宮頸癌輻射抵抗機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展

吉 晨 吳玉梅

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院婦科腫瘤科，北京 100006

宮頸癌是全球女性中第四大常見癌癥，放療是重要的治療方法，ⅡB 期及以上的患者首選同步放化療，美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）指南將放療作為ⅠB3 和ⅡA2期局部晚期宮頸癌的標(biāo)準(zhǔn)治療，而早期宮頸癌術(shù)后合并高危因素者，亦需補(bǔ)充放療。隨著放療設(shè)備和技術(shù)的改進(jìn)，療效有所提升，副作用減少，但仍有近50%的患者因輻射抵抗導(dǎo)致疾病未控或復(fù)發(fā)[1]，嚴(yán)重威脅女性健康。腫瘤的輻射抵抗是多基因、多通路、多機(jī)制共同作用的復(fù)雜過程，涉及腫瘤干細(xì)胞、DNA 損傷修復(fù)、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、乏氧效應(yīng)、腫瘤微環(huán)境等多方面[2-4]，各因素之間又通過一條或多條信號通路相互作用。本文對腫瘤干細(xì)胞、DNA 損傷修復(fù)及腫瘤微環(huán)境在宮頸癌輻射抵抗機(jī)制的相關(guān)進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cell，CSC）

CSC 是腫瘤細(xì)胞內(nèi)一個(gè)獨(dú)特的亞群，對放化療有耐受性[5]，可以自我恢復(fù)和分化，有很強(qiáng)的DNA 損傷修復(fù)能力，同時(shí)表現(xiàn)出低水平的氧活性，且增殖緩慢，這些特性都導(dǎo)致CSC 對放療抵抗[6]。CSC 的起源還不明確，可能是正常干細(xì)胞在DNA 復(fù)制中隨機(jī)突變導(dǎo)致惡變[7]。Bjerkvig 等[8]發(fā)現(xiàn)，在基因轉(zhuǎn)錄水平正常干細(xì)胞可能會吞噬腫瘤細(xì)胞的DNA 片段，導(dǎo)致DNA 重編形成CSC。另外，TME 信號如細(xì)胞炎癥因子，會促進(jìn)干細(xì)胞分化成為CSC，核轉(zhuǎn)錄因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）則維持著CSC 的數(shù)量[9]。CSC 引起輻射抵抗的機(jī)制主要有以下幾個(gè)方面：

1.1 上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）

EMT 與CSC 有相似的生物學(xué)行為，包括干性、免疫逃逸和輻射抵抗[10]，EMT 是上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為移行間充質(zhì)細(xì)胞的去分化過程，進(jìn)入循環(huán)和轉(zhuǎn)移的能力較強(qiáng)，從而對輻射后的細(xì)胞凋亡產(chǎn)生抵抗[11]。

1.2 乏氧

乏氧是腫瘤組織中的常見現(xiàn)象，通過影響細(xì)胞周期、DNA 損傷修復(fù)等，明顯減弱腫瘤對放療的反應(yīng)[12]。乏氧可以提高CSC 的EMT 特性，包括自我更新、轉(zhuǎn)移和侵襲性等[13]，還能間接激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)非折疊蛋白信號通路，維持CSC 的活性氧（reactive oxygen species，ROS）處于較低濃度[14]。

1.3 氧化調(diào)節(jié)

ROS 水平對DNA 斷裂的修復(fù)十分重要[15]，ROS過負(fù)荷時(shí)，可以誘導(dǎo)DNA 損傷及增加細(xì)胞對輻射的敏感性。此外，端粒成分如端粒結(jié)合蛋白2 的高活性是維持端粒長度和輻射抵抗的原因[16]。較低的ROS 水平可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶和環(huán)氧化酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）來增加CSC 的數(shù)量。ROS和COX-2 存在負(fù)反饋?zhàn)饔茫珻OX-2 可能通過降低ROS 來增加CSC 和轉(zhuǎn)移能力。

1.4 內(nèi)吞噬

CSC 有內(nèi)吞噬保護(hù)機(jī)制，以維持其干性，抵抗失巢凋亡，并且使ROS 處于較低水平[17]。失巢凋亡是由于細(xì)胞與其相鄰的細(xì)胞外基質(zhì)不相容而引起細(xì)胞死亡，內(nèi)吞噬可以保護(hù)細(xì)胞暴露于相關(guān)危險(xiǎn)因子。因此，通過抑制或過度激活來破壞保護(hù)性內(nèi)吞噬可以起到治療作用。

1.5 炎癥反應(yīng)

