局部進展期中低位直腸癌新輔助放化療療效預測分子標志物的研究進展

袁野，田少博，張培，陶凱雄，王國斌 ，王征,3

1.華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院胃腸外科，湖北 武漢430022；2.華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院組織工程與再生醫(yī)學研究中心，湖北 武漢430022；3.湖北省微創(chuàng)外科醫(yī)學臨床研究中心，湖北 武漢430022

目前控制和改善局部進展期中低位直腸癌(locally advanced mid-low rectal cancer, LARC)病情和預后的重要方式是多模式治療，主要包括術前新輔助放化療、直腸全系膜切除術、術后輔助化療等。其中新輔助放化療(neoadjuvant chemoradiotherapy, nCRT)作為LARC治療策略的重要環(huán)節(jié)，在降低局部復發(fā)率、增加保肛率、提高腫瘤切除率及延長無病生存期等方面具有明顯優(yōu)勢[1]。但nCRT同時會帶來嚴重不良反應，包括大便排空障礙、大便失禁等放射相關大腸功能障礙以及性功能障礙等[2]。

由于個體差異，LARC病人對nCRT反應不一致。病理完全緩解(pathologic complete response, pCR)作為反應良好的評價指標之一，其概率為4%～24%[3-5]，這部分病人預后較好。Chang等[6]回顧性分析749例接受nCRT的LARC病人，pCR病人預后明顯優(yōu)于無降期病人(>ypT1～2N0)， 5年總生存率分別為92.7%和80.4%(P=0.001)，5年無病生存率分別為93.5%和65.7%(P<0.000 1)，5年復發(fā)率分別為1.8%和8.8%(P=0.004 8)。對nCRT反應差的病人無法從治療中獲益；相反，長時間nCRT治療增加疾病進展風險，帶來嚴重毒副反應。

提前通過分子標志物判斷LARC病人對nCRT的反應性，有助于對擬行nCRT病人進行分層治療。對nCRT預測反應好的LARC病人可選擇先nCRT治療，后續(xù)銜接保肛手術；對nCRT預測反應差的可改行強化放化療，或直接行手術治療。新輔助分層治療對改善病人預后，減輕不良反應及減少經濟負擔等具有積極意義。

本文對截止于2020年5月PubMed上發(fā)表文章進行檢索，檢索關鍵詞包括：rectal、chemoradiotherapy(主題詞)、preoperative、chemoradiation、neoadjuvant、chemotherapy、chemoradiosensitivity、chemoradioresistance、predictor、predict、risk factors、predicting、prediction、predictive、prognosis、prognostic、indicator、poor outcome、response。通過閱讀標題及摘要，篩選出324篇預測LARC病人nCRT療效文獻。其中225篇文獻因以下條件被排除：(1)臨床數據，(2)影像學數據，(3)miRNA，(4)高通量基因測序數據，(5)文獻綜述及Meta分析。最終篩選99篇文獻，其中36篇代表性文獻納入本文進行綜述，文獻檢索流程見圖1。

圖1 文獻檢索流程圖

一、LARC新輔助分層治療現狀

歐洲腫瘤內科學會(ESMO)指南對nCRT在LARC病人中應用進行詳細分層，根據腫瘤位置、T分期、N分期、直腸系膜筋膜(mesorectal fascia, MRF)狀態(tài)、側方淋巴結等指標將LARC病人分為低危、中危、高危三組。對低危組病人推薦直接手術治療，中危組病人推薦行短程放療，高危組病人則推薦長程放化療。

相比于美國國立綜合癌癥網絡(NCCN)指南，ESMO指南減少了放療在nCRT中的比重，可降低放療相關并發(fā)癥的發(fā)生率。但ESMO指南主要基于CT、MRI、內鏡等資料對LARC病人進行分層，具有一定局限性：影像學評估淋巴結是否受侵犯準確率不高，僅憑淋巴結增大無法判別惡性淋巴結[7-8]。因此尋找新的分子標志物指導nCRT分層治療是必要的。

二、新輔助治療療效預測的分子標志物

1.胸苷酸合成酶相關分子標志物 胸苷酸合成酶(TS)由TYMS基因編碼，具有催化dUMP形成dTMP作用，在DNA合成中至關重要[9]。TYMS基因5′UTR啟動子區(qū)包含2個或3個28 bp的串聯(lián)重復序列(2R或3R)。TYMS基因中重復序列越多(3R)，TS表達量及活性越高[10]。

氟尿嘧啶(5-FU)類藥物可靶向TS，起放療增敏作用。目前發(fā)現腫瘤組織中TYMS基因型3R/3R病人TS蛋白過表達，對5-FU類藥物的nCRT治療方案反應較差[11-12]。然而，近年來也有研究得出不同結論，Nelson[13]及Lamas[14]等研究發(fā)現只要具有一個TYMS3G(3R等位基因的一種)等位基因病人，對5-FU的nCRT治療方案反應較好，可能原因是此類病人腫瘤組織中TS蛋白過表達導致5-FU作用位點增多，提高放療敏感性。TYMS基因型作為nCRT療效分子標志物，對指導新輔助分層治療具有一定應用前景，但仍需深入研究加以驗證。

