Chuyển gen kháng thuốc- một chiến lược kháng u

• PGS.TS. NGUYỄN VĂN KÌNH, PGS.TS. TRẦN THÚY HẠNH, BS. NGUYỄN TUẤN ANH

MỞ ĐẦU

Áp dụng kỹ thuật chuyển gen là một hứa hẹn tuyệt vời đối với việc cải thiện trị liệu kháng u. Mục tiêu tổng quát của việc chuyển gen trong điều trị các bệnh tăng sản ung thư là nâng cao khả năng của cơ thể để loại trừ khối u hoặc làm suy yếu khối u một cách đặc hiệu. Trong mỗi trường hợp đều có liên quan tới các mô bình thường khác trong cơ thể. Trong các chương trước đã đề cập trực tiếp tới các cách tiếp cận phân tử, miễn dịch, hoạt hóa tiền thuốc và kháng tạo mạch với tư cách là các chiến lược trị liệu kháng u. Nhưng còn một cách tiếp cận khác đã được nghiên cứu là đưa các gen vào để làm các tế bào và mô bình thường kháng lại các tác nhân hóa trị và được coi như phương thức bảo vệ khỏi các hiệu ứng phụ của hóa trị ung thư. Những hệ thống đã được nghiên cứu một cách sâu rộng cho mục đích này là hệ thống kháng đa thuốc hoặc glycoprotein –P (P-glycoprotein-P or multidrug resistance system – MDR), các dạng kháng thuốc của folat reductase (DHFR) và O⁶ – alkylguanin – DNA- alkyltransferase [AGT]), mặc dầu vậy các hệ thống khác cũng đã được nghiên cứu khá kỹ lưỡng.

Nhìn chung, chiến lược trị liệu liên quan tới việc đưa vào và làm biểu hiện một gen kháng thuốc trong các quần thể tế bào tạo máu là làm cho tác nhân hóa trị ít độc hơn đối với người nhận và cho phép hóa trị kháng u hiệu ứng hơn thông qua việc thuốc được sử dụng tích cực hơn hoặc làm giảm nhẹ các hiệu ứng phụ ở liều không tăng dần. Một ứng dụng liên quan tới sự chuyển gen kháng thuốc là sự chọn lọc in vivo.

Trong chương này sẽ lược qua cơ chế phân tử của các hệ thống kháng thuốc này, các bằng chứng tiền lâm sàng và lâm sàng về các hiệu ứng của chúng trong việc hỗ trợ cải thiện hóa trị kháng u cũng như tương lai và những thách đố trong việc phát triển và ứng dụng chuyển gen kháng thuốc trong tương lai. Nhìn chung, các hệ thống này đã được xác định đặc tính trước tiên ở các tế bào nuôi cấy động vật có vú, đôi khi nó như là các marker có thể khuếch đại và chọn lọc được. Điều đó đã cung cấp cho chúng ta những hiểu biết ban đầu về dược lý học và phân tử về tiềm năng của chúng trong các ứng dụng in vivo. Việc ứng dụng công nghệ chuyển gen tế bào soma và tế bào mầm cho phép đánh giá các hệ thống này trong môi trường in vivo (ở chuột và một số trường hợp khác là các động vật lớn hơn). Những ứng dụng này đã đạt được tiến bộ trong TNLS với một số báo cáo về sự chuyển gen MDR lâm sàng và một vài thử nghiệm chuyển gen kháng thuốc khác cũng đang được xem xét.

CÁC HỆ THỐNG KHÁNG THUỐC

Gen mdr – 1 của người mã hóa cho P – glycoprotein – một bơm thoát dòng (efflux pump) có thể nhận biết được nhiều hợp chất thuốc kháng ung thư như paclitaxel (Taxol), vincristin, doxorubicin, eposid và actinomycin D để loại chúng ra khỏi tế bào. Sản phẩm của gen này là một glycoprotein màng 170-kDa, làm trung gian cho việc phát sinh phản ứng phụ thuộc ATP. P-glycoprotein có 12 vùng xuyên màng và 2 domain liên kết ATP.

