骨肉瘤细胞的多药耐药性通路综述

谢诗哲

（东北农业大学，黑龙江 哈尔滨 150030）

骨肉瘤化疗后产生的多药耐药是指骨肉瘤细胞对于化疗药物产生相应耐药性的同时，对于其他从未接触过的、结构和作用机制都不同的药物，也会产生耐药性。由于各种原因，近些年骨肉瘤的生存率都没有出现明显的上升，其主要原因就是骨肉瘤细胞对化疗药物产生了多药耐药性[1]。40多年前，外国科学家Biedler和Riehm发现，小鼠白血病细胞p388和我国仓鼠肺癌细胞p383对放线菌素类药物产生耐药性的同时，对作用机制不同的抗肿瘤药物（长春新碱、丝裂霉素等）也产生了交叉耐药性[2]。1974年，Ling等详细地描述了多药耐药现象与一种存在于细胞膜上的跨膜糖蛋白[3]的关系。

近年来，许多研究结果都有证据表明肿瘤细胞多药耐药性的复杂性。其中，与多药耐药相关的药物多用于临床化疗，例如长春新碱、阿霉素等。多药耐药性的形成一般包括以下几个机制：①相关蛋白介导的耐药性通路；②相关酶系统介导的耐药通路；③抑制细胞凋亡系统的耐药通路等。

1 PI3K介导的耐药性通路

PI3K/Akt/mTOR通路是一条重要的细胞通路，这条通路异常可导致许多疾病发生，其中较为典型的疾病有乳腺癌、肺癌、食管癌和骨肿瘤等[4]。研究表明，激活PI3K/Akt/mTOR信号转导通路后，骨肉瘤细胞的耐药性有很大改变。通路激活后，骨肉瘤细胞的生长、侵袭以及血管新生的速度都得到了提升[5]。Hidalgo和Rowinsky[6]研究发现，激活PI3K/Akt/mTOR信号通路后，其会进一步调节核糖体激酶和启动子结合蛋白等下游分子，使相应mRNA上调，继而使c-myc的转录也上调，尤其促进细胞的增殖。骨肉瘤细胞中c-myc的扩增对抗肿瘤药物的疗效有着不可忽视的影响，它能使骨肉瘤细胞的耐药性增强[7]。Herrera[8]、Ma[5]和 Gupta[9]等研究发现，PI3K/Akt/mTOR信号通路在激活状态下对肿瘤细胞有促进生长作用，细胞的凋亡过程受到抑制，对肿瘤细胞的耐药性起到提高作用。Duo等[10]研究显示，激活mTOR后，会增强骨肉瘤细胞的增殖和分化能力，骨肉瘤细胞的多药耐药性增强。Pugazhenthi等[11]研究发现，PI3K/Akt/mTOR通路通过转录因子CREB使B细胞淋巴瘤/白血病-2的表达上调。Bcl-2基因通过延长其存活时间来抑制细胞的凋亡，并由此产生耐药性[12]。

2 Wnt通路介导的耐药性通路

Wnt信号通路是另外一条重要的细胞通路，当这条通路发生异常时，会导致多种疾病包括肿瘤、阿尔茨海默病、多种退行性疾病以及骨骼、眼睛、心脏的疾病的发生[13]。Wnt通路产生的生物学效应与骨肉瘤耐药性的产生有直接的联系[14]。Wnt通路可通过增强骨肉瘤细胞的增殖、分化、转移性和侵袭性等介导骨肉瘤耐药性的发生[15]。Wnt配体和受体在骨肉瘤细胞中的表达上调会使Wnt抑制剂在骨肉瘤中的表达减少[16]。Wnt通路通过活化β联蛋白，使其在细胞质中的表达上调，使其转移向细胞核内，与核内T细胞因子或淋巴样增强因子结合，从而达到激活相关耐药性基因（包括c-myc、细胞周期蛋白 D1、存活蛋白等）表达的目的[10]，导致细胞的增殖异常。Trieb等[18]研究发现，在有耐药现象的肿瘤细胞中，上述相关耐药性基因的表达都异常增高。外国科学家[18]的体外实验有所发现，“Saos-2”和“U20S”骨肉瘤细胞株的侵袭性明显增强，与Wnt5a或Ror2信号通路的激活密不可分。

