Ocena użytkowników: 0 / 5

Gwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywna
 

Dlaczego lek nie działa? Zjawisko lekooporności

Wanda Weis-Gradzińska

Akademia Medyczna we Wrocławiu, Katedra i Zakład Chemii Analitycznej Wydziału Farmaceutycznego
ul. Szewska 38, 50-139 Wrocław

Oporność na leki jest poważnym problemem współczesnej medycyny. Zjawisko to dotyczy wielu dziedzin, ale najpoważniejsze konsekwencje dla chorych ma oporność na antybiotyki i leki stosowane w onkologii. Lekooporność w onkologii wiąże się miedzy innymi z obecnością macierzystych komórek nowotworowych.

Słowa kluczowe: terapia przeciwnowotworowa, antybiotyki, lekooporność

 

W ostatnich dziesięcioleciach medycyna poczyniła olbrzymie postępy. Do lecznictwa wprowadzono nowe techniki diagnostyczne takie jak PET (Pozytonowa Tomografia Emisyjna), innowacyjne procedury leczenia a przede wszystkim leki nowej generacji o wybiórczych mechanizmach działania, małej toksyczności i dużej skuteczności. Niestety problemem, który pojawia się coraz częściej i ma tendencje wzrostową, jest narastające zjawisko oporności wobec stosowanych leków. Światowa Organizacja Zdrowia zaliczyła np. oporność drobnoustrojów na antybiotyki i chemioterapeutyki do największych zagrożeń życia publicznego. Skalę zjawiska ilustrują liczby, zgodnie z danymi, jakie podają Europejska Agencja Medycyny (EMA) i Europejskie Centrum Prewencji i Kontroli Chorób (ECDC) corocznie w krajach Unii Europejskiej a więc państwach o wysokim standardzie życia, umiera z powodu infekcji wielolekoopornych ok. 25 000 osób [1]. Zjawisko oporności stanowi też poważny problem w onkologii, ponieważ oporność komórek nowotworowych na chemioterapię znacznie ogranicza lub wręcz uniemożliwia efektywne leczenie chorych. Zmusza to farmakologów i onkologów do poszukiwania alternatywnych dróg w onkoterapii. Również w psychiatrii obserwuje się zjawisko oporności na leki. Szacuje się, że około 25-33% chorych na schizofrenię wykazuje oporność na leczenie typowymi lekami przeciw-psychotycznymi [2] a 30% chorych na depresję nie odpowiada pozytywnie na przyjmowane antydepresanty [3]. Lekooporność nie ma jednoznacznej definicji. O oporności mówimy, gdy średnie stężenia hamujące populację drobnoustrojów in vitro są większe od stężeń możliwych do uzyskania in vivo [4]. Oporność na leki to także zmniejszone działanie lub całkowita jego utrata zanim zostanie osiągnięty efekt terapeutyczny.

