谷胱甘肽S转移酶与肿瘤耐药的关联

肿瘤对化疗药物产生耐药性是导致治疗失败的主要原因之一［1，2］。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，即原发的存在于某些肿瘤中的耐药，称为内在性耐药；继发于化疗后的耐药，称为获得性耐药。根据耐药谱可分为原药耐药（primary drug resistence，PDR）和多药耐药（multidrug resistance，MDR）。PDR只对诱导的原药产生耐药，而对其他药物不产生交叉耐药。多药耐药是指由一种药物诱发，而同时对其他多种结构和作用机制完全不同的抗癌药物产生交叉耐药。近年来化疗药物耐药机制和如何克服其耐药性成为人们研究的重点。国内外研究表明，肿瘤耐药涉及细胞内药物浓度降低、药物靶分子改变及代谢解毒、DNA损伤修复功能增强等多种机理，与多种耐药相关基因有关［3］。其中谷胱甘肽S转移酶（glutathione Stransferase，GST）与肿瘤多药耐药关系密切，现就其结构、功能及相关研究进行综述。

　　1  还原型谷胱甘肽和谷胱甘肽S转移酶π的结构功能

    还原型谷胱甘肽是机体中含量较高的一种含巯基的三肽，由γ谷氨酸半胱氨酸甘氨酸构成，其主要功能是保护氧化剂对巯基的破坏，保护细胞膜中含巯基蛋白质和含巯基酶不被氧化。Sheehan等［4］对两种食管鳞状细胞癌株OC1和OC2的抗药性进行研究发现，该细胞株对烷化剂如顺铂完全抵抗，P糖蛋白（pglycopreotein，Pgp）无高表达，但细胞内谷胱甘肽含量异常增高，耗竭细胞内谷胱甘肽后，OC1和OC2对顺铂的抗药性消失。Yu等［5］对阿霉素敏感的肾癌细胞株RCC8701和阿霉素一起培养，逐渐加大培养液中阿霉素的浓度，最后获得对阿霉素抗药的细胞株RCC8701/ADM800，与RCC8701比较，RCC8701/ADM800的抗药性提高了122倍，并且对顺铂（DDP）和5氟尿嘧啶（5FU）产生了交叉耐药，其细胞浆内谷胱甘肽和葡萄糖6磷酸脱氢酶含量显著增加，但Pgp表达并未提高。化疗药能与谷胱甘肽结合而解毒，这是在谷胱甘肽S转移酶催化下发生的反应。肿瘤细胞产生多药耐药性时，胞内谷胱甘肽水平往往升高，用谷半胱氨酸合成酶抑制剂丁硫氨酸亚砜胺（Buthionine Sulfoximine，BSO）使细胞内谷胱甘肽水平下降，肿瘤细胞的敏感性随之恢复［6］。GST根据等电点不同分为三类，即α类（碱性）、μ类（中性）、л类（酸性），它们是分子量为22 KD～28 KD亚单位组成的同源或异源二聚体，其中从人胎盘中分离出的酸性谷胱甘肽S转移酶即GSTл是肿瘤细胞和组织中最常见的GST同工酶，GST不仅能催化谷胱甘肽与亲电子物质结合（如抗肿瘤药物、致癌剂）结合，而且其自身也可与亲脂性药物结合，使其极性增加从而增加其水溶性，促使药物外排，降低抗肿瘤药物的细胞毒作用，保护细胞［7，8］。实验证明，临床上对化疗不敏感的肿瘤如结肠癌、胃癌、乳腺癌、非小细胞肺癌等GSTл明显增加，说明GSTл与肿瘤耐药的关系尤为密切［9］。
    　　
　　Morrow［10］经研究认为GSTл基因位于llql3，有7个外显子和6个内含子，全长2.8 kb，氨基酸编码区位于+30～+2724位碱基之间，其中7个外显子中含有211个密码子，与6个内含子相连的每一个连接点都含有一个GT/AG接头。3’端非翻译区含有一个多聚腺苷酸信号AATAAA。GSTл起始区有4个转录调节区，包括主要转录起始位点上游的一个TATA盒子，两个转录调节SPI识别顺序和一个转录激活因子AP1识别顺序。其mRNA编码210个氨基酸，长630个核苷酸的开放阅读框架，5’端和3’端的非编码序列分别有6个和78个核苷酸。Ahmad［11］认为GSTл是由两个分子量为22 500的多肽亚单位以非共价键结合而成的一种二聚体构成，GSTл活性中心的结构尚未确定，Lo Bello［12］认为GSTл，具有谷胱甘肽结合位点和一个亲电子物质结合位点，第47位的半胱氨酸和第162位的组氨酸可能是GSTл活性中心的关键残基。Watson等［13］对美国白人、黑人和我国台湾人GSTл基因外显子5和6的多态性研究表明，不同种族间的不同基因型分布频率存在显著差异，Va1105等位基因在美国黑人中普遍存在，而在我国台湾人中较少，美国白人居中，美国白人和黑人中Alal14～Val的多态性频率分别为9%和5%，均低于外显子5的多态性频率。GSTл表达的调节机制主要在转录和转录后的水平上，Moffat［14］认为细胞特异性的GSTл mRNA降解率的差异决定了GSTл基因表达的水平。