3 MAPKs通路介导的耐药性通路

MAPKs是存在于细胞内的一类丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，对于细胞增殖、分化、凋亡和耐药性的发生过程都有着极其重要的调节作用[19]。Shimo等[20]报道，成纤维细胞生长因子和表皮细胞生长因子等生长因子通过激活受体酪氨酸激酶ERK1/2，促使细胞周期蛋白D高表达，从而抑制细胞周期抑制蛋白p27的活性，促进细胞异常增殖，介导骨肉瘤多药耐药的发生。

各种细胞毒素类药物都可把JNK通路激活，磷酸化转录因子c-Jun，诱导细胞的死亡。有关动物模型的研究结果显示，骨肉瘤细胞的存活和肿瘤的发生与c-Jun的存在息息相关[21]。p38在骨肉瘤细胞中的表达水平显著上调[22]。p38信号通路参与了调节骨肉瘤细胞的增殖、分化和炎症反应[23]。以上研究结果表明，MAPK通路参与细胞的增殖、分化、凋亡以及侵袭和转移，也促进骨肉瘤细胞耐药性的发生。

4 MRP通路介导的耐药性通路

MRP是一种相对分子量为190KD[24]的膜蛋白，它由1 531个氨基酸组成，属于三磷酸腺苷结合盒式结构超家族中的转运系统（ATP binging cassette，ABC）[25]。MRP1大多数位于上皮细胞膜上[26]。

MRP导致多药耐药的机制可能有以下几种：①MRP主动将药物转入亚细胞器，影响药物在细胞内的分布，使药物核质分配比降低，胞内药物则重新分布，从而导致骨肉瘤细胞的多药耐药[27]；②先形成氯离子通道，使细胞内的pH值下降，质子化的药物大量外排；③经过MRP的诱导，通过囊泡或胞吐作用将药物排出细胞；④脱离药物的活性成分，药物即失去作用[28]；⑤介导药物中的谷胱甘肽硫共轭物等共轭物排出细胞。

5 MDR1基因及其产物P-gp糖蛋白所介导的耐药性通路

MDR1基因和它的表达产物P-gp糖蛋白介导耐药性通路是一种有遗传控制的解毒途径，也是现在科学研究里最为充分、在多药耐药中最重要的部分[29]。P-gp糖蛋白是一种跨膜蛋白，依赖ATP，当脂溶性抗肿瘤药物进入细胞后，细胞内部分的P-gp同时有药物结合位点和ATP结合位点（2个），因此，药物与P-gp结合并通过水解ATP得到所需的能量，从细胞内泵出药物，以达到使细胞内抗癌药物浓度降低的目的[30]。当P-gp在肿瘤细胞膜上的表达不正常增加后，与化疗药物活化ATP，水解ATP释放能量，在镁离子的作用下改变了P-gp构象，在糖蛋白中部即形成通道，可使中性或带阳离子的疏水性药物直接通过并排出细胞外[31]。当药物细胞毒作用还未发生时，细胞的抗肿瘤药物由P-gp转运到细胞外，这就使得细胞内化疗药物的浓度不断下降，于是导致耐药。

6 小结

多药耐药自被人们认识后，就成为肿瘤化疗的难点，对多药耐药机制及其逆转剂的研究是目前肿瘤治疗学和药物学研究的一大热点。美国癌症协会估计，90%以上的肿瘤患者的死亡都与多药耐药现象有关。通过研究信号通路与骨肉瘤耐药性之间的关系可以发现，与之关联的信号通路无论是在骨肉瘤细胞中生长，还是其耐药性中，都有着不可或缺的作用。最近几年，对骨肉瘤耐药性相关信号通路的研究愈发深入，信号转导在骨肉瘤诊断、治疗和预后评估方面的重要作用愈发受到科学家们的重视，信号转导通路在骨肉瘤MDR发生中的作用及机制这一方面尤其是这样，或许将会是骨肉瘤未来研究最重要的领域之一。

