Pharmacol，2005，61(5/ 6):389-394.

[6]Inoue Y，Gika M，Abiko T，et al.Bcl-2 overexpression enhances in vitro sensitivity against docetaxel in non-small cell lung cancer[J].Oncol Rep，2005，13(2):259-264.

[7]Wang XW，Ding Y，Liang YJ，et al.Enhancement of FG020326 on sensitivity of MCF-7/ADR cells to taxotere via enhancing activation of caspase-8 and caspase-3[J]. Ai Zheng，2004，23(11 Suppl):1379-1385.

[8]Ruefli AA，Bernhard D，Tainton KM，et al.Suberoylanilide hydroxamic acid(SAHA)overcomes multidrug resistance and induces cell death in P-glycoprotein-expressing cells [J].Int J Cancer，2002，99(2):292-298.

[9]Borowski E，Bontemps-Gracz MM，Piwkowska A.Strategies for overcoming ABC-transporters-mediated multidrug resistance(MDR)of tumor cells[J].Acta Biochim Pol，2005，52(3):609-627.

[10]Yin J，Zhang J.Multidrug resistance-associated protein 1 (MRP1/ABCC1)polymorphism:from discovery to clinical application[J].Zhong Nan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban，2011，36(10):927-938.

[11]Scheffer GL，Schroeijers AB，Izquierdo MA，et al.Lung resistance-related protein/major vault protein and vaults in multidrug-resistant cancer[J].Curr Opin Oncol，2000，12 (6):550-556.

[12]Wang J，Liu X，Jiang W.Co-transfection of MRP and bcl-2 antisense S-oligodeoxynucleotides reduces drug resistance in cisplatin-resistant lung cancer cells[J].Chin Med J (Engl)，2000，113(10):957-960.

[13]Zurita AJ，Diestra JE，Condom E，et al.Lung resistance-related protein as a predictor of clinical outcome in advanced testicular germ-cell tumours[J].Br J Cancer，2003，88(6):879-886.

[14]Ni Z，Bikadi Z，Rosenberg MF.Structure and function of the human breast cancer resistance protein(BCRP/ ABCG2)[J].Curr Drug Metab，2010，11(7):603-617.

[15]Yoh K，Ishii G，Yokose T，et al.Breast cancer resistance protein impacts clinical outcome in platinum-based chemotherapy for advanced non-small cell lung cancer[J].Clin Cancer Res，2004，10(5):1691-1697.

[16]Su Y，Orelli B，Madireddy A，et al.Multiple DNA binding domains mediate the function of the ERCC1-XPF protein in nucleotide excision repair[J].J Biol Chem，2012，287 (26):21846-21855.

[17]Booton R，Ward T，Ashcroft L，et al.ERCC1 mRNA expression is not associated with response and survival after platinum-based chemotherapy regimens in advanced nonsmall cell lung cancer[J].J Thorac Oncol，2007，2(10): 902-906.

[18]Li J，Li ZN，Yu LC，et al.Association of expression of MRP1，BCRP，LRP and ERCC1 with outcome of patients with locally advanced non-small cell lung cancer who received neoadjuvant chemotherapy[J].Lung Cancer，2010，69(1):116-122.

[19]骆海军，李丽丽，李伟，等.DNA修复相关基因甲基化与肺癌A549细胞顺铂化疗耐药的相关性研究[J].中华实用诊断与治疗杂志，2014，28(2):122-124.

[20]Mistry P，Stewart AJ，Dangerfield W，et al.In vitro and in vivo characterization of XR11576，a novel，orally active，dual inhibitor of topoisomeraseⅠ andⅡ[J].Anticancer Drugs，2002，13(1):15-28.

[21]Miao ZH，Ding J.Transcription factor c-Jun activation represses mdr-1 gene expression[J].Cancer Res，2003，63 (15):4527-4532.

[22]O′Brien ML，Tew KD.Glutathione and related enzymes in multidrug resistance[J].Eur J Cancer，1996，32A(6): 967-978.

[23]黄培钰，梁小曼，林素瑕，等.晚期非小细胞肺癌组织中ERCC-1、Metallothionein、p53表达与铂类耐药性及预后的相关性分析[J].癌症，2004，23(7):845-850.

