微管和对微管蛋白结合剂的抗性外文翻译资料

 2023-02-25 13:10:18

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微管和对微管蛋白结合剂的抗性

【摘要】微管是由alpha;-beta;-微管蛋白异二聚体组成的动态结构，是细胞分裂的关键，也是抗癌药物的重要靶点。影响微管聚合物质量和/或药物结合的beta;-微管蛋白的突变与微管蛋白结合剂（如紫杉醇）的抗性有关。特定的beta;-微管蛋白同型（特别是beta;Iota;Iota;Iota;-微管蛋白），或微管调节蛋白的特异性表达对肿瘤侵袭性和化疗抗性有重要临床意义。此外，肌动蛋白调节的变化也可以调控对微管蛋白结合剂的抗性。了解调控微管蛋白结合剂抗性的分子机制对提高这些药物的疗效至关重要。

微管是一种细胞骨架结构，在细胞活动中起到重要作用，并在细胞分裂中至关重要，使它们成为抗癌药物设计的目标。基于天然产物的针对微管蛋白和微管系统的药物（也被称为抗有丝分裂药物）仍然是应对许多儿童和成人恶性肿瘤联合化疗治疗手段的重要组成部分。预测病人的反应是困难的，并且耐药性肿瘤细胞的出现会限制其临床应用性。与和调控抗有丝分裂的抗性（或灵敏性）的微管蛋白和微管系统相关的机制开始被解开。

本文论述了临床应用的微管蛋白结合剂（TBAs）的细胞靶点——alpha;-beta;-微管蛋白异二聚体的beta;-微管蛋白亚基。检测特异性beta;-微管蛋白同型的差异性表达的功能性研究揭示了耐药性机制。这些蛋白质变化的分子功能会通过调节微管动力学、药物结合和/或细胞信号来影响TBAs的作用。此外，最近的证据表明肌动蛋白细胞骨架的改变可以影响微管并诱导对TBAs的抗性。

微管蛋白和微管结构

微管蛋白异二聚体由alpha;-微管蛋白和beta;-微管蛋白组成（尺寸各为50kDa），是构成微管的基本结构成分。微管是直径约为25nm的空心管，从间期细胞胞质中心体的微管组织中心辐射出来。它们参与多种细胞过程，包括细胞运动、细胞内运输和细胞分裂。微管是一种高度动态的结构，通过在微管末端添加或去除微管蛋白亚基，在生长和收缩之间交替。微管动力学在细胞周期中变化（图1），在间期细胞中微管的周转缓慢，这种周转的持续时间可以是分钟或小时，具体取决于细胞类型。在有丝分裂开始时，微管网络发生了巨大的变化，在微管解体之后，形成了一个新的纺锤体微管网络，其周转速度比间期微管快4-100倍。有丝分裂星体和动粒微管的形成需要严格调控微管动力学，以确保细胞分裂期间染色体的正确附着和分离。微管的多样性特征，包括微管动力学的调节、微管稳定性和微管的时间和空间组织，涉及微管相关蛋白（MAPs）和微管相互作用蛋白的结构和调节协调（参考文献7）。

