Wednesday, 10 August 2016 02:14

MỘT SỐ CƠ CHẾ SINH HỌC PHÂN TỬ TRONG KHÁNG HÓA TRỊ

Read 3514 times

GS.TS. Mai Trọng Khoa, PGS.TS. Trần Đình Hà, TS. Phạm Cẩm Phương, TS. Phạm Văn Thái, TS. Nguyễn Huy Bình, TS. Nguyễn Tiến Lung, BS. Nguyễn Tuấn Anh, PGS. Nguyễn Văn Kình, TS. Nguyễn Quốc Tuấn, ThS. Ngô Thị Thu Hiền.

Một vấn đề rất được quan tâm trong điều trị ung thư là sự đề kháng các hóa chất và thuốc điều trị ung thư của các tế bào khối u (gọi tắt là kháng thuốc). Trên lâm sàng, kháng thuốc có thể xảy ra ngay từ đầu hoặc sau một thời gian điều trị đối với các thuốc điều trị ung thư nói chung và thuốc điều trị đích nói riêng. Một số khối u (ung thư vú, ung thư buồng trứng, ung thư phổi tế bào nhỏ) thường đáp ứng với điều trị ở giai đoạn đầu, nhưng sau đó kháng thuốc sau một thời gian điều trị. Hiện nay, các nhà khoa học đã tìm ra nhiều cơ chế cho thấy tế bào ung thư kháng lại các thuốc điều trị. Nguyên nhân chính hạn chế hiệu quả điều trị là do xuất hiện các dòng tế bào mới kháng lại các thuốc điều trị theo quy luật của chọn lọc tự nhiên. Thường thì tại thời điểm bắt đầu điều trị, số lượng tế bào kháng thuốc là rất thấp (khoảng 1 tế bào kháng thuốc trên 105 tế bào nhy cảm với thuốc) và theo thời gian điều trị số lượng các tế bào kháng thuốc tăng lên nhanh chóng do ưu thế chọn lọc, gây nên hiện tượng kháng thuốc mắc phải trên lâm sàng.

Kháng thuốc xảy ra liên quan đến hai hệ thống:

Một là, do hệ thống gen di truyền (genetic). Ví dụ như hiện tượng đột biến, mất đoạn hoặc khuếch đại các gen mã hóa các protein tham gia vào quá trình hấp thu, chuyển hóa và đào thải các thuốc điều trị ung thư trên tế bào đích.

Hai là, do hệ thống di truyền ngoại gen (epigenetic) ảnh hưởng tới quá trình biểu hiện của các gen mã hóa các protein tham gia vào quá trình hấp thu, chuyển hóa và đào thải các thuốc điều trị ung thư trên tế bào đích (Sharma et al, 2010).

Hiệu quả thuốc điều trị ung thư phụ thuộc nhiều vào tốc độ phát triển của tế bào và giai đoạn phân bào. Do vậy, tình trạng kháng thuốc của khối u sẽ xuất hiện hoặc tăng lên nếu khối u có nhiều tế bào ở trạng thái không phát triển, hoặc ở giai đoạn đề kháng thuốc trong chu kỳ phân bào. Hơn nữa, sự phát triển nhanh chóng của các tế bào khối u sống sót giữa các đợt điều trị tạo ra quần thể các tế bào ung thư có khả năng kháng lại các thuốc điều trị ung thư, gây nên hiện tượng kháng thuốc. Hiện nay, các nghiên cứu còn cho thấy thời gian bệnh thuyên giảm dài hay ngắn còn phụ thuộc vào quần thể tế bào gốc ung thư (cancer stem cells) (Lenkiewicz, 2009). Tế bào gốc ung thư chiếm tỷ lệ rất ít trong khối u nhưng lại đóng vai trò quan trọng trong sự tăng trưởng của khối u. Tế bào gốc ung thư cũng có các đặc điểm như tế bào gốc bình thường, nhưng không có khả năng kiểm soát số lượng tế bào nên có khả năng tạo ra các khối u mới từ khối u ban đầu.

