顺铂耐药机制的新认识：从肿瘤细胞到微环境

摘要

1.简介

顺铂（CDDP）是一种基于铂的抗癌药物，是治疗各种癌症患者最常用的化疗药物之一，这些癌症包括膀胱癌、卵巢癌、头颈癌、肺癌、睾丸癌、宫颈癌、食管癌和乳腺癌[1]. CDDP及其类似物卡铂和奥沙利铂已被证明在癌症治疗中具有显著疗效，具有治疗和姑息的目的[2]. 除了单药治疗外，当CDDP与其他类型的药物联合用于化疗、放疗甚至免疫治疗时，也证明了其抗癌活性[三]. 因此，在这个充满特定靶点药物和免疫原性治疗的现代时代，CDDP继续在全身抗癌治疗中发挥积极作用。迄今为止，据估计，大约50%的癌症患者将在其抗癌治疗中接受CDDP治疗[三]. 确定如何提高CDDP和其他基于铂的药物的临床效用，已引起全球肿瘤学、药理学和化学研究人员的密切关注。

CDDP的分子结构包含基本铂络合物、两个酰胺和两个顺式氯配体。1845年，意大利化学家米歇尔·佩龙发现了第一种基于金属的化疗药物，1965年，美国生物物理学家巴内特·罗森博格博士确认了其抑制细胞分裂的能力。通过持续致力于临床前和临床研究，美国食品和药物管理局于1978年批准将CDDP用于睾丸癌和膀胱癌患者的治疗[三]. 自那时以来，CDDP治疗在各种实体癌中显示出高度的抗肿瘤生长活性，数百万患者在抗癌治疗中接受了这种化疗药物。尽管在临床上取得了重大成功，但肿瘤细胞的耐药性几十年来一直阻碍着CDDP的临床应用[4]. 铂与DNA的结合是CDDP进入肿瘤细胞后的主要细胞毒机制。因此，CDDP耐药性的传统研究主要集中在细胞内介导药物积累、DNA损伤修复和凋亡信号通路的功能。然而，肿瘤细胞的生长是一个动态的生物过程，需要与周围环境密切互动，尤其是当这些细胞面临化疗药物的外部压力时[5]. 越来越多的证据表明，肿瘤微环境（TME）在对化疗药物产生耐药性方面也很重要，从而影响其对肿瘤细胞的治疗效果[6,7]. 在这篇综述中，我们对肿瘤细胞和TME中的CDDP耐药性进行了简要和针对性的总结。这些讨论侧重于具有临床意义的实验证据。

2.CDDP-诱导细胞毒性的机制

除了被动扩散机制外，基于铂的化疗药物还可以通过跨膜运输系统进入或离开细胞[8]. 进入细胞后，CDDP活性首先由水化反应启动[9]. 由于胞浆中氯离子浓度相对较低，CDDP水化自发发生，导致一个或两个氯配体被水分子取代。这些水化形式的CDDP与许多细胞质底物高度反应，例如还原型谷胱甘肽（GSH）和金属硫蛋白（MT）蛋白[10,11]. 由于亲核倾向，核DNA也是容易与水化CDDP反应的主要靶点[12]. 此外，鸟嘌呤碱基的N7位置是水化CDDP的首选攻击位点，而不是DNA中存在的其他碱基。CDDP和DNA碱基之间的相互作用可以生成几种类型的DNA加合物，例如单加合物、支架内交联和带间交联。如果只形成少量DNA损伤损伤，所有这些铂-DNA加合物都可以通过细胞内DNA修复系统的密切合作而完全消除[13]. 相反，当CDDP诱导的DNA损伤程度超过修复能力时，细胞将继续死亡，最常见的是通过激活凋亡信号通路[14,15]. 基于细胞生物学的CDDP的这些细胞毒性机制为这种铂基药物的肿瘤耐药性研究图奠定了基础。

3.肿瘤细胞对CDDP耐药性的传统观点

由于CDDP细胞毒性的主要作用机制是铂-DNA加合物的形成，因此减轻这种DNA损伤的细胞反应是对这种金属药物产生耐药性的关键因素。从最被接受的观点来看，有三种细胞内适应机制被认为是CDDP耐药性形成的主要原因[1,三,4]. 这些负责机制总结于图1和表1，是药物的细胞积聚、药物的细胞内解毒和DNA损伤修复的改变。尽管每种机制的相对差异都有助于总体肿瘤耐药性，但在对铂类药物耐药的肿瘤细胞中可以同时存在不止一种机制[4].

