125I粒子內(nèi)放射治療惡性腫瘤的分子生物學機制研究進展

李 彥(綜述)，羅開元(審校)

(昆明醫(yī)學院第四附屬醫(yī)院暨云南省第二人民醫(yī)院普通外科，昆明650021)

125I粒子作為一種人工合成的放射性核素，在衰變過程中能釋放出X線和γ線，通過體內(nèi)植入進行不間斷內(nèi)放射治療，抑制腫瘤細胞增殖，誘導凋亡，具有半衰期較長(60.1 d)、劑量率較低、相對生物效應高、射線殺傷半徑適當?shù)葍?yōu)點，已廣泛應用于多種惡性腫瘤的治療，并在局部控制率和患者生存率等方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢［1，2］。在腫瘤分子生物學快速發(fā)展的今天，越來越多地應用分子生物學技術(shù)研究腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)歸的機制，125I粒子內(nèi)放射治療惡性腫瘤也不例外。通過大量的基礎研究，125I粒子內(nèi)放射治療惡性腫瘤的分子生物學機制研究已經(jīng)在誘導腫瘤細胞凋亡、細胞周期阻滯、影響細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導、抑制腫瘤血管生成等方面取得了一定成果，現(xiàn)對其予以簡要綜述。

1 125I粒子治療惡性腫瘤的物理學基礎

125I粒子是一種人工合成的低劑量率單一微型放射源，半衰期為60.1 d，釋放能量包括35.5 keV的γ線及27.4～31.5 keV的X線兩種，輻射穿透距離為1.7 cm。125I粒子的衰變過程7%通過電子俘獲，轉(zhuǎn)變成125Te的激發(fā)態(tài)，同時釋放35.5 keV的γ線回到基態(tài)，93%的衰變過程通過內(nèi)轉(zhuǎn)換釋放27.4～31.5 keV的X線和電子線。與其他放射源相比，125I粒子具有劑量率較低、治療比增加、相對生物效應高(1.0～1.5或1.2～2.0)、半衰期長、射線穿透力弱等優(yōu)點。γ線能夠直接損傷腫瘤細胞的DNA，破壞癌細胞DNA合成，使雙鍵斷裂，誘導癌細胞凋亡，使核酸內(nèi)切酶活化，DNA被打斷、裂解，抑制某些與癌細胞代謝、增殖等相關(guān)蛋白分子的合成。同時，125I粒子釋放的低傳能線密度(linear energy transfer，LET)射線電離癌細胞內(nèi)的水分子，產(chǎn)生自由基(H+、H2O2、OH－、O2－)，與細胞核酸、蛋白等分子相互作用，引起組織細胞損傷，致使組織中的腫瘤細胞失去繁殖能力而凋亡。在125I粒子射線的作用下，處于照射敏感時相(G2-M期)和非敏感時相細胞的比例存在再分配，這樣就可能增加后續(xù)照射的殺傷機會，效果優(yōu)于外照射［2］。

2 125I粒子誘導腫瘤細胞凋亡

細胞凋亡是細胞在特定的內(nèi)源和外源信號誘導下，死亡途徑被激活，并在有關(guān)基因的調(diào)控下發(fā)生的程序性死亡過程［3］。在125I粒子對肝細胞肝癌HepG-2細胞、腦膠質(zhì)瘤SHG-44細胞、膀胱癌 BTT-739細胞的相關(guān)基礎研究中發(fā)現(xiàn):這些細胞株經(jīng)過活度為1480～2220 MBq(40～60 mCi)的125I粒子照射后，細胞中Bcl-2和Bax基因表達均有改變;125I粒子實驗組中Bcl-2/Bax基因表達比值均低于對照組，且隨受照劑量的增加而減少，均對誘導腫瘤細胞凋亡產(chǎn)生積極作用，并隨125I粒子受照劑量的增大，誘導凋亡效果越明顯［4-11］。Bcl-2細胞凋亡蛋白家族是與細胞凋亡基因相關(guān)的家族，包括作用相反的兩個亞類:促進凋亡的 Bax、Bak等和抑制凋亡的 Bcl-2、Bcl-xL等，其表達和調(diào)控是影響細胞程序性死亡的關(guān)鍵因素之一，在細胞凋亡和自體吞噬信號轉(zhuǎn)導途徑中發(fā)揮重要作用。在Bcl-2/Bax比值較低時，細胞趨向凋亡，反之則細胞凋亡程度下降。

在125I粒子對小鼠肺癌Lewis細胞的基礎研究中發(fā)現(xiàn)，早期生長反應蛋白1(early growth response protein-1，Egr-l)及 caspase-3的表達也出現(xiàn)了相應改變［11-13］。Egr-1基因是促凋亡基因，其蛋白產(chǎn)物對細胞周期蛋白D1有重要影響。caspase-3為半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶(cysteinylaspartate specific protease)的簡稱，參與多種途徑誘導細胞凋亡，對細胞凋亡起關(guān)鍵作用。實驗表明，125I粒子組織間植入腫瘤組織通過上調(diào)Egr-l的表達，誘導癌細胞凋亡，最終通過激活凋亡執(zhí)行者 caspase-3，執(zhí)行凋亡［13］。