Sự nhạy cảm với thuốc điều trị ung thư không những phụ thuộc vào bản chất của các tế bào khối u, mà còn phụ thuộc vào vi môi trường xung quanh tế bào. Thuốc chỉ có tác dụng tiêu diệt tế bào khối u nếu thuốc đến được tế bào với nồng độ đủ lớn.Vì vậy, nguyên nhân gây kháng thuốc tăng lên ở những khối u đặc có ít mạch máu làm cho thuốc khó khăn khi khuếch tán từ mạch máu vào khối u, làm giảm tác dụng của thuốc điều trị. Ngoài ra, sự nhạy cảm của thuốc với khối u còn liên quan tới khả năng thẩm thấu qua các hàng rào của cơ thể (hàng rào máu não, hàng rào dịch não tủy…) bởi điều này liên quan tới nồng độ thuốc đạt được tại mô đích.

1. Một số cơ chế và nguyên nhân gây kháng thuốc

Cơ chế phân tử gây kháng thuốc tại tế bào khối u được trình bày tại bảng 1.

Bảng 1. Cơ chế phân tử tại tế bào liên quan tới kháng thuốc

Cơ chế

Thuốc

Giảm hấp thu thuốc vào tế bào

Methotrexat, các thuốc chống chuyển hóa (5-FU, ara-C, gemcitabine), cisplatin, nitrogen mustard, 131I

Tăng đào thải thuốc ra khỏi tế bào

Anthracyclines, vinca alkaloids, etoposide, taxanes, methotrexate, 5-FU, TKI

Giảm hoạt tính của thuốc

Thuốc chống chuyển hóa (5-FU, ara-C, gemcitabine)

Tăng dị hóa thuốc

Thuốc chống chuyển hóa ( 5-FU, ara-C)

Tăng hoặc giảm hoạt tính enzyme đích

Methotrexat,  ức chế topoisomerase (enzym đóng mở xoắn DNA), 5-FU, TKI

Biến đổi ở protein đích

(thay đổi về ái tính với thuốc)

Methotrexat, thuốc chống chuyển hóa, ức chế topoisomerase, TKI

Bất hoạt bằng việc gắn sulfhydryls (glutathione, metallothionein)

Các chất alkyl hoá, cisplatin

Tăng sửa chữa DNA

Các chất alkyl hoá, cisplatin, anthracycline

Giảm khả năng chết theo chương trình (apoptosis)

Các chất alkyl hoá, cisplatin, anthracycline, etoposide…

TKI: Thuốc ức chếtyrosin kinase

Ngoài những nguyên nhân về cơ chế phân tử gây kháng thuốc thì còn có các nguyên nhân khác như:

1.    Do thuốc không tác dụng với một hoặc nhiều dòng tế bào trong khối u.

2.    Các dòng tế bào kháng thuốc được tạo ra một cách ngẫu nhiên do xuất hiện đột biến gen kháng thuốc. Nguyên nhân là do bộ gen của các tế bào u không ổn định và sự tương tác giữa các thuốc với DNA dẫn đến xuất hiện các đột biến kháng thuốc.

3.    Số lượng tế bào kháng thuốc tăng và hoạt động của gen kháng thuốc tăng ở những tế bào chứa gen kháng thuốc.

4.    Sự biến đổi các protein đích ở nhiều tế bào kháng thuốc (do đột biến gen gây ra).

5.    Hiện tượng chuyển gen kháng thuốc từ tế bào kháng thuốc sang tế bào nhạy cảm.

Vì vậy, để đạt được hiệu quả điều trị tốt nhất thì các bác sỹ điều trị cần phải xác định được tỷ lệ tế bào kháng thuốc trong các khối u. Goldie và Coldman (1984) lần đầu tiên sử dụng mô hình phát triển các tế bào của khối u kháng thuốc sẽ phụ thuộc vào: (1) kích thước của khối u; (2) tỷ lệ xảy ra đột biến kháng thuốc với từng loại thuốc. Mô hình chỉ ra cơ hội điều trị cho bệnh nhân tăng lên nếu quá trình điều trị được bắt đầu sớm, khi kích thước khối u còn nhỏ và nên lựa chọn các thuốc có xác suất tạo ra đột biến kháng thuốc thấp (Ian Tannock, 2013).

