血管內(nèi)皮抑素聯(lián)合放射治療對(duì)腫瘤微環(huán)境的影響＊

黃 玉綜述 戈 偉審校

腫瘤微環(huán)境療法已成為治療惡性腫瘤的一個(gè)重要新靶點(diǎn)。血管內(nèi)皮抑素（Endostatin，ES）是目前研究最為透徹的內(nèi)源性血管生成抑制因子，具有廣譜的抗血管形成活性，可以與正常的血管形成相關(guān)基因進(jìn)行作用，且毒副作用低可長(zhǎng)期應(yīng)用。大量研究證實(shí)ES可以抑制許多腫瘤的生長(zhǎng)［1］。國(guó)外生產(chǎn)的ES易形成包含體，很難復(fù)性、性質(zhì)不穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)研究者通過(guò)在ES肽鏈末端添加9個(gè)氨基酸，并采用大腸桿菌作為表達(dá)體系，使其得以大規(guī)模成功復(fù)性而生產(chǎn)出了新型重組ES——恩度，已被SFDA批準(zhǔn)用于非小細(xì)胞肺癌的一線治療。但單獨(dú)使用血管抑制劑（包括恩度）的抗腫瘤效應(yīng)并不明顯［2～4］，將其聯(lián)合放射治療（放療）能顯示良好的協(xié)同效應(yīng)［5］，已成為抗惡性腫瘤的一種重要治療模式，并在臨床廣泛應(yīng)用。

ES聯(lián)合放療除了能作用于新生血管的內(nèi)皮細(xì)胞并抑制其遷移而發(fā)揮抗血管生成作用外，越來(lái)越多的證據(jù)顯示二者聯(lián)合可通過(guò)調(diào)控腫瘤微環(huán)境來(lái)改善局部血液循環(huán)、降低腫瘤間質(zhì)壓、提高局部氧分壓，從而增強(qiáng)腫瘤對(duì)放療的敏感性，如改善乏氧狀態(tài)、誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)中蛋白水解酶活性、調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞表面血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)等干擾腫瘤細(xì)胞與微環(huán)境之間的聯(lián)系，導(dǎo)致腫瘤休眠或退縮等［6，7］，為治療惡性腫瘤提供了一條新思路。

1 腫瘤微環(huán)境的病理生理特點(diǎn)

腫瘤微環(huán)境（Tumor Microenviroment，TME）是一個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，包括了腫瘤細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、免疫和周細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞等各種基質(zhì)細(xì)胞［8］，同時(shí)也包括附近區(qū)域內(nèi)的細(xì)胞間質(zhì)、微血管以及浸潤(rùn)在其中的生物分子［9］。腫瘤微環(huán)境是一個(gè)小的生態(tài)環(huán)境，其中的腫瘤細(xì)胞與其有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，成為不可分割的整體。因此治療腫瘤必須治療腫瘤微環(huán)境。

腫瘤微環(huán)境的理化性質(zhì)特殊性主要表現(xiàn)在乏氧、低pH及間質(zhì)高壓［10，11］。腫瘤細(xì)胞無(wú)休止的增殖和高代謝狀態(tài)常導(dǎo)致灌注不足區(qū)域缺氧加重，缺氧區(qū)域的乏氧細(xì)胞只有通過(guò)激活各種生長(zhǎng)因子來(lái)適應(yīng)缺氧環(huán)境；同時(shí)，缼氧環(huán)境可能促進(jìn)腫瘤基因的不穩(wěn)定，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞惡性度進(jìn)一步增加。低pH環(huán)境能誘導(dǎo)細(xì)胞毒性免疫細(xì)胞功能受損［12］。間質(zhì)高壓能干擾化療藥物在腫瘤細(xì)胞中的彌散。由于上述特點(diǎn)使得腫瘤微環(huán)境中大量細(xì)胞因子和各種蛋白水解酶發(fā)生錯(cuò)綜復(fù)雜的病理反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、黏附、血管生成，導(dǎo)致放療敏感性降低。

2 ES聯(lián)合放療對(duì)腫瘤微環(huán)境的影響

2.1 血管“正?；迸c腫瘤微環(huán)境

腫瘤組織中存在著內(nèi)皮血管、新生血管和血管生成擬態(tài)三種新生血管形態(tài)［13］，血管“正?；敝改[瘤異常血管趨近于正常血管形態(tài)和功能，使得腫瘤組織中異常血管減少，間質(zhì)壓力降低，攝氧量增加，從而有利于提高化療藥物和放射線對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷效率。研究［14］表明，ES一方面可以協(xié)同放射線致敏血管內(nèi)皮細(xì)胞，殺傷腫瘤內(nèi)部血管；另一方面，由于放療殺傷腫瘤細(xì)胞依賴于氧自由基，氧自由基增加與腫瘤內(nèi)部氧分壓成正相關(guān)，而抗血管生成藥物可通過(guò)促進(jìn)新生異常血管趨于“正?；倍岣吣[瘤組織攝氧量，所以能增強(qiáng)放療對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。

