الكلمات الرئيسية: الالتهام الذاتي، موت الخلايا المبرمج، مقاومة الأدوية، خلايا السرطان الجذعية، مقاومة الأدوية المتعددة، خلايا المناعة

حالياً، واحدة من الجوانب التحديّة لعلاج السرطان هي مقاومة الأدوية حيث تصبح خلايا السرطان متحملة للعلاج مما يؤدي إلى تفاقم حالة المرضى [1،2]. على الرغم من أن أنواع السرطان المختلفة تكون حساسة في البداية للعوامل الدوائية، إلا أنها مع مرور الوقت تكتسب مقاومة وتصبح أكثر عدوانية [3، 4]. التقدم الذي تم إحرازه في اكتشاف العلاجات المستهدفة

العلاجات في السنوات الأخيرة أدت إلى الموافقة على مجموعة متنوعة من العوامل المضادة للسرطان المؤثرة، ومع ذلك، لا يزال المقاومة تمثل عائقًا كبيرًا أمام نجاحها بالإضافة إلى كونها مسؤولة عن آثارها الجانبية المهددة للحياة. تظهر خلايا السرطان سلوكًا متطورًا من التكرار، والسبات، ومقاومة الأدوية حتى بعد استخدام العلاجات التقليدية (الجراحة، العلاج الكيميائي، إلخ) والتي تساهم فيها بشكل رئيسي خلايا الساق السرطانية الشريرة. لقد تمكنت الأدوية الكيميائية المتقدمة والأكثر قوة من النجاح على الأدوية المضادة للسرطان المتاحة سابقًا بشكل فردي أو زمني أو بالاشتراك مع العلاجات السائدة. علاوة على ذلك، أثبتت تكتيكات تغيير شدة الجرعة الكيميائية مثل الإدارة المتقطعة أو الجرعات الأعلى مع المكملات وعوامل النمو لتقليل الآثار الجانبية على نخاع العظام فعاليتها في منع إعادة نمو الورم. بغض النظر عن ذلك، لا تزال مقاومة أدوية السرطان تمثل عقبة رئيسية في الأورام الطبية، لذلك فإن فهم آليات المقاومة (الفطرية وكذلك…
الحصول على) وتطوير العلاجات المستهدفة من الجيل التالي أمر حاسم لتلبية الاحتياجات الطبية [13، 14].
تساهم التفاعلات المعقدة بين العوامل الداخلية (الفطرية) والعوامل الخارجية (المكتسبة) لخلايا السرطان في مقاومة السرطان تجاه العلاجات المختلفة. تشمل العوامل الداخلية الطفرات الجينية الموجودة مسبقًا، وتنوع الأورام، وتنشيط مسارات الدفاع داخل الخلايا، التي تمنح المقاومة من خلال تنشيط مسارات ورمية مختلفة، وتغيير أهداف الأدوية، وتقليل الحساسية تجاه العلاجات، وتعزيز آليات إصلاح الحمض النووي، بالإضافة إلى تنشيط مسارات البقاء، مما يمكن خلايا السرطان من التهرب من التأثيرات السامة للعلاجات. بينما تشمل العوامل الخارجية بشكل رئيسي مكونات بيئة الورم الدقيقة (TME) التي تشارك بنشاط في قدرة خلايا السرطان على التهرب من التأثيرات السامة لمختلف العلاجات المضادة للسرطان. تشمل مكونات TME المختلفة مصفوفة خارج الخلية المعدلة (ECM)، وخلايا السدى المرتبطة بالورم، وعوامل النمو، والحويصلات خارج الخلوية (EVs)، وخلايا المناعة، وغيرها. تؤثر مصفوفة ECM الصلبة والمكثفة المرتبطة بالورم على استجابة الأدوية من خلال تقليل نقل الأدوية واحتجاز الأدوية من خلال الارتباط المباشر بها، وبالتالي تمثل آلية مهمة لمقاومة الأدوية في العديد من الأورام الصلبة. تعتبر الخلايا الليفية المرتبطة بالسرطان (CAFs) مكونًا آخر من مكونات TME التي تلعب أدوارًا مهمة في نمو الورم، والانتقال، ومقاومة العلاج السرطاني من خلال إفراز عوامل نمو مختلفة مثل عامل نمو الكبد (HGF) وعامل نمو البشرة (EGF)؛ والسيتوكينات مثل عامل الخلايا السدوية المستمدة من الخلايا (SDF-1) والإنترلوكين-6 (IL-6). يمكن أن تحتجز الحويصلات خارج الخلوية (EVs) لخلايا السرطان المقاومة للأدوية وتنقل الأدوية إلى ECM. علاوة على ذلك، قد يتم نقل EVs من خلايا السرطان المقاومة للأدوية إلى نظيراتها الحساسة للأدوية، وبالتالي تلعب دورًا في النقل الأفقي لمقاومة الأدوية في خلايا السرطان من خلال توصيل حمولات متخصصة تشمل بروتينات مرتبطة بمقاومة الأدوية (P-gp، ABCG2، ABCA3، إلخ)، والأحماض النووية (mt DNA، mRNAs، miRNAs)، والمواد الأيضية الورمية، وبروتينات مضادة للاستماتة. قد يكون استهداف مكونات خلايا السرطان المقاومة للأدوية الداخلية وبيئة الورم الدقيقة، بمفردها أو بالاشتراك مع العلاجات المضادة للسرطان، نهجًا أفضل في تعزيز فعالية علاجات السرطان وتحسين نتائج المرضى. يتم مناقشة الآليات التفصيلية للعوامل الخارجية والداخلية المتورطة في مقاومة الأدوية والاستراتيجيات لإيقافها في الأقسام أدناه.

مع التقدم في دراسة مقاومة الأدوية، أدت الجهود الضخمة في تطوير علاجات ناجحة ضد عوامل مختلفة بما في ذلك مستقبلات RTKs، الأندروجين، HER2 وغيرها إلى تحسين خيارات العلاج بشكل أكبر [24-31]. ومع ذلك، أثبتت الأساليب التقدمية لاستخدام العلاجات المناعية الدقيقة أنها أكثر نجاحًا في
الاعتراف وتدمير خلايا السرطان مع مزيد من التحمل وتحسن في الشفاء. تُظهر العلاجات المضادة لـ CTLA و PD-1/PD-L1 المستخدمة على نطاق واسع نشاطًا مضادًا للورم بشكل ملحوظ من خلال تعطيل المنظمين السلبيين لجهاز المناعة التكيفي المضاد للسرطان، على الرغم من أن الحد الأدنى من فرصة المقاومة وقيودها على مجموعة معينة من السرطان لا تزال مصدر قلق. تتبع خلايا السرطان قاعدة ضغط الاختيار الدارويني لتحقيق سمات مقاومة الأدوية على المستويات الجينومية، والإبيجينومية، والبروتيومية من أجل بقاء الأجدر. مع ظهور الفحوصات عالية الإنتاجية، أصبح الرابط بين تباين الورم ومقاومة الأدوية موجودًا، مما يشير إلى أنه تحت ضغط دوائي انتقائي، تنقسم بعض خلايا الورم وتشكل مجموعة فرعية من الخلايا التي قد تحقق ميزات تمكنها من أن تصبح غير مستجيبة لدواء معين مع مرور الوقت. يتم تمثيل الميزات المتناقضة لخلايا السرطان وخلايا مقاومة الأدوية في الشكل 1.

في هذه المراجعة، سنناقش طيف الآليات الانتقائية التي تظهرها الخلايا السرطانية لمقاومة العلاج، والتي تمثل المشكلة الأكثر صعوبة من الناحية السريرية. حاولنا ربط المسارات المقاومة للأدوية المتعددة في أنواع السرطان المختلفة واكتساب رؤى حول هذه الجوانب الصعبة لدعم تطوير العلاجات السرطانية من الجيل التالي مثل الأدوية الأكثر فعالية والعلاج المناعي. علاوة على ذلك، تحاول هذه المراجعة تحديد الموضوعات والأساليب المشتركة التي تم استخدامها بنجاح لاستهداف آليات المقاومة الناشئة.

تم شرح بيولوجيا تحول الخلايا الطبيعية إلى خلايا سرطانية على المستويات الجينية/الوراثية والبروتينية. ومع ذلك، فإن الأسباب (عادةً عشوائية) لبدء السرطان وتطوره وتقدمه ليست ثابتة، بل يمكن اعتبارها اختلالًا موحدًا محيرًا للعمليات الخلوية الحيوية. خلايا السرطان دائمًا تحت ضغط وتتطور باستمرار، محاولين التكيف مع البيئة المتغيرة مما يؤدي إلى ظهور مجموعة غير متجانسة من خلايا السرطان في الورم تختلف عن بعضها البعض على المستوى الجزيئي. علاوة على ذلك، فإن مستوى استجابتها للأدوية المضادة للسرطان يختلف أيضًا إلى حد كبير. يتم تصنيف تباين الورم إلى تباين بين الأورام (تباين بين المرضى بسبب عوامل وراثية وسوماتية وبيئية مختلفة) أو تباين داخل الورم (تباين داخل المرضى بسبب التوزيع غير المتساوي لمجموعات فرعية من الأورام ذات التنوع الجيني). لقد أدى ظهور وتقدم والوصول إلى المشهد الجينومي (خصوصًا المحركات المسرطنة) للسرطانات العدوانية مثل سرطان الرئة غير صغير الخلايا (NSCLC) إلى تحديث الاستراتيجيات السريرية نحو العلاج الشخصي.

أو نهج موجه حسب النمط الجيني مع نتائج أفضل [46، 47]. على الرغم من الاستجابة الإيجابية الأولية، تطور خلايا السرطان مقاومة للعلاج المستهدف على المدى الطويل من العلاج مما يشير إلى أن السرطان ديناميكي للغاية على المستوى الجزيئي. أظهرت دراسات مختلفة أن التباين داخل الورم يلعب دورًا حاسمًا في دفع تقدم السرطان ومقاومة الأدوية [48، 49]. هناك العديد من العوامل المسؤولة عن التباين داخل الورم، وأهمها التباين الجيني الناتج عن التعرض للمواد المسببة للطفرات مثل الأشعة فوق البنفسجية، والمواد الكيميائية، والعلاج الكيميائي، أو عدم تنظيم عمليات الإشارة التي تحافظ على إصلاح الحمض النووي، وتوازن الأكسدة والاختزال للخلايا [42، 50-53]. تتيح لنا الاختبارات المتقدمة عالية الإنتاجية لتسلسل الجينوم على نطاق واسع تسليط الضوء على مجموعة متنوعة من التوقيعات الجينية المرتبطة بعدم الاستقرار الجيني والتباين. على سبيل المثال، أظهر سرطان الرئة الناتج عن التدخين أنه غني بـ التحول في المستوى الجيني [54، 55]. أظهرت دراسات مختلفة أن تقدم السرطان يعتمد على معدل الطفرات المفاجئ في أنواع معينة من الخلايا، مما يخل بالتوازن بين الجينات المسرطنة وجينات كابحة الورم، وبالتالي يعزز التنوع الجيني [56-58]. عامل آخر يشارك في تغاير الأورام هو التطور النسلي الذي يتبع فرضية الانتقاء الدارويني [59-61]. وفقًا لهذه الفرضية، فإن الاستمرار
تقود الانقسام وعدم استقرار الكروموسومات إلى فقدان عشوائي للكروموسومات في مناطق مختلفة من الورم، مما يؤدي إلى تباين طفرات مع نتيجة ظهور سلالات فرعية تنافسية متطورة وخلايا جذعية سرطانية (CSCs) والعكس صحيح. هذه السلالات التي تشكلت حتى الآن تتوسع إما بشكل تسلسلي أو من خلال نهج متفرع وتولد مزيدًا من التنوع الجيني بأي من الطريقتين، والذي يتم اختياره تحت ضغط تطوري مع نمو أفضل، ومقاومة، وميزة بقاء. تمكّننا الأساليب الحديثة ذات الإنتاجية العالية مثل تسلسل RNA على مستوى الخلية الواحدة وتوصيف الطفرات من التحقيق في الديناميات التطورية التي تحدث في مجموعة خلايا الورم المحددة في نفس المرضى أو مرضى مختلفين، ولها دور بارز في العلاج الفردي. تساهم هذه التغيرات الجينومية المتنوعة في اكتساب خصائص مفيدة مثل مقاومة الأدوية وتكرار الورم في هذه الخلايا السرطانية المختارة. تسهم تطورات الورم في ظهور مجموعة فرعية من الخلايا مقاومة لعدة أدوية (MDR) مع استجابات علاجية متباينة للأدوية مقارنة بخلايا الورم الأولية. من ناحية أخرى، يلعب الضغط الكيميائي دورًا مهمًا في تشكيل سلالات فرعية مقاومة أكثر تطورًا مع نتائج أسوأ. أظهرت الدراسات الحديثة أن التباين الورمي المتواجد مع المشهد المناعي.
تحليل في مجموعة من المرضى الذين يعانون من سرطان الكبد الخلوي البشري المرتبط بفيروس التهاب الكبد B (HCC) يعيق تسلل خلايا T وبالتالي ينظم البيئة المناعية المثبطة داخل الورم. هذه النتيجة حاسمة لتصميم علاجات مناعية فعالة يمكن إعطاؤها بشكل فردي أو بالاشتراك مع العلاجات الكيميائية الحالية لجعل خلايا السرطان المقاومة أكثر حساسية مع نتائج أفضل. وبالتالي، فإن تباين الورم والمشهد المناعي المتنوع يمثلان عقبات كبيرة لفهم المقاومة، ويمكن أن يساهم المزيد من التركيز على هذه القضية الصعبة في توجيه أفضل لمستقبل علاج السرطان.

دراسة التغيرات الظاهرية الوراثية دون تغيير في تسلسل الحمض النووي تُعرف بـ “علم الوراثة اللاجينية”، وقد تم تقديم هذا المصطلح في البداية من قبل كونراد وادينجتون (1940)، الذي ربط هذا المصطلح بالجينات ومنتجات الجينات [72]. التغيرات اللاجينية ناتجة في الغالب عن تعديلات في تعبير الجينات ووظيفتها من خلال تعديلات الهيستون (الأسيتيل، الفسفرة، اليوبكويتين، السومويليشن، الميثيل) وميثيل الحمض النووي [73]. أظهرت العديد من الدراسات أهمية التعديلات اللاجينية في خلايا المقاومة للأدوية (DTP) ودورها في زيادة التحمل لضغط الأدوية العالي [74، 75]. بالإضافة إلى ذلك، تم اقتراح أن تغيير المناظر اللاجينية من خلال ميثيل الحمض النووي (تغيرات هيستونية وغير هيستونية) يساعد في الحفاظ على بقاء خلايا السرطان الجذعية (CSCs) التي أظهرت ميزات مقاومة على المستوى الفردي [76]. لذا فإن التركيز على التغيرات اللاجينية المتعلقة بميزة المقاومة المكتسبة يمكن أن يكون ذا أهمية كبيرة للعثور على أهداف أكثر فعالية مع كفاءة أفضل. تم ربط العديد من سمات السرطان، بما في ذلك تكاثر الخلايا، والتسلل، والنقائل، واستجابة العلاج، بأنماط محددة من ميثيل الحمض النووي (DNAm) [77، 78]. أظهرت الدراسات أن فرط و نقص ميثيل الحمض النووي بواسطة DNMTs (إنزيمات ميثيل الحمض النووي) يؤديان إلى صمت نسخي للجينات المثبطة للورم وتنشيط نسخي للجينات المسرطنة على التوالي [78]. علاوة على ذلك، أظهرت الدراسات أن فرط ميثيل جزيرة CpG الخاصة بـ miR-129-5p يؤدي إلى قمع miR-129-5p، مما يعزز مقاومة العلاج الكيميائي في خلايا سرطان المعدة [79]. العلاج بـ 5-أزاسيتيدين (5-AzaC؛ مثبط إنزيم ميثيل الحمض النووي) قلل بشكل كبير من مقاومة العلاج الكيميائي للسيستين، 5-FU، والفينكريستين في خط خلايا سرطان المعدة MDR SGC7901/VCR من خلال استعادة نشاط miR-129-5p عن طريق تقليل حالة ميثيل الجين الخاص بها [79]. قد تستخدم الأورام أيضًا نقص الميثيل في مناطق المحفزات لمختلف الجينات لتطوير مقاومة للعلاج الكيميائي. على سبيل المثال، وُجد في خط خلايا MCF-7، المحفز
منطقة GSTp و MDR1 و uPA و O(6)-methylguanine DNA methyltransferase (MGMT) ميثلة بشكل كبير، ولكن في خلايا MCF-7 المقاومة للعقاقير، كانت هذه المحفزات ميثلة بشكل منخفض وكان لها دور كبير في المقاومة. تم ربط انخفاض ميثلة جين MDR1 بزيادة تعبير بروتين تدفق الدواء (P-glycoprotein؛ P-gp) الذي بدوره مسؤول عن المقاومة للدوكسوروبيسين (DOX) [80-83].

علاوة على ذلك، فإن مستوى ميثلة الحمض النووي (DNA) يعد أيضًا أمرًا حاسمًا في تنظيم مصير الخلايا في العديد من الأورام الخبيثة. على المستويات النسخية وما بعد الترجمة، يتم التحكم في مكونات الإشارات المضادة والمساعدة على الموت الخلوي بشكل إبيجيني، مما يؤثر على حساسية أو مقاومة الموت الخلوي. تتطور مقاومة الموت الخلوي عندما يتم التعبير عن بروتينات مضادة للموت الخلوي مثل Bcl-2 وBcl-xl وIAPs، وما إلى ذلك، وجزيئات مساعدة على الموت الخلوي مثل Bid وBax وBim وPUMA وNoxa أو تنشيطها بشكل معكوس على التوالي. أجرى بحر الدين وزملاؤه (2017) تسلسل ميثلة الحمض النووي على 5 حالات من سرطان القولون والمستقيم المتكرر و43 حالة غير متكررة من مرضى سرطان القولون والمستقيم الذين يخضعون لعلاج كيميائي باستخدام 5-فلورويوراسيل (5-FU). وجدوا أن مجموعة سرطان القولون والمستقيم المتكرر أظهرت 4,787 جينًا مختلفًا في الميثلة، مع 3,112 جينًا ميثلًا بشكل مفرط و1,675 جينًا ميثلًا بشكل ناقص مقارنة بمجموعة غير المتكررة. كانت الجينات الميثلة بشكل مفرط مرتبطة بمسار إشارات MAPK الذي يشارك في تنظيم الموت الخلوي ومقاومة العلاج تجاه 5-FU فيهم. كما وجدت الدراسة أن إدارة 5-AzaC حسنت استجابة 5-FU في خطوط خلايا CRC SW480. كشفت هذه النتائج أن ميثلة الحمض النووي تلعب دورًا مهمًا في تطوير مقاومة العلاج، وأن استهدافها في مرضى السرطان سيكون خيارًا مفتوحًا لنهج علاجي. الهيستونات هي بروتينات مرتبطة بالحمض النووي وتحدد قدرتها على الارتباط نسخ الحمض النووي. تعتمد قدرة ارتباط الهيستون على التعديلات الإبيجينية لمخلفات الليسين أو الأرجينين التي تحفزها ميثيل ترانسفيراز الهيستون (KMTs) وميثيل ترانسفيراز البروتين الأرجينين (PRMTs) وكلاهما له دور قوي في مقاومة العلاج. أكثر KMT شيوعًا هو G9a، الذي يحفز ميثلة H3K9me1/2، وهو تعديل جيني قابل للعكس. أظهر ليو وزملاؤه (2017) وجود علاقة بين تعبير G9a في مرضى سرطان الرأس والعنق واستجابة الأدوية المضادة للسرطان. كما كشفت التحليلات المناعية النسيجية أن المرضى الذين يعبرون عن G9a بشكل مفرط كانوا أقل حساسية للسيكلوفسفاميد مقارنة بالمرضى الذين لديهم تعبير أقل عن G9a. علاوة على ذلك، تم إظهار أن G9a ينشط GCLC (وحدة التحفيز لإنزيم الجلوتامات-سيستين) مما يزيد من مضاد الأكسدة الخلوي الجلوتاثيون (GSH)، الذي يحمي من تلف الحمض النووي بواسطة السيكلوفسفاميد وبالتالي يدعم مقاومة العلاج. وبالمثل، تم إظهار أن التعديلات التي تتوسطها PRMTs مسؤولة أيضًا.