Mối liên quan giữa hệ thống di truyền ngoài gen (epigenetic) với kháng thuốc: Các nghiên cứu cho thấy trên DNA của người có các đảo CpG là những đoạn DNA dài khoảng 1000bp chứa rất nhiều Cytosine với Guanineđi cùng nhau, thường nằm trong những vùng nhỏ, riêng biệt của gen (thường là vùng khởi động của gen – vùng promoter) chứ không “phân tán” ngẫu nhiên trong gen. Vùng này thường không methyl hoá trong tế bào bình thường, nhưng trong tế bào u thường xảy ra hiện tượng tăng cường methyl hóa và quá trình phiên mã của các gen có thể bị ảnh hưởng do tác dụng vào vùng promoter của gen. Khi methyl hóa quá mức sẽ gây bất hoạt các gen và hậu quả sẽ ảnh hưởng tới các con đường tín hiệu trong tế bào. Vì vậy, khi các gen mã hóa các enzyme sửa chữa DNA (ví dụ MGMT (O-6-methylguanine-DNA methyltransferase)), gen mã hóa protein vận chuyển thuốc, protein tham gia đào thải thuốc khỏi tế bào, hoặc gen mã hóa protein điều hòa chu kỳ tế bào và chết theo chương trình khi bị methyl hóa quá mức làm thay đổi mức độ đáp ứng với các thuốc điều trị ung thư của khối u.

Tiếp theo, cơ chế quá trình acetyl hóa và deacetyl hóa của histon, một protein quan trọng kết hợp với DNA cấu tạo nên nhiễm sắc thể có thể ảnh hưởng tới mức độ nhạy cảm của thuốc tới khối u. Khi quá trình acetyl hóa histon tăng lên sẽ làm tháo xoắn nhiễm sắc thể và cho phép quá trình phiên mã. Vì vậy, khi kết hợp giữa chất ức chế methyl hóa DNA và ức chế acetyl hóa histone có thể tạo ra hiệu quả đặc biệt, duy trì mức độ nhạy cảm thuốc của khối u thậm chí là khối u đặc. Cuối cùng, các gen liên quan tới sự nhạy cảm và kháng thuốc còn được điều hòa bởi RNAi (RNA interfence – RNA can thiệp). Đây là các RNA có trọng lượng phân tử rất nhỏ, có thể bất hoạt các gen do nó gắn với những vị trí không mã hóa trên RNA thông tin làm ức chế quá trình giải mã hoặc làm thoái hóa RNA thông tin.

2. Môi trường xung quanh tế bào ung thư với hiện tượng kháng thuốc

Hiện tượng kháng thuốc điều trị còn phụ thuộc vào môi trường xung quanh tế bào ung thư. Khối u đặc thường bị thiếu oxy do thiếu mạch máu nuôi dưỡng vì các mạch máu trong khối u được hình thành cục bộ và rải rác, không phân bố đều đặn như ở mô bình thường. Điều này dẫn đến các khu vực của khối u thiếu oxy, pH ngoại bào tương đối thấp bởi sự sản xuất acid lactic cũng như các sản phẩm có tính acid khác của quá trình trao đổi chất. Tình trạng thiếu oxy là nguyên nhân chính dẫn đến sự kháng của tế bào đối với xạ trị, đồng thời đây là lý do giúp các tế bào kháng thuốc điều trị ung thư.

