結(jié)直腸癌細(xì)胞放療增敏的研究進(jìn)展*

劉馨元 綜述，劉珊，蔣永新 審校

650118 昆明,昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院·云南省腫瘤醫(yī)院 腫瘤研究所

2015 中國(guó)癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：我國(guó)結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)發(fā)病率、死亡率在全部惡性腫瘤中均位居第5位，其中新發(fā)病例37.6萬(wàn)，死亡病例19.1萬(wàn)[1]。手術(shù)切除是I期直腸癌最常見(jiàn)的治療方法，其中約一半患者同時(shí)也接受放射治療和(或)化療; Ⅱ期和Ⅲ期患者通常采用新輔助化療加放射治療；Ⅳ期患者化療是其主要的治療方式[2]。放療雖然目前在結(jié)腸癌治療中應(yīng)用較少，但最新研究發(fā)現(xiàn)術(shù)后輔助放化療較術(shù)后輔助化療可提高T4期結(jié)腸腺癌患者局控率和無(wú)病生存[3]。腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性決定了不同個(gè)體腫瘤患者用相同放療劑量和分割模式所獲得的治療反應(yīng)存在一定的差異[4]，放療后腫瘤的局部復(fù)發(fā)在不同個(gè)體中情況各異[5-6]，提示我們不同腫瘤患者對(duì)放射治療的敏感性存在顯著差異。因此，探索增加CRC對(duì)放射的敏感性是我們現(xiàn)在急需解決的問(wèn)題。

腫瘤細(xì)胞對(duì)放射的敏感性降低是由各種途徑誘導(dǎo)的，包括缺氧，受體酪氨酸激酶/蛋白激酶B(RTK/AKT)，DNA損傷修復(fù)，粘附途徑，炎癥和發(fā)育途徑[7-9]。本文將從DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡和腫瘤微環(huán)境4個(gè)方面綜述CRC放療增敏相關(guān)的最新研究進(jìn)展。

1 抑制DNA損傷修復(fù)

電離輻射(ionizing radiation,IR)主要是通過(guò)使細(xì)胞核DNA雙鏈斷裂(double-strand breaks, DSBs)來(lái)殺死腫瘤細(xì)胞。細(xì)胞受到非致死性放射劑量照射后，可以通過(guò)自身修復(fù)機(jī)制來(lái)修復(fù)放射損傷，腫瘤細(xì)胞的DNA修復(fù)能力增強(qiáng)有助于癌細(xì)胞獲得放療抗性[10], 近期一些研究發(fā)現(xiàn)，西地蘭、HSP90(heat shock protein 90)抑制劑NW457和索拉非尼增加CRC細(xì)胞的放療敏感性都是通過(guò)抑制CRC細(xì)胞的DNA損傷修復(fù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[11-13]，提示我們將DNA修復(fù)抑制藥物與放射治療聯(lián)合應(yīng)用可以提高患者治愈率和改善患者預(yù)后。

DSBs通過(guò)兩種途徑修復(fù)：同源重組(homologous recombination，HR)和非同源末端連接(non-homologous end joining，NHEJ)，其中NHEJ在整個(gè)細(xì)胞周期中都發(fā)揮重要作用，是 DSBs修復(fù)的主要方式[14]，5-FU與IR聯(lián)用可以由Tat-結(jié)合蛋白1(Tat-binding Protein 1,TBP1)通過(guò)泛素依賴性和蛋白酶依賴性途徑來(lái)減少煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴的組蛋白去乙?；?(NAD+-dependent deacetylase sirtuin-7,SIRT7)的表達(dá)，增加CRC細(xì)胞的凋亡[15]，而SIRT7缺陷的細(xì)胞表現(xiàn)出NHEJ受損并對(duì)DNA損傷的易感性增加[16-17]，最新的研究發(fā)現(xiàn)了一種新的SIRT7抑制劑(ID：97491)以劑量依賴性方式降低SIRT7活性[18]，為我們提供了通過(guò)下調(diào)SIRT7的表達(dá)來(lái)增加CRC放療敏感性的新思路。

