RRM1與非小細胞肺癌吉西他濱化療耐藥相關性的研究進展

江 波綜述 趙金奇審校

肺癌是目前全球范圍內死亡率最高的惡性腫瘤,在確診的患者中,約有 80%為非小細胞肺癌(non-small-cell lung cancer,NSCLC)。NSCLC的化療藥物以吉西他濱(gem citabine,GEM)、紫杉醇(paclitaxel,PTX)、多西紫杉醇(docetaxel,TXT)等為主,患者總體 5年生存率仍低于 15%。導致化療失敗的主要原因之一,就是腫瘤細胞對化療藥物的耐藥性。核苷酸還原酶M 1(ribonucleotide reductase subunit l,RRM 1)是最近被廣泛關注的1個基因,在 NSCLC吉西他濱治療中所起的作用,尤其在耐藥方面,已經越來越受到重視。我們就此對 RRM 1與非小細胞肺癌吉西他濱化療耐藥的相關性研究進展情況作一綜述。

1 RRM 1及其作用機制

作為吉西他濱作用靶點之一的核苷酸還原酶(ribonucleotide reductase,RR)是 DNA合成通路中的限速酶,它能使二磷酸核苷酸轉化為二磷酸脫氧核苷酸,后者是DNA合成和修復所必不可少的原料。因此,RR是細胞存活的關鍵酶。RR包括 2個亞單位:RRM 1和 RRM 2。RRM 2是 1個金屬結合位點,有攜帶接觸抑制區,控制底物轉化的功能;RRM 1是核苷酸結合位點,控制底物的特異性和整個酶的活性,同時也是核苷類似物系的化療藥物的結合位點[1]。RRM 1基因編碼核糖核苷酸還原酶 M亞單位,是腫瘤抑制因子,也是Gem的分子靶點[2]。RRM 1基因定位于染色體 11q15.5區域,這是 1個可出現于多種惡性腫瘤的雜合子丟失(loss of heterozygosity,LOH)區域,稱為LOH 11A,該區域與惡性腫瘤的轉移有關,75%的NSCLC患者有這樣的雜合性缺失,其中 88%的非小細胞肺癌、57%的鱗癌和40%的腺癌存在這種雜合性缺失。有研究表明[3],這種缺失與預后有一定相關性,沒有 LOH的患者要比具有 LOH的患者能有更好的預后及更長的生存期。

臨床和細胞生物學研究均證實 LOH 11A存在腫瘤抑制基因。許多研究[4]證實該基因為 RRM1,其編碼核苷酸還原酶亞組 M1,人類 RRM 1包括 19個外顯子,在腫瘤形成中,人類RRM 1并沒有發生突變,因此,RRM1最有可能作為腫瘤抑制基因發揮作用。1個動物模型顯示 RRM1能夠影響DNA化學損傷修復的有效率[5]。RRM 1過表達的轉基因小鼠修復DNA的速度比非轉基因動物快。這表明,RRM 1通過及時有效地修復致癌物誘導的基因組破壞,在腫瘤易感性方面扮演著關鍵的角色[6]。

2 吉西他濱的作用機制

吉西他濱是嘧啶類抗代謝藥物,為核苷酸還原酶抑制劑。在細胞內經過核苷激酶的作用轉化成具有活性的二磷酸核苷(dFdCDP)及三磷酸核苷(dFdCTP),通過抑制DNA合成而發揮細胞毒作用[7]。首先,dFdCDP抑制 RR的活性,使合成 DNA所必需的三磷酸脫氧核苷(dCTP)產生受抑制,減少了 DNA合成的原料。其次,dFdCTP與 dCTP競爭摻入至 DNA鏈中,DNA聚合酶ε不能去除摻入的吉西他濱及修復延長的DNA鏈,從而引起DNA鏈斷裂最終導致細胞凋亡。