　　2  GSTл在肿瘤细胞耐药中的作用
    　　
　　GSTл在肿瘤的多药耐药中的研究较多。Batist等发现GSTл的活性在具有多药耐药的抗阿霉素人乳腺癌细胞系AdrRMCF7中提高了45倍。Nakagawa等将GSTл的cDNA通过表达载体转染到Hras癌基因转化的PT223细胞系中，成功构建了两个转染细胞系RGN1和RGN2，细胞毒性实验表明RGN1和RGN2对阿霉素和利尿剂耐受，单对顺铂、苯丁酸氮芥和苯丙酸氮芥以及电离辐射敏感，说明GSTл可以在肿瘤细胞中有选择地耐受。另外Gilbert［15］发现GSTл与乳腺癌的雌激素受体和孕激素受体有明显的负相关性，且GSTл对乳腺癌的预后有一定的指导意义。Jhaveri［16］认为雌激素受体和孕激素受体的水平影响了GSTл mRNA表达的稳定性。
    　　
　　GSTл基因所在的染色体11q13附近，还有INT2、HSTF1和belI等基因。人们发现在人乳腺癌INT2基因附近，有一基因共扩增集团，其中包括GSTл基因。Saint等应用Southern blot技术研究GSTл、INT2和HSTF1之间的关系，先用点杂交和细胞遗传学的核型分析方法挑选出17例INF2基因发生了扩增的乳腺癌标本，结果发现INT2、HSTFI和GSTл共扩增的有5例，同时还在MPA/MB 134乳腺癌细胞系中发现了这三个基因的共扩增现象，因此认为INT2附近GSTл与之形成一个大的扩增子，其中的基因紧密连锁，乳腺癌的发生可能是GSTл与扩增子内的其他基因共同作用的结果。