Hình

Gradient oxy cũng như các chất chuyển hóa khác ảnh hưởng đến sự tăng sinh, sự chết tế bào liên quan đến mạch máu trong khối u đặc.

(Nguồn: Tannock I, Hill R, Bristow R, Harrington Lea (2013). The basic science of oncology 5th edit. Mc GrawHill Inc).

Các tế bào trong khu vực thiếu dưỡng chất của khối u có xu hướng sinh trưởng và phát triển kém hơn so với các tế bào ở gần mạch máu. Hơn nữa, nồng độ thuốc ở khu vực ít mạch máu nuôi dưỡng thường thấp hơn ở các khu vực giàu mạch máu. Khi đó, các tế bào sống sót ở khu vực thiếu dưỡng chất bắt đầu nhân lên, tái chiếm những vị trí ở gần mạch máu (do các tế bào ở đây đã bị tiêu diệt bởi thuốc), từ đó cải thiện sự phân phối oxy và dưỡng chất để tái phát triển khối u.

Tình trạng thiếu oxy và độ acid ngoại bào cao tác động trực tiếp đến hoạt tính và sự hấp thụ của một số thuốc điều trị ung thư. Loại thứ nhất là các thuốc điều trị ung thư khi vận chuyển vào trong tế bào theo cơ chế vận chuyển tích cực đòi hỏi tiêu tốn năng lượng từ ATP, tuy nhiên quá trình tạo ATP giảm đi nhiều trong môi trường thiếu oxy. Loại thứ 2 là các thuốc có tính kiềm yếu, như doxorubicin, thu hút tỷ lệ lớn các phân tử có tính acid làm giảm khả năng vận chuyển qua màng tế bào, dẫn đến giảm hoạt lực. Ngoài ra tình trạng thiếu oxy có thể ảnh hưởng đến cơ chế di truyền kháng thuốc của tế bào. Khi tiếp xúc với tình trạng thiếu oxy có thể sẽ kích thích tế bào khuếch đại gen, bao gồm các gen mã hóa DHFR (dihydrofolate reductase)… tăng khả năng kháng methotrexate.

3. Sự phục hồi quần thể tế bào ung thư sau điều trị

Các nghiên cứu cho thấy khi quá trình điều trị bị gián đoạn thì có sự gia tăng trở lại của tế bào ung thư. Đây là nguyên nhân quan trọng làm giảm hiệu quả điều trị và tái phát, di căn. Quá trình gián đoạn điều trị sẽ phục hồi dinh dưỡng cho khối u.

Vì vậy, để tránh hiện tượng kháng thuốc thì phải ức chế được sự phục hồi quần thể giữa các đợt hóa trị bằng cách sử dụng thuốc với liều lượng và số chu kỳ phù hợp với từng loại ung thư. Tuy nhiên, phương pháp này không áp dụng với tất cả các loại ung thư, mà tùy từng trường hợp cụ thể. Phương pháp khác là ức chế thụ thể yếu tố tăng trưởng, nhưng cần tác động trong thời gian ngắn và dừng ngay trước thời điểm đợt hóa trị tiếp theo.

4. Tế bào gốc khối u và sự kháng thuốc

Nhiều nghiên cứu đã khẳng định các khối u chứa một số lượng nhỏ những tế bào đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo ra khối u gọi là các tế bào gốc khối u (tumor stem cell hoặc cancer stem cells). Đây là mục tiêu quan trọng của điều trị đích trong ung thư. Những nghiên cứu về độ nhạy cảm thuốc của những tế bào này thường khó thực hiện do chúng chiếm tỷ lệ nhỏ trong khối u, đồng thời dễ biến đổi đặc tính gốc trong nuôi cấy tế bào. Có những bằng chứng mới cho thấy chúng có thể kháng thuốc tốt hơn các tế bào khác trong khối u, nhờ khả năng sống sót cao hơn trong quá trình hóa trị. Sự kháng thuốc của quần thể tế bào gốc là kết quả của một loạt các cơ chế khác nhau, bao gồm tăng cường sửa chữa tổn thương DNA, thay đổi các phân tử quan trọng trong các con đường tín hiệu gây ung thư.