针对微管蛋白的抗有丝分裂药物

有许多化学上不同的化合物与微管蛋白-微管系统结合。TBAs是一种有效的有丝分裂毒物，大致分为微管稳定（如紫杉烷和埃博霉素）和微管稳定（如长春新碱、长春碱和长春瑞滨）药物（框1）。借助alpha;-beta;-微管蛋白异质二聚体的晶体结构，我们已经证明了临床上重要的TBAs与alpha;-beta;-微管蛋白异质二聚体中的beta;-微管蛋白结合的方式和位置。TBAs抑制纺锤体微管动力学，在有丝分裂的中期-后期转变中引起延迟或阻滞（图1）。有丝分裂纺锤体的断裂不能满足纺锤体组装检查点的要求，这会导致有丝分裂停滞的延长，从而导致细胞死亡。确切地说，有丝分裂阻滞是如何导致细胞死亡的，目前尚不清楚，也存在争议。一些争议和矛盾的数据最有可能来源于与细胞系差异、所用药物的类型和浓度以及所进行分析的类型有关的技术问题。最近使用单细胞活体成像的研究揭示了这些药物对有丝分裂停止和细胞死亡的复杂影响。与正常细胞相比，癌细胞更易受TBAs诱导的细胞死亡影响，但人类非转化细胞和癌细胞的有丝分裂停滞时间和细胞死亡程度差异很大。一项对13个癌细胞系和2个未转化细胞系的系统研究显示，在包括紫杉醇在内的抗有丝分裂药物的作用下，细胞系之间和同一细胞系内的差异很大。在这项研究中，细胞的命运似乎不受有丝分裂停止时间的影响，而是受到两个相互竞争的网络的影响：细胞死亡途径的激活和另一个调节细胞周期蛋白B1降解和有丝分裂退出的网络。为了保持基因组的完整性并减少非整倍体的发生，有丝分裂检查点延迟后期并退出有丝分裂，直到所有的动粒都附着在微管上。当存在一个或多个未连接的动粒时，细胞周期检查点无法满足，并且由于长时间的延迟（约20小时），许多细胞将经历有丝分裂滑移-逃离有丝分裂-并形成四倍体细胞。这种有丝分裂滑移的发生是因为细胞周期蛋白B-细胞周期蛋白依赖激酶1（cDK1）复合物在一个活跃的细胞周期检查点的存在下被降解。在紫杉醇存在下，根据体外使用的药物浓度，细胞可在细胞周期的G1期死亡，或在有丝分裂中停止，并通过有丝分裂滑移死亡或逃逸。用TBAs治疗的肿瘤如何经历细胞死亡还有待确定，为了充分解决这一问题，还需要进一步发展先进的成像技术，例如迅速发展的活体显微镜。

微管系统如何避开TBAs

对以微管蛋白为靶点的抗有丝分裂药物的敏感性或耐药性的机制尚不清楚。探讨微管蛋白同型组成如何影响TBA治疗后与细胞命运相关的各种细胞活动的研究可能揭示药物敏感性的新信息。存在多个alpha;-和beta;-微管蛋白同种类型，由不同基因编码，位于不同染色体上，具有组织和细胞特异性表达模式（表1）。微管蛋白的结构在整个进化过程中高度保守，微管蛋白同型具有高度的氨基酸同源性，但以其独特的羧基末端尾部（最后的氨基酸）而区别开来。这些微管蛋白同型可以进行翻译后修饰，从而改变微管与MAPs的相互作用并改变其功能。预测性分子模型已被用来研究TBAs对不同beta;-微管蛋白等型的亲和力是如何变化的。例如，紫杉醇被认为通过微管中的纳米孔扩散到微管内面向内腔的结合部位。据预测，除了beta;III微管蛋白和beta;vI微管蛋白外，所有beta;-微管蛋白的运动都是通过形成一个包含丝氨酸275的氢键介导的。然而，微管蛋白同型的生理功能还没有被完全理解，微管蛋白在翻译后的众多修饰也增加了另一层功能的复杂性。促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白，包括p53和Bcl2家族蛋白，通过微管连接或运输。TBAs诱导细胞凋亡是通过内源性（线粒体）凋亡途径介导的，主要通过Bcl2家族成员介导。促凋亡蛋白BIM与微管相连，经紫杉醇治疗后，BIM从微管向线粒体转移。高表达BIM的癌细胞比低表达BIM的癌细胞更易受紫杉醇诱导的细胞死亡的影响。beta;-微管蛋白的差异表达或翻译后修饰如何影响TBAs结合、转运或释放因子诱导细胞凋亡的能力尚需进一步研究。很明显，在肺癌、卵巢癌、乳腺癌和前列腺癌等一系列癌细胞系和恶性肿瘤中，特异性beta;-微管蛋白异型和MAPs的异常表达与对TBA的抵抗密切相关[图2]。

变异

在实验室筛选的TBA耐药细胞系中，beta;-微管蛋白的优势型突变很容易发生，这些细胞系已被证明对理解正常微管结构、功能和药物-靶向相互作用有价值。到目前为止，还没有迹象表明beta;-微管蛋白突变与临床相关，如果真的发生，它们很可能是罕见的事件。另一种潜在的耐药机制可以通过研究beta;-微管蛋白等型多态性是否影响TBAs的敏感性来确定。对TBA苯并咪唑的抗性与beta;-微管蛋白167和200密码子的多态性有关。在对非小细胞肺癌（nsclc）和卵巢癌、卵巢癌异种移植瘤和卵巢癌细胞株的紫杉醇原始和耐药样本进行检测的研究中，未发现beta;-微管蛋白突变。然而，beta;-微管蛋白外显子1的沉默多态性在低频率下被检测到，这使得作者得出结论，紫杉醇治疗的反应不太可能受到这些多态性的影响。

