多药耐药基因的临床意义与检测方法

肿瘤细胞对化疗药物的多药耐受性(MDR1)是癌症治疗的主要障碍之一。所谓多药耐药(multidrug resistance,MDR)是由一种药物诱发而同时对其它多种结构和作用机制完全不同的抗癌药物产生的交叉耐药，既对广泛的结构和功能不相同的抗肿瘤药物产生的耐药，导致某些联合化疗方案失败。尽管各种新的化疗药物和治疗方案不断地产生及应用，并在某些恶性肿瘤的治疗上取得成功，但在大多数最常见的恶性肿瘤中却收获不大。临床上许多肿瘤在经历了最初有效的化疗后，又再复发，多发癌化疗者效果差其主要原因是肿瘤细胞对化疗的耐受性。肿瘤耐药原因很多，目前公认最主要是多药耐药基因的过渡表达，克服此障碍，肿瘤化疗将取得决定性突破。

1 MDR的概念

肿瘤细胞耐药性可分为内在性耐药(intrinsic drug resistance)和获得性

耐药(acquired drug resistance)两类，既原发地存在于某些肿瘤中，称内在性

耐药；继发于化疗后，称获得性耐药。

根据耐药谱可分为原药耐药(primary drug resistance,PDR)和多药耐药

(multidrug resistance,MDR)。PDR只对诱导的原药产生耐药，而对其它药物不

产生交叉耐药。而MDR是一种药物诱发，而同时对其它多种结构和作用机制完全

不同的抗癌药物产生交叉耐药。内在性耐药的原因仍不清楚，而获得性耐药是由

于变异的耐药肿瘤细胞亚群过渡生长所致。内在性耐药与获得性耐药作为一种独

特的耐药现象是成功地治疗肿瘤的关键性难题，因而成为近几年国内外研究和探

索的热点。

2 MDR的耐药机制

1970年 Biedler和Riehm首先描述了MDR表型：一种药物诱导产生的耐药

细胞株可用对其它多种化学结构和功能完全不同的化疗药物产生耐药。他们发现

对放线菌D耐药的细胞，同时也对多种抗肿瘤抗生素如柔红霉素等，以及结构与

作用机制迥异的植物碱类抗肿瘤药如长春新碱等交叉耐药。1976年，Juliano等

最先在耐药的中国苍鼠卵巢细胞中发现一种新的与耐药程度呈数量关系的高分

子量的细胞膜糖蛋白，命名为P糖蛋白(p-glycopratain,p-gp)。因其分子量为

170kda，又名pgp170，认为此蛋白可降低细胞膜对药物的通透性而引起耐药。

后来又陆续研究发现在不同来源的多药耐药细胞中这种P糖蛋白的分子量范围

在130～180kda，主要集中在150～180kda，它由多药耐药基因MDR编码。近十几

年，国外已从耐药肿瘤细胞株中分离出耐药基因MDR

和它的表达P糖蛋白。1986

1

年chen等克隆了编码P糖蛋白的cDNA［2］。

2.1 MDR基因家族

在哺乳动物，MDR基因是一较小的相对保守的基因家族。在人类基因组中，

它含有两个基因MDR

1和MDR

2

，在啮齿类由三个基因组成：MDR

1

，MDR

2

，MDR

3

。

2.2 MDR基因

基因图谱的研究表明人类MDR两种基因定位于第7号染色体的q21.1带的330kb中。含有28个外显子，28个外显子序列与cDNA完全一致，cDNA全长4.5kb。在不同的细胞系中MDR

1

启动子显示的活性不同，其增加子的活性亦不同，因此

MDR

1

表达呈组织特异性。

2.3 MDR基因表型

MDR基因表型是与其基因产物P糖蛋白有关的。许多研究表明，MDR表型表现为MDR基因的过度表达伴有或不伴有基因扩增。研究发现，在耐药程度低的耐药细胞系，可无MDR基因扩增，只有MDR基因的表达增加(即mRNA的表达增加，P糖蛋白的功能增强)。此时低度耐药细胞P糖蛋白的功能的增加是由于mRNA转录水平增高，而非基因拷贝增加所致。