早期炎癥可以提高免疫系統(tǒng)的反應(yīng)，引起腫瘤細(xì)胞自溶[18]。通過轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）等組織免疫應(yīng)答，抑制炎癥狀態(tài)，從而誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生，放療后逐漸升高的炎癥反應(yīng)會提高腫瘤的治療抵抗[19]。慢性炎癥可以引起CSC 增加，可能誘導(dǎo)CSC 去分化。因此，抗炎藥物如阿司匹林可能成為消除CSC 耐藥性的藥物。

由于CSC 對放化療高度不敏感，使其成為后期腫瘤的主體，目前已發(fā)現(xiàn)一些導(dǎo)致宮頸癌的干細(xì)胞標(biāo)記基因，如BMI1、OCT4、SOX2、UTF1 等[20]。以SOX2為例，其可通過調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞干性，抵抗放療效應(yīng)，敲除SOX2 可抑制腫瘤的增殖和侵襲[21]。在局部晚期宮頸鱗癌患者中，高表達(dá)SOX2 患者放療后的無進(jìn)展生存期更短[22]；SOX2 等基因高表達(dá)的宮頸鱗癌細(xì)胞系在輻射后更易出現(xiàn)輻射抵抗[23]。目前研究提示以CSC為靶點(diǎn)可提高腫瘤治療效果，尤其是宮頸癌及惡性膠質(zhì)瘤等對放療抵抗的腫瘤。

2 DNA 損傷修復(fù)

放療造成的DNA 損傷常見的修復(fù)方式是堿基切除修復(fù)通路和DNA 重組修復(fù)，后者又分為非同源末端連接通路（non-homologous end-joining，NHEJ）和同源重組修復(fù)通路（homologous recombination repair，HRR）。

2.1 DNA 重組修復(fù)通路相關(guān)因子

NHEJ 通路相關(guān)的重要因子分別是Ku70、Ku80、DNA-PKcs、Artemis、XRCC4 和DNA 連接酶Ⅳ。DNA雙鏈斷裂后，NHEJ 通路首先進(jìn)行修復(fù)，隨后HRR 通路再進(jìn)行精確修復(fù)。HRR 通路需要多種蛋白質(zhì)參與，包括RAD51 及其同源體、RAD52、RAD54、BRCA1、BRCA2、MRN 復(fù)合物等，及觸發(fā)DNA 損傷應(yīng)激反應(yīng)的分子，如共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變基因（ataxia telangiectasia-mutated gene，ATM）、ATM-Rad3 相關(guān)蛋白激酶（ATM Rad3-related protein kinase，ATR）。DNA 損傷應(yīng)答受ATM-絲氨酸-蘇氨酸檢查點(diǎn)激酶2（checkpoint kinase 2，Chk2）和ATR-Chk1 通路調(diào)控，而ATMChk2 和ATR-Chk1 通路受多因素影響，包括輻射的劑量和時(shí)間等，ATM 和ATR 可能成為放療靶點(diǎn)[24]。Agnihotri 等[25]利用小干擾RNA 篩選DNA 損傷應(yīng)答基因，發(fā)現(xiàn)了一種烷化劑——3-甲基嘌呤-DNA 糖苷酶（3-methylpurine-DNA glycosylase，MPG），其被ATM磷酸化后激活，抑制MPG 和ATM 會提高烷化劑在體外的細(xì)胞毒性效應(yīng)，且對體內(nèi)正常細(xì)胞沒有毒性，由此提供了治療窗。另外，ATM 在干細(xì)胞維持和DNA損傷的信號通路中都起到重要作用。研究顯示ATM可正向調(diào)節(jié)ITCH E3-泛素連接酶[26]，后者參與DNA損傷應(yīng)答、Notch 和Hedgehog 信號通路。Fokas 等[27]發(fā)現(xiàn)了一種高度選擇的ATR 抑制劑——VE-822，體外及在體均可增加放射敏感性，VE-822 在放療后可降低胰腺癌細(xì)胞的生存，而不影響正常細(xì)胞。

2.2 p53 基因

p53 基因是重要的抑癌基因，當(dāng)細(xì)胞受輻射發(fā)生DNA 損傷時(shí)，p53 蛋白活性增加，參與DNA 損傷修復(fù)。p53 基因活化后激活鼠雙微體基因2，其抑制劑可以激活p53/p21 信號通路。p21 基因作為p53 的下游調(diào)控基因，其高表達(dá)能抑制DNA 修復(fù)，促進(jìn)DNA 損傷后的細(xì)胞凋亡，抑制細(xì)胞增殖，增加腫瘤放療敏感性[28]。