لمقاومة الأدوية في سرطان المبيض تجاه السيسبلاتين [88]. كانت الكروماتين والبروتينات المرتبطة بها الأكثر تأثراً بتعديل PRMT1، مما أدى إلى إجهاد جيني. لقد تم إثبات أن PRMT1 يتم استدعاؤه بواسطة DNA-PK (كيناز البروتين المعتمد على الحمض النووي) إلى الكروماتين حيث يقوم بتحفيز ميثلة H4R3 ويساهم في تحفيز الجينات المرتبطة بالنمط السري الإفرازي المرتبط بالشيخوخة (SASP)، مما يزيد بدوره من مقاومة خلايا الورم للسيسبلاتين من خلال حمايتها من تلف الحمض النووي [88].

خلايا السرطان الجذعية (CSCs) هي خلايا متطورة يمكنها تجديد نفسها والتمايز إلى أنواع أخرى من خلايا السرطان. يتم التعرف على خلايا CSCs من خلال علامات سطحها مثل CD34. / في اللوكيميا، في سرطان الثدي، إلخ. كان جون ديك (1997) هو الأول الذي عزل خلايا جذعية اللوكيميا في مرضى اللوكيميا النقوية الحادة (AML) [89، 90]. من المعروف أن خلايا السرطان الجذعية تلعب دورًا في تباين الأورام، والانتقال، والمقاومة، والسبات، وانتكاسة الورم [21، 91-93]. تشارك العديد من المسارات في تجديد خلايا السرطان الجذعية وكذلك مقاومة العلاج الكيميائي مثل Notch و Wnt و TGF- ، وقد أثبت استهدافها أنه نهج علاجي واعد للتغلب على المقاومة. أظهرت تقارير مختلفة أن تعبير Notch1 يلعب دورًا مركزيًا في زيادة مقاومة trastuzumab في خلايا BT474 وSK-BR3 وMCF-7، وأن تثبيطه (وراثيًا أو دوائيًا) يجعل هذه الخلايا أكثر حساسية لـ trastuzumab [94-96]. مؤخرًا، أفاد وانغ وآخرون (2022) أنه في خلايا سرطان البروستاتا الشبيهة بالخلايا الجذعية، فإن تثبيط مسار Notch-1 بواسطة PF-03084014 ( -مثبط السريز) يزيد من النشاط المضاد للسرطان للدوستكسل من خلال تقليل نمو الخلايا، وتكوين الكريات، وتحفيز موت الخلايا المبرمج [97، 98]. علاوة على ذلك، تظهر خلايا السرطان الجذعية ميزات حاسمة للخلايا الجذعية الجنينية من حيث تعبير عوامل النسخ (SOX2، OCT4، NANOG، MYC، KLF4، SALL4، و FOXM1) ومسارات الإشارة (مثل Wnt/ -كاتينين، هيدج هوغ، هيبو، نوتش، و

TGF- ) [99-101]. أظهرت الدراسات أن خلايا السرطان الجذعية تستولي دائمًا على المحركات متعددة القدرات أو المحركات الجنينية مثل OCT4 و SOX2 و KLF4 و MYC و SALL4 و FOXM1 و Wnt/ -كاتينين، هيدج هوغ، هيبو، TGF- من علامات خلايا السرطان الجذعية الدائرة “Lin28B” المرتبطة بعودة سرطان الكبد الخلوي وتعمل كهدف علاجي مثالي. تعتبر استهداف علامات خلايا الجذعية السرطانية الجنينية أهدافًا علاجية نموذجية لأنها لا تُعبر في خلايا الجذعية الطبيعية ويمكن استغلالها في أنواع مختلفة من السرطان مع نتائج أفضل.

لقد وُجد أن العلاجات التقليدية تؤدي إلى ظهور خلايا جذعية سرطانية (CSCs) تلعب لاحقًا دورًا في انتكاسة الورم ومقاومة العلاج كما أظهرت ذلك دراسات مختلفة في المختبر وفي الجسم الحي [104]. على سبيل المثال، خلايا CSCs الناتجة عن العلاج الإشعاعي في الورم الدبقي (CD133 تشير تشكيلات /Prominin-1) إلى دعم مقاومة الإشعاع من خلال تنشيط نقاط تفتيش الحمض النووي ومسارات الإصلاح. وبالتالي، زادت حساسية الورم الدبقي للإشعاع مع العلاج المشترك لمثبطات نقاط التفتيش أو الكيناز (Chk1 وChk2) والعلاج الإشعاعي [105]. بالإضافة إلى ذلك، وُجد أن استخدام جسم مضاد أحادي النسيلة موجه ضد VEGF (Bevacizumab) كان فعالًا في البداية في تقليل تكوين الورم في الورم الدبقي متعدد الأشكال (GBM) [106-108]. ولكن بسبب تكوين سلالة مقاومة وهيمنة الإشارات الذاتية VEGF-VEGFR2-Neuropilin-1 مع مرور الوقت، استمر الفائدة السريرية لفترة قصيرة ثم أدت لاحقًا إلى انتكاسة الورم [107، 109]. أظهرت التحقيقات التجريبية لسرطان المثانة الظهاري (UBC) والخلايا المقاومة للسيكلوفسفاميد والجيمسيتابين (T24 و5637) زيادة في تعبير خلايا السرطان الجذعية مقارنة بنظيراتها الحساسة للعلاج الكيميائي عبر محور miR34a/GOLPH3 [110، 111]. يبرز الجدول 1 التجارب السريرية التي تستهدف خلايا السرطان الجذعية للتغلب على مقاومة العلاج. وبالتالي، فإن التحقيقات المتراكمة توضح لنا أن خلايا السرطان الجذعية الموجودة تشكل عقبة رئيسية في استراتيجيات العلاج المتاحة حاليًا للحد من انتكاسة الورم، مما يدفعنا إلى التركيز بشكل خاص على استكشاف علاجات جديدة تستهدف خلايا السرطان الجذعية.

الرابط القوي بين مقاومة العلاج الكيميائي والخلايا الجذعية السرطانية (CSCs) لم يتم استكشافه بشكل جيد، ولكنها تتجنب التأثير السمي للعقار بكفاءة. ومع ذلك، تشير بعض الأدلة إلى أن الخلايا الجذعية السرطانية تعزز التغيرات الوراثية، وناقلات الأدوية، والسبات، وانتقالات EMT-MET التي تلعب دورًا محددًا في تطوير المقاومة. السبات هو سمة رئيسية للخلايا الجذعية السرطانية التي تساعد مجموعة صغيرة من الخلايا على البقاء تحت العلاجات السامة للخلايا، والتي تُعرف بأنها مسؤولة عن عودة الورم على المدى الطويل. بالإضافة إلى ذلك، تشير التقارير إلى أن الخلايا الجذعية السرطانية تظهر تعبيرًا أعلى لناقلات ABC الغشائية، التي تطرد الأدوية من الخلية وبالتالي تدعم المقاومة وعودة الورم. على سبيل المثال، في سرطان الثدي الثلاثي السلبي (TNBC)، تم ربط الإفراط في التعبير عن ABCG2 بمقاومة العلاج الكيميائي. بالإضافة إلى ذلك، سيسونغ TM.وآخرون (2010) أفاد أن تعبير ABCG2 يوفر مقاومة لـ 5-FU والدوكسوروبيسين في أنواع مختلفة من خلايا السرطان من خلال طرد الأدوية خارج الخلايا وبالتالي حمايتها من الاستماتة [122-125]. وقد تم الإبلاغ عن أن علامات CSC تعزز مقاومة الأدوية المتعددة عن طريق تعديل مضخات طرد الأدوية. على سبيل المثال، علامة CSC p-CD44 (Ser-291) تمنع التحلل البروتيني المعتمد على FBXO21 (Ubiquitin E3-ligase) لـ P-gp على خلايا سرطان الثدي والمبيض، وبالتالي تبقى نشطة في طرد الأدوية من الخلايا وتمنع آثارها السامة للخلايا [126]. علاوة على ذلك، أظهرت الدراسات الحديثة ذات الإنتاجية العالية أن CSCs تقيم في الغالب في منطقة ذات pH منخفض، ومواد غذائية أقل، وبيئة نقص الأكسجين في الأورام، مما يطور الخلايا للتقدم في ظروف مرهقة [127]. يعزز تحفيز الجينات المعتمد على نقص الأكسجين مقاومة أدوية CSC من خلال زيادة تعبير أنواع مختلفة من ناقلات ABC مثل MRP1، والتي هي جين هدف أساسي لـ HIF-1. المحور [128]. بسبب ضعف الأوعية الدموية، فإن توزيع الدواء إلى الخلايا الموجودة في المنطقة ناقصة الأكسجين غير كافٍ، مما يمنحها ميزة البقاء والتطور مع مرور الوقت لتحمل التأثير السمي للدواء [129]. علاوة على ذلك، فإن البيئة الحمضية الناتجة عن نقص الأكسجين حول الورم تعمل كحاجز فيزيولوجي وكيميائي ضد بعض الأدوية [130،131]. توفر لنا الوصف أعلاه رؤى حول كيفية استفادة خلايا السرطان الجذعية من العمليات المختلفة والعوامل البيئية للتكاثر والبقاء في ظل ظروف غير مواتية.
تعتمد بقاء الخلايا والوظائف الخلوية تحت نقص المغذيات، نقص الأكسجين، أو في مقاومة الأدوية، على عملية فسيولوجية محفوظة تطورياً تعرف باسم الالتهام الذاتي. من المثير للاهتمام أن السرطان والخلايا الجذعية السرطانية تستغل هذه العملية الاستقلابية لدعم تكوين الأورام، والحفاظ على القدرة على التعددية، وتقدم الورم، والانتكاس. على سبيل المثال، CD44 CD117 أظهرت خلايا السركومة الجذعية المبيضية زيادة في البلعمة الذاتية الأساسية مقارنةً بـ
نظير الخلايا غير الجذعية، مما يثبط البلعمة الذاتية من خلال حذف ATG5 باستخدام CRISPR/Cas9 مما يجعل هذه الخلايا الجذعية السرطانية حساسة للعلاج الكيميائي. من المعروف أن البلعمة الذاتية تقلل من الإجهاد التأكسدي الناتج عن العلاج الكيميائي في الخلايا الطبيعية والسرطانية وخلايا CSC، مما يحميها من موت الخلايا. بالمثل، في الخلايا الجذعية السرطانية والخلايا الجذعية الطبيعية، يقوم إنزيم العلامة ديهيدروجيناز الألدهيد (ALDH) بأكسدة الألدهيدات داخل الخلايا ويحميها من العواقب الضارة للجذور الحرة للأكسجين (ROS). أظهرت دراسة مفاجئة أن الشكل المتغير من ALDH (ALDH1A3) مسؤول عن مقاومة جرعات أقل من تيموزولوميد في الورم الدبقي. أظهرت الجرعات الأعلى من تيموزولوميد أنها تحفز التفاعل الفيزيائي المباشر بين ALDH1A3 وبروتين موائم البلعمة الذاتية p62، مما يؤدي إلى تحللها وتقليل المقاومة. أظهر ييو وآخرون (2016) الاعتماد الورمي وخصائص الخلايا الجذعية. و CD29hiCD61 خلايا سرطان الثدي الجذعية على الالتهام الذاتي التي تعمل من خلال EGFR/STAT 3 و TGF- إشارات سماد على التوالي [142]. أظهرت نتائج مماثلة في خلايا السرطان الجذعية في سرطان الثدي الثلاثي السلبي أن الخصائص الجذعية (CD44 يتم تنظيم إفراز السيتوكين IL-6 الذي يحافظ على البيئة الدقيقة ويعدلها بواسطة البلعمة الذاتية من خلال مسار JAK/STAT. وهذا يبرز أهمية محور IL-6-JAK-STAT3 في تطوير خلايا السرطان الجذعية، مما يعزز مقاومة الأدوية (العلاج الكيميائي/العلاج المناعي) فيها. وبالتالي، فإن استخدام مثبطات IL-6 مثل توسيليزوماب (أجسام مضادة IL-6R البشرية) يتغلب على مقاومة دوكسيتاكسل في خلايا السرطان الجذعية TNBC من خلال تقييد العمل الذاتي لـ IL-1 على تحفيز IL-6.

عادةً، تقتل العلاجات التقليدية خلايا السرطان ولكنها لا تستطيع القضاء على المجموعة الصغيرة من خلايا الورم المعروفة باسم خلايا CSCs أو خلايا بدء الورم (TIC)، على الرغم من أنه يمكن التعرف عليها والقضاء عليها بواسطة جهاز المناعة لدى المضيف إلى حد أكبر. ومع ذلك، يتدخل بيئة الورم الدقيقة في الهجوم المناعي للقضاء على الورم ويعزز من كبت المناعة، مما يؤدي إلى تغيير التوازن وهروب CSCs لاحقًا. في أنواع مختلفة من السرطان مثل الورم الدبقي، والرئة، والثدي، وما إلى ذلك، يتم جذب البلعميات M1 (المفعلين تقليديًا أو المؤيدين للالتهاب) بواسطة الكيمياء الحيوية (نحو السيتوكينات التي تطلقها CSCs) إلى موقع الورم حيث تتحول إلى بلعميات M2 (المفعلين بديلًا أو المضادين للالتهاب أو المرتبطة بالورم)، وتفرز TGF- IL-10 و IL-23 والأرجيناز 1 التي تخلق بيئة ميكروية مثبطة للمناعة لنمو الورم [149-152].

يُطلق النظام المناعي المثبط الجوهري للخلايا الجذعية الجنينية سيتوكينات مثل IL-10 وIL-4 وIL-6 وMIC-1 وCCL2 وCSF1 وCSF2 وHGF وMIF وCX3CL1 وCSF2 وPGE2 وSDF-1،

البيريوستين (POSTN)، CCL2، LOX، CCL3، CCL5، VEGFA، نيتروتين (NTS) والإكسوزومات IL-8 التي تلعب دورًا محوريًا بشكل جماعي في تجنيد وتوجيه وتحويل الماكروفاج M1/M2 في النهاية [153، 154]. بدورها، تحافظ M2 على ميزات خلايا السرطان الجذعية (CSCs) من خلال إفراز جزيئات الإشارة مثل CCL2، CCL5، CCL7، CCL8، CCL17، CXCL1، CXCL7، PTN، HMGB1، TGF- ، IGF، IL ( ، 35 )، إلخ. وبالتالي تدعم مقاومة وانتكاسة الورم [154]. على سبيل المثال، في سرطان الكبد الخلوي (HCC)، CD133 تعمل الخلايا على تعزيز استقطاب M2 للخلايا المناعية المرتبطة بالورم (TAMs) من خلال إفراز IL-8 الذي بدوره مسؤول عن مقاومة العلاج.
تقوم TAMs المفعلة بواسطة CSCs أيضًا بتثبيط السمية الخلوية للخلايا التائية من خلال الإفراط في التعبير عن مستقبلات نقاط التفتيش المناعية السرطانية مثل بروتين ligand 1 المبرمج للموت (PD-L1) و(CD80/CD86) التي تتفاعل مع بروتين الموت الخلوي المبرمج-1 (PD-1) وبروتين-4 المرتبط بالخلايا التائية السامة (CTLA-4) على السطح الخلايا على التوالي، مما يعيق الاستجابة المناعية ويدعم مقاومة المناعة ضد الورم [157-159]. بالإضافة إلى ذلك، تقوم خلايا السرطان الجذعية في الكبد باختطاف TAM SIPR -مسار الإشارة الخاص بـ CD47 “لا تأكلني” للهروب من المراقبة المناعية ومنع ابتلاعها بواسطة البلعميات [160]. من المدهش أن حجب الإفراط في التعبير عن مستقبل CD47 في سرطان الرئة غير صغير الخلايا المقاوم للجيفيتينيب مع جسم مضاد وحيد النسيلة قد حسن من إزالة هذه الخلايا بواسطة البلعميات [161]. تدعم هذه الدراسة استخدام الأجسام المضادة الوحيدة النسيلة المستهدفة لتحييد CD47 كنهج مناعي واعد لعلاج سرطان الرئة غير صغير الخلايا المقاوم لطفرات EGFR. يمكن أن تتحكم خلايا السرطان الجذعية (CSCs) في الخلايا التغصنية المقدمة للمستضد (DC: تطوير ذاكرة خلايا T و B) والتحمل وتمنعها من تنشيط خلايا T [162-165]. بالإضافة إلى ذلك، تنتج خلايا السرطان الجذعية السيتوكينات المثبطة للمناعة (مثل IL-4، IL-10، TGF- “، وما إلى ذلك)، وجزيئات التثبيط المشترك (مثل IDO1 و PD-L1 و B7-H3) التي تجذب خلايا DC المثبطة للمناعة لقمع نظام المناعة المضاد للورم وتفعيل/تجنيد خلايا Tregs المثبطة للمناعة [159، 166]. في الورم الدبقي، أظهر أن CSCs تعزز تسلل خلايا Treg، وتقلل من تنشيط خلايا T السامة، وتسبب موت خلايا T عن طريق جزيئات الإشارة القابلة للذوبان Galectin-3 و B7-H1 [159]. وقد تم الإبلاغ عن أن CSC يزيد من إنتاج G-CSF (عامل تحفيز مستعمرات العدلات) الذي بدوره يجذب MDSC (خلايا مثبطة مشتقة من النخاع) إلى موقع الورم عبر مسار إشارة mTOR وأن كمية MDSC المتسللة مرتبطة إيجابيًا بوجود CSC في مرضى السرطان [156]. تنتج MDSC السيتوكينات المثبطة للمناعة مثل IL 10 و TGF- ، إلخ، يزيد من تعبير PD-L1، ويعبر عن البروستاجلاندين E2 (PGE2)، ويجذب Tregs التي تعمل معًا على تثبيط خلايا T ( ), يحافظ على خصائص الخلايا الجذعية (مثل في خلايا السرطان الجذعية المبيضية)، ومقاومة الأدوية[167-169]، كما هو موضح في الشكل 2. في الكبد.
السرطان، الخلايا الجذعية السرطانية المستندة إلى نقص الأكسجين تجذب الخلايا المناعية المثبطة للورم إلى موقع الورم من خلال إشارات ENTPD2/CD39 L1 وتوقف علاج PD1، وتقليل الخلايا المناعية المثبطة يجعل هذه الخلايا أكثر حساسية لـ 5-FU. تم تقديم خلايا CAR T (خلايا T المستقبلة لمستضدات هجينة) مؤخرًا كعلاج معدّل لخلايا الدم البيضاء المضيفة، وقد أحدثت ثورة في العلاج المناعي ضد السرطان لتجاوز حاجز التخصص وعدم الاستجابة للعلاج القياسي، وتم تجربتها لأول مرة على مرضى اللوكيميا اللمفاوية الحادة (ALL) مع تحسن في الشفاء. ومع ذلك، فإن التهديد المستمر لتطوير متلازمة إطلاق السيتوكينات (CRS) والانتكاسة المبكرة لسرطان الدم الإيجابي للمستضد (فقدان المراقبة النشطة لخلايا CAR T) أو الانتكاسة اللاحقة (فقدان المستضد) للورم، قد حد من نطاق خلايا CAR T المحددة. ومع ذلك، فإن العلاج المشترك الأخير لخلايا CAR T مع المناعية المعدلة (مثبطات نقاط التفتيش المناعية مثل حجب PDL1-PD1) قد أظهر نتائج واعدة من حيث عمق ودوام العلاج سريريًا. الوصف أعلاه يسلط الضوء على أهمية التفاعل الثلاثي ‘CSC-TME-المناعة’ في توسيع الورم ومقاومة العلاج وأهميته السريرية. تم عرض تمثيل شامل لارتباط المناعة والخلايا الجذعية السرطانية في مقاومة الأدوية في الشكل 2.