3 RRM 1表達與吉西他濱耐藥的關系

吉西他濱干擾了核苷酸還原酶的功能而減少脫氧核苷酸的產生,最終影響 DNA的合成。在對GEM耐藥的人的口咽癌的KB細胞克隆體中可以檢測到 RR高表達[8]。因此可推測RRM 1的表達可能與吉西他濱耐藥有關。近來一些研究[9]顯示:當吉西他濱作為 1種影響因素作用于腫瘤細胞時,RRM 1的表達水平增高會使腫瘤細胞對吉西他濱的耐藥性增加。有些學者[10,11]通過將細胞連續暴露于逐漸擴大的藥物劑量的培養基中培育了 2個吉西他濱耐藥細胞株。寡核苷酸表達芯片檢測發現RRM1是這兩個細胞株中表達水平改變超過 5倍的唯一基因。這個結果被RT-PCR、免疫印跡和功能測定所證實。另1個重要結果是 RR的催化亞基 RRM 2、脫氧核苷酸激酶、胞嘧啶脫胺酶水平和RR的活性沒有隨著吉西他濱耐藥的出現而明顯改變。這些實驗還顯示:RRM 1在判斷患者預后方面起了重要的作用。一些研究結果還帶來了新的研究方向,包括根據 RRM 1的藥物基因組學的檢測結果判斷是否可以提高治療效果和生存期及是否可以減輕患者不良反應[12]。

4 RRM 1在非小細胞肺癌中的表達與吉西他濱耐藥的臨床關系

一項手術前接受吉西他濱/鉑類新輔助化療的患者參與的臨床研究表明,RRM 1水平最低的患者中位生存期相對較好[13]。另來自于 75例非小細胞肺癌患者腫瘤活檢組織的RRM 1的表達水平顯示:低水平 RRM 1表達的患者在經過吉西他濱/順鉑聯合化療后療效會更好;RRM1水平也會影響疾病進展和生存時間,但這種預測價值在應用長春瑞濱/順鉑或者紫杉醇/順鉑方案化療的患者身上看不到[14]。在 Rosell等[15]有關吉西他濱/順鉑方案治療晚期非小細胞肺癌的大規模隨機臨床對照試驗中,可以很明顯的觀察到:RRM 1過度表達與生存期的顯著縮短有獨立相關性,但在長春瑞濱/順鉑治療組沒有。該研究首次報道了RRM 1表達在吉西他濱/順鉑治療的Ⅳ期非小細胞肺癌患者生存方面的獨特效應。隨后的臨床研究也顯示:高水平表達 RRM 1的 NSCLC患者預后較差。Gautam等[16]采用定量 PCR方法檢測了 22例接受健擇/順鉑化療的 NSCLC患者的腫瘤組織中 RRM 1mRNA的表達,發現低水平表達 RRM 1mRNA的患者對化療反應較好,而且對疾病進展時間也有影響,甚至可提高生存率。Bep ler等[11]在一組Ⅱ期臨床試驗接受吉西他濱/卡鉑化療的局部晚期 NSCLC患者的研究中,RRM 1RNA表達與腫瘤縮小程度呈負相關,也就是說,瘤內RRM 1RNA低表達患者化療療效好于高表達者。一些回顧性的研究[17]也顯示,接受過吉西他濱和順鉑化療的 NSCLC患者,低表達 RRM 1mRNA的患者生存期更長。近來有研究[18]證明:DNA修復能力是腫瘤易感性和腫瘤化療敏感性密切相關的雙刃劍。DNA修復能力越強,腫瘤的易感性就越低,而對化療的抵抗作用就越強。RRM 1的兩面性恰恰與這種理論相符:RRM 1的高表達能夠使機體對理化因素導致的 DNA損傷有較強的修復能力,減少了人類患腫瘤的危險,而且早期的NSCLC患者單獨接受手術治療時,RRM 1高表達者預后較好;同時 RRM 1的高表達也導致含吉西他濱/順鉑化療產生的腫瘤細胞DNA損傷修復能力增強,其結果表現為耐藥現象,晚期的 NSCLC患者接受吉西他濱/順鉑化療時,RRM 1高表達預后較差。

總而言之,體內外研究一致表明 RRM1是吉西他濱療效的重要細胞決定因子。RRM 1高表達的患者比低表達的患者較難從吉西他濱/順鉑化療中獲益。那么 RRM 1表達水平高低是否可以成為篩選化療方案的一項指標,通過對RRM1的檢測,預測不同人群對吉西他濱的敏感程度以制定個體化化療方案,從而提高藥物治療的有效率。通過分析,目前國內外的各項研究中,患者例數相對較少,所得到的腫瘤標本多為早期,而對于晚期NSCLC患者 RRM 1表達水平的檢測還需要大量可靠的樣本。未來吉西他濱的臨床試驗應該考慮如何選擇患者和基于 RRM 1表達的分層分析,這對于化療的患者而言是非常重要的。

[1] Smith BD,Judith E.Ribonucleotide reductase:an old targetwith new potential〔J〕.Leukemia Res,2003,27(12):1075.