Oporność na antybiotyki
Antybiotyki wprowadzono po raz pierwszy do lecznictwa w 1944 roku. Penicylina, bo to ona zapoczątkowała chemioterapię, okazała się wówczas dobrodziejstwem dla ludzkości. Niszczyła, bowiem 100% szczepów gronkowca złocistego. W miarę upływu lat odsetek wrażliwych szczepów tej bakterii zaczął się gwałtownie kurczyć osiągając w chwili obecnej jedynie 9-10%. Tak dramatyczna sytuacja, która odnosi się nie tylko do penicyliny, jest wypadkową kilku czynników: dużej liczby szczepów opornych występujących w zakażeniach szpitalnych, niewłaściwie prowadzonej terapii (zbyt mała dawka, krótki czas podawania), niepotrzebnej profilaktyki (bez wskazań życiowych), brak antybiogramów. Bakterie wykazują dwa typy oporności na antybiotyki. Oporność naturalna, która występuje przed rozpoczęciem terapii i jest wynikiem modyfikacji lub nieobecności struktury, która jest celem ataku chemioterapeutyku. Natomiast oporność nabyta występuje w dwojakiej postaci. Jako postać pierwotna, która jest konsekwencją spontanicznej mutacji szczepu i może się ona pojawiać bez kontaktu z chemioterapeutykiem. Ten typ oporności zakodowany jest w genach, stąd oporność taką nazywa się także opornością chromosomalną. Druga postać to oporność wtórna tzw. pozachromosomalna, za którą odpowiadają geny zlokalizowane w DNA plazmidowym lub na transposonach. W oporności na chemioterapeutyki istotną rolę odgrywają różne mechanizmy:
• Inaktywacja enzymatyczna antybiotyku. Taki rodzaj
oporności spotyka się w grupie antybiotyków β-laktamowych, które rozkładane są przez drobnoustroje wytwarzające β-laktamazy, np. gronkowce wytwarzające penicylinazę. Jednak rozwój antybiotykoterapii spowodował, że niektóre gatunki bakterii osiągnęły tak znaczny stopień agresywności, że wytwarzane przez nie β-laktamazy rozkładają nie tylko penicyliny, ale także cefalosporyny i monobaktamy. Bakterie o takim szerokim spektrum działania określa się, jako ESBL (Extended-Spectrum β-Lactamases) lub EBL (Extended β-Lactamases). Szczepy gronkowca złocistego tzw. MRSA (Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus) są wyjątkowo groźne, ponieważ oporne są na wszystkie penicyliny, a także oporne są krzyżowo na makrolidy i fluorochinolony. Zakażenia szczepami gronkowaca MRSA mogą w bardzo krótkim czasie doprowadzić do sepsy i zgonu chorego. Enzymatycznej inaktywacji ulegają też antybiotyki aminoglikozydowe np. gentamycyna, streptomycyna, w reakcji fosforylacji, acetylacji czy adenylacji.
• Czynne usuwanie antybiotyku z komórki bakteryjnej tzw. efflux mechanisms. Aktywne usuwanie antybiotyku z komórki odbywa się przy pomocy pomp błonowych. Wypompowywanie leku umożliwiają transportery błonowe. Gronkowce nabywają ten rodzaj odporności dzięki transporterom ABC.
• Oporność bakterii jest także wynikiem zmian strukturalnych w miejscu działania antybiotyku. Dla penicylin takim miejscem są białka wiążące penicyliny PBP (Penicilin Binding Protein) zlokalizowane w błonie cytoplazmatycznej.
• Oporność to także efekt zmniejszonego przenikania chemioterapeutyku przez błonę komórkową bakterii.
• Także zmiany w ilości lub konformacji receptora chemioterapeutyku prowadzą do wytworzenia oporności.
• Wady układów enzymatycznych komórek bakteryjnych.
Mimo wprowadzenia do lecznictwa szerokiej gamy chemioterapeutyków m.in. cyklosporyn, fluorochinolonów, antybiotyki odgrywają nadal kluczową rolę w leczeniu zakażeń. Niestety ich powszechne stosowanie, często niewłaściwe sprawiło, że pojawiło się wiele wyjątkowo agresywnych i wieloopornych szczepów bakteryjnych takich jak wspomniany wcześniej gronkowiec MRSA, PRSP (pneumokoki oporne na penicylinę), VRE (enterokoki oporne na wankomycynę), VRSA (gronkowiec złocisty oporny na wankomycynę) [1].