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图1

细胞内机制对顺铂耐药发展的影响示意图及其临床意义。在肿瘤细胞内，药物输入减少，药物输出增加，解毒酶对药物的灭活增加，DNA损伤修复增加，失活细胞死亡信号传导是导致顺铂耐药的主要机制。细胞与其环境成分之间的相互作用也可以促进这些内部机制和随后的顺铂耐药性。

4.TME对CDDP抵抗的新观点

虽然癌细胞内的适应机制是主要的研究课题，但最近的实验强调了TME对CDDP耐药性的影响[6,7]. 与化疗药物诱导免疫抑制作用的传统观点相反，CDDP调节的免疫调节作用也是肿瘤细胞毒性的重要机制[61]. 新出现的临床前研究表明，CDDP可以通过调节TME中主要组织相容性复合体I类、细胞毒性效应器和免疫抑制细胞来调节抗癌活性。一般来说，影响耐药性的TME因素可分为两类：物理成分和生物成分(图2,表2). 干扰CDDP传递和疗效的物理成分包括高细胞密度、流体剪切应力和细胞外基质（ECM）。生物成分组包括肿瘤生长的生化结果（例如，缺氧和酸性）和非癌细胞（例如，基质细胞、肿瘤相关成纤维细胞和免疫细胞）。我们将这些因素的关键实验证据总结如下。

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图2

据报道，肿瘤微环境的成分会影响顺铂耐药性。这些成分可通过减少药物传递、增加酸度或剪切应力、细胞粘附或细胞因子介导的耐药机制以及免疫抑制活性，促进顺铂耐药。

5.克服CDDP阻力的持续方法

由于CDDP在过去二十年中已成为抗癌治疗的主要手段，因此人们致力于阐明参与CDDP耐药性的机制。最初的分子研究直接关注肿瘤细胞的内部特征，如药物转运蛋白、解毒酶、DNA损伤修复系统和凋亡信号通路。随着3D培养平台和同基因小鼠模型等实验方法的最新发展[7]，研究肿瘤细胞与其周围环境之间相互作用的研究强调了TME在肿瘤CDDP抵抗中的作用。这些观察结果为肿瘤提供了更清晰的图像，肿瘤是由肿瘤、基质细胞和ECM组成的复杂混合物。由于肿瘤生物学的这一明显进展，预计将发明更多新的和有用的治疗策略来解决CDPP耐药性。在TME中，由于基质成分的易感行为，大多数基质成分可以通过工程来控制，以对抗肿瘤生长。肿瘤邻近细胞由于其稳定的遗传背景，不太可能获得对治疗剂的耐药性。TME的独特成分与正常组织附近的环境截然不同，也使肿瘤容易受到TME靶向治疗的影响。这些优势都可以用于开发克服肿瘤CDDP耐药性的潜在治疗策略。最近，使用铂基疗法和TME靶向药物（如抗血管生成药物和ICIs）联合治疗的临床益处已经证明，这些药物在规避癌症患者CDDP耐药性方面具有相当大的价值[84,85,101,102]. 应探索使用新型TME靶向剂和基于CDDP的治疗方法对各种类型癌症患者进行更有效的联合治疗。

TME可通过以下现象损害CDDP在肿瘤细胞中的疗效：药物释放受限、细胞死亡抑制、药物失活、细胞干细胞促进或这些因素的任何组合。因此，针对不同水平耐药机制的联合治疗似乎是对抗肿瘤细胞中CDDP耐药的合理方法。针对这些TME因子的几种新型药物，包括CXC趋化因子受体、黏着斑激酶、成纤维细胞生长因子、TGF-β、免疫检查点和CSF1R的信号通路，已在临床试验阶段开发出来。在这些因素中，巨噬细胞中CSF-1R信号的激活可导致TAM的M2极化状态，这可能赋予TME免疫抑制特性。虽然CSF1/CSF1R拮抗剂的临床试验目前处于早期阶段，但最近的一项研究强调了CSF1R公司这种TME靶向治疗的基因型。在这项研究中，我们发现CSF1R公司c.1085A>G基因变体存在于约40%的东亚人群中，可以调节巨噬细胞的极化状态和功能[102]. 带有此的巨噬细胞CSF1R公司基因变异对CSF-1刺激具有抵抗力，但对CSF-1R抑制剂敏感。这些结果表明CSF1R公司c.1085A>G基因变异可能是一种潜在的生物标记物，可用于肿瘤治疗中靶向CSF-1R信号传导。基质活性、免疫原性和癌细胞干细胞特征的可靠生物标记物对于支持大多数癌症治疗中针对TME的成功治疗策略也至关重要。