盡管目前對(duì)ES聯(lián)合放療使腫瘤組織中雜亂無(wú)章的血管出現(xiàn)短暫“正?；钡木唧w時(shí)間窗尚無(wú)明確定論［15，16］，但國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果業(yè)已提示，在血管“正常化”時(shí)聯(lián)合放療能減少無(wú)效血流，改變腫瘤微環(huán)境，顯著改善乏氧、低pH和間質(zhì)高壓［17］。

2.2 ES聯(lián)合放療可改善乏氧微環(huán)境

目前對(duì)腫瘤微環(huán)境的研究比較透徹的是乏氧環(huán)境。乏氧細(xì)胞大多處于細(xì)胞動(dòng)力學(xué)的G0期，趨于不增殖或增殖緩慢，故對(duì)放療和化療都不敏感，常成為腫瘤容易復(fù)發(fā)的重要原因。腫瘤組織的快速生長(zhǎng)使其遠(yuǎn)離了營(yíng)養(yǎng)和氧氣充足的血管，加之腫瘤細(xì)胞代謝旺盛，增殖能力強(qiáng)，能量需求大，都使得腫瘤組織更容易發(fā)生缺氧。

大量的臨床前期和臨床試驗(yàn)表明，ES聯(lián)合放療在化療初期能夠改善腫瘤微環(huán)境的乏氧狀態(tài)，增強(qiáng)放射敏感性，其主要機(jī)制可能是腫瘤血管“正?；保?8，19］。血管“正?；逼陂g，腫瘤局部組織的血液循環(huán)和間質(zhì)高壓得到改善，血管通透性降低，腫瘤細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的耗氧減少，使腫瘤局部氧分壓增高，從而增強(qiáng)腫瘤的放射敏感性。乏氧誘導(dǎo)因子1α（Hypoxia Inducible Factor－1α，HIF－1α）在誘導(dǎo)低氧環(huán)境形成過(guò)程中所發(fā)揮的重要作用已得到廣泛證實(shí)。Ge Wei等［20］研究表明ES聯(lián)合放療能通過(guò)下調(diào) HIF－1α蛋白及 HIF－1αmRNA的表達(dá)，提高腫瘤放射敏感性，其原因與ES能夠降低HIF－1α的表達(dá)，從而改善腫瘤組織的乏氧狀態(tài)有關(guān)。還有報(bào)道，ES聯(lián)合放療還可上調(diào)氧通道蛋白－1（Aquaporinswater Channel Protein－1，AQP－1）和 AQP－1mRNA的表達(dá)，增加細(xì)胞攝氧量，提高微環(huán)境氧含量而增強(qiáng)放射線對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用［21］。Itasaka等［22］用 ES聯(lián)合放療干預(yù)鼠人A431上皮細(xì)胞移植瘤，結(jié)果顯示ES具有放射增敏作用，并且基質(zhì)金屬蛋白酶－2（MMP－2）和 MMP－9表達(dá)明顯降低，證實(shí)ES聯(lián)合放療對(duì)腫瘤微環(huán)境中的細(xì)胞外基質(zhì)也有影響。

3 ES聯(lián)合放療的增敏作用

許多研究顯示ES聯(lián)合放療能夠提高放療的敏感性。Hanna等［23］研究發(fā)現(xiàn)短期ES聯(lián)合放療對(duì)Lewis肺癌移植瘤和放療抗拒的SQ－20B移植瘤以及通過(guò)載體轉(zhuǎn)錄表達(dá)ES基因聯(lián)合放療HT29直腸癌模型，均有顯著的獲益?？梢?jiàn)，ES與放療聯(lián)合可以補(bǔ)充放療的局限，增強(qiáng)放射敏感性，達(dá)到協(xié)同抑瘤效應(yīng)。其可能機(jī)制有以下幾點(diǎn)［24～26］：（1）提高腫瘤氧合、降低血管密度、改善腫瘤局部的氧供狀況。腫瘤組織內(nèi)乏氧細(xì)胞是影響放射效應(yīng)的重要因素，分子水平研究結(jié)果表明，在有氧條件下，放射線產(chǎn)生的DNA損傷較多，抗血管生成藥物在“治療窗”內(nèi)應(yīng)用可以使腫瘤血管結(jié)構(gòu)和功能趨于正常化，從而改善局部血供、降低腫瘤間質(zhì)高壓、提高局部氧供，增強(qiáng)腫瘤的放射敏感性；（2）誘導(dǎo)腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的殺傷作用。放射線可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞血管表皮生長(zhǎng)因子（Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF）表達(dá)，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，并對(duì)放射線造成的損傷有保護(hù)作用。（3）抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的生成。惡性腫瘤存在的三種血管形態(tài)中，內(nèi)皮血管、新生血管是有內(nèi)皮細(xì)胞覆蓋的血管，血管生成擬態(tài)則沒(méi)有內(nèi)皮細(xì)胞，ES可直接作用于內(nèi)皮細(xì)胞，但不能抑制血管生成擬態(tài)，而放療的非特異性損傷作用可以抑制上述三種血管生成，因此兩者聯(lián)合的抑瘤效應(yīng)更強(qiáng)；（4）抑制細(xì)胞的周期特異性細(xì)胞。一般來(lái)說(shuō)，G2／M期細(xì)胞對(duì)放療最敏感，G1期細(xì)胞中等敏感，S期細(xì)胞最不敏感；對(duì)放療不敏感的周期性細(xì)胞存活下來(lái)，成為腫瘤復(fù)發(fā)的根源。而通過(guò)ES抑制腫瘤血管生成相關(guān)因子的表達(dá)，可以抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞分化和成熟，間接抑制腫瘤細(xì)胞增殖，從而補(bǔ)充了放療的局限性，達(dá)到協(xié)同抑瘤效果。