Oporność na leki przeciwnowotworowe
Zagadnienie lekooporności nabiera szczególnego znaczenia w odniesieniu do terapii przeciwnowotworowej. Praktyka onkologiczna wskazuje, że konwencjonalne metody leczenia, a więc chirurgia, chemioterapia wspomagana immuno i radioterapią, zmniejszają jedynie objętość powstałych guzów i powodują zniszczenie tylko pewnej części komórek nowotworowych. Natomiast te komórki, które przeżywają chemioterapię są przyczyną późniejszej wznowy. Niezupełna apoptoza komórek nowotworowych wynika z niewłaściwej budowy naczyń krwionośnych guza i podniesionego ciśnienia śródmiąższowego. W efekcie utrudnia to transport leków do komórek. Przeżycie komórek nowotworowych spowodowane jest też brakiem tlenu. Niedotlenienie znacznie osłabia aktywność lub nawet inaktywuje niektóre leki np.: etopozyd czy karboplatynę [5,6]. Ponadto brak tlenu uruchamia w niektórych komórkach beztlenową glikolizę umożliwiając im przeżycie [7]. Inaktywację leku powodują także niektóre enzymy i niskie pH macierzy pozakomórkowej guza [8]. Za niewystarczającą odpowiedź organizmu na leki odpowiadają nie tylko właściwości samego guza, ale także lekooporność komórek nowotworowych [9]. Komórki nowotworowe mogą wykazywać oporność na leki przed rozpoczęciem chemioterapii, mówimy wówczas o tzw. oporności wrodzonej. Natomiast oporność nabyta jest konsekwencją leczenia chemioterapeutykami. Lekooporność komórek nowotworowych może być także wynikiem nadekspresji białek usuwających chemioterapeutyki z komórek lub nadekspresją białek naprawczych. W usuwaniu leków z komórek aktywny udział biorą swoiste białka tzw. transporterowe (transmembranowe transportery ABC) [10,11]. Białka te znajdują się w błonie komórkowej a ich aktywność zależy od ATP (ATP-Binding Cassette Transporters). Usuwają one aktywnie różne związki m.in. leki. Wysoki poziom białek ABC mają narządy podatne na toksyczne działania np. nerki, płuca, trzustka [12, 13]. Z tego też względu w nowotworach wywodzących się z tych narządów występuje wysoka aktywność wspomnianych białek.
Z rodziny białek ABC wywodzi się białko P (P-glikoproteina, P-gp, ABCB1, MDR1 – multidrug resistance protein). Zwiększona ekspresja tego białka powoduje oporność na cisplatynę, taksany, alkaloidy vinca, antracykliny [12, 13]. Z kolei białko ABCG2 nie usuwa cisplatyny i taksoli, usuwa natomiast mitoksantron i Gleevec [13]. Białko MRP1 (multidrug resistance associated protein) odpowiada za oporność na antracykliny, metotreksat, alkaloidy vinca [12]. Nadekspresję wspomnianego białka zaobserwowano w niedrobnokomórkowym raku płuc i w białaczkach. Białko BCRP (brest cancer resistant protein) występujące też, jako ABCG2, ABCP, MXR) usuwa m.in. mitoksantron [12]. Jego obecność wykryto w nowotworach piersi, rakach okrężnicy i żołądka.
Za lekooporność odpowiedzialne są także nasilone procesy naprawcze uszkodzonego DNA. Komórki nowotworowe wykazują nadekspresję białek naprawczych takich jak XPE-BF (xeroderma pigmentosum group E binding factor), ERCC1 (excision repair cross-complementing protein) biorących udział w procesach naprawczych (NER - nucleotide excision repair). Wzmożona aktywność powyższych białek powoduje oporność komórek nowotworowych miedzy innymi wobec cisplatyny [14,10,9]. Z kolei niski poziom białek uczestniczących w mechanizmach naprawy odpowiada za oporność na leki uszkadzające DNA. Niedobór wspomnianych białek zaobserwowano w nowotworach piersi, jajnika, jelita grubego [11]. Przyczyna lekooporności tkwi także w rozregulowaniu szklaku apoptozy