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编号:10279234
肿瘤细胞耐药的哲学内涵
http://www.100md.com 《医学与哲学》 2000年第12期
     作者:张万岱 肖冰 张振书

    单位:第一军医大学南方医院 消化病研究所,广东 广州 510515

    关键词:

    医学与哲学001210中图分类号:R730.5 文献标识码:A

    文章编号:1002-0772(2000)12-0029-04

    化学疗法是目前治疗肿瘤的主要措施,而肿瘤细胞对化学药物往往容易产生耐受,并成为临床治疗肿瘤取得满意疗效的主要障碍之一。肿瘤细胞对一种使用过的抗肿瘤化疗药物产生耐药之后,同时对多种不同结构、不同作用机制的抗肿瘤药物也产生交叉耐药现象,称为肿瘤多药耐药性(Multidrug resistance, MDR)。肿瘤耐药的形成既是细胞生物发展的一种自然规律,也是细胞生物行为的必然现象。其间包含了许多哲学的内涵。
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    1 生物进化与肿瘤细胞耐药的形成

    进化的概念衍生于人们对生物起源的认识。拉马克、达尔文等人根据大量事实证明生物是从自然界逐渐演变而来,这种演变就被称为进化。进化并不简单地等于进步,而是一种过程,即生物有多方面发展的自发倾向和继承祖先模式的特点。其目的就是通过“自然选择”的过程淘汰或抵御不能适应环境的个体或信息,留下或产生能较好地适应环境的生命形式的模式,是生命体随环境改变而不断变化的自我适应形式。

    就肿瘤细胞的形成而言,其本质是一种进化现象,它既保留了其母细胞的遗传物质和表达形式,又有不同于母细胞的变异形式和生物信息,如各种癌基因的过表达和抑癌基因的失活或缺陷,并能够适应人体的各种环境和逃逸机体免疫功能的清除。

    化疗药物通过损伤DNA或抑制DNA合成、诱导细胞分化、促进细胞凋亡等机制抑杀肿瘤细胞,但是肿瘤细胞本身就是生物进化的产物,当它的生存和演变环境受到化学药物的威胁与干扰时,为了能够适应新的环境所带来的压力与影响,有必要在原有物质结构的基础上,再次演化一些遗传信息和改变部分表达形式,从而产生许多在非耐药肿瘤细胞不存在的耐药分子,具有这些耐药蛋白表型和耐药信息的细胞就是肿瘤耐药细胞。耐药细胞具有抗毒修复作用,对化疗药物的攻击产生了一定程度的抵御,甚至使药物完全失去疗效。如以机体为研究对象,肿瘤耐药细胞无疑是使机体处于病态、加速机体死亡的劣质细胞,但若以细胞作为研究靶点,从细胞进化角度而言,耐药细胞比之非耐药细胞有了更多的优点,具有更强的生命力和适应能力,是一种完成更高层次进化的优质细胞。因此,耐药细胞的形成是细胞进化的一种特殊形式,也正因如此,有人提出抗进化治疗肿瘤的建议同样适用于解决肿瘤耐药的形成与发展。
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    2 自动控制与细胞耐药现象的存在