在NHEJ過(guò)程中，Ku異二聚體 (Ku70/Ku80)和DNA依賴性蛋白激酶催化亞基(DNA-dependent protein kinase catalytic subunit,DNA-PKcs)組成的DNA-PK復(fù)合物Ku70/80異二聚體識(shí)別DSBs，然后招募X射線交叉補(bǔ)體蛋白4(X-ray cross-complement protein 4, XRCC4)、XRCC4樣因子(XRCC4-like factor, XLF)、XRCC4和XLF的旁系同源物(paralogue of XRCC4 and XLF, PAXX)和DNA連接酶Ⅳ(DNA ligase Ⅳ,LIG4)一起共同完成DSB末端連接[19-20]，有研究發(fā)現(xiàn)Wnt信號(hào)通路通過(guò)β-catenin反式激活LIG4，增強(qiáng)CRC細(xì)胞中的NHEJ使其具有放射抗性，降低LIG4的表達(dá)后CRC放射敏感性明顯得到增強(qiáng)[21]。姜黃素可以通過(guò)上調(diào)XRCC5、CCNH和下調(diào)LIG4、多聚核苷酸激酶磷酸酶(polynucleotide-kinase phosphatase, PNKP)的表達(dá)來(lái)增強(qiáng)結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞的放療敏感性[22]。因此，LIG4可能成為CRC放療增敏新的靶標(biāo)。

共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變(ataxia telangiectasia mutated, ATM)蛋白激酶和DNA-PKcs均屬于磷脂酰肌醇-3-激酶樣激酶(phosphatidylinositol-3-kinase-like kinase,PIKK)家族[23]。DNA-PKcs在NHEJ途徑中發(fā)揮重要作用，ATM則能促進(jìn)HR過(guò)程[24]，Wang等[25]研究發(fā)現(xiàn)XRRA1(X-ray radiation resistance associated 1)所涉及的DNA損傷修復(fù)介導(dǎo)的放化療抵抗是通過(guò)調(diào)節(jié)ATM/CHK1/2途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。最新的研究[26]表明，DNA-PKcs通過(guò)磷酸化ATM激酶抑制ATM的催化活性，進(jìn)而負(fù)調(diào)控HR，綜上，同時(shí)對(duì)NHEJ和HR進(jìn)行負(fù)調(diào)控是增強(qiáng)CRC放射敏感性的重要手段。

2 影響細(xì)胞周期動(dòng)力學(xué)

細(xì)胞周期阻滯是機(jī)體對(duì)電離輻射的一種保護(hù)性反應(yīng)，細(xì)胞受電離輻射損傷后，產(chǎn)生細(xì)胞周期阻滯，使細(xì)胞有足夠的時(shí)間進(jìn)行自我修復(fù)、逃避放射性損傷，從而表現(xiàn)出放療抵抗。在分裂周期不同時(shí)相的細(xì)胞對(duì)放射殺滅的敏感性不一，對(duì)放射最敏感的是M期細(xì)胞，G2期細(xì)胞也較敏感；G1早期細(xì)胞相對(duì)敏感，隨著G1逐步向S期發(fā)展，放射敏感性也隨之降低，至G1后期已呈相對(duì)抵抗，S期對(duì)放射呈抵抗性[27]。如何利用放射增敏劑將細(xì)胞停滯于對(duì)放射敏感的周期來(lái)逆轉(zhuǎn)CRC細(xì)胞的放療抗性成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)，近來(lái)有研究表明，甲殼寡糖、二甲雙胍和IR聯(lián)用均可將CRC停滯于對(duì)輻射敏感的G2/M期[28-29]，增強(qiáng)IR對(duì)CRC細(xì)胞的療效。當(dāng)前p53與視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤腫瘤抑制蛋白(retinoblastoma tumor suppressor protein family,Rb)關(guān)于細(xì)胞周期阻滯的研究取得了新的進(jìn)展，有望為今后放射增敏的深入研究提供新的依據(jù)：

2.1 p53對(duì)細(xì)胞周期的阻滯作用

腫瘤抑制基因p53在人類細(xì)胞周期G1檢測(cè)點(diǎn)起著關(guān)鍵性的作用，先前的研究表明表皮生長(zhǎng)因子受體酪氨酸激酶抑制劑鹽酸?？颂婺嵬ㄟ^(guò)增加p53結(jié)合蛋白1(p53 binding protein 1,53BP1)的表達(dá)增強(qiáng)CRC細(xì)胞對(duì)放療的敏感性[30]，進(jìn)一步機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)53BP1可能是通過(guò)影響ATM-CHK2-p53信號(hào)通路將腫瘤細(xì)胞阻滯在S期[31]。DNA損傷檢測(cè)點(diǎn)除了p53依賴機(jī)制還有p53非依賴機(jī)制，比如IMP1338，一種新型蒽醌衍生物，將CRC細(xì)胞阻滯于G2/M期就是通過(guò)p53非依賴途徑[32]。

