Resistencia a los antineoplásicos

La resistencia a los antineoplásicos , a menudo utilizada indistintamente con la resistencia a la quimioterapia , es la resistencia de las células neoplásicas (cancerosas) o la capacidad de las células cancerosas de sobrevivir y crecer a pesar de las terapias contra el cáncer. [1] En algunos casos, los cánceres pueden desarrollar resistencia a múltiples fármacos, lo que se denomina resistencia a múltiples fármacos .

Hay dos causas generales del fracaso de la terapia antineoplásica: características genéticas inherentes, que dan a las células cancerosas su resistencia y resistencia adquirida después de la exposición al fármaco, que tiene sus raíces en el concepto de heterogeneidad de las células cancerosas . [1] Las características de las células resistentes incluyen transporte de membrana alterado, reparación mejorada del ADN , defectos de la vía apoptótica , alteración de moléculas diana, proteínas y mecanismos de la vía, como la desactivación enzimática. [1] Dado que el cáncer es una enfermedad genética, dos eventos genómicos subyacen a la resistencia adquirida a los fármacos: alteraciones del genoma (p. ej., amplificación y deleción de genes) y modificaciones epigenéticas . Las células cancerosas utilizan constantemente una variedad de herramientas, que involucran genes, proteínas y vías alteradas, para asegurar su supervivencia contra los fármacos antineoplásicos.

Definición

La resistencia a los antineoplásicos, sinónimo de resistencia a la quimioterapia , es la capacidad de las células cancerosas de sobrevivir y crecer a pesar de diferentes terapias contra el cáncer, es decir, su resistencia a múltiples fármacos . Existen dos causas generales del fracaso de la terapia antineoplásica: [2] La resistencia inherente, como las características genéticas, que confieren a las células cancerosas su resistencia desde el principio, que tiene sus raíces en el concepto de heterogeneidad de las células cancerosas y la resistencia adquirida después de la exposición a los fármacos. [2]

Heterogeneidad de las células cancerosas

La heterogeneidad de las células cancerosas, o heterogeneidad tumoral , es la idea de que los tumores están formados por diferentes poblaciones de células cancerosas que son morfológica, fenotípica y funcionalmente diferentes. [3]

La heterogeneidad de las células cancerosas puede provocar la progresión de la enfermedad cuando la terapia dirigida molecularmente no logra matar las células tumorales que no expresan el marcador, por lo que se dividen y mutan aún más, creando un nuevo tumor heterogéneo. En los modelos de cáncer de mama del ratón, el microambiente inmunológico afecta la susceptibilidad a la quimioterapia neoadyuvante . En el cáncer de mama, en particular en el subtipo triple negativo, el bloqueo de los puntos de control inmunológico se ha utilizado con éxito en casos metastásicos y en la terapia neoadyuvante. [4]

Resistencia adquirida

Dado que el cáncer es una enfermedad genética, [5] dos eventos genómicos subyacen a estos mecanismos de resistencia farmacológica adquirida: alteraciones del genoma (por ejemplo, amplificación y eliminación de genes) y modificaciones epigenéticas .

Causas genéticas

Alteraciones del genoma

La reorganización cromosómica debida a la inestabilidad del genoma puede provocar la amplificación y eliminación de genes. La amplificación de genes es el aumento del número de copias de una región de un cromosoma. [6] que se producen con frecuencia en tumores sólidos y pueden contribuir a la evolución del tumor a través de la expresión genética alterada. [6]