    所谓自动控制是指人体自身通过正、负反馈作用进行调节与制约的过程,并对其各种变化之后的代谢与功能自行调整与适应的一种生物信息活动,以保证机体或细胞内环境的动态平衡,更好地适应内外环境的变化条件。如人体血糖浓度和血压的调节以及各器官、组织、细胞功能和信息的调动、交换与协调等等。机体和细胞的内稳态就是自动控制活动的结局。人体、器官乃至细胞均是远离平衡态的耗散结构,在进行物质、能量、信息的交换中,机体或细胞的内外两方面都可能出现引起其自身有序性严重紊乱的因素。然而,无论何时,只要发生了有害于机体的内外干扰,机体自身内部就会出现一些拮抗因素,自动保护或恢复其被打乱了的平衡,以保证应有的稳定性。对人体正常细胞而言,肿瘤细胞是异己细胞,应该受到免疫系统的监视、排斥与清除,但肿瘤细胞为了能在营养丰富的机体内生存,根据自身的遗传和表型特点,通过表达和分泌一些物质,在逃脱免疫系统排抑的同时,与免疫细胞及免疫分子展开竞争、较量和拮抗,以维护肿瘤细胞内外的稳定性,使肿瘤细胞不仅成功地避开了免疫系统的破坏,还得到机体的支持,保证肿瘤细胞的快速增长与无限繁殖。当我们发现体内具有肿瘤细胞生长繁殖时,为了抑制和杀灭肿瘤细胞,保证机体的健康,有必要对患者使用化疗药物,破坏肿瘤细胞的内稳态结构与功能,在肿瘤细胞还未能完全认识化疗药物时,自然有些措手不及,除了那些具有先天性耐药特性的一部分肿瘤细胞可以存活下来外,大部分被化疗药物所消灭。但一旦接触过化疗药物之后,肿瘤细胞通过记忆与识别,会通过一种保护反应和应激状态对化疗药物产生一定程度的抵抗,并在保护和应激过程中分泌一些物质,而且这种现象逐渐形成一种规律,只要一接触化疗药物,肿瘤细胞为了能阻止或延缓药物的破坏,自然会大量表达这些有用的物质,大大减少化疗药物对肿瘤细胞所形成的威胁,以维持细胞的内稳态,这种能通过自动控制反应与维护自身稳定与生存的肿瘤细胞,就是典型的肿瘤耐药细胞。因此,肿瘤耐药细胞的形成就是一种细胞自动控制与维持内稳态的过程。
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    3 耐药现象的物质基础与耐药机制

    现象以物质为基础,这是哲学的根本问题。任何现象的存在与形成,都必然有其物质基础作为先决条件。肿瘤细胞对化疗药物产生抵抗,是一种反应现象,它的形成是一个复杂的过程,在这过程中存在许多相关的物质基础。要克服耐药现象就必须彻底认识参与耐药形成的各种相关分子,并进一步了解这些耐药分子的作用过程与特性,即耐药的分子机制。近年来,对肿瘤细胞耐药分子作了较深入的研究,已明确了许多与耐药有关的蛋白分子或生物信息分子,主要有如下几个方面。

    3.1 P-糖蛋白(p-glycoprotein,p-gp)

    1976年Juliano发现耐药细胞上有一种分子量为170 KDa的糖蛋白的过度表达,即P-gp,并发现它与细胞内的药物浓度的降低有关。P-gp的跨膜结构具有通道蛋白的特性,具有能量依赖的“药泵”的功能。P-gp能与抗肿瘤药物结合,同时其核苷酸结合位点连上ATP,ATP水解后释放的能量使药物转出细胞外,结果使细胞内药物浓度下降,其细胞毒作用因而减弱或完全丧失,细胞由此产生耐药性。实验表明,用MDR来源的高分子量基因组DNA或mdr1cDNA转染药物敏感细胞,可以获得表达P-gp和具有MDR表型的细胞株。
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    3.2 多药耐药相关蛋自(Multidrug resistance associated protein, MRP)

    1992年, Cole等发现耐阿霉素的小细胞肺癌细胞系H69AR不表达P-gp,经基因克隆,发现该细胞系存在一种新的肿瘤耐药相关基因蛋白,即MRP。MRP与P-gp有诸多相似之处,二者均具有“输出泵”的作用,同属于ATP依赖性跨膜转运蛋白类。MRP基因转染实验表明,MRP可赋予转染细胞MDR表型。

    3.3 拓扑异构酶(Topoisomerase,Topo)DNA拓扑异构酶是一种在物体中广泛存在的,能够调节核酸空间结构动态变化的,控制核酸生理功能的关键酶。许多抗癌药物通过改变Topo的功能或活性,致使DNA断裂增加,修复受阻,结果引起娣妹染色体交换增加,染色体畸变或激发细胞内的凋亡程序导致肿瘤细胞的凋亡。Topo Ⅱ介导的MDR称为不典型肿瘤多药耐药(atypical MDR,at-MDR)。耐药株中拓扑异构酶Ⅱ(TopoⅡ)含量大大下降,因而认为拓扑异构酶II与多药耐药有关。
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    3.4 谷胱苷肽S转移酶(Glutathion s-tranferase,GST)