2.3 早期快速反應(yīng)基因5（immediate-early response gene 5，IER5）

IER5 主要參與細(xì)胞對外界刺激的快速應(yīng)答及細(xì)胞周期調(diào)節(jié)等，劉洋等[29]發(fā)現(xiàn)放射后IER5 和Ku70 表達(dá)量升高，二者表達(dá)呈正相關(guān)，提示IER5 可能通過與Ku70 相互作用參與調(diào)控DNA 損傷修復(fù)。Yu 等[30]通過干擾IER5 的表達(dá)顯著降低了HeLa 細(xì)胞中輻射誘導(dǎo)的DNA 雙鏈斷裂的修復(fù)效率，提示IER5 參與DNA 雙鏈斷裂修復(fù)，并利用免疫共沉淀證實(shí)了IER5 與ADP核糖聚合酶1 和Ku70 的相互作用。

Sample[31]發(fā)現(xiàn)，放療前后DNA 修復(fù)通路基因表達(dá)不同，提示宮頸癌放療的預(yù)后不同。因此，尋找宮頸癌放療DNA 損傷修復(fù)關(guān)鍵通路的靶基因，將對提高宮頸癌的輻射敏感性起重要作用。

3 腫瘤微環(huán)境

腫瘤微環(huán)境是腫瘤細(xì)胞及其鄰近組織，及細(xì)胞分泌的各種活性物質(zhì)共同構(gòu)成的局部內(nèi)環(huán)境，包括成纖維細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等，及這些細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子、激素產(chǎn)物和趨化因子等，協(xié)同參與信號通路。宮頸癌的腫瘤微環(huán)境由高危型人乳頭瘤病毒（high risk human papillomavirus，HR-HPV）腫瘤蛋白和基質(zhì)雌激素受體α 協(xié)同形成。雖然淋巴細(xì)胞可以對腫瘤細(xì)胞形成防護(hù)盾，但一些細(xì)胞亞群可引起免疫抑制、腫瘤生長和播散，腫瘤細(xì)胞毒性滲透的淋巴細(xì)胞可以逃避T 調(diào)節(jié)細(xì)胞而導(dǎo)致免疫耐受[32]。因此，腫瘤微環(huán)境可以為免疫治療提供潛在靶點(diǎn)。

3.1 HPV 與腫瘤微環(huán)境

HPV 基因組中的E6 和E7 是主要的癌基因，感染HR-HPV 的患者，DNA 被整合到宿主細(xì)胞的DNA上，可誘導(dǎo)腫瘤微環(huán)境促進(jìn)癌癥進(jìn)展。Ren 等[33]發(fā)現(xiàn)，HPV 16/18 可以激活白細(xì)胞介素-6/信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（interleukin-6/signal transducer and activator of transcription 3，IL-6/STAT3）通路，導(dǎo)致宮頸惡變。局部腫瘤微環(huán)境中HPV 持續(xù)存在引起宮頸癌放療后的抵抗和復(fù)發(fā)。來源于腫瘤微環(huán)境激活的成纖維細(xì)胞，形成腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer-associated fibroblast，CAF），分泌大量生長因子，如血管內(nèi)皮生長因子、TGF-β 等，與腫瘤微環(huán)境中的內(nèi)皮細(xì)胞、炎癥細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞相互作用，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)移。

3.2 腫瘤微環(huán)境對放療的反應(yīng)

像腫瘤細(xì)胞一樣，腫瘤微環(huán)境會對放療做出反應(yīng)，肺癌和黑色素瘤經(jīng)輻射后，CAF 會發(fā)生內(nèi)吞噬，加強(qiáng)癌細(xì)胞的恢復(fù)和腫瘤的再生長[34]。輻射還會誘導(dǎo)腫瘤微環(huán)境產(chǎn)生炎癥細(xì)胞因子，包括血小板源性生長因子、IL-1β、腫瘤壞死因子α、趨化因子12、基質(zhì)金屬蛋白酶及IL-6 等，這些因子會引起CSC 中的活性氧清除上調(diào)，激活STAT3 下游信號通路，促進(jìn)CSC 的自我更新及胚胎干細(xì)胞神經(jīng)鞘膜形成的連鎖反應(yīng)[35]，進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生存，幫助其再生長并發(fā)展成為更具侵襲性的CSC 亞型，從而造成輻射抵抗。因此，研究宮頸癌及腫瘤微環(huán)境在輻射后的反應(yīng)、細(xì)胞因子及炎癥因子的變化，可能尋找到提高宮頸癌輻射敏感性的靶點(diǎn)。

4 展望

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，很多癌癥患者可以做到與腫瘤長期共存，雖然仍有一部分宮頸癌患者對放療反應(yīng)不佳，不同患者對輻射抵抗的靶點(diǎn)也許并不相同，但科研工作者仍在尋找輻射抵抗的原因，并探索其內(nèi)在機(jī)制，以期找到提高放療敏感性的靶點(diǎn)。相信最終能夠進(jìn)一步延長患者的生存期，改善生存質(zhì)量，扼制腫瘤的進(jìn)展和復(fù)發(fā)，為更多的宮頸癌患者帶來福音。