上述機(jī)制在國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者中已達(dá)成共識(shí)，并為許多后續(xù)研究奠定了一定的理論基礎(chǔ)，而目前對(duì)于ES聯(lián)合放療影響腫瘤細(xì)胞生存微環(huán)境達(dá)增敏作用的臨床應(yīng)用仍處在研究階段，Itasaka等［22］指出ES可阻斷放射線照射后引起的血管再生，增加腫瘤組織對(duì)放療的敏感性，并且可調(diào)控腫瘤微環(huán)境，消除腫瘤血管網(wǎng)、降低間質(zhì)液壓。但這一 “網(wǎng)絡(luò)化”機(jī)制尚待具體闡明。

4 腫瘤微環(huán)境治療存在的問(wèn)題

腫瘤微環(huán)境的低pH與缺氧互為因果，且對(duì)腫瘤生長(zhǎng)代謝以及對(duì)放療效應(yīng)等有決定性作用［27］。腫瘤細(xì)胞對(duì)缺血、缺氧的自身調(diào)節(jié)和適應(yīng)，主要通過(guò)提高葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、糖酵解（Warburg效應(yīng)）和形成血管體系來(lái)實(shí)現(xiàn)，并形成惡性循環(huán)。缺氧導(dǎo)致HIF－1α上調(diào)，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的能量代謝［28］而產(chǎn)生大量乳酸，加重酸性環(huán)境，ES能否通過(guò)抑制HIF－1α的表達(dá)，降低腫瘤細(xì)胞的糖酵解，從而達(dá)到放療增敏的作用，目前尚無(wú)研究報(bào)道。另外，盡管已經(jīng)明確腫瘤微環(huán)境存在低pH和間質(zhì)高壓的特點(diǎn)，但目前缺乏切實(shí)可行和靈敏度高的方法進(jìn)行精確測(cè)量。有文獻(xiàn)報(bào)道，利用PH－actived紅外熒光納米探針結(jié)合成像技術(shù)檢測(cè)腫瘤酸性微環(huán)境［29］，但由于受到多種客觀因素的制約，使這一技術(shù)未能應(yīng)用于實(shí)踐。這些問(wèn)題的解決對(duì)腫瘤微環(huán)境治療至關(guān)重要。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前對(duì)于ES聯(lián)合放療與腫瘤微環(huán)境相互作用的認(rèn)識(shí)是十分有限的。原因在于：一方面，至今為止，國(guó)內(nèi)外仍無(wú)完整的理論體系來(lái)闡述二者聯(lián)合作用的具體機(jī)制，為ES與放療聯(lián)合在臨床上的應(yīng)用與推廣帶來(lái)了困惑；另一方面，腫瘤微環(huán)境靶點(diǎn)眾多［30］，并且腫瘤微環(huán)境模型研究尚不成熟，也決定了以腫瘤微環(huán)境為目標(biāo)的治療方法尚需更多的基礎(chǔ)和臨床試驗(yàn)來(lái)解釋說(shuō)明。當(dāng)務(wù)之急在于進(jìn)一步明確腫瘤微環(huán)境的分子、細(xì)胞及細(xì)胞外組成及其相互聯(lián)系［31］，同時(shí)深入研究和探討ES聯(lián)合放療引起血管“正常化”的成因和機(jī)制，并確定聯(lián)合治療的最佳劑量、時(shí)間和順序。只有將兩方面密切結(jié)合起來(lái)才有望通過(guò)改變腫瘤微環(huán)境來(lái)推動(dòng)腫瘤的臨床治療，這也勢(shì)必會(huì)對(duì)腫瘤的預(yù)防和治療帶來(lái)新的啟示和策略。

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