    谷肽甘肽-S-转移酶是一组多基因家族蛋白,广泛分布于动物、植物和细菌中。GST有α、μ、π、θ四种同功酶,它们各有特异性的底物。GSTπ与MDR现象的关系较为密切。GST催化抗肿瘤药物与GSH结合,使抗肿瘤药物转化、失活。GST活性增高,加快抗肿瘤药失活,细胞耐药性增高。GSH含量增多,GST活性增高,增强细胞对抗肿瘤药物的解毒能力,保护细胞免受马法兰、顺铂、葱环类等药物引起的损伤。

    3.5 Ras

    Ras是一类低分子量的G蛋白,约由190个氨基酸组成的单链。Ras在蛋白酪氨酸激酶信号转导途径中起着分子开关的作用,主要调节细胞的生长或分化。在恶性肿瘤,Ras基因常出现突变或过度表达。Ras基因转染肿瘤细胞,能使肿瘤细胞对多种抗癌药物敏感性降低。Ras诱导肿瘤细胞产生MDR的主要机制与激活一系列的信号蛋白有关,如Raf-1,MAPKs,PKC等。
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    3.6 肺耐药相关蛋白(Lung resistance-related protein,LRP)

    LRP是于1993年Scheper最先在耐药的肺癌细胞上发现的一种膜转运蛋白。研究表明LRP mRNA可以预测细胞对耐药及非耐药药物的敏感性,而且影响LRP mRNA表达及转录过程的因素,对细胞耐药的发生起重要作用。

    3.7 蛋白激酶C(Protein Kinase C,PKC)

    蛋白激酶是细胞里重要的信号转导物质,主要催化信号蛋白的磷酸化。在MDR肿瘤细胞的蛋白激酶主要是蛋白激酶C和酪蛋白激酶Ⅱ( Casein KinaseⅡ,CKⅡ)。实验发现用佛波酯处理人的乳腺癌细胞系可以改变细胞的耐药性,而在药细胞中PKC酶的活性比药敏细胞高。

    3.8 凋亡相关基因的异常
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    目前研究表明,许多抗肿瘤药物是诱导肿瘤细胞发生凋亡而起作用的。与肿瘤细胞耐药相关的主要凋亡蛋白分子及其特点有:Bcl-2/Bcl-x的过表达能降低肿瘤细胞对化疗药物的敏感性;在耐药的白血病细胞系和卵巢癌细胞系Bax的表达明显减少,而Bax低表达的乳腺癌细胞系MCF-7和R30C转入Bax基因后,大大增加了肿瘤细胞对表阿素诱导的凋亡的敏感性;在急性髓样白血病患者Fas表达阳性率与化疗效果成正比,Fas表达阳性率高者化疗缓解率高,Fas蛋白表达越低,其对化疗药物的敏感性也越低,而耐药现象就更加明显。

    总之,只要有耐药现象存在,就必然有其相应的物质基础。耐药细胞通过多种渠道和多种物质的信息传递,使其对化疗药物产生抵抗与耐受。肿瘤的多药耐性并不是单一的因素所致,在一种多药耐药细胞中常常有多种耐药机制共存。肿瘤产生MDR是一个复杂的过程,除上述提及的因素之外,肿瘤细胞产生MDR还可能与其它因素有关,P95膜蛋白、P85膜蛋白、热休克蛋白与解毒蛋白等物质基础。