Cơ chế của sự thoát dòng (efflux) bởi MDR chưa được rõ nhưng rõ ràng là có liên quan tới việc loại các thuốc ưa lipid từ bên trong màng nguyên sinh (plasma membrane) (Hình 14.1). Vai trò  của MDR trong việc kháng lại các tác nhân này đã được quan sát qua việc xuất hiện các khối u kháng thuốc biểu hiện quá mức MDR. Sự biểu hiện MDR cũng quan sát thấy ở các tế bào tạo máu, đặc biệt là các tế bào tiền thân CD34⁺. MDR sau này được thể hiện là một công cụ hữu hiệu với tư cách là một marker ưu thế có thể khuếch đại chọn lọc trong các tế bào nuôi cấy của động vật có vú. Do vậy nó càng ủng hộ cho quan điểm sử dụng MDR để tránh khỏi các độc tính của thuốc. Kiểu hình MDR cũng liên quan tới gen MRP mã hóa cho protein kháng đa thuốc – một glycoprotein màng. Tuy nhiên, việc sử dụng MRP với tư cách là một gen kháng thuốc có thể chọn lọc thì vẫn phải nghiên cứu sâu rộng hơn nữa.

Hình 14.1. Cách thức hoạt động của MDR.

MDR là một glycoprotein màng làm trung gian cho sự thoát dòng phụ thuộc ATP của nhiều thuốc có độc tính (vòng tr n nhỏ) như Taxol, chúng tích tụ trên màng tế bào.

(Theo Colin L. Sweeney và R. Scott và Mclvor. (2005) Cancer Gene Therapy. Human Press. Totowwa, New Jersey)

O⁶– alkylguanin –DNA alkyltransferase (AGT)

Các tác nhân methyl hóa DNA như temozolomide và các tác nhân chloroethyl hóa như 1,3-bis (2-chloroethyl)-1-niotrosourea (BCNU) và mitozolomid gây nên sự alkyl hóa ở vị trí O⁶ của guanin trong DNA đã được sử dụng như các tác nhân hóa trị điều trị nhiều khối u. Việc xử lý với các tác nhân chloroethyl hóa sẽ gây nên độc tế bào vì có sự hình thành nhanh chóng các liên kết chéo các chuỗi giữa guanin cải biến và cytosin chuỗi bổ cứu.

Cơ chế gây độc của các tác nhân methyl hóa có liên quan tới sự cảm ứng làm đứt gãy nhiễm sắc thể do sự sửa chữa không thích ứng hậu sao chép. ATG cũng được hiểu là O⁶-methylguanin-DNA-methyltransferase (MGMT), đó là một protein dùng để sửa chữa những hư hỏng gây bởi các tác nhân alkyl hóa DNA. AGT của động vật có vú sửa chữa O⁶-methylguanin trong các chuỗi kép, nhưng nó cũng tác động trên các nhóm alkyl hóa khác ở vị trí O⁶ của guanin và có thể sửa chữa được cả O⁴methylthymin. ATG sửa chữa các DNA alkyl hóa bằng cách chuyển cân bằng hóa học trực tiếp sản phẩm cộng alkyl (adduct) tới gốc cystein nội tại (Hình 14.2). Sự chuyển giao này là bất thuận nghịch do đó dẫn đến bất hoạt protein AGT alkyl hóa nhờ một quá trình có tên là “tự sát” (suicide process).

AGT của người là một protein 21-kDa với 207 amino acid đã được kết tinh thành tinh thể. Các tế bào tổ tiên tạo máu và tế bào tủy xương người có biểu hiện AGT nội sinh với mức thấp, điều đó được giải thích là do sự kiềm chế tủy có giới hạn liều của các tác nhân alkyl hóa trong hóa trị liệu. Tuy nhiên, cũng có nhiều khối u có hoạt tính AGT cao khiến cho chúng kháng mạnh hơn với các tác nhân alkyl hóa.

Hình 14.2. Sự hoạt động của AGT.

Các tác nhân như BCNU gây cải biến DNA (đường lượn sóng kép) bằng cách alkyl hóa base guanine (Alk^–). AGT (vòng tr n nhỏ) loại bỏ các sản phẩm cộng alkyl hóa này với phong cách cân bằng hóa học – một quá trình được  ức chế bởi O⁶ – benzylguanin (BG), trừ phi AGT là thể đột biến kháng lại BG.

Theo Colin L. Sweeney và R. Scott và Mclvor. (2005) Cancer Gene Therapy. Human Press. Totowwa, New Jersey)

Hình 14.3. Sự hoạt động của DHFR.

DHFR chuyển đổi dihydrofolat (DHF) thành tetrahydrofolat (THF) với sự hiện diện của NADPH₂ dạng khử của nicotinamid adenin dinucleotid phosphat (NADP⁺). Phản ứng này bị ức chế bởi các chất kháng folat như methotrexat (MTX).

Theo Colin L. Sweeney và R. Scott và Mclvor. (2005) Cancer Gene Therapy. Human Press. Totowwa, New Jersey)