komórek nowotworowych, tj. w niedoborze proapoptycznych lub nadmiarze antyapoptycznych białek [14]. Ważnym białkiem uczestniczącym w apoptozie jest białko P-53, które m.in. odpowiada za zatrzymanie cyklu komórkowego do momentu, aż uszkodzenie zostanie naprawione lub kieruje komórkę na drogę apoptozy. Białko to kontroluje ekspresję wielu białek biorących udział w szlaku apoptycznym. Zmutowanie genu P-53 prowadzi w konsekwencji do nadekspresji białek antyapoptycznych (Bcl-2, Bcl-Xl, Bcl-W, IAP) lub zbyt niskiego poziomu białek proapoptycznych (Bax, Bak, kaspaza-8, APAF1). Gen P-53 odpowiada także za oporność komórek nowotworowych na stosowane chemioterapeutyki. Zmutowane białko P-53 (wykryte w około 70% wszystkich guzów) powodując oporność na 5-fluorouracyl, cisplatynę i doksorubicynę [11,15,16].
Lekooporność jest także wynikiem zmienionego metabolizmu leków. Niektóre cytostatyki podawane są w formie proleków, które następnie zostają przekształcone w komórkach nowotworowych w formę aktywną [11]. W procesach takich uczestniczy szereg enzymów. Brak jakiegokolwiek enzymu zaburza metabolizm, wywołując tym samym oporność komórek na lek. Tego typu lekiem jest 5-fluorouracyl, który jest prolekiem przekształcanym w organizmie w aktywną postać 5-fluorocytozynę hamującą m.in. naprawę DNA. W takim przekształceniu udział bierze szereg enzymów m.in.: fosforylaza tymidyny, fosforylaza urydynowa i transferaza fosforybozylowa. Brak jednego z tych enzymów w łańcuchu enzymatycznym powoduje dezaktywacje fluorouracylu. Niski poziom w komórkach nowotworowych enzymu karboksy-loesterazy uniemożliwia przekształcenie irinotekanu (CPT-11) w aktywną postać inhibitora topoizomerazy, co w konsekwencji prowadzi do oporności komórek nowotworowych na ten lek. Dlatego miedzy innymi u pacjentów chorych na nowotwór jelita grubego irinotekan nie przynosi spodziewanych rezultatów. Oporność komórek na 5-fluorouracyl wynika także ze zbyt wysokiej ilości dehydrogenazy dihydropirymidynowej, która rozkłada 5-fluorouracyl do nieaktywnego metabolitu. Z kolei u pacjentów z wysokim poziomem glutationu zaobserwowano oporność komórek nowotworowych na cisplatynę i karboplatynę. Glutation tworzy, bowiem trwałe addukty z cisplatyną i karboplatyną, które są usuwane z komórek przez białka transportowe ABC [11].
Znaczną rolę w powstawaniu lekooporności ma także adhezja komórkowa CAM-DR (cell adhesion-mediated drug resistance), która związana jest z macierzą pozakomórkową. Zmiany w budowie macierzy pozakomórkowej (wywołane np. nowotworem) powodują ekspresję i zmiany konformacyjne receptorów błonowych [17]. To z kolei zmienia adhezję komórek nowotworowych prowadząc w efekcie do wzrostu inwazyjności i oporności komórek na leki [18]. Zaobserwowano, że zwiększona adhezja podnosi ekspresję białek antyapoptycznych w szpiczaku mnogim, prowadząc w konsekwencji do oporności na doksorubicynę [19]. Zwiększona adhezja wynikająca z nadekspresji białek powierzchniowych (integryn β1) powoduje blokowanie komórek w fazie G1. W efekcie dochodzi do oporności na leki działające tylko w fazie podziału [18,19]. Za oporność komórek nowotworowych odpowiadają także mutacje w genie BRCA1. Istnieje, bowiem korelacja między mutacjami BRCA1 a opornością komórek na leki antymitotyczne, jakimi są taksany uszkadzające mikrotubule [20,21]. Zaobserwowano także oporność komórek nowotworowych na leki stabilizujące kompleks topo-izomeraza/DNA np. irinotekan. Tego typu niewrażliwość komórek wynika najprawdopodobniej z niskiego poziomu topoizomerazy [11,14].