أظهرت دراسات متنوعة الدور الناشئ لبرنامج الانتقال من الظهارة إلى الميزانشيم (EMT) في انتكاسة الورم، وتنظيم نمط الخلايا الجذعية السرطانية، وعائق العلاج، ومقاومة الأنويك، وبالتالي فهو نموذج سريري ذو صلة يجب استهدافه. يُعتبر EMT برنامجًا خلويًا معقدًا محفوظًا بشكل كبير يحول الخلايا الظهارية لتحقيق مجموعة من ميزات الميزانشيم أو ميزات الخلايا الجذعية السرطانية مثل زيادة حركة الخلايا وزيادة مضخات تدفق الأدوية. يحدث انتقال EMT عادة تحت تأثير نقص الأكسجين، أو السيتوكينات، أو من خلال تنشيط TGF- مسارات Notch، القنفذ، وWnt [181، 182]. تشير مجموعة من التقارير إلى أن مسارات إشارات EMT تعمل كقوة دافعة في انتشار السرطان ومقاومة الأدوية [132، 183، 184]. تعتبر Snail وTWIST وZEB وN-cadherin وfibronectin من العلامات المميزة لـ EMT، حيث لكل منها دور محدد في مقاومة الأدوية. يقوم منشط EMT ZEB1 (بروتين ربط E-box بإصبع الزنك 1) بكبح التعبير عن الجينات التي تعزز النمط الظاهري الظهاري مثل miR-200 وmiR-203، مما يعزز الخصائص الجذعية وبالتالي المقاومة للعلاج الكيميائي [185-187]. يلعب ZEB1 وmiR200 حلقة تغذية راجعة سلبية مزدوجة ويكبحان وظيفة بعضهما البعض. استغلت مجموعات مختلفة هذه العملية وزادت من miR200 في خلايا السرطان بشكل صناعي، مما أدى إلى تحفيز حساسية جزئية تجاه الأدوية [188-190]. لذا فإن تثبيط ZEB1 عند

المستوى الإبيجينيتيكي من خلال استخدام موستينوسات (مثبط HDAC من الفئة 1) يعيد بنجاح miR200 ويجعل خلايا سرطان البنكرياس أكثر حساسية تجاه العلاج الكيميائي [191].
علاوة على ذلك، كشفت مجموعة من عينات سرطان الثدي الكبيرة أن العينات التي تعبر عن ZEB1 بشكل مفرط كانت أقل استجابة لعلاج الإبيروبيسين الجيني السام. عند تحليل الآلية، وُجد أن ZEB ينشط بشكل فعال كيناز أتاكسي-تيلانجيكتاز (ATM) على المستوى النسخي من خلال تعزيز تشكيل مركب ZEB1/p300/PCAF، مما أدى إلى تنشيط مسار إصلاح الحمض النووي من خلال إعادة التركيب المتماثل. يرتبط EMT وبيئة خلايا الورم (TME) من خلال محور FBXW7-ZEB2 لتعزيز تكوين خلايا السرطان الجذعية القولونية ومقاومة العلاج الكيميائي. علاوة على ذلك، من خلال FZD7/Wnt/ -مسار الكاتينين، يسهل SOX8 عمليات التحول الظهاري (EMT) ويدعم مقاومة العلاج الكيميائي لسرطان الخلايا الحرشفية في اللسان (TSCC) [193]. كما أن تحفيز TWIST1، وهو محفز آخر للتحول الظهاري، بواسطة Metadherin (MTDH) أدى إلى خصائص خلايا جذعية مقاومة للأدوية في خلايا MCF-7 [194]. علاوة على ذلك، أظهر موكيرجي وآخرون أيضًا أنه في خلايا TNBC، يلعب مسار SOX2-ABCG2-TWIST1 دورًا مهمًا.
دور في تنظيم تكوين الأورام ومقاومة العلاج الكيميائي [195].

على الرغم من دور العضيات تحت الخلوية في تقسيم مكونات ما دون العضية بشكل مثالي، فقد تم التعرف عليها أيضًا كتلعب دورًا أساسيًا في مقاومة الأدوية. بعد إعطاء الدواء، يدخل الدواء عادةً إلى الخلايا ليصل إلى أهدافه التي توجد بشكل رئيسي في العضيات الخلوية مثل الميتوكوندريا، والليزوزومات، والنواة، والشبكة الإندوبلازمية، والجيوب، والبروكسيسومات أو في السيتوسول. الميزات الوظيفية لهذه العضيات، مثل تدرج الجهد الكهربائي الغشائي، وتعبير الناقلات الدوائية، وتقسيم البروتينات، ودرجة الحموضة داخل اللمعة تختلف بشكل فريد عن بعضها البعض. تقوم خلايا السرطان المختلفة باختطاف هذه الميزات لنمو الورم، والبقاء، ومقاومة الأدوية.

درجة الحموضة في البيئة الميكروية خارج الخلوية هي 7.4 (قاعدية) في الأنسجة الطبيعية، والتي تتغير في بيئة السرطان إلى 6.8 (حمضية)، مما يعزز نشاط العديد من الميتالوبروتينازات، وينشط عدة مسارات لنقل الإشارات، ويعمل كحاجز كيميائي للعديد.

أدوية مضادة للسرطان تعزز الخباثة وعدوان الورم [198-203]. بالإضافة إلى أنه تم العثور على أن الخلايا الخبيثة تغير درجة الحموضة السيتوسولية لديها نحو القلوية أكثر (من 6.99-7.2 إلى وبذلك يتم توليد تدرج بروتوني عبر الغشاء البلازمي والذي يُستخدم للتوليد المباشر لـ ATP [204-206] الشكل 3. علاوة على ذلك، فإن هذا التدرج في الرقم الهيدروجيني المعدل يُفضل التحلل الجليكولي الهوائي بدلاً من التنفس الخلوي في خلايا السرطان لتوليد الطاقة بسرعة والحفاظ على البيئة الدقيقة الحمضية من خلال إنتاج اللاكتات، وهو أمر ضروري لتكون الأورام ومقاومة الأدوية [207]. يتراوح الرقم الهيدروجيني النووي بين 7.55-7.88 في الخلايا الطبيعية ويلعب دورًا مهمًا في تفاعل الحمض النووي مع الهيستون والبروتينات، مما يؤثر على النشاط النووي مثل تكرار الحمض النووي، والتعديلات الوراثية، وما إلى ذلك [206، 208]. نظرًا لأن خلايا السرطان تتكاثر بلا حدود ولديها معدل أعلى من التعديلات الوراثية، فإنها تصبح عرضة للعلاج الكيميائي. مع وجود أدلة أقل، يمكن أن يُعتبر تغيير الرقم الهيدروجيني النووي عقبة أمام نشاط الأدوية المضادة للسرطان ويشكل مقاومة لها، وبالتالي يمكن أن يكون معلمًا مفيدًا لاستغلاله لجعل الخلايا أكثر حساسية للأدوية [209، 210]. يُوجد الرقم الهيدروجيني الأكثر نشاطًا في الإندوليزوزومات، والذي يتراوح من 6 في الإندوسومات المبكرة إلى 4.5 في الإندوسومات المتأخرة [211-213]. وقد أظهرت التحولات السرطانية تغييرات في حجم الليزوزومات و…
الموقع تحت الخلوي مع تأثير أقل على تغيير الرقم الهيدروجيني. تعتبر الإندوليسوزومات مكونًا مهمًا من العملية التحليلية داخل الخلايا المعروفة باسم الالتهام الذاتي، والتي تزيل الجزيئات الحيوية الزائدة وغير المعروفة والمشوهة وغير المستخدمة من الخلايا عن طريق تكسيرها إلى وحدات بناء أصغر أو وحدات طاقة للخلايا. تشير تقارير متنوعة إلى أن الرقم الهيدروجيني للإندوليسوزوم يلعب دورًا محوريًا في مقاومة الأدوية من خلال تراكم وتخزين أدوية العلاج الكيميائي المختلفة (وهي في الغالب قاعدة ضعيفة) التي تدخل إليها إما عن طريق الانتشار السلبي أو من خلال مضخات P-gp المدمجة في الغشاء، ثم يتم طردها لاحقًا عن طريق الإخراج الخلوي، مما يؤدي إلى توليد خلايا سرطانية مقاومة للعلاج الكيميائي. لذا فإن سلامة نفاذية غشاء الليزوزوم ضرورية لتكون خلايا السرطان مقاومة، ويمكن اعتبارها موضوعًا مهمًا من الناحية العلاجية. أظهرت دراسات متنوعة أن المحفزات لنفاذية غشاء الليزوزوم مثل الكلوروكين يمكن أن تؤدي إلى موت خلايا السرطان المقاومة عن طريق إطلاق الأدوية المخزنة والبروتيازومات مثل الكاتيبسين للعمل على النواة وتحفيز موت الخلايا المبرمج. علاوة على ذلك، يعزز الكلوروكين إطلاق أكسيد النيتريك الذي يثبط بشكل فعال نشاط P-gp ويؤدي إلى تراكم أدوية العلاج الكيميائي، مما يؤدي إلى الموت في سرطان الكبد المقاوم.

الميتوكوندريا هي عضية مهمة أخرى تولد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) وأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) للخلايا وتلعب دورًا في مقاومة العلاج الكيميائي. أظهرت دراسة حديثة أن خلايا السرطان تستخدم ATP الميتوكوندري لتفعيل ناقلات ABC التي تقوم بطرد الأدوية من خلايا السرطان، ويتم تنظيمها سلبًا بواسطة بروتين J المتحكم في الميثيل (MCJ؛ منظم سلبي داخلي لسلسلة نقل الإلكترون) [224-226]. في خلايا المبيض المقاومة للعلاج الكيميائي NCI/ADR-RES وخلايا MCF-7 المقاومة للدوكسوروبيسين، وُجد أن نقص MCJ مسؤول عن الحفاظ على مضخات طرد الأدوية ودعم المقاومة فيها، مما يبرز MCJ كمرشح علاجي [227، 228]. أظهر إليسا وآخرون أن الإفراط في التعبير عن UCP2 (بروتين مفكك الارتباط 2) في خلايا سرطان البنكرياس يقلل بشكل كبير من توليد فوق أكسيد الميتوكوندريا الناتج عن الأدوية، مما يحميها من الاستماتة [229].
تظهر الدراسات أن الشبكة الإندوبلازمية (ER) تلعب دورًا حيويًا في استقلاب الأدوية بسبب وجود إنزيم “السيتوكروم P450” (CYPs) الذي يستقلب الأدوية. أظهر لين وآخرون أن تعبير إنزيم السيتوكروم P450 CYP1B1 كان أعلى في خلايا A549 المقاومة للتاكسول مقارنة بخلايا A549 الأصلية، وأن تثبيط CYP1B1 بواسطة 4 هيدروكسي-إيمودين زاد من حساسيتها للتاكسول. تعمل الجسم جولجي (GB) كوسيلة لنقل ما بعد الترجمة.
يلعب المحور دورًا في مقاومة الأدوية أيضًا. في خلايا مقاومة الورم الدبقي، يتم التعبير عن GB بشكل مفرط لمختلف MDRs ويحتجز الأدوية من خلال نظامها السري الذي يقوم لاحقًا بتصدير الأدوية خارج الخلايا، وتُعكس هذه العملية بواسطة مثبطات P-gp مثل S9788 و PSC833، التي تعكس مقاومة الأدوية. تلعب البيروكسيسوم، وهو مريح للإجهاد التأكسدي للخلايا، أيضًا دورًا في المقاومة كما في اللمفوما تجاه الفورينستات من خلال تقليل توليد ROS، وقد أظهر تثبيط نشاط البيروكسيسوم زيادة حساسية هذه الخلايا للأدوية. النواة هي مركز التحكم في الخلايا حقيقية النواة وقد أفادت الدراسات السابقة بتعبير أنواع مختلفة من ناقلات ABC مثل P-gp على غشاء النواة ودورها في مقاومة أنواع مختلفة من الأدوية المضادة للسرطان مثل دوكسوروبيسين في أنواع مختلفة من السرطانات مثل الورم الدبقي متعدد الأشكال (LN299). يتم عرض تمثيل صورة لدور العضية في مقاومة الأدوية في الشكل 4.

على الرغم من أن أهمية العضيات في وظيفة الخلية لا غنى عنها، إلا أن خلايا السرطان المختلفة تختطف وظيفتها من خلال إعادة توصيل جزيئية واستغلالها من أجل بقائها ومقاومتها للعلاج، وبالتالي يمكن اعتبارها ميزة علاجية إضافية في المستقبل.

البيئة الدقيقة للورم (TME) هي “عضو متمرد” معقد ومتطور يتكون من النسيج الضام، والمصفوفة خارج الخلوية، والخلايا المناعية، والأنظمة العصبية واللمفاوية، بالإضافة إلى إمدادات الدم الخاصة بها [238]. التفاعل الخلوي بين خلايا السرطان والمصفوفة خارج الخلوية هو عنصر مهم في البيئة الدقيقة للورم يؤثر على التهرب المناعي وإعادة تشكيل المصفوفة خارج الخلوية التي تعزز بدء الورم، والانتقال، ومقاومة العلاج [238-240]. كل مكون من مكونات البيئة الدقيقة، بما في ذلك الألياف المرتبطة بالسرطان (CAFs)، والخلايا المناعية، ومكونات المصفوفة خارج الخلوية، والإكسوزومات، ونقص الأكسجين، والبيئة الحمضية، يلعب دورًا في التنسيق ويساهم في مقاومة العلاج كما هو موضح أدناه.
الخلايا الليفية النشطة (CAFs): هي خلايا ليفية نشطة، مرتبطة بكثرة بالخلايا السرطانية في البيئة المجاورة للورم (TME)، حيث تساهم مجموعة متنوعة من الإشارات المسرطنة مثل عوامل النمو، الكيموكينات، الإكسوزومات، وغيرها، التي تفرزها CAFs، في تمكين الخلايا السرطانية من الخضوع لعملية التحول الظهاري (EMT)، وتفادي العلاجات، وزيادة احتمالية عودة الورم [241-244]. تستجيب CAF للعقار الكيميائي سيسبلاتين المستخدم ضد سرطان الخلايا الحرشفية في المريء (ESCC)، من خلال إفراز جزيء الإشارة الباراكراين مثبط منشط البلازمينوجين 1 (PAI-1). PAI-1
في المقابل، يحفز بقاء مسارات AKT و MAPK لحماية ESCC من تلف الحمض النووي الناتج عن ROS وموت الخلايا تحت علاج الأدوية الكيميائية، مما يدعم المقاومة. علاوة على ذلك، فإن عامل نمو الكبد (HGF) أو TGF الذي تفرزه خلايا CAF – يحفز مسارات PI3K-AKT/ MAPK/ERK/STAT في الأسفل، مما يؤدي إلى مقاومة العلاج الكيميائي ضد EGFR و BRAF في سرطان القولون، والورم الدبقي، والميلانوما، إلخ. [246-249].
ii) ECM: يعتبر المصفوفة خارج الخلوية (ECM) عاملاً آخر يتكون من بروتينات ليفية مثل الكولاجين، والإيلاستين، والبروتيوغليكانات، والعناصر الدقيقة، والماء، وما إلى ذلك، وتلعب دورًا نشطًا في مقاومة العلاج (الشكل 5) [250، 251]. تختلف مصفوفة الورم بشكل كبير في التركيب والتكوين وتظهر تسللًا ليفيًا/ليفيا عضليًا، يتبعه تراكم كبير لمصفوفة كولاجينية أو نسيج ديسموبلاستي، مما يعوق توصيل الأدوية المضادة للسرطان إلى خلايا السرطان [251، 252]. وُجد أن سرطان المبيض المقاوم للسيكلوفسفاميد يعبر عن COL11A1 (الكولاجين من النوع الحادي عشر ) الذي يزيد من مقاومة العلاج الكيميائي عن طريق تنشيط مسارات AKT / PDK1 المفضلة للورم [253، 254]. يتم نقل إشارات مقاومة الأدوية في المصفوفة خارج الخلوية بشكل رئيسي من خلال مستقبلات خلوية مرتبطة بالغشاء (مثل الإنتغرينات) التي تؤدي إلى إعادة توصيل داخلية كبيرة، ومن ثم تطور خلايا السرطان من أجل
مقاومة العلاج [255،256]. لقد أظهرت الدراسات أن خلايا السرطان في البيئة المجهرية للورم/المصفوفة خارج الخلوية التي تفتقر إلى الكولاجين أو الفيبرو نكتين أو كليهما كانت أكثر حساسية تجاه السيسبلاتين مقارنة بنظيراتها [257]. واستمرارًا في هذا السياق، زادت فعالية الأوكساليبلاتين ضد خلايا سرطان القولون من خلال قمع وحدة فرعية من الإنتغرين [258].
iii) الإكسوزومات: الإكسوزومات، المعروفة أيضًا باسم الحويصلات خارج الخلوية (EVs)، التي تنتجها الأجسام متعددة الحويصلات الكبيرة (MVBs)، تسهل التفاعل بين الخلايا من خلال نقل الحمولات الحيوية عبر الخلايا وتدفق الجزيئات غير المرغوب فيها في الخلايا السليمة [259]. إنها وسطاء إشارات مهمون، تلعب أدوارًا في نمو الورم، وإعادة تشكيل بيئة الورم، والنقائل، وتكوين الأوعية، فضلاً عن مقاومة العلاج [260، 261]. تقوم خلايا سرطانية مختلفة باختطاف EVs لتدفق الأدوية المضادة للسرطان مما يؤدي بدوره إلى مقاومة الأدوية كما هو موضح في الشكل 5 [262، 263]. تندمج الإكسوزومات المستمدة من خلايا الجذع الميزانشيمي (MSC) في خلايا الورم المعدي، مما يعزز تنشيط مسارات إشارات CaM-Ks وRaf/MEK/ERK downstream، مما يزيد من تعبير البروتينات المرتبطة بمقاومة الأدوية مما يؤدي إلى مقاومة كيميائية للسرطان المعدي [264]. أظهرت خلايا سرطان المبيض المقاومة للأدوية زيادة في تصدير الإكسوزومات من سيسبلاتين مع تجنيد الناقلات النازحة ATP7A وATP7B وMRP2 (ABCB2) في الخلايا المجاورة لحماية موت الخلايا الناتج عن الأدوية [265].
iv) نقص الأكسجين: تؤدي الأوعية الدموية الشاذة في الورم والطلب العالي على الأكسجين إلى نقص الأكسجين، وانخفاض توفر العناصر الغذائية مثل الجلوكوز والأحماض الأمينية الحيوية [266، 267]. يحفز حرمان الأكسجين عامل نقص الأكسجين (HIF)- ، الذي ينظم العديد من جينات بقاء الخلايا وجينات تكوين الأوعية، مما يفضل بدوره خلايا السرطان لتحمل التأثير السمي للأدوية الكيميائية [268، 269]. يعزز HIF-1 البقاء من خلال عمليتين ثنائيتين إما عن طريق قمع البروتينات المسببة للاستماتة (TRAIL) أو تحفيز البروتينات المضادة للاستماتة، (مثل c-myc، إلخ)، تحت ضغط العلاج الكيميائي مثل مقاومة التيموزولوميد في GBM [270-272].
v) خلايا المناعة: أكثر أنواع خلايا المناعة انتشارًا في بيئة الورم هي البلعميات المرتبطة بالورم (TAMs) [273]. تم ربط غزو TAMs إلى بيئة الورم بتوقعات سيئة واستجابة غير كافية للعوامل الكيميائية في مرضى السرطان [274، 275]. تستمد TAMs من وحيدات Ly6C الدائرية CCR2 . تتمتع TAMs بدرجة عالية من التباين في بيئة الورم ويمكن تصنيفها إلى مجموعتين فرعيتين: (1). البلعميات M1 المحفزة تقليديًا والتي تظهر خصائص مضادة للسرطان و(2). البلعميات M2 المحفزة بديلًا والتي تمتلك قدرات داعمة للورم-
[276]. يلعب نمط M2 دورًا في مقاومة العلاج ويحفز استجابات Th2. في الميكروبيئة السرطانية، يكون استقطاب البلعميات من M1 إلى M2 شائعًا [277]. يحفز العلاج الدوائي TAMs لتتطور إلى بلعميات M2 المستقطبة المثبطة للمناعة مما يمنح مقاومة كيميائية في خلايا سرطانية مختلفة. لقد أظهرت الدراسات أن ROS تتراكم في خلايا السرطان المعدي بعد التعرض لـ 5-FU تنشط إشارات HIF -(HMGB1) ، والتي تجند TAMs M2، مما يولد GDF15 (عامل تمايز النمو 15)، ويعزز أكسدة الأحماض الدهنية – مما يزيد من المقاومة الكيميائية فيها [278]. لحماية خلايا السرطان من العمل العلاجي، تفرز TAMs أيضًا مجموعة متنوعة من العوامل القابلة للذوبان في بيئة الورم، مثل الإنترلوكينات، والكيموكينات، إلخ. كانت التسللات العالية من العدلات المرتبطة بالورم (TANs) داخل بيئة الورم مسؤولة أيضًا عن نمو الورم وكذلك مقاومة الأدوية [279-281]. تعتبر خلايا T التنظيمية (Tregs) نوعًا من خلايا T المثبطة للمناعة التي وتتميز بتعبير Foxp3 المطلوب لتكوين Treg وتمايزها. تم ربط زيادة غزو Treg في بيئة الورم بتوقعات أسوأ وكذلك مقاومة كيميائية في الورم الدبقي، والورم الميلانيني، وسرطان القولون والمستقيم، وسرطان الكلى [282-284]. لقد أظهرت الدراسات أن علاج 5-FU زاد من تعبير الكيموكين (CCL20) في خلايا سرطان القولون والمستقيم (CRC) في الجسم الحي من خلال تحفيز إشارات FOXO1/CEBPB/NF-кВ، مما ساعد في هجرة Tregs إلى بيئة الورم. يرتبط تعبير Foxp في Tregs بدوره بجينات مقاومة مثل ATP8A2 وBCL2 وVIM وWNT1 التي تعزز المقاومة الكيميائية لـ 5-FU في CRC [283].