肿瘤细胞多药耐药的机制非常复杂，除了本文撰写的大概机制以外，还有一些多药耐药产生的机制，这包括药物与细胞膜结合载体蛋白的亲和力下降，或者细胞所表达的载体蛋白的数量下降，细胞膜流动性增加，环境因素，比如pH、温度、氧浓度的改变等。总之，肿瘤多药耐药的机制非常复杂，不同肿瘤可能有不同的耐药机制，同一肿瘤在不同的条件下耐药机制也可能不同。

参考文献：

［1］H eare T，H ensley M A，Dell’Orfano S.Bone tum ors：osteosarcom a and Ewing's sarcoma［J］.CurrOpin Pediatr，2009，21（3）：365-372.

［2］Biedler JL，Riehm H.Cellular resistance to actinomycin D in Chinese hamster cells in vitro：Cross-resistance，radioautographic and cytogenetic studies［J］.Cancer Res，1970，30（4）：1174-1184.

［3］Ling V，Thompson LH.Reduced permeability in CHO cells as a mechanism of resistance to colchicines［J］.J Cell Physiol，1974，83（1）：103-116.

［4］Wang X，Lai P，Zhang Z，et al.Targeted inhibition of mTOR C2 prevents osteosarcoma cell migration and promotes apoptosis［J］.Oncol Rep，2014，32（1）：382-388.

［5］Ma JF，Von Kalle M，Plautz Q，et al.Relaxin promotes in vitro tumour growth，invasion and angiogenesis of human Saos-2osteo-sarcomacellsby AKT/VEGF pathway［J］.Eur Rev Med Pharmacol Sci，2013，17（10）：1345-1450.

［6］Hidalgo M，Rowinsky EK.The rapamycin-sensitive signal transduction pathway as a target for cancer therapy［J］.Oncogene，2000，19（56）：6680-6686.

［7］Xie X，Ye Z，Yang D，et al.Effects of combined c-myc and Bmi-1 siRNAs on the growth and chemosensitivity of MG-63 osteosar-coma cells［J］.Mol Med Rep，2013，8（1）：168-172.

［8］Herrera A，Zeindl-Eberhart E，Jung A，et al.The dual PI3K/mTOR inhibitor BEZ235 is effective in lung cancer cell lines［J］.Anticancer Res，2011，31（3）：849-854.

［9］Gupta S，Hau AM，Beach JR，et al.Mammalian target of rapamycin complex 2（mTORC2）is a critical determinant of bladder cancer invasion［J］.PLoS One，2013，8（11）：e81081.

［10］Duo J，Ma Y，Wang G，et al.Metformin synergistically enhances antitumor activity of histone deacetylase inhibitor trichostatin a against osteosarcoma cell line［J］.DNA Cell Biol，2013，32（4）：156-164.

［11］Pugazhenthi S，Nesterova A，Sable C，et al.Akt/protein kinase B up-regulates Bcl-2 expression through cAMP-response element-binding protein［J］.J Biol Chem，2000，275（15）：10761-10766.

［12］Pucci B，Bellincampi L，Tafani M，et al.Paclitaxel induces apoptosis in Saos-2 cells with CD 95 L upregulation and Bcl-2 phosphorylation［J］.Exp Cell Res，1999，252（1）：134-143.

［13］Takebe N，Harris PJ，Warren RQ，et al.Targeting cancer stem cells by inhibiting Wnt， Notch，and Hedgehog pathways［J］.Nat Rev Clin Oncol，2011，8（2）：97-106.