La investigación con células de hámster en 1993 mostró que las amplificaciones en el gen DHFR involucrado en la síntesis de ADN comenzaron con la ruptura de cromosomas debajo del gen, y los ciclos posteriores de formaciones de fusión por ruptura de puentes dan como resultado grandes repeticiones intracromosómicas. [7] La ​​sobreamplificación de oncogenes puede ocurrir en respuesta a la quimioterapia, que se cree que es el mecanismo subyacente en varias clases de resistencia. [6] Por ejemplo, la amplificación de DHFR ocurre en respuesta al metotrexato , [8] la amplificación de TYMS (involucrado en la síntesis de ADN) ocurre en respuesta al 5-fluorouracilo , [9] y la amplificación de BCR-ABL ocurre en respuesta al mesilato de imatinib . [10] Determinar áreas de amplificación genética en células de pacientes con cáncer tiene enormes implicaciones clínicas. La deleción genética es lo opuesto a la amplificación genética, donde se pierde una región de un cromosoma y se produce resistencia a los medicamentos al perder genes supresores de tumores como TP53 . [2]

La inestabilidad genómica puede ocurrir cuando la horquilla de replicación se altera o se detiene en su migración. Esto puede ocurrir con las barreras de la horquilla de replicación, proteínas como PTIP, CHD4 y PARP1 , que normalmente son eliminadas por los sensores de daño del ADN de la célula, los supervisores y los respondedores BRCA1 y BRCA2. [11]

Mecanismos epigenéticos

Las modificaciones epigenéticas en la resistencia a los fármacos antineoplásicos desempeñan un papel importante en el desarrollo del cáncer y la resistencia a los fármacos, ya que contribuyen a la regulación de la expresión génica. [12] Dos tipos principales de control epigenético son la metilación del ADN y la metilación/acetilación de histonas. La metilación del ADN es el proceso de añadir grupos metilo al ADN, normalmente en las regiones promotoras anteriores , lo que detiene la transcripción del ADN en la región y silencia eficazmente genes individuales. Las modificaciones de las histonas , como la desacetilación , alteran la formación de la cromatina y silencian grandes regiones cromosómicas. En las células cancerosas, donde se interrumpe la regulación normal de la expresión génica, los oncogenes se activan a través de la hipometilación y los supresores tumorales se silencian a través de la hipermetilación. De forma similar, en el desarrollo de la resistencia a los fármacos, se ha sugerido que las modificaciones epigenéticas pueden dar lugar a la activación y sobreexpresión de genes de proresistencia a fármacos. [12]

Estudios sobre líneas celulares cancerosas han demostrado que la hipometilación (pérdida de metilación) del promotor del gen MDR1 causó sobreexpresión y resistencia a múltiples fármacos. [13]

En líneas celulares de cáncer de mama resistentes al metotrexato sin captación del fármaco ni expresión del transportador de folato, la administración de DAC , un inhibidor de la metilación del ADN, mejoró la captación del fármaco y la expresión del transportador de folato. [14]

La resistencia adquirida al fármaco alquilante fotemustina en células de melanoma mostró una alta actividad MGMT relacionada con la hipermetilación de los exones del gen MGMT . [15]

Se ha demostrado que en líneas celulares resistentes a Imatinib, el silenciamiento del gen SOCS-3 a través de la metilación provoca la activación de la proteína STAT3 , lo que provocó una proliferación descontrolada. [16]

Mecanismos de las células cancerosas

Las células cancerosas pueden volverse resistentes a múltiples fármacos debido a un transporte de membrana alterado , una reparación mejorada del ADN , defectos en la vía apoptótica , alteración de moléculas objetivo, proteínas y mecanismos de la vía, como la desactivación enzimática. [12]

Transporte de membrana alterado

Descripción general de los mecanismos de resistencia a los antineoplásicos y ejemplos de los principales genes implicados. Los recuadros azules indican los mecanismos de proliferación de células cancerosas; los recuadros verdes indican intervenciones terapéuticas; los recuadros rojos indican mecanismos de resistencia.