beta;III微管蛋白

beta;III微管蛋白是一种在神经元细胞和睾丸支持细胞中高水平表达的同型蛋白，其异常和高水平的表达与更具侵袭性和耐药性的癌症有关。自从beta;III微管蛋白的高表达首次与紫杉醇选择的nsclc细胞的耐药性和卵巢癌紫杉醇的临床耐药性相关以来，已经有十多年了。此后，更大规模的转化研究证实并明确证实beta;III微管蛋白的表达与一系列肿瘤类型（包括肺癌、卵巢癌、乳腺癌、胃癌和未知来源的癌症）对紫杉烷或长春瑞滨的耐药性有关（表2）。为了阐明特异性beta;-微管蛋白同型表达差异在药物敏感性中的功能意义，我们采用基因过度表达或沉默的方法来调节微管蛋白同型表达。四环素调节中国仓鼠卵巢（cHo）细胞beta;III微管蛋白的过度表达，导致紫杉醇的低水平耐药。此外，与对照细胞相比，紫杉醇对这些细胞微管动力学的抑制作用较小。在nsclc中，beta;III微管蛋白的表达与低分化肿瘤组织、恶性程度高和转移潜能增加有关。晚期非小细胞肺癌的治疗效果并不理想，由于肿瘤细胞耐药，患者的预后仍然很差。选择紫杉醇耐药的A549非小细胞肺癌细胞，其beta;III微管蛋白表达较亲本药敏细胞明显增强。反义寡核苷酸抑制beta;III微管蛋白表达后，紫杉醇敏感性部分恢复。紫杉醇敏感性的部分恢复与耐药的多因素性和紫杉醇耐药nsclc细胞有其他微管改变有关，包括微管蛋白突变和MAP4表达增加。beta;III微管蛋白在大多数胰腺导管腺癌和胰腺癌细胞系中高表达，但在非肿瘤性胰腺导管中不表达。此外，beta;III微管蛋白的表达与胰腺癌的早期发展有关。与亲本紫杉醇敏感细胞系相比，被选为紫杉醇耐药细胞的胰腺癌细胞beta;III微管蛋白表达水平显著升高。

有强有力的临床证据表明，beta;III微管蛋白的高表达不仅与紫杉烷（微管稳定剂）的耐药性有关，还与vinca生物碱（微管稳定剂）的耐药性有关。最近，在两个独立的肺癌细胞系（H460和calu-6细胞）中，用短干扰RNA（siR-nAs）对beta;III微管蛋白的作用，证实了beta;III微管蛋白对非小细胞肺癌化疗敏感性的直接作用，这两个细胞系类似于许多非小细胞肺癌，异常表达了这种beta;-微管蛋白同型。抑制beta;III微管蛋白致敏nsclc细胞株对TBAs的表达。有趣的是，在nsclc细胞株中，beta;III微管蛋白表达的抑制并不影响微管动力学，而是增加了用低浓度长春新碱或紫杉醇治疗的nsclc细胞的凋亡水平。细胞凋亡的增加似乎与有丝分裂停止无关，这些低浓度的药物并不影响微管动力学（M.K.和同事，未发表的观察）。在较高浓度的长春新碱或紫杉醇作用下，观察到有丝分裂阻滞和凋亡细胞死亡，表明beta;III微管蛋白表达的抑制通过两种机制提高了TBAs的有效性：抑制微管动力学和细胞死亡的有丝分裂独立机制（M.K.和同事们，未发表的意见）。

