抑制药物耐药性?科学家发现新机理

来源:新浪科技发布时间:2019-05-31

量子点被发现有抑制ABC转运蛋白的功能。

至今为止,我国每年大约有300万例以上的癌症新患者出现,而死亡人数也达到270万以上。目前化学治疗是癌症治疗中最常用的手段,被广泛用于术前、术中以及术后。

然而对于这些肿瘤患者来说,其对于某种药物的耐药性其实很令人挠头,这就意味着需要加大用药量,或者改变治疗方案。特别是对一些癌症患者来说,目前治疗的药物并不太多。更严重的是,耐药性的出现不仅导致当前药物失效,同时也会导致一系列相关药物无法起作用。据统计,90%以上的化疗患者因发生耐药而死亡。因此,对于耐药性机理的研究及抑制是癌症治疗研究中的重要内容。

耐药性是人体对药物的适应

当生物体遇到药物或化学污染物入侵时,它会应激性地提高自身转化及外排能力,从而尽快将外源物降解或排出体外,从而实现自我保护,这一作用也被称作“生物体的外源物抵御作用”。

外源物,是指不是人体内部产生的化学物质,常见的有食品添加剂、药物及其辅料、环境污染物、日用品添加剂等。当人们通过口服、呼吸道、静脉注射或皮肤接触吸入药物或环境污染物后,我们身体就将其识别为外源物入侵。

因此,要应激性地提高自身的氧化还原酶、结合水解酶以及转运蛋白表达(也被称为I、II及III相代谢酶),通过氧化还原、亲水性结合分解以及主动泵出的方式,尽快将外源物降解及排出体外,减少其在体内停留的时间,从而达到自我保护的作用。

由于该作用决定了药物或污染物在体内的停留时间,从而影响了药物药效或化学污染物毒性的发生,因而受到药物学及环境毒理学研究的广泛关注。

抑制药物耐药性?科学家发现新机理

图片来源于网络

ABC转运蛋白:耐药蛋白的“明星”

通常,生物体的外源物抵御作用由多个蛋白体系共同完成。其中,ABC转运蛋白(ATP Binding Cassette Transporters)的作用得到了越来越多的重视。该蛋白是一个包含200多种蛋白的超家族,在一系列真核和原核生物中均有表达,且广泛分布于肿瘤、肝脏、肾脏以及血脑屏障等器官组织中,是肿瘤细胞多药耐药、细菌耐药、血脑屏障、胎盘屏障药物抵御以及水生动物污染物毒性抵御的主要原因。

值得注意的是,针对癌症病人的化疗处理失败的主要原因在于,ABC转运蛋白家族中的ABCBs(包括Pgp与Bsep等)、ABCCs(如Mrps)及ABCGs(如Bcrp)等蛋白的高表达,使肿瘤细胞具有了较高的药物耐受能力。因此,这些蛋白也被称为“多药耐药蛋白”。

经过长期的研究,科学家已对于ABC转运蛋白的底物识别特性有了系统的认知,但对于机体如何在面临药物或环境污染物入侵时,应激性提高转运蛋白表达水平,从而实现自我保护作用,仍属于未知的状态。

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ABC转运蛋白作用形式:通过结合ATP提供能量,实现底物泵出(来自课题组已发表文章Yin J, Deng XD, Zhang J, and Lin J, Current understanding of interactions between nanoparticles and ABC transporters in cancer cells)

部分量子点可以作为ABC转运蛋白底物

量子点(Quantum dot,QD)为一种半导体纳米材料,最早出现于上世纪90年代。量子点一般由II-VI族元素(如CdS、CdSe、CdTe、ZnSe、ZnS等)或III-V族元素(无镉量子点,如InP、InAs等)等半导体材料构成,也可由两种或两种以上的半导体材料构成核/壳结构(如常见的CdSe/ZnS核/壳结构量子点等),形态为球形,直径大约在2-10nm之间。

由于量子点高荧光强度、斯托克斯位移大、生物相容性好、荧光量子产率高和荧光寿命长等优点,目前其已被发展称为新一代荧光标记探针。此外,量子点大的比表面积使其表面很容易进行特异性基团修饰从而靶向到特异活性部位,因而可用于肿瘤靶向药物传送或成像中。

有趣的是,量子点也被发现了抑制ABC转运蛋白的功能,这主要是因为部分量子点可以作为ABC转运蛋白底物。例如,加拿大科学家Al-Hajaj等人发现p糖蛋白(Pgp)对人胚胎肾细胞和人肝癌(HepG2)细胞量子点的外排有重要的贡献。实验室先前的研究表明,ABC转运蛋白Mrp1、Mrp2和Pgp都参与了肝、肾细胞中CdTe 量子点的细胞外排和毒性。这些结果尚需进一步考证,但可作为纳米药物治疗多药耐药肿瘤的可能机制之一。

抑制药物耐药性?科学家发现新机理

不同荧光发射波长的量子点(图片来源于网络)

利用量子点进行耐药性研究新成果

日前,中科院苏州医工所蛋白质组学中心殷建博士等人以斑马鱼胚胎为模型,以不同修饰环境的碲化镉(CdTe)量子点为可能的环境毒素,研究了胚胎发育早期的自我保护机制。

结果表明,斑马鱼胚胎中的ABC转运蛋白介导了量子点的外排作用与解毒作用。与此同时,科研人员发现孕烷X受体(Pregnane X receptor,PXR)等核受体及核因子NF-E2相关因子2(NF-E2-related factor 2,Nrf2)可在胚胎受损时,应激性上调转运蛋白,外排毒性物质实现胚胎自我保护。更重要的在于,上述转录因子先于转运蛋白变化,且变化幅度为转运蛋白的10倍以上。

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量子点诱导斑马鱼胚胎ABC转运蛋白的作用机制。其中,两种量子点在透过胚胎保护膜后,一方面可通过诱导PXR等核受体的表达,另一方面则可通过诱导氧化应激压力损伤,刺激机体Nrf2因子的表达,两条路径构成了机体自我保护的内在机制,并通过上调ABC转运蛋白功能,实现机体外源物防御。

根据团队前期成果及文献报道,研究发现转运蛋白的底物广阔,可对从重金属到多环芳烃在内的一系列污染物和紫杉醇、多柔比星等化疗药物进行应激性反应,而转录因子作为其内在的调控因素,具有早期变化和灵敏度更高的特点,因此可被开发用于环境毒性防治及多药耐药肿瘤的治疗中。

首先,我们可通过水生动物中转录因子的灵敏变化,判断环境污染现象的出现;复旦大学宋后燕、钟涛领衔的课题组则筛选出对雌激素类物质敏感的斑马鱼vtg基因启动子,据此构建了随vtg表达绿色荧光蛋白进而可直观监测环境中雌激素含量的转基因斑马鱼,响应浓度可达到0.1 ng/L。从而提示我们可模仿该模型构建环境监测工具。

其次由于转录因子介导的多药耐药蛋白高表达是肿瘤耐药的重要来源,因此通过靶向转录因子,我们可以抑制多药耐药现象的出现,实现对于多药耐药肿瘤的治疗。具体而言,通过针对转录因子使用特异性拮抗剂ET-743或干扰RNA等,可预期降低肿瘤细胞对药物的抵御作用,从而增强药物疗效。

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随环境中雌激素表达绿色荧光蛋白的斑马鱼(图片来自文献Chen H, Hu J, Yang J, Wang Y, Xu H, Jiang Q, Gong Y, Gu Y, Song H, Generation of a fluorescent transgenic zebrafish for detection of environmental estrogens。 Aquat Toxicol, 2010。 96(1): p。 53-61。)


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