[24]Li X，Liu X，Wang J，et al.Thalidomide down-regulates the expression of VEGF and bFGF in cisplatin-resistant human lung carcinoma cells[J].Anticancer Res，2003，23 (3B):2481-2487.

[25]Deb G，Singh AK，Gupta S.EZH2:not EZHY(easy)to deal[J].Mol Cancer Res，2014，12(5):639-653.

[26]Crea F，Paolicchi E，Marquez VE，et al.Polycomb genes and cancer:time for clinical application?[J].Crit Rev Oncol Hematol，2012，83(2):184-193.

[27]Xu K，Wu ZJ，Groner AC，et al.EZH2 oncogenic activity in castration-resistant prostate cancer cells is Polycomb-independent[J].Science，2012，338(6113):1465-1469.

[28]Mu Z，Li H，Fernandez SV，et al.EZH2 knockdown suppresses the growth and invasion of human inflammatory breast cancer cells[J].J Exp Clin Cancer Res，2013，32: 70.

[29]Holm K，Grabau D，Lövgren K，et al.Global H3K27 trimethylation and EZH2 abundance in breast tumor subtypes [J].Mol Oncol，2012，6(5):494-506.

[30]Yonemitsu Y，Imazeki F，Chiba T，et al.Distinct expression of polycomb group proteins EZH2 and BMI1 in hepatocellular carcinoma[J].Hum Pathol，2009，40(9):1304-1311.

[31]Breuer RH，Snijders PJ，Smit EF，et al.Increased expression of the EZH2 polycomb group gene in BMI-1-positive neoplastic cells during bronchial carcinogenesis[J].Neoplasia，2004，6(6):736-743.

[32]Poulsen TT，Pedersen N，Juel H，et al.A chimeric fusion of the hASH1 and EZH2 promoters mediates high and specific reporter and suicide gene expression and cytotoxicity in small cell lung cancer cells[J].Cancer Gene Ther，2008，15(9):563-575.

[33]Hu S，Yu L，Li Z，et al.Overexpression of EZH2 contributes to acquired cisplatin resistance in ovarian cancer cells in vitro and in vivo[J].Cancer Biol Ther，2010，10 (8):788-795.

[34]Zhang Y，Liu G，Lin C，et al.Silencing the EZH2 gene by RNA interference reverses the drug resistance of human hepatic multidrug-resistant cancer cells to 5-Fu[J].Life Sci， 2013，92(17/19):896-902.

[35]饶进军，何关生，毛楠，等.沉默EZH2表达逆转人非小细胞肺癌顺铂耐药性[J].中国药理学通报，2014，30 (8):1084-1090.

[36]Margueron R，Reinberg D.The Polycomb complex PRC2 and its mark in life[J].Nature，2011，469(7330):343-349.

[37]Zhu CQ，da Cunha Santos G，Ding K，et al.Role of KRAS and EGFR as biomarkers of response to erlotinib in National Cancer Institute of Canada Clinical Trials Group Study BR.21[J].J Clin Oncol，2008，26(26):4268-4275.

The research progress of molecular mechanism of drug resistance in lung cancer

QI Hui，SU Wuyun，HU Qun
(Department of Internal Medicine-Oncology，Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University，Hohhot Inner Mongolia 010050，China)

Lung cancer chemotherapy curative effects are closely associated with drug resistance of tumor.Current research suggests that multiple genes and molecular pathways are involved in regulation of chemotherapy drug resistance of lung cancer cells.The study of molecular markers in lung cancer drug resistance can predict medication sensitivity，which has important significance to research on lung cancer drug resistance reversal.

Lung cancer；Chemotherapy；Drug resistance；Molecular markers

R734.2

A

2095-3097(2015)02-0110-05

10.3969/j.issn.2095-3097.2015.02.012

2014-12-16 本文编辑:徐海琴)

国家自然科学基金(81160253)

010050内蒙古呼和浩特，内蒙古医科大学附属医院肿瘤内科(齐 慧，苏乌云，呼 群)