واحدة من الميزات التي تميز خلايا السرطان عن الخلايا الطبيعية هي إعادة برمجة الأيض. تمتلك خلايا السرطان مسارات أنابولية أكثر كفاءة والقدرة على استخدام مصادر الكربون بخلاف الجلوكوز [285، 286]. لا تساعد التغيرات في الأيض الخلوي فقط في تطوير الأورام ولكن تلعب أيضًا دورًا في مقاومة خلايا السرطان للعلاجات المضادة للورم بما في ذلك إعادة ضبط الأيض الدهني، وتحلل الجلوكوز، وتخليق البوليمين، وما إلى ذلك [287].

كما تم مناقشته أعلاه، بسبب اختلافات pH، تحافظ خلايا السرطان على معدلات تحلل جلوكوز عالية لإنتاج ATP بسرعة لتلبية العمليات ذات الطلب العالي على الطاقة مثل تنشيط ناقلات الجلوكوز (GLUTs) إلخ. [288، 289]. ينتج التحلل الجلوكوزي الهوائي النشط حمض اللبنيك كمنتج نهائي يتم طرده إلى ECM بواسطة

ناقل أحادي الكربوكسيلات 4 (MCT4) مما يشكل بيئة ميكروية حمضية ضرورية لنمو الورم، والنقائل، والمثبطات المناعية، وتكوين الأوعية، ومقاومة العلاج [290]. علاوة على ذلك، أظهرت خلايا سرطان الثدي BT-474 المقاومة للاباتينيب اعتمادها على نشاط إنزيم التحلل الجلوكوزي المعزز (Aldolase A) الذي يشكل بشكل عكسي الجليسرالدهيد 3-فوسفات من الفركتوز-1،6-ثنائي الفوسفات، وبالتالي تكون عرضة لتثبيط التحلل الجلوكوزي [291]. تشير التقارير الإضافية إلى اعتماد مقاومة خلايا السرطان على الوسطاء التحلليين وناقل الجلوكوز كعقد ذات أهمية علاجية في كل من الإعدادات السريرية وما قبل السريرية [292]. في خلايا البنكرياس المقاومة للجمسيتابين، زاد تثبيط التحلل الجلوكوزي باستخدام 2-ديكسي-D-جلوكوز (2-DG) من التأثير السمي للدواء من خلال قمع أنماط CSC في كل من المختبر وفي الجسم الحي [293]. في المعدة، والمبيض، والثدي، وسرطان الكبد، وسرطان عنق الرحم، يُظهر أحد الإنزيمات الرئيسية في التحلل الجلوكوزي، هيكسوكيناز-2 (HK2) زيادة في مقاومة الأدوية (سيسبلاتين) ودعم بقائها [294]. في سرطان الثدي، يرتبط HK2 بقناة أيونية موجهة بواسطة الجهد الميتوكوندري (VDAC) ويمنع الاستماتة الذاتية الناتجة عن الأدوية [295]. تسلط الأدلة أعلاه الضوء على أن VDAC أو مثبطات التحلل الجلوكوزي هي مرشحات متزامنة للعلاج المضاد للسرطان واستهدافها معًا قد يثبت فعاليته سريريًا.
علاوة على ذلك، يلعب أيض ATP أيضًا دورًا عميقًا في النظام المناعي أو المناعي المعدل الذي يحافظ في الظروف الطبيعية على توازن الجسم من خلال الحفاظ على التوازن بين التحفيز المناعي، وقمع المناعة، والدفاع ضد الأمراض المناعية الذاتية. تقوم خلايا السرطان بتمثيل ATP خارج الخلية إلى أدينوزين خارج الخلية المثبط للمناعة (eADO) بواسطة إنزيمات CD39 (إكستونيوكليوتيداز ثلاثي الفوسفات ثنائي الفوسفات-هيدراز 1) وCD73 (5′-نيوكليوتيداز) المثبتة على الغشاء [296]. على الرغم من أن مسارًا غير تقليدي آخر يشارك أيضًا في توليد الأدينوزين والذي يشمل نشاط CD38 (NAD إكستوهيدراز)، وCD203a (إكستونيوكليوتيداز بيفوسفاتاز/فوسفوديستراز عضو 1)، والفوسفاتاز القلوي غير النوعي (TNAPs) بشكل جماعي مما يجعل بيئة الورم مثبطة للمناعة [297]. يعمل الأدينوزين ك ligand لمستقبلات الأدينوزين الخاصة التي تتوزع على نطاق واسع في جميع أنواع الخلايا بما في ذلك خلايا المناعة. مستقبلات الأدينوزين (مستقبلات G-protein من النوع P1) هي من أربعة أنواع متميزة وA 3 ، وتعمل عن طريق تعديل نشاط إنزيم أدينيلات سيكلاز مما يؤثر على مستويات cAMP داخل الخلايا [296]. من بين هذه المستقبلات، تعتبر مسارات مستقبلات A2A وA2B التي تنشط بواسطة eADO مرتبطة بشكل أساسي بقمع المناعة، وبالتالي تعتبر حاليًا حاجزًا رئيسيًا أمام العلاج المناعي.
مقاومة خلايا الورم للعلاج المناعي. يؤثر تنشيط مسار الأدينوزين على تنشيط اللمفاويات بما في ذلك الخلايا المناعية المتسللة إلى الورم، والخلايا النخاعية، وخلايا السدى المرتبطة بالورم، وبالتالي تساعد خلايا الورم على التهرب من استجابة الخلايا المناعية المضادة للورم مما يؤدي إلى مقاومة العلاج [297]. لذا فإن استهداف CD39 وCD73 ومستقبلات الأدينوزين في وجود علاج نقاط التفتيش المناعية (مضاد PDL1/PD1؛ مضاد CTLA-4) يمكن أن يثبت أنه استراتيجية مناعية جديدة ضد خلايا السرطان المقاومة للمناعة. على سبيل المثال، أظهر العلاج المشترك لمثبط CD39 (POM1) والأجسام المضادة المضادة لـ PD1 وCTLA-4 في نموذج الفئران المزروعة بخلايا الميلانوما B16-F10 انخفاضًا ملحوظًا في عبء الورم وزيادة في بقاء الفئران الحاملة للورم [298]. على الرغم من أن بيانات القوارض واعدة جدًا، إلا أن القضية الرئيسية في هذه النتيجة هي ما إذا كان يمكن ترجمتها إلى البشر.

يحدث تمثيل الأدوية من خلال مرحلتين مختلفتين متتاليتين تُسمى “المرحلة الأولى” و”المرحلة الثانية”. تعتبر إنزيمات السيتوكروم P450 (CYPs) هي الإنزيمات الرئيسية في المرحلة الأولى، بينما تعتبر إنزيمات الجلوتاثيون-S-ترانسفيراز (GSTs) وUDP-جلورونوسيل ترانسفيراز (UGTs) هي الإنزيمات الرئيسية التي تنتمي إلى المرحلة الثانية ولها دور في تأثير الأدوية المضادة للسرطان. يتم مناقشة الآلية التفصيلية لتمثيل خلايا السرطان في مقاومة الأدوية أدناه.

طورت العديد من الأورام مقاومة ضد أدوية العلاج الكيميائي، إما من خلال تعطيل الدواء أو عن طريق تقليل فعاليته. يحدث جزء كبير من تنشيط الدواء وتعطيله من خلال نظام السيتوكروم P450 (CYPs) في الكبد [299، 300]. على سبيل المثال، يتم استقلاب الدواء المضاد للسرطان سيكلوفوسفاميد (مثبط الانتقال) المستخدم في مجموعة متنوعة من الأورام البشرية (الثدي، اللمفوما) جزئيًا أولاً إلى المستقلب النشط 4-هيدروكسي-سيكلوفوسفاميد (OHCP) بواسطة أشكال CYP [301]. يشكل OHCP توازنًا مع الألدهيد التاوتومري الخاص به “ألدوفوسفاميد” (ALDO)، الذي يتم إطلاقه ويدخل إلى خلايا السرطان الأخرى حيث يتم تحويله إنزيميًا ( فوسفوديستراز) إلى رابط DNA-RNA فوسفوراميد الخردل (PM) ذو الأهمية السريرية [302، 303]. وقد وُجد أن خلايا السرطان المقاومة المختلفة (مثل سرطان الثدي وما إلى ذلك) لديها جينات CYP متحورة مما يقلل من فعاليتها في تنشيط الأدوية ويؤدي إلى تحلل الأدوية أو إفرازها دون التأثير على خلايا السرطان [299، 304]. لذا في مثل هذه الحالات، يمكن أن يكون تنشيط CYP من خلال العلاج الجيني أو استخدام مقلدات CYP مفيدًا جدًا لاستعادة حساسية الأدوية لهذه الخلايا.

داخل الجسم، التفاعلات بين الأدوية وأنواع مختلفة من البروتينات (مثل الإنزيمات) تنشط الأدوية من أجل
عملها [305]. ومع ذلك، تظهر خلايا السرطان مقاومة للأدوية عن طريق تغيير موقع تحفيزي أو هيكل إنزيم مما يؤثر على تفاعلها مع الأدوية وبالتالي يؤدي إلى تغيير في طريقة عملها. على سبيل المثال، تعبر خلايا AML المقاومة للسيترابين (نظير السيتيدين) عن كيناز الديوكسي سيتيدين المتحور (منشط السيترابين)، مما يقلل من نشاط الدواء وبالتالي تطور المقاومة [306، 307]. وبالمثل، فإن مقاومة دوكسوروبيسين (نشط) في سرطان البروستاتا والثدي ترجع أساسًا إلى التحول الإنزيمي إلى دوكسوروبيسينول (غير نشط) بواسطة الإنزيم المفرط التعبير عنه ألدو-كيتو ريدوكتاز، وقد أظهرت العلاجات المركبة أنها فعالة جدًا في زيادة النشاط العلاجي لـ DOX [308، 309].

الجلوتاثيون (GSH) الذي يحفز بشكل رئيسي المرحلة الثانية من تمثيل الأدوية هو جزيء ثيول منخفض الوزن الجزيئي يتم تصنيعه في الخلايا. يلعب GSH دورًا أساسيًا في حماية الخلايا من سمية الكهارل الغريبة، والأضرار التأكسدية، والحفاظ على توازن الأكسدة والاختزال [53]. وقد تم الإبلاغ عن أن GSH يثبط السمية الخلوية الناتجة عن سيسبلاتين وينشط نشاط ناقل ABC مما يؤدي إلى مقاومة في العديد من السرطانات (مثل خلايا اللوكيميا L1210 وما إلى ذلك) ضد سيسبلاتين [310، 311]. يفتح هذا نافذة علاجية جديدة لاستهداف GSH (مثل بيوثيونين-سلفوكسيمين) التي قد تزيد من حساسية خلايا السرطان المقاومة تجاه سيسبلاتين.

تتأثر فعالية الدواء بهدفه الجزيئي ويقلل التغيير في الهدف من تأثير تفاعل الدواء معه. على سبيل المثال، يستهدف دوكسوروبيسين بشكل خاص التوبويزوميراز II ويمنع تكرار DNA. ومع ذلك، تعبر بعض خلايا السرطان في رد فعل عنيف عن التوبويزوميراز II المتحور مع قدرة ارتباط أقل على دوكسوروبيسين وبالتالي تصبح أقل حساسية له [312]. علاوة على ذلك، في سرطان الرئة غير صغير الخلايا (NSCLC)، فإن الطفرة في مجال كيناز EGFR (T790M) تجعلها مقاومة لجيفيتينيب [313، 314]. وبالتالي، فقد أظهرت المستوى الثانوي من مثبطات كيناز التيروزين مثل بوناتينيب نتائج واعدة في مثل هذه الحالات.
تظهر خلايا السرطان مقاومة للأدوية إما عن طريق تقليل الامتصاص أو تعزيز تدفق الأدوية أو كليهما من خلال مستقبلات وناقلات متحورة [315]. يمكن أن تنقل الناقلات المرتبطة بالغشاء المعروفة باسم بولي ببتيدات نقل الأنيونات العضوية (مثل OATP1B1 وOATP1B3 وOATP1A2) باكليتاكسيل، ميثوتريكسات، فلافوبيريدول، مثبطات كيناز التيروزين، إيرينوتيكان، سيسبلاتين وتلعب دورًا حاسمًا في المقاومة في الزوائد في الأمعاء الغليظة وسرطان القولون [316-319]. علاوة على ذلك، في سرطان الكبد الخلوي (HCC) وسرطان القناة الصفراوية (CGC) واللوكيميا النخاعية المزمنة (CML) يبدو أن تراكم أدوية السرطان أقل
(مثل إيماتينيب) يبدو أنه يتم بوساطة انخفاض في تعبير OATP1B1 وOATP1B3 وOATP1A2 أو وظيفتها [317، 320، 321]. أظهرت دراسات مختلفة أن ناقل الكاتيون العضوي-1 (OCT1) يشارك في امتصاص أدوية مضادة للسرطان الكاتيونية القوية، مثل سيسبلاتين، الأنثراسيكلينات، وسورافينيب وأن نشاطه غير منظم في العديد من السرطانات مثل سرطان القولون والكبد [322-325]. بالإضافة إلى ذلك، تم إثبات أن امتصاص إيماتينيب في CML يعتمد على تعبير OCT1 ويعتبر درجة تعبير OCT1 علامة حيوية مفيدة للتنبؤ بفعالية العلاج القائم على إيماتينيب في مرضى اللوكيميا [326]. تم مؤخرًا إظهار أن الناقل النحاسي عالي الألفة (CTR1) ينقل أدوية البلاتين، مما يبرز الوظيفة الحاسمة لـ CTR1 في حساسية أدوية البلاتين في العلاج الكيميائي للسرطان [327، 328]. أظهر تجربة سريرية واعدة من المرحلة الأولى باستخدام العلاج المشترك للترينتين (مخلب نحاسي) وكاربوبلاتين أن CTR1 يحقق امتصاصًا أعلى لسيسبلاتين ونتائج أفضل [329، 330].

أكثر الجينات المتعلقة بتدفق الأدوية التي تم دراستها هي أعضاء من عائلة ABC (عائلة كاسيت ربط ATP) [331]. وقد أظهرت الدراسات أن أشكال ناقل ABC مثل , وعائلات ABCG، يتم التعبير عنها بشكل مفرط في خلايا الورم، وتشارك في مقاومة العلاج الكيميائي [331]. على سبيل المثال، يؤدي التعبير العالي عن ABCB1 إلى مقاومة لمثبط كيناز أورورا المضاد للسرطان المستخدم على نطاق واسع (GSK-1070916) في خلايا سرطان القولون [332]. يُعتبر ABCC2 له دور كبير في مقاومة سرطان القولون لمشتقات البلاتين لأنه يمكنه تصدير مركبات الجلوتاثيون-سيسبلاتين بشكل فعال، وفي خلايا سرطان القولون، وُجد أن تعبير بروتين مقاومة الأدوية المتعددة (MRP2 أو ABCC2) كان أعلى بشكل ملحوظ بعد علاج سيسبلاتين [333، 334]. ومع ذلك، تم الإبلاغ أيضًا عن أن الناقلات غير ABC تساهم في تدفق الأدوية والمقاومة. على سبيل المثال، تشارك بروتينات ATPases من النوع P الناقلة للنحاس “مينكس وويلسون” في إزالة الأدوية الخلوية المختلفة مثل سيسبلاتين [335-337]. يلعب بروتين الفولت الرئيسي (MVP)، أو بروتين المقاومة المرتبط بالرئة (LRP)، على الرغم من أنه ليس مضخة، دورًا مشابهًا في مقاومة العلاج الكيميائي المعتمد على النقل. يقوم MVP بإنشاء عضيات نانوية سيتوبلازمية تُسمى الفولتات التي يمكن أن تحتوي على أدوية مضادة للسرطان مثل دوكسوروبيسين وسيسبلاتين (مثل في الأورام المبيضية) وبالتالي تقلل من تركيزاتها النشطة داخل الخلايا مما يؤدي إلى المقاومة [338-340].