［14］Prasad CP，Chaurasiya SK，Axelsson L，et al.WNT-5A triggers Cdc42 activation leading to an ERK1/2 dependent decrease in MMP9 activity and invasive migration of breast cancer cells［J］.Mol Oncol，2013，7（5）：870-883.

［15］Gazitt Y，Kolaparthi V，Moncada K，et al.Targeted therapy of human osteosarcoma with 17AAG or rapamycin：characterization of induced apoptosis and inhibition of mTOR and Akt/MAPK/Wnt pathways［J］.Int J Oncol，2009，34（2）：551-561.

［16］McQueen P，Ghaffar S，Guo Y，et al.The Wnt signaling pathway：implications for therapy in osteosarcoma［J］.Expert RevAnticancer Ther，2011，11（8）：1223-1232.

［17］Clevers H.Wnt/beta catenin signaling in development and disease［J］.Cell，2006，127（3）：469-480.

［18］Trieb K，Lehner R，Stuling T，et al.Survivin expression in human osteosarcoma is a marker for survival［J］.Eur J Surg Oncol，2003，29（4）：379-382.

［19］Hsieh YS，Chu SC，Yang SF，et al.Silibinin suppresses human osteosarcoma MG-63 cell invasion by inhibiting the ERK-dependent c-Jun/AP-l induction of MMP-2［J］.Carcinogenesis，2007，28（50）：977-987.

［20］Shimo T，Matsumura S，Ibaragi S，et al.Specific inhibitor of MEK-mediated cross-talk between ERK and p38 MAPK during differentiation of human osteosarcoma cells［J］.J Cell Commun Signal，2007，l（2）：103-111.

［21］Dass CR，Khachigian LM，Choong PF.c-Jun is critical for theprogression of osteosarcoma：proof in an orthotopic spontaneously metastasizing model［J］.Mol Cancer Res，2008，6（8）：1289-1292.

［22］Shimo T，Koyama E，Sugito H，et al.Retinoid signaling regulates CTGF expression in hypertrophic chondrocytes with differential involvement of MAP kinases［J］.J Bone Miner Res，2005，20（5）：867-877.

［23］Nath N，Wang S，Betts V，et al.Apoptotic and mitogenic stimuli inactivate Rb by differential utilization of p38 and cyclin-dependent kinases［J］.Oncogene，2003，22（38）：5986-5994.

［24］Holland IB，Blingt MA.ABC-ATPases，adaptable energy generates fuelling transmembrane movement of a variety of molecules in organism from bacteria to humans［J］.J Mol Biol，1999，293（2）：381-399.

［25］Seeling A，Blatter XL，Wohnsland F.Substrate recognition by P-glycoprotein and multidrug resistance-associated protein MRP1：a comparison［J］.Int J Clin Pharmacol Ther，2000，38（3）：111-121.

［26］EVERS R，ZAMAN GJ，VAN DEEMTER L，et al.Basolateral localization and export activity of the human multidrug resistance-associated protein in polarized pig kidney cells［J］.J Clin Invest，1996，97（5）：1211-1218.

［27］Wheeler R，Neo SY，Chew J，et al.Use of membrane vesicles to investigate drug interaction with transporter protein，P-glycoprotein and multidrug resistanceassociated protein［J］.Int J Clin Pharmacol Ther，2000，38（3）：122-129.

［28］李续建，王椿，乔振华，等.急性髓性白血病细胞MRP基因表达［J］.中华肿瘤杂志，1998，20（1）：11.

［29］高志学.人骨肉瘤细胞多药耐药机制及其逆转剂的研究［D］.长春：吉林大学，2007.

［30］欣星，聂广，胡继鹰.医学分子生物学原理与方法［M］.北京：科学技术出版社，2000：232.

［31］Gottesman MM，Fojo T，Bates SE.Multidrug resistance in cancer： role ofATP-dependent transporters［J］.Nat Rev Cancer，2002，2（1）：48-58.