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胶质瘤替莫唑胺耐药性DNA修复和自噬作用机制研究进展

编辑:INC|发布时间:2021-11-09 16:39
胶质瘤替莫唑胺耐药性DNA修复和自噬作用机制研究进展。脑胶质瘤是最常见的脑部原发性肿瘤,占所有原发肿瘤的28%和脑部恶性肿瘤的80%。神经胶质瘤起源于神经胶质干细胞或祖细胞,...

  胶质瘤替莫唑胺耐药性DNA修复和自噬作用机制研究进展。脑胶质瘤是最常见的脑部原发性肿瘤,占所有原发肿瘤的28%和脑部恶性肿瘤的80%。神经胶质瘤起源于神经胶质干细胞或祖细胞,具有很强的攻击性。WHO按其恶性程度分为Ⅰ~Ⅳ级。

胶质瘤替莫唑胺耐药性DNA修复和自噬作用机制研究进展。

  胶质母细胞瘤(glioblastomamultiforme,GBM)是弥漫性神经胶质瘤的一种高级形式,其特点为弥漫性浸润.是成人最常见的中枢神经系统恶性肿瘤,约占46.6%。成年患者GBM发病率随年龄升高而升高,诊断中位年龄为64岁。

  一旦确诊后不能完全痊愈,即使手术全切除及术后规律性放疗,其中位总生存期也不过14个月左右,5年存活率仅为5.5%。近几年来研究发现,化疗药物治疗恶性胶质瘤有一定疗效。2005-2009年,对替莫唑胺(Temozolomide,TMZ)进行了一项随机III期临床研究,当GBM开始治疗时,采用TMZ联合同步放射治疗,患者中位生存期可达14.6个月,而单纯放射治疗的患者中位生存期为12个月。这是一项划时代的研究,也是TMZ治疗神经胶质瘤的重要基础。但是,TMZ治疗GBM的疗效受多种因素影响。

  TMZ主要通过促进胶质瘤细胞的DNA甲基化来发挥作用。但是多种DNA修复机制可修复TMZ所致DNA损伤,包括肿瘤细胞O6-甲基鸟苷DNA甲基转移酶(O6-methylguanineDNAmethyltransferase,mismatchrepair(baseexcisionrepair,BER),碱基切除修复(mismatchrepair)MMR等,在神经胶质瘤耐药性TMZ中起重要作用。另外,自噬是一种蛋白质降解途径,依赖于溶酶体,还与TMZ的耐药性有复杂的关系。

  现在已经有一些针对上述机制的药物在提高耐药能力方面发挥了作用,但对延长GBM患者的生存期没有显著作用。该文主要针对近年来有关胶质瘤对TMZ耐药的DNA修复机制及TMZ抗TMZ的研究进展作一综述。

  1.TMZ结构和作用机理。

  TMZ为咪唑四嗪类烷基化剂,只在酸性环境中稳定。TMZ可口服,其生物利用度接近100%,进入人体后可通过血脑屏障部分进入脑脊液,使其在颅内达到有效的药物浓度,同时TMZ也具有广谱的抗肿瘤活性。TMZ不具有直接抗癌活性,但TMZ能在生理条件下迅速转变成具有活性的代谢产物5-(13-甲基三嗪-1-基)咪唑-4-酰胺(MTIC),MTIC进一步降解为5-氨基-咪唑-4酰胺(AIC)和高活性的甲基重氮阳离子,该非稳定阳离子可通过使DNA甲基化,O6和N7烷基鸟嘌呤的生成导致DNA复制受阻,导致细胞凋亡。

  抗TMZ机制。

  多机制参与了TMZ耐药的形成,其中DNA修复机制起着重要作用。MMR、BER、MGMT、BER等。

  1MGMT。

  MGMT是一种分子量为22kDa的蛋白,主要通过脱除鸟嘌呤O6位甲基来直接修复TMZ所致的病变。另外,也可除去其它烷基,如乙基丁等,但脱甲基速度较快。MGMT在鸟嘌呤去甲基的过程中,自身发生甲基化,立刻失去活性,不能再循环,会被蛋白酶体降解,因而被称为“自杀酶”。