الالتهام الذاتي هو عملية تحلل داخل الخلايا ويعمل على دعم بقاء الخلايا في ظروف ضغط مختلفة، ومع ذلك، في الحالات القصوى، يكون مسؤولاً عن
الموت الخلوي المبرمج من النوع 2 [133، 341]. في أنواع مختلفة من السرطان، يمكن أن تلعب الأوتوفاجي دورًا متناقضًا إما في دعم أو تحفيز الموت وتعتمد على السياق [342-347]. ومع ذلك، فإن دور الأوتوفاجي في مقاومة الأدوية هو موضوع ناشئ وفهم عميق لهذه العلاقة يمكن أن يكون حاسمًا من الناحية العلاجية للحد من أنواع السرطان المختلفة. أظهرت دراسات متعددة أن الأوتوفاجي يلعب دورًا مركزيًا في مقاومة الأدوية من خلال إعادة تدوير الجزيئات الحيوية، وتفكيك البروتينات والأعضاء المشوهة، وبالتالي منع تلف الحمض النووي [348-350]. وقد اقترحت بعض التقارير أن استجابة تلف الحمض النووي يمكن أن تنشط أيضًا الأوتوفاجي عبر مسار إصلاح ATM (الذي يسبب عدم التنسيق) وإعادة التركيب المتماثل (HR) [351، 352]. وقد وُجد أن دواء الأنثراسيكلين إبيروبيسين الذي يحفز الأوتوفاجي يزيد من تنظيم بروتينات P-gp ويقلل من تنظيم مسار إشارة NF-кB، مما يعيق تفعيل الموت الخلوي ويعزز مقاومة الأدوية [353]. تم تعزيز حساسية التاموكسيفين في خلايا سرطان الثدي الإيجابية لمستقبلات الإستروجين المقاومة من خلال تثبيط الأوتوفاجي، مما يؤدي إلى تحفيز موت الخلايا [354، 355]. في الأورام السليفة المعوية، يتسبب العلاج المشترك مع إيماتينيب ومثبطات الأوتوفاجي (مثل الكلوروكين) في تحفيز الموت الخلوي [356، 357]. الشبكة الإندوبلازمية (ER) هي هيكل فرعي خلوي أساسي يحافظ على توازن الخلايا ويمكن أن تتعطل بسبب مجموعة متنوعة من الحالات المرضية مثل السرطان، مما يؤدي إلى تحفيز إجهاد الشبكة الإندوبلازمية، والذي إذا استمر يمكن أن يقتل خلايا السرطان من خلال تحفيز الموت الخلوي والموت الحديدي أو يساعدها على النمو والبقاء وتحفيز مقاومة الأدوية إذا تم تنشيطه بشكل معتدل [358]. يؤدي إجهاد الشبكة الإندوبلازمية إلى UPR، الذي يتم تنظيمه بواسطة إنزيم يتطلب الإينوزيتول-1 (IRE1). )، تنشيط عامل النسخ 6 (ATF6)، كيناز البروتين الشبيه بـ RNA (PERK)، وقد وُجد أن هذه المسارات الإشارية تعبر بشكل مفرط في أورام بشرية متنوعة مثل سرطان الثدي والدماغ والكبد والرئة والبنكرياس، مما يساهم في بقائها ومقاومتها للعلاج [358]. سرطان الكبد hepatocellular carcinoma (HCC) هو سرطان مميت على مستوى العالم وغالبًا ما يتم تشخيصه في مراحل متقدمة ويتميز بمقاومة داخلية عالية للأدوية مما يؤدي إلى فعالية علاجية محدودة. وُجد أن الإجهاد الناتج عن الشبكة الإندوبلازمية (ER stress) عبر هذه المسارات الإشارية UPR بما في ذلك ATF6 وIRE1 وPERK، يلعب دورًا حاسمًا في تحفيز مقاومة العلاج الكيميائي في HCC من خلال التعبير المفرط عن ناقلات ABC مثل MDR1 وMDRP1 وMDRP2 [359، 360]. يرتبط تحفيز الإجهاد المعتدل في الشبكة الإندوبلازمية بتفعيل الجينات المعززة للبقاء التي تنظم أيض الأحماض الأمينية، والشوارد في الشبكة الإندوبلازمية، والتفاعل الأكسدي، وطوي البروتين، والالتهام الذاتي [361]. في بعض حالات السرطان مثل HCC، وُجد أن تفعيل الالتهام الذاتي الناتج عن الإجهاد في الشبكة الإندوبلازمية يلعب أيضًا دورًا في زيادة MRP1 الذي يعزز تدفق الأدوية أو المعادن الثقيلة السامة خارج الخلايا، وبالتالي حماية الخلايا.
من الموت الخلوي المبرمج. تم إظهار أن الالتهام الذاتي يؤثر على بعض الإنزيمات المقاومة للأدوية الحاسمة (إنزيمات إزالة السموم) مثل إنزيم الألدهايد ديهيدروجيناز (ALD1A3) وبالتالي يتوسط في مقاومة الأدوية المكتسبة في خلايا الورم الدبقي البشري المعالجة بالتيموزولوميد. في خلايا المبيض البشري (متلازمة المبيض المتعدد الكيسات – PCOS) يلعب تحفيز الالتهام الذاتي الشاذ عند إطلاق مجموعة الصندوق عالي الحركة 1 (HMGB1) دورًا في تحقيق مقاومة الأنسولين من خلال تقليل تنظيم IRS-1 وAKT وانتقال GLUT4. بينما في خلايا سرطان الكبد الخلوي، تم إظهار أن HMGB1 يعزز مقاومة الدوكسوروبيسين من خلال تحفيز الالتهام الذاتي AMPK وحمايتها من الموت الخلوي المبرمج من النوع 1. وُجد أن الالتهام الذاتي يلعب دورًا وقائيًا خلويًا في خلايا مقاومة الموت TNF-TRAIL من خلال احتجاز وتفكيك وتعطيل الكاسبيز 8، مما يحمي خلايا السرطان من الموت. ومع ذلك، هناك تقارير عديدة تفيد بأن تنشيط الالتهام الذاتي لفترة طويلة أو مستدامة يمكن أن يؤدي إلى الموت الخلوي المبرمج من النوع 2. على سبيل المثال، يؤدي علاج الريسفيراترول (مركب نباتي مشتق) إلى تحفيز إشارة قوية للالتهام الذاتي (تراكم p62) من خلال تنشيط JNK مما يؤدي إلى الموت في خلايا اللوكيميا المزمنة الميول النخاعية المقاومة للإيماتينيب. في بعض الحالات، يؤدي تنشيط الالتهام الذاتي إلى قمع مقاومة الأدوية ويحفز الموت المعتمد على العلاج أو غير المعتمد عليه. على سبيل المثال، أظهر العلاج المشترك لـ ABT-88 (مثبط بروتين البوليميراز) والتيموزولوميد أنه ي Sensitize خلايا الورم الدبقي المقاومة للتيموزولوميد من خلال تحفيز انكسارات مزدوجة في الحمض النووي وتفعيل الالتهام الذاتي القاتل والموت الخلوي في الوقت نفسه. لذا، فإن الالتهام الذاتي في معظم الحالات يعارض تأثير الأدوية المضادة للسرطان على خلايا الموت من خلال الموت الخلوي المبرمج، وبالتالي يعمل كمسار خلوي دفاعي ويدعم مقاومة الأدوية.

استهداف الالتهام الذاتي باستخدام مثبطات دوائية أو عن طريق كتم الجينات في وجود أدوية مضادة للسرطان يمكن أن يزيد من الكفاءة العلاجية ويقلل من مقاومة الأدوية، مما يمكن أن يكون مفيدًا لزيادة بقاء المريض.

تُستخدم العديد من أدوية السرطان المعروفة في السوق بشكل رئيسي ضد أنواع مختلفة من الأورام مع نتائج إيجابية، ومع ذلك، فإن بعض خلايا السرطان تغير تعبير البروتينات أو الشكل الخارجي لتصبح غير مستجيبة وتحقق المقاومة. دوكسوروبيسين (DOX) هو دواء معروف مضاد للسرطان من فئة الأنثراسيكلين، وقد تم إثبات أنه يفرط في التعبير عن مسارات الإشارة (غير المستهدفة) PI3K/AKT وNF-кB وERK/MAPK، والتي تتحمل المسؤولية الرئيسية عن مقاومته من خلال تثبيط البروتينات المرتبطة بالموت المبرمج والموت الذاتي – Bcl-2 وcas-pase-3/7/8/9 وp62 وLC3-I/II في الرحم والثدي.

سرطان [372-376]. بالإضافة إلى ذلك، تم ربط مقاومة دوكسوروبيسين في العديد من الأورام الخبيثة (مثل خلايا سرطان المعدة) بزيادة تنظيم الفوسفاتاز ثنائي الخصوصية 4 (DUSP4)، أو فوسفاتاز MAPK 2. أصبحت الخلايا أكثر حساسية للدوكسوروبيسين عندما تم تقليل DUSP4 [377]. تساهم ناقلات مقاومة الأدوية المتعددة أيضًا في نقص دوكسوروبيسين في السرطانات بما في ذلك سرطان المثانة، وسرطان الخلايا الحرشفية في المريء، أو سرطان الثدي، من خلال التعبير المفرط عن MRP2 (cMOAT أو ABCC2) وهي المسؤولة بشكل رئيسي عن تدفقه خارج الخلايا [378-380]. تستخدم الأورام الثلاثية السلبية (TNBCs) استراتيجيات مختلفة ضد دوكسوروبيسين وتدافع عن نفسها من خلال زيادة تنظيم نظام/تسلسل مكونات المكمل (C1ra، C1s، C2، C3، C4a، C5، C7، C8a، C8b) وتنشيط الخلايا المناعية المتعددة (MDSCs) وبالتالي تصبح مقاومة للمناعة [381].
وبالمثل، فإن مقاومة السيسبلاتين تظل عائقًا في علاج أنواع مختلفة من السرطان. عند دخولها إلى الخلية، تتفاعل مع مجموعة من الجزيئات بخلاف الحمض النووي، مثل الجلوتاثيون المحتوي على الكبريت (GSH)/المعدن الثيونيين (MT) التي تحبس السيسبلاتين ثم تقضي عليه من الخلية. علاوة على ذلك، فإن عامل الزنك الأصبع 143 (ZNF143)، وبروتين ربط Y-box-1 (YB-1)، وعامل النسخ المنشط 4 (ATF4)، وعامل النسخ المرتبط بـ CCAAT 2 (CTF2)، وبروتينات إصلاح الحمض النووي (مثل منتج جين XRCC1؛ YB1؛ إلخ) وعامل النسخ الميتوكوندري A (mtTFA) هي بعض عوامل النسخ التي تم ربطها بمقاومة CDDP. دواء معروف آخر هو باكليتاكسيل (PTX)، الذي ينتمي إلى فئة التاكسين من العوامل المضادة للسرطان التي تؤثر على الاستقرار الطبيعي للأنابيب الدقيقة أثناء انقسام الخلايا.
فعّال ضد أنواع مختلفة من السرطان مثل سرطان الثدي والمبيض، إلخ. على الرغم من أن التوبولين هو الهدف الرئيسي لـ PTX، فقد تم اكتشاف أنه يهاجم أيضًا الميتوكوندريا ويعيق نشاط بروتين مثبط الموت الخلوي Bcl-2 (بروتين سرطان الدم B للخلايا). مثل الأدوية المضادة للسرطان الأخرى، يمكن أن يؤدي علاج PTX إلى مقاومة عن طريق تحفيز التعبير المفرط لبروتين المحرك MCAK (الذي يؤدي إلى تفكيك التوبولين)، ويؤثر على الدهون الغشائية (مثل سينثاز الأحماض الدهنية، ليبين، إلخ)، وبروتينات نقاط تفتيش دورة الخلية المعدلة (BUB1، CCNB1، CENPE، CENPF)، وزيادة بروتينات مسارات إصلاح تلف الحمض النووي (مثل hMSH2)، وارتفاع بروتينات الطرد (MDR1، MDR3، إلخ).

مقاومة الأدوية هي تحدٍ سريري كبير يسمح بتقدم السرطان بشكل غير متحكم فيه وانتكاس الورم مما يؤدي إلى تقليل بقاء المرضى. تحقق خلايا السرطان مقاومة الأدوية تحت الضغط العلاجي من خلال تعديل البيئة الدقيقة للورم، وتغيير أهداف الأدوية، وإعادة توصيل العمليات الجينية، والوراثية، والتمثيلية التي تساعدها على النمو والبقاء في مثل هذه الظروف. لذا من الضروري فهم الآليات المتدرجة لمقاومة الأدوية التي تكتسبها خلايا السرطان المختلفة لتحقيق المقاومة تجاه أدوية العلاج الكيميائي المحددة. خلايا السرطان داخل الأورام غير متجانسة مع العديد من أنواع الخلايا المعدلة جينياً مثل خلايا السرطان الجذعية وتتصرف بشكل مختلف تجاه أدوية العلاج الكيميائي. لقد أظهرت التجانس الورمي أنه يلعب دوراً حاسماً في مقاومة أدوية السرطان، من خلال تحويل بيئة غير داعمة.
تحويل البيئة المضادة للورم إلى بيئة داعمة ومؤيدة للورم. علاوة على ذلك، يمكن لبعض خلايا الورم أن تحفز إعادة برمجة خلايا السدى وخلايا المناعة، مما يؤدي إلى إفراز عوامل متنوعة مثل السيتوكينات، التي تعزز تقدم الورم وتثبط موت الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، ظهرت خلايا السرطان الجذعية كلاعبين رئيسيين في المشهد المعقد لمقاومة أدوية السرطان. تكتسب هذه الخلايا قدرات ملحوظة لمقاومة العلاجات التقليدية، مما يؤدي إلى تكرار المرض وانتشاره كما تم شرحه بالتفصيل في القسم الرابع. تلعب خلايا السرطان الجذعية دورًا رئيسيًا في تطوير مقاومة الأدوية وانتكاسة الورم. تساهم الخصائص الفريدة لخلايا السرطان الجذعية، مثل التجديد الذاتي وإمكانية التمايز، وزيادة التعبير عن لجنات مثبطة للمناعة على سطح الغشاء وإفراز مجموعة متنوعة من العوامل الكيميائية/السيتوكينات، بشكل جماعي في مقاومة العلاج وتطرح تحديات كبيرة في تحقيق الشفاء على المدى الطويل. لذلك، فإن استهداف خلايا السرطان الجذعية يفتح آفاقًا لاستراتيجيات علاجية مبتكرة يمكن استخدامها بالاشتراك مع أدوية كيميائية أخرى قد تحمل وعدًا في التغلب على مقاومة الأدوية وتحسين نتائج المرضى. واحدة من الآليات السائدة لمقاومة الأدوية التي تحتاج إلى التركيز عليها هي المشاركة في طرد الأدوية الكارهة للماء، التي تسهلها ناقلات ABC المعتمدة على ATP. أحد الأعضاء المدروسة جيدًا من ناقلات ABC، P-gp، وهو بروتين غشائي متكامل، يتم تنظيمه بشكل متكرر في أنواع مختلفة من الأورام. على وجه التحديد، من المحتمل أن يلعب فهم شامل للآليات المعقدة التي تكمن وراء مقاومة الأدوية المتعددة في خلايا السرطان دورًا محوريًا في تطوير أساليب مبتكرة لعلاج السرطان في السنوات القادمة. ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من العمل من المستوى الجذري باستخدام اختبارات عالية الإنتاجية (على مستوى الخلية الواحدة) لمختلف أقسام نفس عينات الورم للعثور على هدف محدد للعلاج أو العلاج المركب كما تم مناقشته أعلاه. قد يساعد تحقيق هذا الهدف في معالجة خلايا السرطان العدوانية والمقاومة المتطورة مما يؤدي إلى تقليل الشدة وتحسين بقاء المرضى.

نود أن نشكر – أبو بكر واني (مستشفى سانت جود للأطفال، الولايات المتحدة الأمريكية) على مناقشاتهم المثمرة ومدخلاتهم القيمة.بيورندر.كومللفقرات 2 و 4 و 5 و 6. نود أيضًا أن نشكر CSIR-IIIM على توفير رقم موافقة النشر (رقم تعريف النشر المؤسسي CSIR-IIIM/IPR/00506).

أشرف ف.م وس.ك على العمل؛ س.ك ابتكر الفكرة، س.ك صمم العمل؛ س.ك، ك.ف وس.أ كتبوا المخطوطة؛ س.ك (1، 3)، ك.ف (2، 4)، س.أ (5، 6) أعدوا الأشكال؛ س.ك عدل الأشكال 1، 2، 3، 4، 5، و6؛ ف.م، س.ك، ك.ف، وس.أ راجعوا ووافقوا على المخطوطة النهائية.

يعلن المؤلفون أنه لم يتم تلقي أي دعم مالي لهذه الدراسة.

غير قابل للتطبيق.

غير قابل للتطبيق.

جميع المؤلفين المساهمين يوافقون على نشر هذه المقالة. (يرجى تضمين البيانات المناسبة).

يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح متنافسة.

تاريخ الاستلام: 1 يوليو 2023 تاريخ القبول: 30 أغسطس 2023
نُشر على الإنترنت: 12 فبراير 2024

تظل Springer Nature محايدة فيما يتعلق بالمطالبات القضائية في الخرائط المنشورة والانتماءات المؤسسية.

Keywords Autophagy, Apoptosis, Drug resistance, Cancer stem cells, Multi-drug resistance, Immune cells

Presently one of the challenging aspects of anti-cancer treatment is drug resistance where cancer cells become forbearing to the treatment thus worsening the conditions of patients [1,2]. Although, various cancer types are initially sensitive to pharmacological agents, over the time they acquire resistance and attain more aggressive nature [3, 4]. Advances made in discovering targeted

therapies in recent years led to the approval of various impactful anti-cancer agents, nonetheless, resistance still owes a big hindrance to their success besides accounting for their life-threatening side effects [5, 6]. Cancer cells show evolving behavior of recurrence, dormancy, and drug resistance even after using conventional treatments (surgery, chemotherapy, etc.) mostly contributed by vicious cancer stem cells (CSCs) [7, 8]. Advanced and more potent chemotherapeutic drugs have been able to succeed the previously available anticancer drugs individually or chronologically or in combination with prevailing treatments [9]. Moreover altered chemotherapeutic dose intensity tactics like intermittent administration or higher doses along with supplements and growth factors to suppress the side effects on bone marrow have proved to be effective in preventing the regrowth of tumor [1012]. Regardless of this, cancer drug resistance remains to be a major hurdle in medical oncology, therefore understanding the resistance mechanisms (innate as well as
acquired) and developing next-generation targeted therapies is crucial for medical need [13, 14].
A complex interplay between intrinsic (innate) and extrinsic (acquired) factors of the cancer cell contributes to cancer resistance towards various therapies. Intrinsic factors include pre-existing genetic mutations, tumor heterogeneity, and activation of intracellular defense pathways, that confer resistance by activating various oncogenic pathways, altering drug targets, desensitization towards therapies, enhancing DNA repair mechanisms, as well as activation of survival pathways, thereby potentiating cancer cells to evade the cytotoxic effects of treatments [15]. While extrinsic factors mainly include tumor microenvironment (TME) components that actively participate in cancer cell ability to evade the cytotoxic effects of various anticancer therapeutics[16, 17]. The various TME components include the altered extracellular matrix (ECM), tumor-associated stromal cells, growth factors, extracellular vesicles (EVs), immune cells, etc. Tumor-associated rigid and condensed ECM affects the drug response by reducing drug transport and sequestering drugs through direct binding with it thus represents a significant mechanism of drug resistance in many solid tumors [18, 19]. Cancer-associated fibroblasts (CAFs) are another TME component that plays significant roles in tumor growth, metastasis and cancer therapy resistance by secreting various growth factors like Hepatocyte growth factor (HGF) and Epidermal growth factor (EGF); cytokines such as stromal cell-derived factor 1 (SDF-1) and interleukin-6 (IL-6) [20, 21]. Extracellular vesicles (EVs) of drug-resistant cancer cells can sequester and transport drugs to ECM. Moreover, EVs may be transferred from drug-resistant cancer cell to drug-sensitive counterparts and thus plays a role in the horizontal transfer of drug resistance in cancer cells by delivering specialized cargo which includes drug resistance-related proteins (P-gp, ABCG2, ABCA3, etc.), nucleic acids (mt DNA, mRNAs, miRNAs), onco-metabolites, antiapoptotic proteins [22, 23]. Targeting drug-resistant cancer cell-intrinsic and tumor microenvironment components, alone or in combination with anticancer therapies may prove to be a better approach in enhancing the efficacy of cancer treatments and improving patient outcomes. The details mechanism of the extrinsic and intrinsic factors implicated in drug resistance and the strategies to inhibit them are discussed in the below sections.