除TME外，还报道了一些针对肿瘤细胞内在耐药机制的有希望的实验疗法。如上所述，铜转运体是CDDP耐药性的重要调节器，一些研究已经确定了这些转运体的干预作用，尤其是CTR1。由于铂类药物的转运与铜稳态调节密切相关，目前正在进行早期临床试验，以评估铜螯合剂、三烯汀和四硫钼酸盐在提高某些癌症类型中CTR1表达水平和降低CDDP耐药性方面的有效性。虽然在第一项研究中评估三烯汀对铂难治性肿瘤的疗效的临床反应并不令人满意，但从这项研究得出的机制基础表明这些螯合剂的潜在应用[103]. 在这项早期临床试验中，在三汀治疗期间铜或铜蓝蛋白水平较低的患者表现出更好的临床结果。因此，应开展针对这些转运体的调查，以提高CDDP疗效。

纳米技术的进步为管理CDDP耐药性提供了一种可能的方法。基于纳米载体的给药系统的抗癌药物的优点包括选择性靶向肿瘤细胞、降低全身毒性、增强细胞吸收和肿瘤细胞内更多药物积聚[104,105]. 一般来说，纳米粒子通过内吞机制进入细胞，这种内吞机制在CDDP耐药肿瘤细胞中持续存在。因此，纳米颗粒可以有效地将铂传递到CDDP耐药肿瘤细胞中，并增加细胞毒性。此外，纳米粒子的尺寸在50-200nm范围内变化，这使得这些载体容易在肿瘤部位堆积，因为其渗透性和滞留效应增强。这种药物向肿瘤细胞聚集的趋势可以提高抗癌疗效，并将全身毒性降至最低。已经开发出几种类型的纳米粒子来输送铂类药物，即碳纳米管、金纳米粒子、脂质体和聚合物胶束[106]. 临床前研究取得了可喜的结果[106,107,108,109]基于纳米材料的CDDP制剂的临床益处，如纳米铂^TM（TM），阿诺铂^TM（TM）、脂蛋白^TM（TM）和SPI-077，目前正在进行临床试验研究。此外，基于纳米技术的药物传递系统可以提供CDDP与其他抗癌药物或靶向肿瘤细胞耐药机制的药物的协同传递[110]. 因此，这些载体可以同时释放多种抗癌药物，对肿瘤细胞具有协同细胞毒性作用，并有助于克服CDDP耐药性。还应特别注意开发医用材料或复合物，以促进化疗药物的输送并增强其细胞毒作用。

6.未来展望和结论

总之，20多年来，CDDP在各种癌症患者中取得了重大临床成功；然而，肿瘤细胞的耐药性仍然是CDDP临床应用的主要障碍。临床前和临床研究表明，CDDP耐药是一种复杂的生物现象，由肿瘤细胞的内部适应机制介导，不仅对CDDP刺激作出反应，而且对任何TME成分的相互作用作出反应。因此，开发完全模拟肿瘤细胞复杂微环境的技术并提供一种设计CDDP耐药性实用疗法的方法至关重要。由于肿瘤细胞的耐药性总是多种影响因素的结果，因此应优先探索同时靶向导致CDDP耐药性的多种机制的联合疗法。然而，在寻找有效的治疗靶点时，应该考虑到理想生物标记物的识别也同样重要。实用生物标记物可用于识别可行人群、预测治疗结果以及监测针对治疗性靶向治疗的疾病反应。此外，生物材料的开发有助于化疗药物的输送或耐药机制的直接靶向治疗，可以极大地帮助克服CDDP耐药。例如，临床开发中的几种有效的基于纳米颗粒的CDDP制剂正处于临床试验阶段。确定如何密切结合来自肿瘤生物学、分子药理学和材料工程的新兴知识是克服CDDP耐药性的关键步骤。

作者贡献

所有作者都参与了概念生成、草稿撰写和最终手稿审批。

基金

这项研究得到了卫生和福利部（MOHW107-TDU-B-211-123003和MOHW108-TDU-B-211-133003）、国家卫生研究院（CA-108-PP-24）和科学技术部（MOST104-314-B--400-026和MOST107-314-B--400-014）的研究资助。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

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