Các tế bào này có tỷ lệ tăng sinh tương đối thấp, tương tự như tế bào gốc tủy xương bình thường, nên ít bị ảnh hưởng bởi các thuốc tác động vào chu kỳ tế bào. Cuối cùng, vị trí của các tế bào gốc ung thư là yếu tố tạo nên tính kháng thuốc, đặc biệt khi chúng tập trung ở vùng thiếu dưỡng chất trong khối u.

Vì vậy, vai trò của các xét nghiệm sinh học phân tử ngày càng cao; giúp cho quá trình lựa chọn các phác đồ phù hợp và tiên lượng cho bệnh nhân ung thư tốt hơn.

 

Tài liệu tham khảo

 

1.      Nguyễn Văn Kình, Nguyễn Tuấn Anh (2015). Sinh học phân tử ung thư áp dụng cho lâm sàng. Nhà xuất bản Y học.

2.      Tạ Thành Văn (2014). Nghiên cứu xác định đột biến gen quyết định tính đáp ứng thuốc trong điều trị ung thư đại trực tràng và ung thư phổi. Đề tài độc lập cấp Nhà nước.

3.      Dohse M, Scharenberg C, Shukla S, et al. (2010). Comparision of ATP-binding cassette transporter interactions with the tyrosine kinase inhibitors imatinib, nilotinib, and dasatinib. Drug Metab Dispos; 38:1371-1380.

4.      Goldie JH, Coldman AJ. (1984).The genetic origin of drug resistance in neoplasms: Implications for systemic therapy. Cancer Res; 44: 3643-3653.

5.      Gorre ME, Mohammed M, Ellwood K, et al (2001). Clinical resistance to STI-571 cancer therapy caused by BCR-ABL gen mutation or amplification. Science; 293:876-880.

6.      Hu S, Chen Z, Franke R, et al (2009). Interaction of the multikinase inhibitors sorafenib and sunitinib with solute carriers and ATP-binding cassette transporters. Clin Cancer Res; 15:6062.

7.      Lenkiewicz M, Li N, Singh SK.(2009).Culture and isolation of brain tumour initiating cells.Curr Protoc Stem Cell Biol. Chapter 3.

8.      Milojkovic D, Apperley J. (2009). Mechanism of resistance to imatinib and second-generation tyrosine kinase inhibitors in chronic myeloid leukemia. Clin Cancer Res; 15:7519-7527.

9.      Sharma S, Kelly TK, Jones PA. (2009). Epigenetics in cancer. Carcinogenesis; 31(1):27-36.

10. Tannock I, Hill R, Bristow R, Harrington Lea (2013). The basic science of oncology 5th edit. Mc GrawHill Inc.

11. Tannock I, Hill R, Bristow R, Harrington Lea (2013). The basic science of oncology 5th edit. Mc GrawHill Inc.

12. Pan SK, Figlin RA, Reckamp K. (2010). Targeted therapies for non-small cells lung cancer: An evoling landscape. Mol Cancer Ther; 9:1931-1944.

13. Xing M. (2013). Molecular pathogenesis and mechanisms of thyroid cancer. Nat Rev Cancer. 13(3):184-99.

Tem dan Don vi Gen tri lieu 1

Hỗ trợ  

Joomla Templates and Joomla Extensions by ZooTemplate.Com
Hotline: 1900575758 phím 2

Clip

Đối tác chiến lược

chung cư imperia garden

Hình ảnh tiêu biểu

Đối tác chiến lược

chung cư imperia garden

Thống kê

Members : 4280
Content : 1268
Web Links : 3
Content View Hits : 358299