With the advancement in the study of drug-resistance, massive efforts on the development of successful therapies against various factors including RTKs, androgen, HER2 receptors and so on has lead to improved therapeutic options to a greater extent [24-31]. However progressive approaches of using precision immunological therapies were proven to be more successful in the
recognition and destruction of cancer cells with more tolerability and better remission. Widely used AntiCTLA and anti-PD-1/PD-L1 therapy remarkably show antitumor activity by dysfunctioning the negative regulators of the anticancer adaptive immune system, though the minimum chance of resistance and its limitations to a certain subset of cancer remains the concern [32-36]. Cancer cells follow the Darwinian selection pressure rule to achieve drug-resistant traits at genomic, epigenomic and proteomic levels for the survival of their fittest [3739]. With the advent of high throughput assays, the link between tumor heterogeneity and drug resistance came into existence which suggests that under selective drug pressure, few tumor cells divide and form a subpopulation of cells that may achieve features that enable them to become non-responsive to a particular drug over time [40-43]. Contrasting features of cancer cells and drugresistant cells are represented in Fig. 1.

In this review, we will discuss the spectrum of selective mechanisms displayed by cancerous cells to resist treatment, which is clinically the more difficult problem. We attempted to interconnect the multidrug-resistant pathways in various cancer types and acquire insights into these difficult aspects to support the development of next-generation cancer therapies such as more potent medicines and immuno therapies. Furthermore, this review tries to identify common themes and approaches that have been used successfully to target emerging resistance mechanisms.

The biology of normal cell transformation into cancer cells has been explained at the genetic/epigenetic and proteomic levels. However, reasons (usually random) for cancer initiation, development, and progression are not fixed and rather can be considered as unified perplexing dysregulation of crucial cellular processes [44, 45]. Cancer cells are always under stress and are continuously evolving, trying to adjust to the changing environment resulting in the emergence of a heterogenous population of cancer cells in the tumor that differ from each other at the molecular level. Moreover, their level of response to anti-cancer drugs also varies to a greater extent. Tumor heterogeneity is categorized into either intertumoral (heterogeneity between patients due to varying germline, somatic and environmental factors) or intratumoral (heterogeneity within patients due to uneven distribution of genetically diverse tumor subpopulations). The advent, advancement, and access to the genomic landscape (particularly, oncogenic drivers) of aggressive cancers like non-small-cell lung cancer (NSCLC), has updated the clinical strategies towards the personalized

or genotype-channeled approach with better outcomes [46, 47]. Despite the initial positive response, cancer cells develop resistance to targeted therapy in the long run of treatment indicating that cancer is very dynamic at the molecular level. Various studies have shown that intratumoral heterogeneity plays a crucial role in driving the advancement of cancer and drug resistance [48, 49]. Numerous factors are responsible for intratumoral heterogeneity, the most important is genomic variability caused by mutagen exposure like UV radiations, chemicals, chemotherapy, or dysregulation of signaling processes that maintain DNA repair, and redox balance of cells [42, 50-53]. The advanced high-throughput assays of large-scale genome sequencing enable us to highlight various genetic signatures associated with genetic instability and variability. For example, lung cancer caused by smoking was shown to be enriched with transversion at the genomic level [54, 55]. Different studies have shown that cancer progression is dependent on the abrupt mutation rate in certain cell types which upsets the balance between oncogenes and tumor suppressor genes thus promoting genetic diversity [56-58]. Another factor that participates in tumor heterogeneity is clonal evolution which follows the Darwinian selection hypothesis [59-61]. According to this hypothesis, continuous
division and chromosomal instability lead to a random chromosomal loss in various tumor regions that result in mutational heterogeneity with the outcome of the rise of evolving competitive sub-clones and Cancer stem cells (CSCs) and vice versa [62-64]. These clones formed so far expand either sequentially or by a branched approach and generate more genetic diversity in either way which is further selected under evolutionary pressure with better growth, resistance, and survival advantage [65]. Recent high throughput assays exercises like single-cell RNA sequencing and mutation characterization enable us to investigate and identify the evolutionary dynamics that occur in the particular tumor cell population in the same or different patients and have a flagging role in individualized therapy [66-69]. These diverse genomic changes contribute to acquiring beneficial properties like drug resistance and tumor recurrence in these selected cancer cells [68]. Tumor evolution contributes to the emergence of a multi-drug resistant (MDR) subpopulation of cells with varying treatment responses to the drugs than that of the primary tumor cells [70]. Chemotherapeutic pressure on the other hand plays an important role in the formation of more evolved resistant sub-clones with poorer outcomes [49, 70]. Recent studies have shown that co-existing tumor heterogeneity and immune landscape
analysis in a cohort of patients with HBV-associated human hepatocellular carcinoma (HCC) inhibits the T-cell infiltration and thus regulates the intratumoral immune suppressive microenvironment [71]. The finding is crucial to design effectual immune therapies that can be given individually or in combination with existing chemotherapies to sensitize the resistant cancer cells with better outcomes. Thus tumor heterogeneity and varied immune landscape are big hurdles to understanding the resistance and more emphasis on this difficult issue can give a better future direction to the cancer therapy.

The study of hereditary phenotypic variations without change in the DNA sequence is referred to as “epigenetics” and was initially introduced by Conrad Waddington (1940), who linked this term with gene and gene products [72]. Epigenetic variations are mostly caused by modifications in gene expression and function by histone modifications (acetylation, phosphorylation, ubiquitination, sumoylation, methylation) and DNA methylation [73]. Numerous investigations have demonstrated the importance of epigenetic modifications in drug-tolerant persister (DTP) cells and their role in the increased tolerance to higher drug pressure [74, 75]. Additionally, it has also been suggested that altering the epigenetic landscapes by DNA methylation (histone/non-histone changes) aids in the maintenance and survival of CSCs which have been shown to exhibit resistance features at the individual level [76]. So focusing on the epigenetic changes concerning the acquired resistant feature can be significant to find more potent targets with better efficacy. Numerous cancer hallmarks, including cellular proliferation, infiltration, metastases, and therapy response, have been linked to specific patterns of DNA methylation (DNAm) [77, 78]. Studies have shown that hyper and hypo-DNAm by DNMTs (DNA Methyltransferases) result in transcriptional silence of tumor-suppressive genes and transcriptional activation of proto-oncogenes respectively [78]. Further, it has been shown that hyper-methylation of the miR-129-5p CpG island induces miR-129-5p suppression, promoting chemo-resistance in gastric carcinoma cells [79]. The 5-azacytidine (5-AzaC; DNA methyl transferase inhibitor) treatment significantly decreased the chemo-resistance to cisplatin, 5-FU, and vincristine in gastric carcinoma MDR cell line SGC7901/VCR via restoring the activity of miR-129-5p by reducing their gene methylation status [79]. Hypo-methylation at promoter regions of various genes may likewise be used by tumors to develop resistance to chemotherapy. For example, it was found in the MCF-7 cell line, the promoter
region of GSTp, MDR1,uPA , and O(6)-methylguanine DNA methyltransferase (MGMT) are significantly methylated but in drug-resistant MCF-7 cells, these promoters were hypo-methylated and had a significant role in resistance. MDR1 gene’s hypo-methylation was linked to drug efflux protein (P-glycoprotein; P-gp) overexpression which in turn is responsible for resistance to doxorubicin (DOX) [80-83].

Furthermore, the level of DNA methylation is also crucial in regulating the fate of cells in many malignancies. At the transcriptional and post-translational levels, various anti- and pro-apoptotic signaling components are epigenetically controlled that affects apoptosis sensitivity or resistance. Apoptosis resistance develops when anti-apoptotic proteins like Bcl-2, Bcl-xl, IAPs, etc., and pro-apoptotic molecules like Bid, Bax, Bim, PUMA, and Noxa are expressed or activated oppositely respectively [84]. Baharudin and coworkers (2017) conducted DNAm sequencing on 5 recurrent and 43 non-recurrent colorectal carcinomas (CRC) patients undergoing 5-fluorouracil (5-FU) chemotherapy [85]. They found that the recurrent CRC group showed 4,787 differential methylated genes with 3,112 hypermethylated and 1,675 hypomethylated compared to the non-recurrence group. The hypermethylated genes were linked to the MAPK signaling pathway which is involved in the regulation of apoptosis and therapeutic resistance towards 5-FU in them [85]. The study also found that the administration of 5- AzaC administration improved 5-FU responsiveness in CRC SW480 cell lines [85]. These findings revealed that DNA methylation plays an important role in the development of therapeutic resistance, and targeting it in carcinoma patients would be an open option for a therapeutic approach. Histones are DNA-binding proteins and their binding affinity decides the DNA transcription. The binding affinity of Histone is dependent on epigenetic modifications of lysine or arginine residue catalyzed by histone lysine methyltransferase (KMTs) and protein arginine methyl transferase (PRMTs) both having a strong role in therapeutic resistance [86]. The most frequent KMT is G9a, which catalyzes the H3K9me1/2methylation a reversible silencing gene modification. Liu and coworkers ( 2017) showed a correlation between G9a expression in head and neck carcinoma patients with the anti-cancer drug response. The immunohistochemical analysis further revealed that patients overexpressing G9a were less sensitive to cisplatin than patients with lower expression of G9a [87]. Moreover, G9a has been shown to activate the GCLC (glutamate-cysteine ligase catalytic subunit) which increases cellular antioxidant glutathione (GSH), which protects against DNA damage by cisplatin and thus supports therapeutic resistance [53, 87]. Likewise, PRMTsmediated modifications are also shown to be responsible

for drug resistance in ovarian carcinoma towards cisplatin [88]. Chromatin and associated proteins were most affected by the PRMT1 modification, which resulted in genotoxic stress. It has been established that PRMT1 is recruited by DNA-PK (DNA-dependent protein kinase) to chromatin where it catalyzes the methylation of H4R3 and contributes to the stimulation of genes involved in the senescence-associated secretory phenotype (SASP), in turn increases tumor cells’ resistance to cisplatin by shielding them from DNA damage [88].

Cancer stem cells (CSCs) are evolving cells that can selfrenew and differentiate into other types of cancer cells. CSCs are identified by their surface markers as CD34 / in leukemia, in breast cancer, etc. John Dick (1997) was the first to isolate leukemia stem cells in acute myeloid leukemia (AML) patients [89, 90]. CSCs are known to play a role in tumor heterogeneity, metastasis, resistance, dormancy, and tumor relapse [21, 91-93]. Numerous pathways are involved in CSCs’ self-renewal as well as chemoresistance like Notch, Wnt, TGF- , and Hedgehog, targeting them has proven to be a promising therapeutic approach to overcome resistance. Various reports demonstrated that the expression of Notch1 plays a central role in increasing trastuzumab resistance in BT474, SK-BR3, and MCF-7 cells, and its inhibition (genetic or pharmacological) sensitizes these cells to trastuzumab [94-96]. Recently, Wang et al. (2022) reported that in prostate cancer stem-like cells, inhibition of the Notch-1 pathway by PF-03084014 ( -secretase inhibitor) increases the anti-cancer activity of docetaxel by reducing cell growth, sphere formation and inducing apoptosis [97, 98]. Furthermore, CSCs exhibit critical features of embryonic stem cells (ESCs) in terms of transcriptional factor expression (SOX2, OCT4, NANOG, MYC, KLF4, SALL4, and FOXM1) and signaling pathways (like Wnt/ -catenin, Hedgehog, Hippo, Notch, and

TGF- ) [99-101]. Studies reported that CSCs invariably hijack the pluripotent or oncofetal drivers like OCT4, SOX2, KLF4, MYC, SALL4, FOXM1, Wnt/ -catenin, Hedgehog, Hippo, TGF- of ESCs [99]. For example, the oncofetal circulating CSCs marker “Lin28B” is associated with the recurrence of hepatocellular carcinoma and acts as an ideal therapeutic target [102]. Targeting oncofetal stem cell markers are epitome therapeutic targets as they are not expressed in normal stem cells and can be exploited in various cancer types with better outcomes [103].

Conventional therapies have been found to give rise to CSCs which later play a role in tumor relapse and therapy resistance as shown by various in-vitro and in-vivo studies [104]. For example, radiation therapy-induced glioblastoma CSCs (CD133 /Prominin-1) formation supports radioresistance by activating DNA checkpoints and repair pathways. Thus glioblastoma radiosensitization was increased with the co-treatment of checkpoint or kinase inhibitors (Chk1 and Chk2) and radiotherapy [105]. Additionally, it was found that using a humanized monoclonal anti-VEGF antibody (Bevacizumab) was initially effective in decreasing tumor formation in Glioblastoma multiform (GBM) [106-108]. But due to the formation of resistant lineage and VEGF-VEGFR2-Neuropilin-1 autocrine signaling dominance over time, the clinical benefit lasted for a short period and later resulted in tumor relapse [107, 109]. Experimental investigations of urothelial bladder cancer (UBC), cisplatin, and gemcitabine-resistant cells (T24 and 5637) showed increased expression of CSCs compared to their chemosensitive counterparts via miR34a/GOLPH3 axis [110, 111]. Table 1 highlights the clinical trails targeting CSCs to overcome treatment resistance. Thus accumulating investigations insights us that existing CSCs pose a major hurdle in the currently available treatment strategies to restrict tumor relapse thus pushing our special focus on exploring novel CSCs targeted therapy.

Solid link between chemotherapy resistance with CSCs is not well explored but they evade the cytotoxic effect of the drug efficiently. However, some evidence suggests that CSCs amplified epigenetic changes, drug transporters, dormancy, and EMT-MET transitions that have a definite role to play in developing resistance [117, 118]. Dormancy is a key feature of CSCs that assist a small population of cells to survive under cytotoxic treatments that are known to be responsible for tumor relapse in the long run [119]. Additionally, reports suggest that CSCs exhibit higher expression of membrane ABC transporters, which expel drugs out of the cell and thus support resistance and tumor relapse [120]. For example in tri-ple-negative breast cancer (TNBC) CSCs, overexpression of ABCG2 has been linked with chemoresistance [121]. Additionally, Sissung TM et.al (2010) reported that expression of ABCG2 provides resistance to 5-FU, and doxorubicin in various cancer cell types by expelling drugs outside and thus protecting them from apoptosis [122-125]. CSC markers have been reported to promote multi-drug resistance by modulating drug efflux pumps. For example, CSC marker p-CD44 (Ser-291) prevents FBXO21 (Ubiquitin E3-ligase) mediated proteasomal degradation of P-gp on breast and ovarian cancer cells and thus remains active in expelling drugs from the cells and prevents its cytotoxic effects [126]. Moreover, recent high throughput studies have demonstrated that CSCs mostly reside in the region of low pH , fewer nutrients, and the hypoxic niche of tumors which evolve cells to progress in stressful conditions [127]. Hypoxia-mediated gene induction promotes CSC drug resistance by upregulating the expression of various types of ABC transporters such as MRP1 which is a downstream target gene of the HIF-1 axis [128]. Due to poor vasculature, drug distribution to cells residing in the hypoxic region is insufficient that provides them the advantage to survive and evolve with time to withstand the cytotoxic effect of the drug [129]. Moreover, the hypoxia-mediated acidic environment around the tumor acts as a physiological and chemical barrier against certain drugs [130,131]. The above description provides us insights into how CSCs utilize the different processes and environmental factors to proliferate and survive under unfavorable conditions.
Cell survival and cellular functions under nutrient deprivation, hypoxia, or in drug resistance, depend on an evolutionary conserved physiological process known as autophagy [53, 132-134]. Interestingly cancer and CSCs exploit this catabolic process to support tumorigenesis, maintain pluripotency, tumor progression, and relapse [135, 136]. For example, CD44 CD117 ovarian CSCs showed increased basal autophagy compared to their
non-stem cell counterpart, thus inhibiting autophagy by CRISPR/Cas9 ATG5 knockout making these CSCs chemosensitive [137]. Autophagy is known to reduce the chemotherapy-mediated oxidative stress in normal, cancer and CSCs thus protecting them from cell death [53, 138, 139]. Similarly, in cancer stem cells and normal stem cells, the marker enzyme aldehyde dehydrogenase (ALDH) oxidizes intracellular aldehydes and shields them from harmful consequences of reactive oxygen species (ROS) [140]. A surprising study has shown that the ALDH isoform (ALDH1A3) is responsible for lower doses of Temozolomide resistance in glioblastoma. Higher doses of Temozolomide were shown to induce direct physical interaction of ALDH1A3 with autophagy adaptor protein p62 thus leading to their degradation and reducing the resistance [141]. Yeo et al. (2016) demonstrated the tumorigenic dependence and stemness of and CD29hiCD61 breast cancer stem cells on autophagy which act through EGFR/STAT 3 and TGF- Smad signaling respectively [142]. Similar findings in TNBC CSCs showed that stemness (CD44 /CD24 Low) maintaining and microenvironment-modulating cytokine IL-6 secretion is regulated by autophagy through JAK/ STAT pathway. This highlights the importance of the IL-6-JAK-STAT3 pathway axis in CSCs development thus promoting drug (chemo/immune therapy) resistance in them [143-145]. Thus using IL-6 inhibitors like Tocilizumab (humanized IL-6R antibody) overcomes docetaxel resistance in TNBC CSCs by restricting the autocrine action of IL-1 on IL-6 induction [146].

Usually, traditional therapies kill cancer cells but cannot eliminate the small population of tumor cells known as CSCs or tumor-initiating cells (TIC), though they can be recognized and eliminated by the host immune system to a greater extent. However tumor microenvironment intervene the immune offense of tumor elimination and promotes immune suppression thus shifting equilibrium and later escape of CSCs [147, 148]. In various cancers like glioblastoma, lung, breast, etc., M1 (classically activated or pro-inflammatory) macrophages are attracted by chemotaxis (towards cytokines released by CSCs) to the tumor site where they get converted to M2 (alternatively activated or anti-inflammatory or tumor-associated) macrophages, secreting TGF- , IL-10, IL-23, and arginase 1 that creates immune-suppressive tumor microenvironment for tumor growth [149-152].