2.2 Rb對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控作用

Rb蛋白是細(xì)胞周期的重要調(diào)控者，可將細(xì)胞阻滯在G1期，通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞老化現(xiàn)象抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。研究發(fā)現(xiàn)放療后的CRC細(xì)胞中miR-622的表達(dá)上調(diào)，其通過(guò)直接靶向Rb的 mRNA的3′UTR來(lái)抑制Rb蛋白的表達(dá)，引起癌細(xì)胞放療抗性，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)顯示過(guò)表達(dá)Rb可逆轉(zhuǎn)體外miR-622誘導(dǎo)的癌細(xì)胞放射抗性[33]，提示我們CRC的放療增敏可以通過(guò)上調(diào)Rb的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 調(diào)控細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是放療誘導(dǎo)CRC細(xì)胞死亡的主要機(jī)制[34-35]。當(dāng)DNA發(fā)生損傷時(shí)，p53引起細(xì)胞周期停滯使細(xì)胞有足夠的時(shí)間修復(fù)DNA損傷。如果細(xì)胞不能修復(fù)DNA損傷，p53將激活凋亡途徑[36]。MDM2是p53的靶基因,同時(shí)MDM2癌蛋白也是p53功能的重要抑制劑，Xiao等[37]研究發(fā)現(xiàn)抑制視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤結(jié)合蛋白6(retinoblastoma binding protein 6,RBBP6)后，p53/MDM2相互作用減弱從而p53降解減少，引起細(xì)胞凋亡和周期停滯，因此，可以通過(guò)減少p53的降解，增加腫瘤細(xì)胞的凋亡，從而提高放療對(duì)CRC細(xì)胞的治療效果。

癌細(xì)胞中抗凋亡分子表達(dá)升高是腫瘤放射抗性和復(fù)發(fā)的重要標(biāo)志，近年來(lái)，很多研究都表明抑制抗凋亡分子可以讓放射治療在腫瘤中取得更好的療效。研究發(fā)現(xiàn)抗凋亡分子mRNA結(jié)合蛋白人抗原R(human antigen R,HuR)在多種腫瘤中表達(dá)，降低HuR的表達(dá)后caspase-2的促凋亡機(jī)制被激活，引起CRC細(xì)胞凋亡增加[38]。 一些最新的研究也發(fā)現(xiàn)有些藥物通過(guò)增加放療后的細(xì)胞凋亡來(lái)達(dá)到放療增敏的作用，Survivin是一種凋亡抑制蛋白家族成員，可以幫助CRC細(xì)胞逃避放療的傷害，與單獨(dú)放療相比，聯(lián)合Selinexor(XPO1抑制劑)治療可促進(jìn)survivin的消耗，增加CRC細(xì)胞凋亡[39]；同時(shí)另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1(stromal cell-derived factor 1, SDF-1/CXCL12)的趨化因子受體CXCR4的抑制劑靶向CXCL12/CXCR4途徑可減少survivin表達(dá)，激活caspase-3和caspase-9，從而增強(qiáng)了放療后CRC細(xì)胞的凋亡[40]，提示我們將survivin作為靶點(diǎn)來(lái)增加CRC放療的敏感性的可行性。人類磷脂酰乙醇胺結(jié)合蛋白4作為一種近些年被發(fā)現(xiàn)的抗凋亡因子，參與直腸癌的放療抵抗，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)人類磷脂酰乙醇胺結(jié)合蛋白4抑制劑IOI- 42和放療聯(lián)合應(yīng)用后明顯抑制癌細(xì)胞集落形成[41],進(jìn)一步證實(shí)抑制人類磷脂酰乙醇胺結(jié)合蛋白4可能增強(qiáng)直腸癌細(xì)胞的放射敏感性。

4 腫瘤微環(huán)境

對(duì)于CRC放療增敏，我們不僅可以聚焦于癌細(xì)胞本身，同時(shí)也可著眼于腫瘤與其生長(zhǎng)的基質(zhì)之間復(fù)雜的相互作用，即腫瘤微環(huán)境。放療可激活腫瘤微環(huán)境產(chǎn)生一系列的反應(yīng)：炎癥、缺氧、免疫調(diào)節(jié)、血運(yùn)重建、癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer-associated fibroblast，CAF)協(xié)調(diào)的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)重塑和纖維化；其中缺氧、免疫調(diào)節(jié)、CAF協(xié)調(diào)的ECM重塑和纖維化與腫瘤細(xì)胞的放射抗性密不可分[42]。

