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多药耐药(Multidrug Resistance，MDR)是目前肿瘤治疗的一大障碍，其发生机制较为复杂，主要可以归为两类，一类是抗肿瘤药物不能被有效输送到作用靶点，另一类是遗传学或者表观遗传学改变导致细胞自身产生耐药。前一种机制的典型代表是药物外排泵的作用，它们的表达可以使药物被细胞泵出，从而使抗肿瘤药物在细胞内积聚不到杀灭肿瘤细胞的浓度，最终导致细胞耐药。后一种机制的典型代表是DNA修复，大量抗肿瘤药物的作用是破坏肿瘤细胞DNA，如果某些DNA修复蛋白表达升高，肿瘤细胞通过修复药物破坏的DNA而产生耐药。本论文将从遗传药理学和翻译调控两个角度深入探讨这两种机制在肿瘤MDR中的作用。
遗传药理学(Pharmacogenetics)是研究由遗传变异引起的药物反应异常的学科，主要集中研究引起药物反应个体和群体差异的变异基因。药物基因组学(Pharmacogenomics)是研究个体遗传差异与药物效应之间相互关系的学科，研究整个基因组范围内所有编码与药物代谢、体内转运、效应有关蛋白质的基因，其分子基础是基因多态性。遗传药理学研究发现，药物代谢酶、受体和转运体活性的改变是导致临床上药物治疗中出现药物反应个体差异常见原因，药物代谢酶、受体和转运体基因的遗传多态性是药物作用个体差异的重要决定因素。许多药物转运体表现出基因多态性并影响药物作用。本论文就使用了荟萃分析和系统评价的方法研究了非小细胞肺癌铂类联合化疗的遗传药理学。
ATP结合盒(ATP-binding cassette，ABC)转运体过表达是肿瘤产生 MDR的重要原因，ABC转运体超家族有49个成员，分为7个亚家族，分别命名为从ABCA到ABCG, ABCC1是ABCC亚家族中第一个被发现的基因，它从多药耐药小细胞肺癌细胞株H69AR中克隆得到。它是很多药物和代谢物的转运体，在人体生理，病理和药理过程中发挥重要作用。因此，ABCC1多态与疾病易感性，药物反应和治疗效果有密切关系。Cys43Ser, Thr73Ile，Arg723Gln和Arg1058Gln是目前亚洲人群中发现的四个常见突变，当前尚缺乏这些多态在中国人群中的分布频率和它们对ABCC1功能影响的研究。本论文将研究这四个突变在中国人群中的分布情况，并且使用体外重构突变的方法在细胞模型上研究它们对ABCC1表达和功能的影响。在明确Arg723Gln可以显著影响ABCC1介导的MDR后，我们又进一步在临床患者中研究该突变与肺癌易感性和化疗疗效的关系。
翻译调控是另一项肿瘤MDR的重要机制。真核生物翻译调控主要发生在起始阶段，也是翻译的限速阶段。这一过程有10个以上的翻译起始因子(eukaryotic initiation factors，eIFs)参与。eIF3是翻译起始因子中最大，最复杂的一个，它由13个亚基组成，分别命名为eIF3a到eIF3m，它参与翻译起始的所有步骤。eIF3a是eIF3最大的亚基，有研究表明它可以调控一些蛋白的合成，包括α-tubulin、核苷酸还原酶M2(ribonucleotide reductase M2，RRM2)和p27等。它同时也可以调控细胞的增值、周期和分化。以往认为eIF3a是看家基因，但是最近的研究发现它实际上与肿瘤发生和耐药密切相关。很多肿瘤中发现eIF3a的高表达，比如肺癌、乳腺癌、宫颈癌、胃癌和食管癌等，体外实验也表明在NIH3T3细胞中高表达eIF3a可以导致细胞恶性转化。因此它是肿瘤细胞维持恶性表型的重要因子，此外，高表达eIF3a的富颈癌和食管癌患者比低表达eIF3a的患者预后要好。这些研究提示eIF3a与肿瘤疗效密切相关。本论文的研究发现eIF3a可以调控细胞DNA修复能力来影响肿瘤细胞耐药。
由于众多的抗肿瘤药物作用于癌细胞DNA，因此DNA修复能力增加是肿瘤MDR的重要机制。DNA修复有多种途径，主要分为5大类:直接修复(Direct Repair)、核酸剪切修复(Nucleotide ExcisionRepair, NER)、碱基剪切修复(Base Excision Repair, BER)、双链破坏修复(Double-strand Break, DSB)和交联损伤修复(interstrand cross-linksrepair)。其中NER与顺铂耐药密切相关，因此我们首先研究了NER活性在肿瘤细胞中升高的机制。我们发现eIF3a可以通过调控部分NER通路蛋白的翻译来影响细胞DNA修复能力，最终导致临床上eIF3a表达水平与肺癌患者化疗疗效密切相关。我们还进一步证明了eIF3a调控NER通路蛋白RPA2翻译的机制之一是结合它的IRES。在此基础上，初步研究了eIF3a对其他DNA修复通路蛋白的总体调控情况。
本课题的主要研究结果如下:
1.ABCC1基因的G2168A(Arg723Gln)突变在中国汉族人群中的频率高于其他三个突变。并且该突变可以显著影响ABCC1介导的药物耐药。
2.ABCC1 G2168A(Arg723Gln)为中国人群中，尤其是老年人中潜在的肺癌易感性生物标记物，它与肺癌化疗疗效无关。
3.eIF3a可以调控DNA修复相关蛋白的表达，改变细胞对破坏DNA结构与功能类抗肿瘤药物的耐药性，从而导致临床上不同eIF3a表达水平的患者对于化疗的耐药性不同。
4.eIF3a可以结合并调控RPA2 IRES活性。
5.下调eIF3a表达可以上调DNA修复途径蛋白表达，并抑制DNA破坏及其下游相关途径蛋白。二者配合使eIF3a在细胞DNA修复过程中发挥重要作用。
6.荟萃分析和系统评价表明目前尚未发现与非小细胞肺癌铂类联合化疗疗效显著相关的基因多态。
本课题从分子、细胞到临床整体水平从遗传药理学和翻译调控两个角度深入探讨了药物外排泵和DNA修复两种机制在肿瘤MDR中的作用。我们为ABCC1介导的MDR提供了遗传药理学解释，并为肿瘤细胞DNA修复增加提供了一种新的翻译调控机制。本论文旨在为MDR的产生机制及合理用药的机理进行初步探索。最终目的为临床MDR预测和治疗提供新思路，实现个体化治疗。