3 125I粒子促使腫瘤細胞周期阻滯

細胞增殖是以G0期-G1期-S期-G2期-M期循環(huán)往復的過程，腫瘤細胞也不例外。放射生物學研究表明，腫瘤的惡性程度與細胞周期密切相關(guān)，電離輻射可以引起細胞周期進程改變［14］。在125I粒子對肝細胞肝癌BEL-7402細胞及膀胱癌BTT-739細胞的基礎研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一定劑量125I粒子照射后的腫瘤細胞均出現(xiàn)細胞周期阻滯，究其原因，考慮與放射線損傷細胞DNA后，細胞停滯于細胞周期檢查點、進行損傷修復有關(guān)［15］。在細胞進行DNA損傷修復過程中，通過啟動一個快速磷酸化級聯(lián)反應，通過突變型共濟失調(diào)性毛細血管擴張基因或血管緊張素Ⅱ受體的轉(zhuǎn)導，將損傷信號傳至檢查點蛋白激酶l或檢查點蛋白激酶2(調(diào)控周期素-周期素依賴性激酶復合物)，進而引起細胞周期阻滯［16］。

4 125I粒子影響腫瘤細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導

細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導是細胞通訊的基本概念，參與細胞的各種生物調(diào)控過程，可將獲得的信息增強、分化、整合并傳遞給各級效應器，發(fā)揮特定的生理功能［17］。在125I粒子對肝細胞肝癌 HepG-2細胞的基礎研究中發(fā)現(xiàn)，細胞經(jīng)125I粒子射線照射后，影響了信號轉(zhuǎn)導方式，激活了與細胞凋亡相關(guān)的基因(如Bcl-2、Bax等)，同時將信號通過第二信使轉(zhuǎn)導至細胞核內(nèi)，激活核酸內(nèi)切酶，使細胞失去活性而啟動凋亡程序［18-19］。同時，125I粒子照射后的細胞，其細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導速率明顯下降，考慮與125I粒子抑制信號轉(zhuǎn)導通道或受體蛋白有關(guān)。

5 125I粒子抑制腫瘤血管生成

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與細胞分化異常及增殖過度有關(guān)，且與血管生成密切相關(guān)。在125I粒子對人大腸癌HCT-8細胞的基礎研究中發(fā)現(xiàn)，在125I粒子中、高劑量照射組中，顯著降低了微血管密度計數(shù)(microvessel density，MVD)的數(shù)值和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達［20］。VEGF屬血小板源性生長因子家族，能刺激血管內(nèi)皮細胞的有絲分裂和血管的發(fā)生，提高單層內(nèi)皮的通透性，可以直接作用于血管內(nèi)皮細胞，促進血管內(nèi)皮細胞增殖，增加血管通透性［21］。由此說明，125I粒子抑制了腫瘤組織新生血管的生成，有效抑制了腫瘤組織生長。

在125I粒子對人乳腺癌MCF-7細胞的基礎研究中從mRNA及蛋白兩個角度顯示:經(jīng)125I粒子照射后的腫瘤細胞中，堿性成纖維生長因子(basic firoblast growth factor，bFGF)的表達顯著降低［22-24］。bFGF 廣泛分布于體內(nèi)許多組織中，是影響細胞生長、分化和血管生成的重要因子，能促進腫瘤細胞的有絲分裂并參與血管新生，125I粒子照射后bFGF的低表達有效抑制了腫瘤細胞的血管新生，抑制了腫瘤組織的增殖、生長。

在另一項125I粒子對人乳腺癌MCF-7細胞的基礎研究中發(fā)現(xiàn)，治療組中缺氧誘導因子1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)的mRNA及相關(guān)蛋白表達，亦受到重要影響［25-26］。乳腺腫瘤組織HIF-1是與血管形成和生長有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，其調(diào)控著與內(nèi)皮細胞分裂和增殖密切相關(guān)的VEGF基因的表達。腫瘤細胞通過HIF-1的表達可誘導VEGF、促紅細胞生成素、誘導型一氧化氮合酶和葡萄糖載體蛋白及糖酵解相關(guān)酶的表達，用以增加供血、供氧、供能，改善惡性腫瘤因組織增生過快而造成的局部組織嚴重缺氧和供能與耗能之間的不平衡，促進腫瘤組織的生長和轉(zhuǎn)移。經(jīng)125I粒子照射后，腫瘤組織中HIF-1表達的降低說明125I粒子照射后腫瘤組織中出現(xiàn)大量腫瘤細胞及腫瘤血管細胞的死亡，具有抑制腫瘤生長的目的。

6 結(jié)論

隨著125I粒子組織間植入治療惡性腫瘤基礎研究的不斷進展，越來越多的實驗數(shù)據(jù)逐步為125I粒子組織間植入治療惡性腫瘤的理論依據(jù)構(gòu)筑了基礎支持平臺。不僅從分子生物學角度間接闡釋了125I粒子組織間植入治療惡性腫瘤的機制，更為125I粒子組織間植入治療惡性腫瘤的發(fā)展奠定了堅實的理論基礎。隨著分子生物學技術(shù)的不斷進步，更多的實驗成果將不斷充實125I粒子組織間植入治療惡性腫瘤的基礎理論平臺，125I粒子組織間植入治療惡性腫瘤作為一項低劑量率、高生物效應的連續(xù)體內(nèi)放療技術(shù)必將得到更長足的進步。

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