CSCs’ intrinsic immunosuppressive system releases cytokines such as IL-10, IL-4, IL-6, MIC-1, CCL2, CSF1, CSF2, HGF, MIF, CX3CL1, CSF2, PGE2, SDF-1,

Periostin (POSTN), CCL2, LOX, CCL3, CCL5, VEGFA, NTS exosomes and IL-8 that collectively plays a pivotal role in recruitment, polarization and ultimately M1/ M2 macrophage conversation [153, 154]. M2 in turn maintains CSCs features by releasing signaling molecules like CCL2, CCL5, CCL7, CCL8, CCL17, CXCL1, CXCL7, PTN, HMGB1, TGF- , IGF, IL ( , 35 ), etc. and thus support resistance and relapse of tumor [154]. For instance, in hepatocellular carcinoma (HCC), CD133 cells promote the M2 polarisation of TAMs by the release of IL-8 which in turn is responsible for the therapeutic resistance [155, 156].
CSCs-activated TAMs also inhibit T-cell cytotoxicity by overexpressing cancer immune checkpoint receptors such as programmed death ligand protein1 (PD-L1), and (CD80/CD86) that interact with programmed cell death protein-1 (PD-1) and cytotoxic T-lymphocyteassociated protein-4 (CTLA-4) on the surface of cells respectively, impairing the immune response and support anti-tumor immune resistance [157-159]. Additionally, HCC CSCs hijack TAM SIPR -CD47’s “Don’t eat me” signaling pathway to evade immune surveillance and prevent them from being phagocytosed by macrophages [160]. Surprisingly, blocking overexpression of the CD47 receptor in gefitinib resistant EGFR mutated NSCLC with a monoclonal antibody improved the phagocyte clearance of these cells [161]. This study supports the use of targeted monoclonal antibodies to neutralize CD47 as a promising immunotherapeutic approach for resistant EGFR-mutant NSCLCs. CSCs can control, antigen-presenting dendritic cells (DC: T & B-cell memory development) tolerance and prevent them from activating T cells [162-165]. Additionally, CSCs produce immunosuppressive cytokines (like IL-4, IL-10, TGF- , etc.), and co-inhibitory molecules (like IDO1, PD-L1, and B7-H3) that attract immunosuppressive DCs to suppress the anti-tumor immune system and activate/recruit immune suppressing Tregs [159, 166]. In glioblastoma, it was shown that CSCs promote Treg cell infiltration, reduce cytotoxic T-cell activation, and induce T-cell apoptosis by soluble Galectin-3 and B7-H1 signaling molecules [159]. It has been reported that CSC increases the production of G-CSF (Granulocyte colony-stimulating factor) which in turn recruits MDSC (Myeloid-derived suppressor cells) to the tumor site via mTOR signaling pathway and the amount of infiltrating MDSC is positively co-related to CSC existence in cancer patients [156]. MDSC produces immunosuppressive cytokines such as IL 10, TGF- , etc., increases PD-L1, and prostaglandin E2 (PGE2) expression, and recruits Tregs which collectively suppresses the T-cell ( ), maintains stemness (like in ovarian CSCs), and drug resistance[167-169], as shown in Fig. 2. In hepatocellular
carcinoma, the hypoxia-mediated CSCs attract MDSCs to the tumor site through ENTPD2/CD39 L1 signaling and halt the PD1 treatment, and the reduction of MDSC sensitizes these cells to 5-FU [170, 171]. Recently introduced CAR T cell (chimeric antigen receptor T cell) is an altered host white blood cell therapy, that has revolutionized anti-cancer immune therapy to cross the barrier of specificity and non-responders to standard therapy and was first tried on acute lymphoblastic leukemia (ALL) patients with better remission [172-174]. However, due to the constant threat of developing cytokine release syndrome (CRS) and early relapse of antigen-positive leukemia (loss of active CAR T cell-mediated surveillance) or later relapse (loss of antigen) of the tumor, limited the range of specific CAR T cells [175]. However recent cotreatment of CAR T cells with immunomodulators (immune check point inhibitors like PDL1-PD1 blockage) has shown to be promising in terms of the depth and durability of the treatment clinically [176-179]. The above description insights us into the importance of the ‘CSC-TME-immune’ triangular (Fig. 2) signaling interaction in tumor expansion and therapy resistance and its clinical significance. A comprehensive representation of immune and CSC in drug resistance linkage has been shown in Fig. 2.

Various studies have shown the emerging role of the Epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) program in tumor relapse, regulation of CSC phenotype, therapy hindrance, and anoikis resistance thus is clinically a relevant model to be targeted [117, 132, 180]. EMT is a highly conserved complex cellular program that transforms epithelial cells to attain a range of mesenchymal or CSCs features like increased cell mobility and upregulated drug efflux pumps. EMT transition usually happens under the influence of hypoxia, cytokines, or by activation of TGF- , Notch, hedgehog, and Wnt pathways [181, 182]. A spectrum of reports suggests that EMT signaling pathways act as a driving force in cancer metastasis and drug resistance [132, 183, 184]. Snail, TWIST, ZEB, N-cadherin, and fibronectin are the signatures of EMT each having a definite role in drug resistance. EMT-activator ZEB1 (zinc finger E-box binding homeobox 1) represses the expression of epithelial phenotype-promoting genes like miR-200, and miR-203 thus promoting stemness and subsequently resistance to chemotherapy [185-187]. ZEB1 and miR200 play a double negative feedback loop and repress each other’s function. Various groups have exploited this process and increased the miR200 in cancer cells artificially which induced partial chemosensitivity towards drugs [188-190]. So inhibiting ZEB1 at the

epigenetic level by using mocetinostat (Class 1 HDAC inhibitor) successfully restores miR200 and sensitizes pancreatic cancer cells towards chemotherapy [191].
Moreover, a cohort of large breast cancer samples has revealed that ZEB1overexpressing samples were less responsive to genotoxic epirubicin treatment. Upon dissecting the mechanism it was found that ZEB is actively activating ataxia-telangiectasia mutated (ATM) kinase at the transcriptional level by promoting the ZEB1/ p300/PCAF complex formation which resulted in the activation of homologous recombination DNA repair pathway [192]. EMT and the tumor cells microenvironment (TME) are linked through the FBXW7-ZEB2 axis to promote colorectal CSC formation and chemoresistance [40]. Moreover, through the FZD7/Wnt/ -catenin pathway, SOX8 facilitates EMT processes and supports chemo-resistance of Tongue squamous cell carcinoma (TSCC) [193]. Another EMT promoter TWIST1 stimulation by Metadherin (MTDH) resulted in CSC characteristics and drug resistance in MCF-7 cells [194]. Moreover, Mukherjee et al. also demonstrated that in TNBC cells, the SOX2-ABCG2-TWIST1 pathway plays a significant
role in regulating tumorigenicity and chemoresistance [195].

Subcellular organelles, despite their role in compartmentalizing the sub-organelle components at optimum; have been also identified to play an essential role in drug resistance [196]. After drug administration, the drug usually enters the cells to reach its targets which are mainly present in cellular organelles such as mitochondria, lysosomes, nucleus, ER, GB, and peroxisome or in the cytosol [197]. The functional features of these organelles, like membrane electrochemical gradient, drug transporter expression, protein compartmentalization, and intraluminal pH are uniquely different from one another. Various cancer cells hijack these features for tumor growth, survival and drug resistance.

The extracellular microenvironmental pH is 7.4 (basic) in normal tissue which is altered in the cancer microenvironment to 6.8 (acidic), favoring the activity of various metalloproteinases, activating several signal transduction pathways and acting as a chemical barrier for many

anticancer drugs that exuberate malignancy and tumor aggression [198-203]. Besides it has been found that malignant cells alter their cytosolic pH more towards basic (from 6.99-7.2 to ) thus generating a proton gradient across the plasma membrane which is utilized for direct generation of ATP [204-206] Fig. 3. Moreover, this altered pH gradient favors aerobic glycolysis instead of OXPHOS in cancer cells for fast energy generation and maintenance of the acidic microenvironment by lactate production which is essential for tumorigenesis and drug resistance [207]. Nuclear pH varies between 7.55-7.88 in normal cells and plays a significant role in DNA-histone and DNA-protein interaction thus influencing nuclear activity like DNA replication, epigenetic modifications, etc. [206, 208]. Since cancer cells proliferate indefinitely and have a higher epigenetic modification rate and thus become venerable to chemotherapy. With less evidence, nuclear pH alteration can act as a hurdle for anti-cancer drug activity and pose resistance to them, thus can be a useful parameter to be exploited to sensitize cells to drugs [209, 210]. The most active pH is found in endolysosomes which varies from 6 in early to 4.5 in late endosomes [211-213]. Oncogenic transformation is shown to change in lysosomal volume and its
subcellular location with less effect on pH change [214, 215] Fig. 3. Endolysosomes are an important component of the intracellular catabolic process called autophagy which clears the extra, unknown, deformed, and unused biomolecules from the cells by breaking them into smaller building blocks or energy units for the cell [53, 132-134]. Various reports suggest that endolysosome’s pH plays a pivotal role in drug resistance by accumulating and sequestering various chemotherapeutic drugs (a mostly weak base) that enter into them either by passive diffusion or through membrane-embedded P-gp pumps and are later expelled by exocytosis and thus generate chemoresistant cancer cells [216-219]. So the integrity of lysosomal membrane permeability (LMP) is necessary for cancer cells to be resistant and can be considered a therapeutically important subject. Various studies have shown that LMP inducers like chloroquine (CQ) can result in resistant cancer cell death by releasing sequestered drugs and proteasomes like cathepsin to act on the nucleus and induce apoptosis [220-222]. Moreover, CQ promotes the release of NO that efficiently inhibits P-gp activity and leads to the accumulation of chemotherapeutic drugs thus leading to death in the resistant hepatic carcinoma [223].

Mitochondria is another important organelle that generates ROS and ATP for the cell and plays a role in chemoresistance. A recent study has shown that cancer cells use mitochondrial ATP for ABC transporters activity which expels drugs out of cancer cells and is negatively regulated by methylation-controlled J protein (MCJ; endogenous negative regulator of ETC) [224-226]. In MDR NCI/ADR-RES ovarian and doxorubicin-resistant MCF-7 cells, MCJ deficiency was found to be responsible for maintaining the drug efflux pumps and supporting the resistance in them thus highlighting MCJ as a therapeutic candidate [227, 228]. Elisa et al. demonstrated that overexpression of UCP2 (uncoupler protein 2) in pancreatic cancer cells significantly decreases drug-mediated mitochondrial superoxide generation thus protecting them from apoptosis [229].
Studies show thatEndoplasmic reticulum (ER) plays a vital role in drug metabolism due to the presence of the drug-metabolizing enzyme “cytochrome P450″(CYPs). Lin. et al. demonstrated that the expression of cytochrome P450 enzyme CYP1B1 was higher in taxolresistant A549 cells compared to its parental A549 cells and inhibition of CYP1B1 by 4 hydroxy-emodin increased their sensitivity to Taxol [230]. The Golgi body (GB) functions as a post-translational trafficking
hub and has a role in drug resistance as well. In glioblastoma resistance cells, GB overexpresses various MDRs and sequesters the drugs by their secretary system which later exports drugs out of the cells, the process is reversed by P-gp inhibitors such as S9788 and PSC833, which reverses drug resistance [196]. The peroxisome an oxidative stress reliever of cells also plays a role in resistance as in lymphoma towards vorinostat by reducing ROS generation and inhibition of peroxisome activity was shown to increase the drug sensitivity of these cells [231-233]. The nucleus is the control center of eukaryotic cells and previous studies reported the expression of various kinds of ABC transporters such as P-gp on the membrane of the nucleus and its role in resistance to various anti-cancer drugs like doxorubicin in various cancers such as glioblastoma multiform (LN299) [234-237]. An image representation of the organelle’s role in drug resistance is shown in Fig. 4.

Despite the importance of organelles in cellular function is indispensable, however, different cancer cells hijack their function by molecular rewiring and exploiting them for their survival and drug resistance and thus can be considered as an extra therapeutic edge in the future.

The tumor microenvironment (TME) is a complicated and evolving “rogue organ” made up of stroma, extracellular matrix, immune cells, nervous and lymphatic systems, as well as its blood supply [238]. Cellular crosstalk between cancer cells and the ECM is a significant component of the TME which affects immune evasion and ECM remodeling that promotes tumor initiation, metastasis, and treatment resistance [238-240]. Each microenvironmental component, including cancer-associated fibroblasts (CAFs), immune cells, ECM components, exosomes, hypoxia, and acidic environment, plays a role in concert and contributes to the therapeutic resistance as described below.
i) CAFs (stromal cells): are activated fibroblasts, abundantly associated with cancerous cells in the TME, a variety of oncogenic cues like growth factors, chemokines, exosomes, etc. contributed by CAFs allow cancer cells to undergo EMT, evade therapies and potentiate them for tumor relapse [241-244]. CAF responds to the chemotherapeutic drug cisplatin used against esophageal squamous cell carcinoma (ESCC), by secreting paracrine signaling molecule plasminogen activator inhibitor 1 (PAI-1). PAI-1
in turn stimulates the survival of AKT and MAPK pathways to protect ESCC from ROS-mediated DNA damage and cell death under chemotherapeutic drug treatment thus supporting resistance [245]. Moreover, CAF-secreted hepatocyte growth factor (HGF) or TGF- – stimulates downstream PI3K-AKT/ MAPK/ERK/STAT pathways, thus leading to antiEGFR, anti-BRAF chemoresistance in colon cancer, glioblastoma, melanoma, etc. [246-249].
ii) ECM: The ECM is another factor that is made up of fibrous proteins like collagen, elastin, proteoglycans, microelements, water, etc., and plays an active role in therapeutic resistance (Fig. 5) [250, 251]. Tumor ECM is substantially different in structure and composition and exhibits fibroblastic/myofibroblastic infiltration, followed by the considerable buildup of collagenous matrix or desmoplastic stroma, obstructing anti-cancer drug delivery to cancer cells [251, 252]. It was found that cisplatin-resistant ovarian malignancy overexpresses COL11A1 (collagen type XI ) which increases the chemoresistance by activating tumor-favoring AKT /PDK1 pathways [253, 254]. ECM drug-resistant signals are transmitted mostly through membrane-bound cellular receptors (like integrins) that lead to significant intracellular rewiring and thereafter evolve cancer cells for
therapeutic resistance [255,256]. It has been shown that cancer cells TME/ECM lacking collagen or fibronectin or both were more sensitive towards cisplatin than their counterparts [257]. In continuing with this, Oxaliplatin’s effectiveness against colon cancer cells was increased by suppressing the subunit of integrin [258].
iii) Exosomes: Exosomes, also known as extracellular vesicles (EVs), which are produced by big multivesicular bodies (MVBs), facilitate cell-to-cell interaction by transporting bioactive cargos, across cells and efflux of undesirable molecules in healthy cells [259]. They are important signaling intercessors, playing roles in tumor growth, TME remodeling, metastasis, angiogenesis, as well as treatment resistance [260, 261]. Various cancerous cells hijack EVs for anti-cancer drug efflux which in turn results in drug resistance as shown in Fig. 5 [262, 263]. Mesenchymal stem cell (MSC) derived exosomes integrate into gastric tumor cells, enhancing CaM-Ks and downstream Raf/MEK/ERK signaling cascades pathway activation, which increases the expression of MDRrelated proteins resulting in gastric carcinoma chemoresistance [264]. Ovarian cancer drug-resistant cells showed increased cisplatin exosomal export along with the recruitment of efflux transporters ATP7A, ATP7B, and MRP2 (ABCB2) in neighboring cells to protect drug-mediated cell death [265].
iv) Hypoxia: The tumor’s aberrant vasculature and high oxygen demand result in hypoxia, and reduced availability of nutrients like glucose and vital amino acids [266, 267]. Oxygen deprivation stimulates hypoxia-inducible factor (HIF)- , which regulates many cell survival and angiogenic genes, that in turn favors cancer cells to withstand the cytotoxic effect of chemotherapeutic drugs [268, 269]. HIF-1 promotes survival by two-way processes of either suppressing pro-apoptotic proteins (TRAIL) or stimulating anti-apoptotic proteins, (like c-myc, etc.), under chemotherapeutic pressure like in temozolomide resistance in GBM [270-272].
v) Immune cells: The most prevalent immune cell types in TME are tumor-associated macrophages (TAMs) [273]. TAMs invasion into TME has been linked to poor prognosis and inadequate response to chemotherapeutic agents in cancer patients [274, 275]. TAMs are derived from circulatory Ly6C CCR2 monocytes. TAMs have a high degree of variability in TME and can be classified into two subgroups: (1). classically stimulated pro-inflammatory M1 macrophages exhibiting anticancer characteristics and (2). alternatively stimulated anti-inflammatory M2 macrophages having tumor-supporting capabili-
ties [276]. The M2 phenotype plays a role in treatment resistance and induces Th2 responses. In the cancer microenvironment, the polarization of macrophages from M1 to M2 is prevalent [277]. Drug treatment stimulates TAMs to develop into immunosuppressive M2-polarized macrophages which confer chemoresistance in various cancerous cells. It has been shown that ROS builds up in the gastric carcinoma cells after exposure to 5-FU activates HIF -(HMGB1) signaling, which recruits M2 TAMs, which generates GDF15 (growth differentiation factor 15), and enhances fatty acid -oxidation thus increasing the chemoresistance in them [278]. To shield cancer cells from therapeutic action, TAMs also secrete a variety of soluble factors into TME, such as interleukins, chemokines, etc. High infiltrations of tumor-associated neutrophils (TANs) within the TME have also been responsible for tumor growth as well as drug resistance [279-281]. T-regulatory cells (Tregs) are a type of immunosuppressive T-cells that are and are distinguished by the Foxp3 expression that is required for Treg formation and differentiation. Elevated Treg invasion in the TME had been linked to worse prognosis as well as chemoresistance in glioblastoma, melanoma, colorectal, and renal cancer [282-284]. It has been shown that 5-FU therapy increased the expression of chemokine (CCL20) in colorectal carcinoma cells (CRC) in vivo by triggering FOXO1/CEBPB/NF-кВ signaling, which aided in the migration of Tregs into TME. Foxp expression on Tregs is in turn linked to resistance-related genes such as ATP8A2, BCL2, VIM, and WNT1 which promote chemoresistance to 5-FU in CRC [283].

One of the features that distinguish cancer cells from normal cells is metabolic reprogramming. Cancer cells have more efficient anabolic pathways and the capacity to utilize carbon sources other than glucose [285, 286]. Changes in cellular metabolism not only assist in the development of tumors but also play a role in the resistance of cancer cells to antitumor therapies including resetting lipid metabolism, glycolysis, polyamine synthesis, and so on [287].