  MGMT的高表达可以抵消TMZ所致的细胞毒性,并与短生存期的不良预后相关。MGMT在30%~60%的GBM患者中有甲基化的启动子,这种启动子没有产生或降低蛋白的生成水平。

  之前的研究已经显示,MGMT甲基化病人在接受TMZ化疗和放射治疗后的平均存活时间较长。MGMT启动子的甲基化状态已成为临床预测TMZ化疗敏感性的有效指标。MGMT的表达调控十分复杂。MGMT表达上调的机制与翻译组蛋白乙酰化、组蛋白3的去甲基化、特殊染色质修饰复合物等有关。

  研究结果显示,代谢酶和特定microRNA对MGMT的调控有重要作用。MGMT可抑制MGMT的表达,即microRNA-101介导的对丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶糖原合酶激酶3β(GSK3β)的抑制作用,使TMZ敏感。

  MGMT已经在联合TMZ的临床试验中使用了一些针对MGMT的分子,例如O6-苄基鸟嘌呤(O6-BG)和O6-(4-溴噻吩)鸟嘌呤。他们通过使MGMT发生甲基化而失活,这种药物虽然可以提高TMZ的敏感性,但是它对正常细胞,特别是骨髓细胞具有较强的毒性作用,因此其应用受到很大限制。

  2BER。

  TMZ通过诱导DNA损伤,激活DNA损伤修复途径。以往的研究发现,大多数(>90%)由TMZ引起的非大面积N-甲基化DNA损伤(N7和N3)通过碱基切除修复途径确定和修复。氧化或DNA碱基在这一途径中的脱氨作用是通过一系列协调BER酶促进的步骤来完成的,它能识别和切除TMZ引起的单一碱基化损伤,并且用补充性的核苷酸碱基填补其缺口。这一过程所涉及的分子有聚合酶B(Pol-B).干细胞因子高迁移率家族A2(HMGA2).BER成员MPG.聚(ADP)-核糖聚合酶1(PARP1)等。

  如果BER的一个或多个组分发生突变或受到抑制,则TMZ的毒性增强。结果显示,多韦替尼可降低患者GBM细胞内的HMGA2.BER成员.PARP1和MGMT,从而增强TMZ的敏感性。联合应用TMZ和PARP1抑制剂Vilipani治疗即使对TMZ有抗药性的GBM细胞也有协同治疗作用。

  3MMR。

  除BER和MGMT之外,其他DNA修复机制,包括MMR.核苷酸切除修复(nucleotideexcisionrepair)NER)和同源重组(homologousrecombination,HR)对TMZ的耐药性也有重要作用。MMR对O6meG所致细胞毒性的影响最大,表现在:①MMR对MGMT未修复的O6-MG病变具有修复作用;②MMR与TMZ突变及治疗耐药相关;③正常MMR功能对O6meG诱导的细胞毒性非常重要,非功能性MMR可导致TMZ耐药。

  若MGMT不能修复O6meG,那么MMR将会修复结果不匹配(O6meG/C或O6meG/T)。MMR蛋白复合体突变可导致MMR途径破坏,导致胶质瘤细胞不能识别并修复TMZ所致O6-MG复合物,从而提高TMZ的耐药性。MMR在TMZ治疗后已经发现了上述复合物的突变或缺失,因此MMR被认为是患者TMZ应答/生存不良的一个预测因素。

  研究发现,在GBM细胞系中MGMT与MMR成员的表达呈负相关,提示MGMT与MMR之间存在着复杂的相关性。

  3.自噬与TMZ抗药性。

  3.1肿瘤细胞自噬具有双重效应。

  自噬是一种细胞通过溶酶体途径降解受损细胞器,以及错误折叠、功能不正常的蛋白质,从而为细胞提供能量的机制。细胞与组织的自噬平衡,以及代谢.发育.免疫,病原菌清除等方面都扮演着重要的角色。日益增多的研究显示,自噬作用在肿瘤形成过程中具有重要作用。自噬具有促进或抑制肿瘤的双重作用,与肿瘤的类型和背景有关。其一,通过去除非折叠蛋白和无用的细胞器,自噬能抑制肿瘤的发生。反之,在生理或压力条件下,可将无用的蛋白质分解成细胞核。

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