Rola macierzystych komórek nowotworowych w zjawisku lekooporności
Zwiększona oporność na leki przeciwnowotworowe wiąże się z obecnością w guzach tzw. macierzystych komórek nowotworowych CSC (Cancer steam cells). Niekiedy określa się je jako komórki inicjujące guzy (tumor initating cells). Macierzyste komórki nowotworowe są efektem mutacji genetycznych (w genach supresorowych, naprawczych i onkogenach), jakie zachodzą w dojrzałych komórkach macierzystych [22]. Również selekcja klonalna prowadzi do powstawania klonów potomnych inicjujących proces nowotworzenia [23]. Macierzyste komórki nowotworowe zlokalizowane są w tzw. niszach naczyniowych zape-wniających im ochronę przed czynnikami stymulującymi apoptozę a ponadto zaopatrujących w tlen i składniki odżywcze [24, 25]. W skład niszy wchodzą m.in. macierz pozakomórkowa oraz śródbłonki naczyń krwionośnych. Nieprawidłowe działanie niszy prowadzi to nadmiaru sygnałów wzrostu a to z kolei uruchamia procesy nadmiernego podziału komórek [26]. Jednak po pewnym czasie komórki CSC uniezależniają się od czynników stymulujących proliferację i same inicjują zmiany w niszy, np. angiogenezę [27]. Angiogeneza ma dobroczynny wpływ na nowotworowe komórki macierzyste, wpływa, bowiem na ich samoodnowę. Podobnie jak w przypadku komórek nowotworowych, komórki CSC posiadają aktywne transmembranowe białka ABC (MDR1, ABCG2, BCRP) pozwalające usunąć z komórek zastosowane w czasie chemioterapii cytostatyki [28]. Na przykład macierzyste komórki nowotworowe białaczek łatwo usuwają daunorubicynę i mitoksantron poza komórkę. Podobnie zachowują się komórki macierzyste (CSC) neuroblastomy w stosunku do mitoksantronu. Oporność komórek macierzystych spowodowana jest też ekspresją genów kodujących metaboliczne mediatory np. dehydro-genazę aldehydową1 (ADHD1). Zwiększona aktywność (ADHD1) w komórkach macierzystych w raku jelita grubego odpowiada za oporność komórek na cyklofosfamid. Przeżycie znacznej populacji CSC możliwe jest również dzięki wyższemu poziomowi ekspresji białek antyapoptycznych i szybszej naprawie DNA. Macierzyste komórki nowotworowe glejaka odpowiadają za oporność na temozolamid, karboplatynę, etopozyd i paklitaksel. CSC raka trzustki powodują oporność na gemcytabinę a CSC raka okrężnicy są oporne na fluorouracyl oraz interleukinę-4. Macierzyste komórki nowotworowe nie tylko inicjują większość procesów nowo-tworowych (np. powstanie guza), ale także odpowiadają za jego wzrost, utrzymanie masy i tworzenie przerzutów. Obecność komórek CSC stwierdzono w wielu nowotworach: jajnika, wątroby, piersi, mózgu, prostaty, trzustki a także w białaczkach [29]. Stosowane dotychczas terapie anty-nowotworowe niszczą w zasadzie tylko dojrzałe komórki nowotworowe, natomiast nie odnoszą skutku w przypadku macierzystych komórek nowotworowych, które są wyjątkowo oporne na wszystkie stosowane procedury leczenia: chemio, radio i immunoterapię. Komórki macierzyste stanowią, więc poważne wyzwanie dla onkologów, farmakologów i klinicystów.

Podsumowanie
Oporność na leki jest w obecnych czasach jednym z istotniejszych problemów współczesnej medycyny. Leko-oporność dotyczy wielu dyscyplin medycyny m.in. urologii, neurologii, psychiatrii, chorób infekcyjnych. Zjawisko to jest niebezpieczne w onkologii, ponieważ obecność macierzystych komórek nowotworowych znacznie komplikuje proces chemioterapii, a czasem nawet go uniemożliwia. Macierzyste komórki nowotworowe inicjują wiele procesów nowotworowych przyczyniając się do powstania guzów, ich rozwoju i są odpowiedzialne za pojawienie się przerzutów. Komórki CSC są niezwykle odporne na wszelkie procedury lecznicze. Dlatego przełamywanie oporności macierzystych komórek nowotworowych jest jednym z priorytetowych zadań medycyny.

 

Cały artykuł wraz z literaturą w formacie pdf POBIERZ

dostęp tylko dla zalogowanych

Komentarze obsługiwane przez CComment