Muchas clases de fármacos antineoplásicos actúan sobre componentes y vías intracelulares, como el ADN y los componentes nucleares, lo que significa que necesitan entrar en las células cancerosas. La p-glicoproteína (P-gp), o proteína de resistencia a múltiples fármacos, es un transportador de membrana fosforilado y glicosilado que puede sacar los fármacos de la célula, disminuyendo o anulando así su eficacia. Esta proteína transportadora está codificada por el gen MDR1 y también se denomina proteína del casete de unión a ATP (ABC) . MDR1 tiene una especificidad de sustrato promiscua, lo que le permite transportar muchos compuestos estructuralmente diversos a través de la membrana celular, principalmente compuestos hidrófobos. Los estudios han descubierto que el gen MDR1 puede activarse y sobreexpresarse en respuesta a fármacos farmacéuticos, formando así la base de la resistencia a muchos fármacos. [2]

Por ejemplo, se ha descubierto que el antibiótico rifampicina induce la expresión de MDR1 . Los experimentos realizados en diferentes líneas celulares resistentes a fármacos y en el ADN de pacientes revelaron reordenamientos genéticos que habían iniciado la activación o sobreexpresión de MDR1. [17] Un polimorfismo C3435T en el exón 226 de MDR1 también se ha correlacionado fuertemente con las actividades de la p-glicoproteína. [18]

El MDR1 se activa a través de NF-κB , un complejo proteico que actúa como factor de transcripción. [19] [20] [21] [22] En la rata, un sitio de unión de NF-κB está adyacente al gen mdr1b , [23] NF-κB puede estar activo en células tumorales porque su gen NF-κB mutado o su gen inhibidor IκB mutado bajo quimioterapia. En células de cáncer colorrectal , la inhibición de NF-κB o MDR1 provocó un aumento de la apoptosis en respuesta a un agente quimioterapéutico. [19]

Reparación mejorada del ADN

La reparación mejorada del ADN juega un papel importante en la capacidad de las células cancerosas para superar los daños al ADN inducidos por fármacos.

Las quimioterapias basadas en platino, como el cisplatino , atacan a las células tumorales mediante la reticulación de sus cadenas de ADN, lo que provoca mutaciones y daños. [2] Dicho daño desencadenará la muerte celular programada (p. ej., apoptosis ) en las células cancerosas. La resistencia al cisplatino se produce cuando las células cancerosas desarrollan una mayor capacidad para revertir dicho daño eliminando el cisplatino del ADN y reparando cualquier daño causado. [2] [12] Las células resistentes al cisplatino regulan positivamente la expresión del gen y la proteína de complementación cruzada de reparación por escisión (ERCC1) . [2]

Algunas quimioterapias son agentes alquilantes , lo que significa que unen un grupo alquilo al ADN para evitar que se lea. La O6-metilguanina ADN metiltransferasa (MGMT) es una enzima reparadora del ADN que elimina los grupos alquilo del ADN. La expresión de MGMT está regulada positivamente en muchas células cancerosas, lo que las protege de los agentes alquilantes. [12] Se ha encontrado un aumento de la expresión de MGMT en el cáncer de colon, cáncer de pulmón, linfoma no Hodgkin, cáncer de mama, gliomas, mieloma y cáncer de páncreas. [24]

Defectos de la vía apoptótica

El TP53 es un gen supresor de tumores que codifica la proteína p53, que responde al daño del ADN mediante la reparación del ADN , la detención del ciclo celular o la apoptosis . La pérdida del TP53 a través de la eliminación del gen puede permitir que las células se repliquen continuamente a pesar del daño del ADN. La tolerancia al daño del ADN puede otorgar a las células cancerosas un método de resistencia a aquellos fármacos que normalmente inducen la apoptosis a través del daño del ADN. [2] [12]

Otros genes implicados en la vía apoptótica relacionada con la resistencia a fármacos incluyen h-ras y bcl-2 /bax. [25] Se ha descubierto que el h-ras oncogénico aumenta la expresión de ERCC1, lo que da como resultado una mejor reparación del ADN (véase más arriba). [26] Se ha descubierto que la inhibición de h-ras aumenta la sensibilidad al cisplatino en las células de glioblastoma . [27] La ​​expresión aumentada de Bcl-2 en células leucémicas ( linfoma no Hodgkin ) dio como resultado una disminución de los niveles de apoptosis en respuesta a los agentes quimioterapéuticos, ya que Bcl-2 es un oncogén pro-supervivencia . [28]