　　3  GSTл在人类肿瘤中的表达
    　　
　　Furusawa等［17］的研究发现，过氧化酶可诱导小鼠白血病细胞株P388对阿霉素产生耐药，与原敏感株比较，已产生耐药的细胞株其细胞内的谷胱甘肽含量显著增加。
    　　
　　Satoh等［18］对137例卵巢癌患者的病理标本进行GSTл免疫组化染色，观察GSTл活力与化疗效果的关系，发现GSTл阳性表达率低者对化疗药物的敏感性好，预后也比阳性表达率高者好，此现象提示卵巢癌GSTл高表达者容易对化疗药物耐药。
    　　
　　李海等［19］对71例术前未做化疗的胃癌组织中多药耐药相关蛋白的研究表明，GSTл的表达与胃癌的组织学类型有关，且GSTл可能在胃癌转移中发挥了重要作用。而于冬青等［20］在对90例胃癌标本进行分析时发现，GSTл表达与临床分期和组织分化程度无关，癌旁组织中的GSTл阳性表达与生存期呈正相关，他认为这是由于癌旁正常组织对外来侵袭的抵抗力增强所致。GSTл不宜作为胃癌的恶性程度的指标，但其在瘤组织中的表达强度和在癌旁组织中的表达均与生存期有关，可作为肿瘤预后的指标。但Schipper［21］认为胃癌和正常粘膜的GSTл表达率均为100%，不宜作为预后指标。
    　　
　　张冠军等［22］对43例肾癌行GSTл和p53的研究，发现GSTл的阳性表达率为60.47%，p53的阳性表达率为32.56%，GSTл表达与肿瘤的分化程度有关，中高分化的肾癌阳性率明显高于低分化者，GSTл与p53的表达呈正相关。p53阳性者的GSTл表达率高于p53阴性者的表达率。因此，GSTл异常表达可能与肾癌的发生、发展和化疗的耐药性有关。但也有少数学者在研究中未发现癌细胞谷胱甘肽/GSTл与抗药性有关。Schipper观察了一组晚期胃癌患者癌细胞内谷胱甘肽/GSTл与化疗反应的关系，未发现化疗前癌细胞内谷胱甘肽/GSTл与化疗的反应性有相关性，但化疗2周后对化疗有部分反应者谷胱甘肽较化疗前上升了367%，GSTл上升了326%；病情恶化者谷胱甘肽下降了43%，GSTл下降了59%；病情稳定者谷胱甘肽/GSTл无变化，提示对化疗反应越差者化疗后癌细胞内谷胱甘肽/GSTл越呈下降趋势，Juvekar等［23］观察了一组喉癌患者癌细胞GSTл活力与临床表现、体外药敏实验结果与预后的关系，发现癌细胞内GSTл活力高低与体外药物敏感性无相关性，但发现GSTл活力高者易有局部淋巴结转移，存活期短。



Burg［24］认为目前发现的抑制谷胱甘肽的药物有丁硫氨酸亚砜胺（Buthionine Sulfoximine，BSO）、硝基咪唑类、维生素K3、非甾体类药物、硒酸钠、硒半胱氨酸、GSEA等，逆转GSTл的药物主要有利尿酸（Ethacrinic Acid，EA），可逆转烷化剂的耐药，与丁硫氨酸亚砜胺合用效果较好。丁硫氨酸亚砜胺通过对细胞内γ谷氨酸半胱氨酸合成酶的抑制作用阻止细胞内谷胱甘肽的合成，使细胞内谷胱甘肽含量下降。Lewandowicz等［25］在体外将丁硫氨酸亚砜胺和顺铂、阿霉素共同作用于对顺铂、阿霉素均耐药的卵巢癌细胞株，发现卵巢癌细胞株对顺铂、阿霉素的敏感性大大提高。Zhu等［26］在研究三氧化二砷体外对急性淋巴细胞白血病和恶性淋巴瘤的作用时发现，治疗剂量的三氧化二砷可诱导恶性淋巴细胞的凋亡，由于丁硫氨酸亚砜胺可抑制谷胱甘肽的合成，故丁硫氨酸亚砜胺能促进此凋亡作用。Nielsen等［27］将小鼠Ehrich腹水中的癌细胞株EHR2用放射线处理后，使之成为耐药细胞株EHR2/irr，后者对足叶乙苷（VP16）和VCR分别产生6倍和2倍的耐药性，经丁硫氨酸亚砜胺处理后，耐药株部分恢复对VP16和VCR的敏感性。Dedoussis等［28］在研究慢性髓细胞性白血病细胞株K562时发现，通过对自然杀伤细胞的介导，顺铂可使K562死亡，含谷胱甘肽高的K562/B6和K562/C9细胞株对顺铂耐药，以丁硫氨酸亚砜胺处理后，两细胞株恢复敏感性，增殖细胞核抗原表达减少，死亡率增加。钙离子拮抗剂维拉帕米、吲哚美辛和硝苯地平等均可不同程度地消耗肿瘤和白血病细胞内的谷胱甘肽，使其对化疗药物敏感。Grech等［29］发现，白血病细胞株CEM/E1000对鬼臼类药物耐药的机制是细胞内谷胱甘肽含量增加，以维拉帕米处理后，细胞内谷胱甘肽含量减少80%，对VP16的敏感性提高4倍。Lai等用丁硫氨酸亚砜胺处理大肠癌多药耐药细胞株LS180和Ad150，降低了细胞内的谷胱甘肽含量和GSTл活性，恢复了对化疗药物的敏感性，且发现丁硫氨酸亚砜胺与异博定合用可获得叠加作用。