MDR表型最突出的特点是其编码P糖蛋白功能增加而导致产生了多药耐药性。因此P糖蛋白是MDR基因的表型标志。

2.4 P糖蛋白

MDR基因编码的P糖蛋白是分子量约为170Kda的胞膜蛋白，由1280个氨基酸组成，同源双链，每条链有6个跨膜疏水区，其构成三个跨膜孔有一个细胞内核苷糖连接点可能与ATP连接并发生水解作用。通常认为，P糖蛋白具有一种能量依耐的跨膜药物外输泵功能，当肿瘤细胞与抗癌药物接触时，脂溶性药物浓度梯度进入细胞，而P糖蛋白则结合药物分子，同时其ATP结合位点连上ATP，ATP 水解后释放能量将药物从胞内泵出胞外，药物在胞内浓度不断下降，其细胞毒作用因而减弱甚至丧失，出现耐药现象。

人类MDR

1和MDR

2

两种基因分别编码了两种结构相似，功能不同的P糖蛋白，

MDR

1和MDR

2

两种基因及其所编码的两种P糖蛋白具有高度同源性，其同源性达

80%，然而这两种基因产物的表达却呈组织特异性而且有不同的生理功能。MDR

1

的表达产物可将亲脂类化疗药泵出细胞外，因而有耐药特性；MDR

2

的表达产物则主要分布在骨骼肌纤维上，可将肌纤维的代谢产物，如激素等转运到膜外，无转

运亲脂类药物功能，故不具多药耐药性的作用。然而在最近的研究报告中这种基

因仍然作为一个重要提示，即治疗前的髓性白血病B细胞出现高表达［1］。

3 在正常组织及肿瘤组织中MDR1基因表达

3.1 在正常组织中MDR

1

基因表达

认识P糖蛋白在体内正常表达的进行和功能是重要的。P糖蛋白在正常人体细胞内也有表达，表明MDR基因并非异常基因，P糖蛋白并非是一种异常蛋白，

而且具有一定的生理功能。了解MDR

1

基因在正常组织中表达，具有三个作用。(1)

为了建立一个肿瘤中MDR

1

表达增加的基线。(2)增加我们关于正常P-gp生理功能知识。(3)更好的了解在缓解人类肿瘤耐药方面的潜在作用。正常组织中分为高、中、低三个表达水平。肾上腺、肾脏高水平表达；肺、肝、结肠、空肠、直肠中等表达；而皮肤、骨骼肌、心肌、脾、食道、胃、卵巢、骨髓等则低表达或不表

达。可以发现MDR

1

表达主要是在具有分泌和排泄功能的器官组织特殊上皮细胞中，其功能为降低有害的外源性物质对细胞的损害，具有正常的生理保护功能。维持血脑、血睾丸及血胎盘屏障(脑组织及睾丸组织血管内皮细胞、胎盘滋养叶

细胞MDR

1

基因表达水平高)。已有报道MDR基因及其产物在正常细胞的防御中起着不可忽略的作用，尤其是对化学致癌物及化学毒素的防御［1，7，4］。

3.2 在实体肿瘤中MDR

1

基因表达

如前所述，肿瘤细胞的多药耐药性分为内在性耐药与获得性耐药两类。在肿

瘤细胞中，MDR

1

的表达与肿瘤细胞的组织起源有关。临床研究发现，实体肿瘤中

MDR

1基因表达分四组：第一组癌症通常表达高水平的MDR

1

mRNA。大多数本组肿瘤

正常组织中存在中间至高水平的P-gp 170表达，如肾细胞癌、结肠癌、肝细胞癌、肾上腺皮质癌、嗜络细胞瘤等。临床发现这些肿瘤显示出对治疗的不敏感性(那就是说存在内在性耐药)。第二组所包括的癌症偶然表达高水平的

MDR

1mRNA(中间MDR

1

表达水平)、如神经母细胞瘤、软组织肉瘤、乳腺癌，本组肿

瘤趋向比第一组治疗效果好，不幸的是本组经过化疗后常常得到获得性耐药。第

三组所包括的肿瘤罕见MDR

1mRNA表达(几乎所有的都没检测到或低MDR

1

表达)如

卵巢癌、食道癌、wilm's瘤、膀胱癌、肺癌等。本组肿瘤通常化疗治疗是有效的，但许多肿瘤通过药物刺激将发展为获得性耐药。第四组包括肿瘤经过化疗后MDR

1

基因表达水平提高。