4.1 缺氧

缺氧是腫瘤生長(zhǎng)中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[43]，其在細(xì)胞水平的應(yīng)答主要通過(guò)缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factors，HIFs)介導(dǎo)[44]，現(xiàn)已證實(shí)HIF-1α的表達(dá)水平與腫瘤放療后的凋亡、復(fù)發(fā)、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移等密切相關(guān)[45]。研究發(fā)現(xiàn)，能夠適應(yīng)缺氧微環(huán)境的腫瘤細(xì)胞具有產(chǎn)生放療抗性的能力并且有對(duì)大多數(shù)放化療方案不敏感的特點(diǎn)[46]。因此，我們可以通過(guò)藥物途徑下調(diào)HIF-1的表達(dá)從而控制CRC放療抵抗。Gombodorj等[47]發(fā)現(xiàn)在CRC中，泛素結(jié)合酶E2抑制劑NSC697923通過(guò)抑制HIF-1α、HIF-2α和下游途徑基因(包括APLN和CEMIP)來(lái)逆轉(zhuǎn)放療抵抗，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了NSC697923聯(lián)合放療對(duì)CRC有顯著療效，果糖二磷酸醛縮酶A(fructose-bisphosphate aldolase A，ALDOA)是HIFs下游的靶標(biāo)和缺氧誘導(dǎo)型基因，Kawai等[48]證實(shí)了ALDOA在CRC細(xì)胞中高表達(dá)且在缺氧環(huán)境中表達(dá)進(jìn)一步升高，后續(xù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ALDOA的下調(diào)顯著誘導(dǎo)CRC衍生細(xì)胞系DLD-1和KM12SM細(xì)胞的放射敏感性，提示ALDOA可作為CRC治療的潛在靶基因。

4.2 免疫調(diào)節(jié)

放射治療導(dǎo)致局部損傷樣炎癥，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，這種反應(yīng)在本質(zhì)上是抗腫瘤的，但同時(shí)具有免疫抑制作用。Liang等[49]發(fā)現(xiàn)在小鼠結(jié)腸癌模型中，腫瘤細(xì)胞依賴于STING/I型干擾素途徑通過(guò)C-C趨化因子受體2(C-C motif chemokine receptor-2,CCR2)募集骨髓來(lái)源的抑制細(xì)胞(recruitment of myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)來(lái)增強(qiáng)免疫抑制作用產(chǎn)生外在放療抗性，抗CCR2抗體治療可以改善腫瘤細(xì)胞STING激活產(chǎn)生的放射抗性，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages，TAMs)是存在于腫瘤組織中的特殊類型巨噬細(xì)胞，有研究者將CRC Lovo細(xì)胞與TAMs共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)Lovo細(xì)胞的放療抵抗和集落形成能力都得到了增強(qiáng)，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)上調(diào)TAMs的自噬后，能夠明顯抑制CRC細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)其凋亡并且改變了CRC細(xì)胞放射敏感性相關(guān)蛋白的表達(dá)[50]，表明TAMs的自噬與CRC細(xì)胞的放療敏感性有關(guān)。

4.3 CAF協(xié)調(diào)的ECM重塑和纖維化

腫瘤中的間充質(zhì)細(xì)胞又稱為癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer-associated fibroblast,CAF)。CAF通過(guò)多種方式促進(jìn)結(jié)腸腫瘤發(fā)展：調(diào)節(jié)腸道炎癥、上皮細(xì)胞增殖、干細(xì)胞維持、血管生成、ECM重塑和轉(zhuǎn)移[51]。在遺傳上CAF通常比腫瘤細(xì)胞更穩(wěn)定，所以相較于腫瘤細(xì)胞，將CAF作為治療目標(biāo)更有優(yōu)勢(shì)。Yang等[52]發(fā)現(xiàn)miR-31的表達(dá)在CRC相關(guān)CAFs中明顯高于正常結(jié)直腸成纖維細(xì)胞(normal colorectal fibroblasts，NFs)，抑制與CAF共培養(yǎng)的CRC細(xì)胞miR-31的表達(dá)后，CAFs自噬和CRC細(xì)胞的放射敏感性明顯得到提升。利用抗缺氧、抗ECM重塑和纖維化、免疫調(diào)節(jié)可逆轉(zhuǎn)腫瘤放射抗性的特點(diǎn)，使用針對(duì)性的藥物與放療結(jié)合，可最大限度地發(fā)揮治療效果，并最大限度地減少轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的可能性。

5 總結(jié)與展望

我國(guó)CRC的發(fā)病率和死亡率逐年增高。放療是其重要的治療手段之一，但放療同時(shí)不可避免地給患者帶來(lái)急性或遠(yuǎn)期毒副反應(yīng)，因此放療敏感性的研究對(duì)于CRC患者綜合治療的方案制定至關(guān)重要。本文從DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡和腫瘤微環(huán)境4個(gè)層面對(duì)CRC的放療增敏進(jìn)行綜述，雖然目前放射增敏的研究和放療增敏劑的應(yīng)用取得了一定成果，但還有很多內(nèi)容需要我們?nèi)ヌ剿鳌ｋS著醫(yī)學(xué)研究的持續(xù)深入，相信隨著進(jìn)一步探討放療增敏，結(jié)直腸腫瘤的放療抵抗可以得到有效的改善。

作者聲明：本文第一作者對(duì)于研究和撰寫的論文出現(xiàn)的不端行為承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任；

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