, 百拇医药     4 比较逻辑方法与耐药分子机制的研究

    比较是区分事物之间相同点和不同点的一种逻辑思维方法。观察、实验中设立对照组以及临床上的鉴别诊断,就是建立在比较分析基础上的思维方法。就比较而言,有状态的比较、结构的比较、性质比较、历史比较等等。比较的基准是相互比较的对象具有可比性,即对象之间条件有齐同性,同时比较的基数与资料有均衡性。比较的目的就是求同存异,寻找事物在形态或结构上和功能上的差异性,并发现其内在的联系。肿瘤耐药细胞和肿瘤细胞在功能上的区别就是对化疗药物可产生抵抗,从而影响药物对肿瘤细胞的抑杀作用。但两者关键的区别在于结构上的差异,这是导致耐药形成的基础。要克服耐药现象,也只有在获知产生耐药的物质基础之后才可能作到有的放矢。因此,根据肿瘤细胞和肿瘤耐药细胞之间的特点,利用科学的逻辑方法指导科研思维,结合现代分子生物学技术,努力寻找耐药细胞中的耐药分子蛋白,并从中发现其作用机制,是研究肿瘤细胞耐药现象的关键措施。

    目前,研究细胞之间的差异,主要从功能蛋白或功能基因的表达差异入手。蛋白质是基因生物学功能的主要执行者。根据中心法则,W的种类及表达水平在很大程度上决定了蛋白质的种类及表达水平,所以mRNA或由mRNA逆转录成的cDNA自然成为表达基因的主要研究对象。哺乳动物一般具有100 000个基因,每个细胞仅表达其中的15%,约15 000种mRNA。耐药细胞与非耐药细胞为同一起源的细胞,具有很好的齐同性和可比性,因此可以通过以下这样两个层面来研究这些基因的差异表达,并富集有兴趣的基因:①将两组存在差异表达的基因逐一比较,求同或去同存异;②从两组不同的表达基因中选择具有代表的一小群基因,降低基因复杂度,比较代表基因群的差异。如目前常用的比较两组或多组细胞之间差异表达基因的方法有差异杂交(Differential Hybridization)、差异筛选(differential screening)、cDNA微点阵杂交(cDNA Micro-array Hybridization)、递减杂交(Subtractive Hybridization)、cDNA代表差异分析(cDNA representational Difference Analysis,cDNA RDA)、差异显示反转录PCR(Differential display RT-PCK,DDRT-PCR)等。这些方法均是根据对比分析的逻辑思维,结合现代分子生物学研究技术开展的基因表达分析方法,同样可应用于研究肿瘤细胞之所以成为耐药细胞的客观物质基础。
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    5 结语

    肿瘤细胞的多药耐药性可以分为天然耐药性或内在耐药性(intrinsic drug-resistance)和获得性耐药性(acquired drug-resistance)。前者是指肿瘤细胞在接触化疗药物之前已经具备耐药性,比较少见;后者是指肿瘤细胞在反复接触化疗药物的过程中产生的耐药性,临床上大多属于这一类,也是本文主要讨论的现象与内涵。正如前文所言,耐药是一种现象,而化学药物的使用只是一个诱因,或者也可以说是一个外因,其真正的内因应该由细胞的基因型和表型所决定。研究耐药的目的是要充分认识耐药的分子机制,并进一步寻找克服耐药现象的有力措施。任何细胞功能或现象的生物机制,均离不开决定生物行为的内在的分子活动。近年来研究表明,所有生物信息活动都是由基因及其表达的分子蛋白的特性与功能所决定的,因此深入研究导致肿瘤细胞耐药现象形成的分子机制,包括已知的物质基础和未知的分子蛋白,是逆转或解决耐药问题,有效地治疗肿瘤的关键所在。自然科学的发展以及任何生命现象或生物信息的研究均有赖于哲学理论的发展和哲学思想的指导。耐药现象的形成与存在,包含了许多哲学思想的内涵。要进一步认识和研究与耐药相关的分子蛋白,并深刻揭示耐药形成的分子机制,必须在哲学理论的指导下,选择最佳的科学思维与逻辑方法,结合现代分子生物学的理论与技术,才有可能事半功倍地获得满意的结果。
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    收稿日期:2000-04-09, 百拇医药