Moléculas diana alteradas

Durante la terapia dirigida , muchas veces el objetivo se modifica y disminuye su expresión hasta el punto de que la terapia ya no es efectiva. Un ejemplo de esto es la pérdida del receptor de estrógeno (ER) y del receptor de progesterona (PR) durante el tratamiento antiestrógeno del cáncer de mama. [29] Los tumores con pérdida de ER y PR ya no responden al tamoxifeno u otros tratamientos antiestrógenos, y aunque las células cancerosas siguen respondiendo en cierta medida a los inhibidores de la síntesis de estrógenos , con el tiempo dejan de responder a la manipulación endocrina y ya no dependen del estrógeno para crecer. [29]

Otra línea de terapias utilizadas para tratar el cáncer de mama es la focalización de quinasas como el receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano (HER2) de la familia EGFR . Las mutaciones a menudo ocurren en el gen HER2 tras el tratamiento con un inhibidor, y aproximadamente el 50% de los pacientes con cáncer de pulmón tienen una mutación de control EGFR-T790M . [12]

El tratamiento de la leucemia mieloide crónica (LMC) implica el uso de un inhibidor de la tirosina quinasa que actúa sobre el gen de fusión BCR/ABL llamado imatinib . En algunas personas resistentes al imatinib, el gen BCR/ABL se reactiva o amplifica, o se ha producido una única mutación puntual en el gen. Estas mutaciones puntuales mejoran la autofosforilación de la proteína BCR-ABL, lo que da como resultado la estabilización del sitio de unión del ATP en su forma activa, a la que no puede unirse el imatinib para la activación adecuada del fármaco. [30]

La topoisomerasa es un objetivo lucrativo para la terapia del cáncer debido a su papel crítico como enzima en la replicación del ADN , y se han creado muchos inhibidores de la topoisomerasa . [31] La resistencia puede ocurrir cuando los niveles de topoisomerasa disminuyen, o cuando diferentes isoformas de topoisomerasa se distribuyen de manera diferencial dentro de la célula. También se han informado enzimas mutantes en células leucémicas de pacientes, así como mutaciones en otros cánceres que confieren resistencia a los inhibidores de la topoisomerasa. [31]

Metabolismo alterado

Uno de los mecanismos de resistencia antineoplásica es la sobreexpresión de enzimas metabolizadoras de fármacos o moléculas transportadoras. [2] Al aumentar la expresión de enzimas metabólicas, los fármacos se convierten más rápidamente en conjugados farmacológicos o formas inactivas que luego pueden excretarse. Por ejemplo, el aumento de la expresión de glutatión promueve la resistencia a los fármacos, ya que las propiedades electrofílicas del glutatión le permiten reaccionar con agentes citotóxicos, inactivándolos. [32] En algunos casos, la disminución de la expresión o la pérdida de expresión de enzimas metabolizadoras de fármacos confiere resistencia, ya que las enzimas son necesarias para procesar un fármaco de una forma inactiva a una forma activa. El arabinósido , una quimioterapia de uso común para la leucemia y los linfomas, se convierte en trifosfato de arabinósido de citosina por la desoxicitidina quinasa. La mutación de la desoxicitidina quinasa o la pérdida de expresión da como resultado resistencia al arabinósido. [2]

Los niveles de expresión de factores de crecimiento también pueden promover la resistencia a las terapias antineoplásicas. [2] En el cáncer de mama, se encontró que las células resistentes a los fármacos expresaban niveles elevados de IL-6, mientras que las células sensibles no expresaban niveles significativos del factor de crecimiento. La IL-6 activa los factores de transcripción de la proteína de unión al potenciador CCAAT que activan la expresión del gen MDR1 (véase Alteración del transporte de membrana). [33]