As already discussed above due to pH differences cancer cells sustain their high glycolytic rates for rapid ATP production to meet the high energy-demanding processes like activation of glucose transporters (GLUTs) etc. [288, 289]. Active aerobic glycolysis produces lactate as an end product which is expelled to ECM by

Monocarboxylate transporter 4 (MCT4) forming an acidic microenvironment that is necessary for tumor growth, metastasis, immunosuppression, vascularization, and therapeutic resistance [290]. Moreover, lapatinibresistant BT-474 breast cancer cells have shown to be dependent on enhanced glycolytic enzyme (Aldolase A) activity which reversibly forms glyceraldehyde 3-phosphate from fructose-1,6-bisphosphate, thus are susceptible to glycolysis inhibition [291]. Further reports suggest the resistance dependence of cancer cells on glycolytic intermediate and glucose transporter are therapeutically significant nodes in both preclinical and clinical settings [292]. In Gemcitabine-resistant pancreatic cells, glycolysis inhibition by using a 2 -deoxy-D-glucose ( 2 -DG) increased the cytotoxic effect of the drug by suppressing CSC phenotypes in both in-vitro and in vivo [293]. In the stomach, ovarian, breast, hepatocellular, and cervix malignancies, one of the key glycolytic enzymes Hexoki-nase-2 (HK2) is shown to increase drug (cisplatin) resistance and support their survival [294]. In breast cancer, HK2 binds to a mitochondrial voltage-gated ion channel (VDAC) and blocks drug-induced intrinsic apoptosis [295]. The above evidence highlights that VDAC or glycolytic inhibitors are concomitant candidates for anticancer therapy and co-targeting them could prove very effective clinically.
Moreover, ATP metabolism also has a profound role in the onco-immune or immunomodulatory system which in normal conditions maintains the body’s homeostasis by maintaining the balance between immune-stimulatory, immune suppression, and autoimmune disease defense. Cancer cells metabolize extracellular ATP into immunosuppressive extracellular adenosine (eADO) by transmembrane ectopeptidases CD39 (ectonucleotidase triphosphate diphosphate-hydrolase 1) and mem-brane-anchored CD73 (5′-nucleotidase) [296]. Although another noncanonical pathway also participates in the generation of adenosine which includes the activity of CD38 (NAD ectohydolase), CD203a (ectonucleotidase pyrophosphatase/phosphodiesterase family member1), tissue-specific (for example prostatic acid phosphatase) and tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAPs) collectively making the TME immune suppressive [297]. Adenosine acts as a ligand for adenosine-specific receptors that are widely distributed in all types of cells including immune cells. Adenosine receptors (P1 type G-protein coupled receptors) are of four distinct types , and A 3 , and work by modulating the activity of adenylate cyclase enzyme thus affecting the intracellular cAMP levels [296]. Among these receptors, A2A and A2B receptor pathways activation by eADO are mainly involved in immunosuppression and, thus is presently considered as a main barrier to the immune therapy
or tumor cells resistance to immune therapy. Adenosine pathway activation affects lymphocyte activation including tumor-infiltrating immune cells, myeloid cells, and tumor-associated stromal cells, and tumor cells consequently helping cancer cells to evade from anti-tumor immune cell response which results in therapy resistance [297]. So targeting CD39, CD73, and adenosine receptors in the presence of immune checkpoint therapy (anti-PDL1/PD1; ANTI CTLA-4) can prove to be a novel immunotherapeutic strategy against immune-resistant cancer cells. For example, combined treatment of Poly-oxotungstate-1 (POM1; CD39 inhibitor) and anti-PD1 and CTLA-4 antibodies in B16-F10 (melanoma cells) transplanted mice model showed a remarkable reduction in tumor burden and increase in the survival of tumorbearing mice [298]. Although rodent data is very promising but the key issue of this finding is wheather this can be translated in humans.

Metabolism of drugs takes place through two different consecutive phases named “phase I” and “phase II”. Cytochrome P450s (CYPs) are major Phase I enzymes while glutathione-S-transferases (GSTs), and UDP-glucuronosyltransferases (UGTs), are the major enzymes belonging to Phase II enzymes and have a role in effecting anti-cancer drugs. The detailed mechanism of cancer cell metabolism in drug resistance is discussed below.

Many tumors have developed resistance against chemotherapy drugs, either through drug inactivation or by reducing action form. A major part of drug activation and inactivation takes place through the liver cytochrome P450 (CYPs) system [299, 300]. For example, the anticancer prodrug cyclophosphamide (translational inhibitor) used in a variety of human malignancies (breast, lymphoma) is first partially metabolized into active metabolite 4-hydroxy-cyclophosphamide (OHCP) by CYP isoforms [301]. OHCP forms an equilibrium with its tautomeric aldehyde “aldophosphamide” (ALDO), which is released and enters into other cancer/cells where it is enzymatically ( phosphodiesterase) converted into DNA-RNA cross-linker phosphoramide mustard (PM) of clinical significance [302, 303]. It has been found that various resistant cancer cells (like Breast cancer etc.) have mutated CYP genes which reduces its drug-activating efficacy and leads to the breakdown or excretion of drugs without affecting cancer cells [299,304]. So in such cases, CYP activation through gene therapy or using CYP mimetics can be very useful to restore the drug sensitivity of these cells.

Inside the body, the interactions between drugs and various types of proteins (like enzymes) activate drugs for
their action [305]. However, cancer cells exhibit resistance to drugs by altering a catalytic site or structure of an enzyme which affects their interaction with drugs and thus culminates in their mode of action. For example, cytarabine (cytidine analog) resistant AML cells express mutated deoxycytidine kinase (cytarabine activator), reduce the activity of the drug and thus develop resistance [306, 307]. Similarly, doxorubicin (active) resistance in prostate and breast cancer is mainly due to enzymatic transformation into doxorubicinol (inactive) by the overexpressed enzyme Aldo-keto reductase, combination therapy is shown to be very effective in increasing therapeutic activity of DOX [308, 309].

Glutathione (GSH) which mainly catalyzes phase II of drug metabolism is a low molecular weight thiol molecule synthesized in cells. GSH plays an essential role in shielding cells from the toxicity of xenobiotic electrophiles, oxidative damage, and maintaining redox homeostasis [53]. GSH is reported to inhibit cisplatin-mediated cytotoxicity and activate ABC transporter activity thus inducing resistance in many cancers (L1210 leukemia cells etc.) against cisplatin [310, 311]. This opens a new treatment window of targeting GSH (like buthionine-sulfoximine) that might increase the sensitivity of resistant cancer cells toward cisplatin.

The efficacy of a drug is influenced by its molecular target and alteration in the target decreases the impact of the drug’s interaction with it. For example, Doxorubicin specifically targets topoisomerase II and prevents DNA replication. Nevertheless, some cancer cells in retaliation express mutated topoisomerase II with less binding potential to doxorubicin and thus become less sensitive to it [312]. Moreover, In non-small cell lung cancer (NSCLC), a mutation in the EGFR kinase domain (T790M) renders it resistant to gefitinib[313, 314]. Thus the secondary level of tyrosine kinase inhibitors such as ponatinib has been shown to have promising outcomes in such cases.
Cancer cells show drug resistance either by reducing uptake or enhancing the efflux of drugs or both through mutated receptors and transporters [315]. Membrane-bound transporters called organic aniontransporting polypeptides (like OATP1B1, OATP1B3, and OATP1A2) can transport paclitaxel, methotrexate, flavopiridol, tyrosine kinase inhibitors, irinotecan, cisplatin and plays a crucial role in the resistance in polyps of the large intestine and colon cancer [316-319]. Moreover in hepatocellular carcinoma (HCC), cholangiocarcinoma (CGC), and Chronic myeloid leukemia (CML) a lesser accumulation of anticancer drugs
(like imatinib) seems to be mediated by a decrease in OATP1B1, OATP1B3, and OATP1A2 expression or their function [317, 320, 321]. Various studies have shown that organic cation transporter-1 (OCT1) is involved in the uptake of potent cationic anti-tumor drugs, such as Cisplatin, anthracyclines, and sorafenib and its activity is dysregulated in many cancers such as colon and liver cancer [322-325]. In addition, it has been demonstrated that imatinib uptake in CML is dependent on OCT1 expression and the degree of OCT1 expression is considered a useful biomarker for predicting the efficacy of imatinib-based therapy in leukemia patients [326]. The high-affinity copper transporter (CTR1) has been recently shown to transport platinum drugs, emphasizing the crucial function of CTR1 in platinum-drug sensitivity in cancer chemotherapy [327, 328]. A promising phase I clinical trial using cotreatment of trientine (a copper chelator) and carboplatin has shown CTR1-mediated higher cisplatin uptake and better outcomes [329, 330].

Most studied drug efflux-related genes are members of the ABC (ATP-binding cassette) superfamily [331]. It has been shown that isoforms of ABC transporter-like , and ABCG families, are overexpressed in tumor cells, and are involved in chemotherapy resistance [331]. For example, higher expression of ABCB1 results in resistance to widely used anti-cancer Aurora Kinase Inhibitor (GSK-1070916) in colon cancer cells [332]. ABCC2 is considered to play a significant role in the resistance of colon cancer to platinum derivatives since it can effectively export glutathione-cisplatin conjugates, and in colon cancer cells, expression of multidrug resistance protein (MRP2 or ABCC2) was found significantly higher following cisplatin treatment [333, 334]. Nevertheless, non-ABC transporters are also reported to contribute to drug efflux and resistance. For instance, the copper-transporting P-type ATPases “Menkes and Wilson” proteins participate in clearing various intracellular drugs like cisplatin [335-337]. The major vault protein (MVP), or lung resistance-related protein (LRP), although not a pump, plays a similar role in transportation-mediated chemoresistance. MVP creates cytoplasmic nano-organelles called vaults that can enclose anticancer drugs like doxorubicin, and cisplatin (like in ovarian malignancies) and thereby lower their active intracellular concentrations thus mediate resistance [338-340].

Autophagy is an intracellular catabolic process and is busy supporting cellular survival in various stressful conditions, however, in extreme cases, it is responsible for
programmed cell death type 2 [133, 341]. In various types of cancer, autophagy can play a contrasting role in either supporting or inducing death and is context-dependent [342-347]. However, the role of autophagy in drug resistance is an emerging topic and a deep understanding of this relationship can prove to be therapeutically very crucial to curb various cancer types. Various studies have shown that autophagy plays a central role in drug resistance by recycling biomolecules, degrading deformed proteins and organelles, and thus preventing DNA damage [348-350]. Some reports have suggested that DNA damage response can also activate autophagy via ataxia telangiectasia mutated (ATM) and homologous recombination (HR) repair pathway [351, 352]. It has been found that an anthracycline drug epirubicin-mediated autophagy upregulates P-gp proteins and downregulates the NF-кB signaling pathway thus hindering activation of apoptosis and promoting drug resistance [353]. Tamoxifen sensitivity was enhanced in resistant estrogen recep-tor-positive breast cancer cells by autophagy inhibition, thus inducing cell death [354, 355]. In gastrointestinal stromal tumors, cotreatment of imatinib and autophagy inhibitors (like chloroquine) cause apoptosis [356, 357]. The endoplasmic reticulum (ER) is an essential subcellular structure that maintains cellular homeostasis and can be disrupted by a variety of pathological conditions like cancer, resulting in induction of ER stress which if remains sustained can either kill cancer cells by induction of apoptosis and ferroptosis or help them to grow, survive and induce drug resistance if moderately activated [358]. ER stress induces UPR ,which is regulated by ino-sitol-requiring enzyme-1 (IRE1 ), activating transcription factor 6 (ATF6), protein kinase RNA-like ER kinase (PERK), and such signaling pathways have been found to be overexpressed in various human tumors like breast, brain, liver, lung and pancreatic cancer cells contributing to their survival and drug resistance [358]. Hepatocellular carcinoma (HCC) is a deadly cancer worldwide and is commonly diagnosed in advanced stage and has high intrinsic drug resistance resulting in limited therapeutic efficacy. ER stress-mediated UPR via these UPR signaling pathways including ATF6, IRE1, and PERK, was found to play a crucial role in the induction of HCC chemoresistance by overexpressing ABC transporters such as MDR1, MDRP1, and MDRP2 [359, 360]. Moderate ER stress induction is correlated to the activation of the pro-survival genes that regulates amino acid metabolism, ER chaperones, redox reaction, protein folding, and autophagy [361]. In some cases..of cancer like in HCC, it has been found that endoplasmic reticulum stress-mediated activation of autophagy also plays a role in upregulating MRP1 that enhances intracellular drug or toxic heavy metal efflux thus protecting cells
from apoptosis [362, 363]. Autophagy is shown to influence some crucial drug-resistant enzymes (detoxifying enzymes) like aldehyde dehydrogenase (ALD1A3) and thus arbitrate in acquired drug resistance in temozolo-mide-treated human glioblastoma cells [141]. In human ovarian cells (Polycystic ovarian syndrome- PCOS) aberrant autophagy induction upon release of the high mobility group box 1(HMGB1) plays a role in achieving insulin resistance by downregulating IRS-1, AKT, and GLUT4 translocation [364]. While in hepatocellular carcinoma cells, HMGB1 is shown to promote doxorubicin resistance by inducing AMPK-autophagy and protecting them from programmed cell death type 1 [365]. Autophagy is found to play a cytoprotective role in TNF-TRAIL deathresistant cells by sequestering, degrading, and dysfunctioning of caspase 8 protecting cancer cells to undergo death [366-368]. However, there are ample reports that prolonged or sustained autophagy activation can result in programmed cell death type 2. For example, resveratrol (plant-derived phytoalexin) treatment triggers a strong signal for autophagy (p62 accumulation) through JNK activation leading to death in imatinib-resistant chronic myelogenic leukemia cells (CML) [369, 370]. In some cases, autophagy activation supresses drug resistance and induces therapeutic dependent or independent death. For example, co-treatment of ABT-88 (polymerase protein inhibitor) and temozolomide has been shown to sensitize temozolomide-resistant glioma cells by inducing double DNA strand breaks and coincidently coactivating lethal autophagy and apoptosis [371]. So autophagy in most cases opposes the anti-cancer drug action of culminating cells by apoptosis, thus acting as a defensive cellular pathway and supporting drug resistance.

Targeting autophagy by using pharmacological inhibitors or by gene silencing in the presence of anticancer drugs can increase therapeutic efficiency and reduce drug resistance which can prove beneficial to increase the patient’s survival.

Various known anti-cancer drugs in the market are mostly used against various malignancies with the positive outcome however some of the cancer cells alter their protein expression or morphology to become irresponsive and achieve resistance. Doxorubicin (DOX) is a well-known anti-cancer anthracycline drug that has been demonstrated to overexpress (off-target) signaling cascades PI3K/AKT, NF-кB and ERK/MAPK mainly responsible for its resistance by inhibiting apoptotic and autophagic death-related proteins- Bcl-2, cas-pase-3/7/8/9, p62, and LC3-I/II in the uterine and breast

carcinoma [372-376]. Besides, doxorubicin resistance in numerous malignancies (like GC cells) has also been linked to the upregulation of dual specificity phosphatase 4 (DUSP4), or MAPK phosphatase 2. The cells became more sensitive to DOX when DUSP4 was knocked down [377]. Multidrug resistance transporters also contribute to DOX deprivation in cancers including bladder cancer, esophageal squamous cell carcinoma, or breast cancer, by overexpression of MRP2 (cMOAT or ABCC2) and are mainly responsible for its efflux [378-380]. TNBCs use different tactics against doxorubicin and defend themselves by upregulating the complement component system/cascade (C1ra, C1s, C2, C3, C4a, C5, C7, C8a, C8b) and activating MDSCs thus becoming immune resistant [381].
Likewise, resistance to cisplatin remains a barrier in the treatment of various cancers [382]. Upon entering the cell, it reacts with a range of molecules apart from DNA, such as sulfur-containing glutathione (GSH)/metallothionein (MT) which trap cisplatin and then eliminate it from the cell[383]. Moreover, Zinc-finger factor 143 (ZNF143), Y-box binding protein-1 (YB-1), activating transcription factor 4 (ATF4), CCAAT-binding transcription factor 2 (CTF2), DNA repair proteins (e.g., the product of the XRCC1 gene; YB1; etc.) and mitochondrial transcription factor A (mtTFA) are a few transcription factors that have been linked to CDDP resistance [384-386]. Another well-known drug is paclitaxel (PTX), which belongs to the taxane class of anticancer agents that affect the normal stability of microtubules during cell division and is
effective on various cancers like breast, ovarian, etc. Although tubulin is the primary target for PTX, it has additionally been discovered to attack the mitochondria and block the activity of the apoptotic inhibitor protein Bcl-2 (B-cell Leukemia 2) [387]. Like other antineoplastic drugs, PTX treatment can induce resistance by inducing overexpression of the motor protein MCAK (leads to tubulin depolymerization), affecting membrane lipids (fatty acid synthase, Lipin, etc.), modified cell cycle checkpoint proteins (BUB1, CCNB1, CENPE, CENPF), enhanced DNA damage repair pathway proteins (like hMSH2), elevated efflux proteins (MDR1, MDR3, etc. [388-393].

Drug resistance is a huge clinical challenge that allows uncontrolled cancer progression and tumor relapse leading to reduced patient survival. Cancer cells achieve drug resistance under therapeutic pressure by modulating the tumor microenvironment, altering drug targets, and rewiring genetic, epigenetic and metabolic processes that help them to grow and survive under such conditions [394]. So it is vital to understand the stepwise drug-resistant mechanisms gained by different cancer cells to attain resistance towards particular chemotherapeutic drugs. Cancer cells within tumors are heterogeneous with many types of genetically altered cells like CSCs and behave differently to chemotherapeutic drugs [395]. Tumor heterogeneity has been shown to play a critical role in cancer drug resistance, by transforming a non-supportive,
anti-tumorigenic environment into a supportive, protumorigenic environment [15, 16]. Moreover, some of the tumor cells can induce the reprogramming of stromal cells and immune cells, inducing the secretion of diverse factors like cytokines, that enhance tumor progression and suppress cell death [396]. Besides, CSCs have emerged as key players in the intricate landscape of cancer drug resistance [397]. They acquire remarkable abilities to resist conventional treatments, driving disease recurrence and metastasis as has been detailed explained in Section-4. “CSCs play a key role in developing drug resistance and tumor relapse”. CSCs unique properties, such as self-renewal and differentiation potential, upregulated surface membrane immune inhibitory ligands and release of various chemo/cytokines collectively contribute to therapy resistance and pose significant challenges in achieving long-term remission [398, 399]. Therefore targeting CSCs opens possibilities for innovative therapeutic strategies that can be used in combination with another chemotherapeutic drug that can hold promise in overcoming drug resistance and potentially improve patient outcomes. One of the prevailing mechanisms of drug resistance that needs to be focused on, is the involvement in the expulsion of hydrophobic drugs, facilitated by ATP-dependent ABC transporters [400]. A well-studied member of the ABC transporter, P-gp, an integral membrane protein, is frequently upregulated in diverse malignancies [400]. Specifically, gaining a comprehensive understanding of intricate mechanisms underlying multidrug resistance (MDR) in cancer cells is likely to play a pivotal role in the development of innovative approaches to cancer therapy in the coming years. However, more work is needed to be done from root level using high throughput assays (single cell level) of different sections of the same tumor samples to find a specific target/s for therapy or combination therapy as discussed above. Achieving this goal might address the evolving aggressive and resistant cancer cells leading to reduced severity and improving the survival of patients.

We would like to thank—Abubakar Wani (St. Jude Children’s Hospital, USA) for their fruitful discussions and valuable input. Biorender.com for figs. 2, 4, 5 and 6. We would also like to thank CSIR-IIIM for providing the publication approval number (Institutional Publication ID No. CSIR-IIIM/IPR/00506).

F.M and S.K supervised the work; S.K conceived the idea, S.K designed the work; S.K, K.F and S.A wrote the manuscript; S.K (1,3), K.F (2, 4), S.A (5, 6) prepared Figures; S.K modified the Figs. 1, 2, 3, 4, 5, and 6; F.M, S.K, K.F, and S.A reviewed and approved the final manuscript.

The authors declare no funding support was received for this study.

Not applicable.

Not applicable.

All contributing authors agree to the publication of this article. (include appropriate statements).

The authors declare no competing interests.

Received: 1 July 2023 Accepted: 30 August 2023
Published online: 12 February 2024

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.