[2] Poole AM,Logan DT,Sjoberg BM.The evolution of the ribonucleotide reductases;much ado about oxygen〔J〕.JMol Evol,2002,55(12):180.

[3] Bepler G,Gautam A,Lauren M,et al.Prognostic significance of molecular genetic aberrations on chromosome segment 11p15.5 in nonsmall-cell lung cancer〔J〕.JClin Oncol,2002,20(5):1353.

[4] Davdson JD,Ma L,Flagella M,et al.An increase in the expression of ribonuc leotide reductase large subunit 1 isassociated with gemcitabine resistance in non-small cell lung cancer cell lines〔J〕.Cancer Res,2004,64(11):3761.

[5] Olaussen KA,Ariane D,Fouret P,et al.DNA repair by ERCC1 in non-small-cell lung cancer and cisplatin-based adjuvant chemotherapy〔J〕.N Engl JMed,2006,355(8):983.

[6] Bepler G,Kusmartseva I,Sharma S,et al.RRM 1-modulated in vitro and in vivo efficacy of gemcitabine and platinum in non-small-cell lung cancer〔J〕.JClin Oncol,2006,24(6):4731.

[7] Rosell R,Cobo M,Isla D,et al.Pharmacogenomics and gemcitabine〔J〕.Ann Oncol,2006,17(5):13.

[8] Bergman AM,Pinedo HM,Peters GJ.Determinantsof resistance to 2',2'-difluorodeoxycytidine(gemcitabine)〔J〕.DrugResistUpdat,2002,5(2):19.

[9] Kim SO,Jeong JY,Kim MR,et al.Efficacy of gemcitabine in patients with non-small-cell lung cancer according to promoter polymorphisms of the ribonuc leotide reductase M1 gene〔J〕.Clin Cancer Res,2008,14(10):3083.

[10] Bergman A,Eijk P,Haperen van V,et al.In vivo induction of resistance to gemcitabine results in increased expression of ribonucleotide reductase subunit M 1 as amajor determ inant〔J〕.Cancer Res,2005,65(36):9510.

[11] Bepler G,Kusmartseva I,Sharma S,et al.RRM 1-modulated in vitro and in vivo efficacy of gemcitabine and platinum in non-small-cell lung cancer〔J〕.JClin Oncol,2006,8(11):1292.

[12] Gerold Bepler.Pharmacogenomics:A reality or still a prom ise? 〔J〕Lung Cancer,2006,54(19):S3.

[13] Rosell R,Felip E,Taron M,et al.Gene expression as a predictive marker of outcome in stageⅡB-ⅢA-ⅢB non-small-cell lung cancer after induction gemcitabine-based chemotherapy followed by resectional surgery〔J〕.Clin Cancer Res,2004,10(5):4215s.

[14] Rosell R,Danenberg KD,A lberola V,et al.Ribonuc leotide reductase messenger RNA expression and survival in gemcitabine/cisplatin treated advanced non-small-cell lung cancer patients〔J〕.Clin Cancer Res,2004,10(4):1318.

[15] Rosell R,Scagliotti G,Danenberg KD,et al.Transcripts in pretreatment biopaies from a three-aim random ized trial in meta-static nonsmall-cell lung cancer〔J〕.Oncogene,2003,22(23):3548.

[16] Gautam A,Li ZR,Bepler G.RRM 1-induced metastasis suppression through PTEN-regulated pathways〔J〕.Oncogene,2003,22:2135.

[17] Rosell R,Crino L,Danenberg K,et al.Targeted therapy in combination with gemcitabine in non-small-cell lung cancer〔J〕.Sem in Oncol,2003,30(4Suppl 10):19.

[18] Gautam A,Bepler G.Suppression of lung tumor formation by the regulatory subunit of ribonucleotide reductase〔J〕.Cancer Res,2006,66(27):6497.