另一个重要的发现是，beta;III微管蛋白表达的敲除增加了对几种在结构和功能上与TBAs无关的DnA损伤剂的敏感性，这突出了beta;III微管蛋白在耐药中的更广泛作用。尽管这一结果出乎意料，但考虑到TBAs常与顺铂或卡铂联合治疗（特别是对上皮性癌，如nsclcs、卵巢癌和乳腺癌），这并不奇怪，治疗失败也意味着这些DnA损伤剂对肿瘤细胞无效。beta;III微管蛋白敲除细胞对TBAs和DnA损伤剂的敏感性增加与药物诱导凋亡的倾向增加有关。这一发现增加了beta;III微管蛋白是一种细胞存活因子的可能性，当过度表达时，可导致化抗性。这些发现揭示了beta;III微管蛋白的一个新作用，这可能对改善药物难治性nsclc的靶向性和治疗以及潜在的其他过度表达这种同型的癌症有重要意义。

beta;III微管蛋白如何介导对多种药物的交叉耐药性？鉴于beta;III微管蛋白的广谱耐药性，其机制不太可能是beta;III微管蛋白对微管动力学影响的直接结果。细胞中beta;III微管蛋白表达水平的增加或降低并不直接影响微管动力学（M.K.和同事，未发表的观察）。研究表明beta;III微管蛋白作为一种细胞生存因子的潜在作用可以在细胞应激如缺氧的条件下被诱导，胶质母细胞瘤的缺血坏死区域表达高水平的这种蛋白。除了氧化应激外，beta;III微管蛋白的高表达也与葡萄糖剥夺相关，进一步支持微管蛋白同型作为细胞生存因子的作用。可以想象，beta;III微管蛋白通过保护细胞免受细胞毒药物诱导的遗传毒性应激而介导其作用。

beta;III微管蛋白在细胞中表达增加的机制一直难以确定。大鼠Tubb3基因5′侧翼区的克隆和特性分析，确定了驱动该基因表达所需的最小启动子区。鉴定了一种中枢神经系统增强因子和一个e盒。在对Tubb3启动子的电子显微镜分析中，发现了HIF1alpha;、p53、核因子-kappa;（nF-kappa;）和wilms肿瘤蛋白（wT1）等多种转录因子的结合位点。这些转录因子是否调节beta;III微管蛋白的表达尚不清楚。由于beta;III微管蛋白在缺氧条件下可在卵巢癌细胞中诱导表达，可能是由于肿瘤环境的恶劣条件，如低营养供应和低氧利用率，导致beta;III微管蛋白在某些细胞类型中的表达选择。HIF1alpha;能调节多个基因的活性，在紫杉醇敏感的卵巢癌细胞系中，HIF1alpha;与TUBB3的3′uTR的一个增强区结合，导致beta;III微管蛋白的表达增加。卵巢癌细胞系中这种增强子的甲基化与HIF1alpha;诱导的beta;III微管蛋白表达的反应丧失有关。在同一肿瘤标本中检测HIF1alpha;和beta;III微管蛋白的表达仍需进一步研究，以确定两者之间是否存在相关性。关于beta;III微管蛋白在不同类型肿瘤标本中的分布，目前有不同的报道。一些研究报道beta;III微管蛋白在整个肿瘤切片中表达增加，而在其他肿瘤类型中，beta;III微管蛋白在浸润性肿瘤边缘的高表达，增加了beta;III微管蛋白高表达可能参与癌细胞浸润性表型的可能性。

另一个发现表明beta;III微管蛋白参与了肿瘤的侵袭，它可能是由microRnA（miRnA）miR-200c调控的，miR-200c属于miR200家族，在上皮-间质的转化过程中起着重要作用。恢复miR-200c在Hec-50子宫内膜癌细胞系中的表达可导致beta;III微管蛋白表达减少，并增加对TBAs的敏感性。miR-200c调控多种与转移相关的基因，该miRnA是否直接与beta;III微管蛋白相互作用或其作用是否间接尚待观察。然而，鉴于miRnAs参与了一系列与耐药和肿瘤进展相关的基因的表达调控，许多miRnAs可能能够调节微管功能和稳定性相关基因的表达。

在某些肿瘤类型中，beta;III微管蛋白的高表达可预测侵袭性较小的疾病。卵巢癌中beta;III微管蛋白高表达与抗化学药物相关的大多数研究都集中在浆液性腺癌（表2）。卵巢透明细胞腺癌在西方国家很少见，但在日本很常见，占所有卵巢癌病例的20%。与beta;III微管蛋白阴性肿瘤患者相比，表达beta;III微管蛋白的透明细胞腺癌患者在紫杉烷治疗方案中具有更高的总生存率和无进展生存率。相比之下，本研究未发现微管调节蛋白MAP4和stathmin与预后相关。同样，宫颈癌中beta;III微管蛋白与预后无相关性。

在神经源性

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