Marcadores genéticos de sensibilidad y resistencia a fármacos

La farmacogenética desempeña un papel cada vez más importante en el tratamiento antineoplásico. [34] Las tecnologías de secuenciación rápida pueden identificar marcadores genéticos de sensibilidad al tratamiento y posible resistencia. Ciertos marcadores son más representativos y tienen más probabilidades de ser utilizados clínicamente. [34]

Cuando faltan los genes BRCA1 y BRCA2, como en el caso del 5 al 10 por ciento de todos los cánceres de mama, la horquilla estancada permanece desestabilizada y el ADN recién sintetizado se degrada. Esta inestabilidad genómica significa que la célula cancerosa es en realidad más sensible a los fármacos quimioterapéuticos que dañan el ADN. [35]

Características de las pruebas farmacogenéticas [34]
MarcadorDrogaCondiciones mayoresImplicaciones clínicas
TIEMPOS5-fluorouraciloCáncer colorrectal , de estómago y de páncreasUn nivel alto de TYMS puede mostrar una respuesta deficiente y una menor toxicidad
DPYD5-fluorouraciloCáncer colorrectal , de estómago y de páncreasLa deficiencia de DPD se asocia a un mayor riesgo de toxicidad
UGT1A1IrinotecánCáncer colorrectalLa disminución de la actividad de UGT1A1 puede aumentar el riesgo de toxicidad
CYP2D6TamoxifenoCáncer de mamaLos pacientes con actividad deficiente del CYP2D6 tienen mayor riesgo de recaída
EGFRTerapia anti-EGFRCáncer colorrectal y de pulmónLa activación de las vías del EGFR mejora el crecimiento y la progresión del tumor, y la resistencia a la terapia.
KRASTerapia anti-EGFRCáncer colorrectal y de pulmónLa mutación KRAS se asocia con resistencia a la terapia anti-EGFR
FCGR3ARituximabLinfoma no HodgkinEl genotipo FCRG3A 158Val/Val puede estar asociado con una mejor respuesta
BRCA1 / BRCA2PlatinoCáncer de mama y ovarioLos cánceres con mutaciones en BRCA1/2 son más sensibles al daño del ADN. Las mutaciones intragénicas secundarias confieren resistencia adquirida

Enfoques genéticos para superar la resistencia a los medicamentos

Se sabe que las proteínas MDR son genes de resistencia a fármacos y se expresan en gran medida en varios tipos de cáncer. La inhibición de los genes MDR podría dar como resultado la sensibilización de las células a los tratamientos y una disminución de la resistencia a los antineoplásicos. La reversina 121 (R121) es un péptido de alta afinidad por las MDR y el uso de R121 como tratamiento para las células de cáncer de páncreas da como resultado un aumento de la quimiosensibilidad y una disminución de la proliferación. [36]

La expresión aberrante de NF-κB se encuentra en muchos cánceres, y se ha descubierto que NF-κB está involucrado en la resistencia a las quimioterapias basadas en platino, como el cisplatino. La inhibición de NF-κB por genisteína en varias líneas celulares de cáncer (próstata, mama, pulmón y páncreas) mostró una mayor inhibición del crecimiento y un aumento de la quimiosensibilidad, visto como un aumento de la apoptosis inducida por agentes terapéuticos. [37] Sin embargo, dirigirse a la vía de NF-κB puede ser difícil, ya que puede haber muchos efectos no específicos y fuera del objetivo.

La expresión del gen TP53 mutado provoca defectos en la vía apoptótica, lo que permite que las células cancerosas eviten la muerte. Se ha demostrado que la reexpresión del gen de tipo salvaje en células cancerosas in vitro inhibe la proliferación celular, induce la detención del ciclo celular y la apoptosis. [38]

En el cáncer de ovario , el gen ATP7B codifica un transportador de eflujo de cobre, que se ha descubierto que está regulado positivamente en líneas celulares y tumores resistentes al cisplatino. El desarrollo de desoxinucleótidos antisentido contra el ARNm de ATP7B y el tratamiento de una línea celular de cáncer de ovario muestra que la inhibición de ATP7B aumenta la sensibilidad de las células al cisplatino. [39]

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