與TYMS基因型類似，腫瘤組織中TS蛋白作為預測nCRT療效分子標志物同樣存在爭議。Negri等[15]研究發(fā)現TS蛋白高表達病人nCRT治療后具有更高pCR率。Kikuchi等[16]利用包括TS蛋白在內的多種蛋白構建預測模型，能有效預測LARC病人對nCRT治療反應。然而，部分研究發(fā)現TS蛋白表達水平與nCRT療效并無顯著相關性[17]。

Tan等[18]將分子標志物應用于臨床治療，根據TYMS基因型將擬行nCRT的T3/T4， N0～2，M0～1直腸癌病人分為低風險組(2R/2R、2R/3R、2R/4R)和高風險組(3R/3R、3R/4R)，前者給予標準nCRT方案治療，后者在標準nCRT方案基礎上增加伊立替康，結果顯示均取得較好治療效果：低風險組降期率及ypT0率分別為64.4%和20%，高風險組降期率及ypT0率分別為64.5%和42%。

2.表皮生長因子受體信號通路相關分子標志物 表皮生長因子受體(epithelial growth factor receptor, EGFR)蛋白具有酪氨酸激酶活性，在結直腸癌中高表達。EGFR激活下游基因表達，促進細胞增殖，抑制凋亡[19]。EGFR信號通路則可誘導同源重組(homology-directed repair, HDR)DNA修復和非同源末端連接(non-homologous end-joining, NHEJ)DNA修復[20-21]，抵抗放療所誘導的腫瘤細胞DNA損傷。這可解釋腫瘤組織高表達EGFR的LARC病人對nCRT反應差[22-23]。

RAS是EGFR下游MAPK級聯(lián)信號通路重要分子。KRAS突變在結直腸癌發(fā)生過程中較為常見[24]。KRAS突變能否預測nCRT反應尚存在爭議。部分研究結果顯示KRAS突變的LARC病人對nCRT反應差[25-26]。然而，另有研究證實KRAS突變與LARC病人對nCRT反應不相關[27]。

PI3K/PTEN/AKT/mTOR是EGFR下游重要通路，通過多種途徑介導腫瘤細胞對放化療抵抗，包括促進DNA損傷修復、促進細胞增殖、抑制凋亡以及參與低氧相關信號通路等[28]。研究顯示PI3K催化亞基PIK3CB在對nCRT抵抗的病人腫瘤組織中表達量較高[29]，PTENrs12569998多態(tài)性與nCRT治療后TRG分級相關[30]。Koyama等[31]研究發(fā)現AKT活性與病人對nCRT反應性相關，體外實驗進一步證實AKT抑制劑能增強腫瘤細胞對nCRT的反應性。Abdul-Jalil等[32]對33個PI3K及MAPK通路相關基因進行測序分析，結果發(fā)現PI3K通路相關基因突變與較低pCR率相關。

3.血管生成相關分子標志物 血管內皮生長因子(VEGF)是促進腫瘤血管生成的重要因子，與腫瘤發(fā)生和轉移密切相關[33]。Edden等[34]研究發(fā)現，過表達VEGF腫瘤治療反應差。Zlobec等[35]得出相似結論，發(fā)現對nCRT無反應LARC病人的腫瘤組織中VEGF表達量明顯高于有反應的腫瘤組織。然而Hur等[17]得出了相反的結論，其研究發(fā)現高表達VEGF的LARC病人經nCRT治療后出現pCR概率更高。

4.凋亡相關分子標志物 誘導細胞凋亡是化療或放療殺傷腫瘤的關鍵機制。Survivin蛋白是凋亡抑制蛋白家族成員，抑制細胞凋亡，使腫瘤細胞對放化療產生耐受。Grdina等[36]研究發(fā)現， Survivin蛋白表達下調后，人結直腸癌細胞系RKO36放療敏感性增強。R?del等[37]對59例nCRT治療后LARC病人的腫瘤標本進行分析，發(fā)現高表達Survivin蛋白病人nCRT治療后腫瘤細胞凋亡更少。Takasu等[38]研究結果顯示，腫瘤組織內的Survivin表達與pCR率呈負相關，提示Survivin蛋白表達可能作為nCRT療效的重要預測因子。

放療是抗擊癌癥的有效手段。p53則是參與放療作用的關鍵分子之一[39]。p53表達能夠誘導細胞周期停滯、DNA損傷修復及誘導凋亡等。部分研究發(fā)現腫瘤組織高表達p53的LARC病人多呈放療抵抗，p53蛋白過表達可作為LARC病人對nCRT抵抗的分子標志物[40-41]。另有部分研究發(fā)現p53蛋白表達水平與LARC病人對nCRT反應無關[42-43]?；趐53對nCRT是否有預測價值的不同結論，Chen等[44]對30項研究中1 830例病例進行了薈萃分析，結果顯示野生型p53狀態(tài)(p53蛋白低表達和/或野生型p53基因)與nCRT治療后病理反應相關，且p53基因型比p53蛋白表達更具有預測價值。Kandioler等[45]研究也得到類似結論。(表1)

5.DNA損傷修復相關分子標志物 放療通過誘導DNA雙鏈斷裂殺傷腫瘤細胞，而DNA損傷修復是導致腫瘤細胞對放療產生抗性的重要機制。HDR和NHEJ是真核細胞中促進損傷DNA損傷修復的主要途徑。HDR依賴同源序列，精確修復DNA損傷；而NHEJ不依賴于同源序列，修復速度快，但錯誤率高。研究顯示，XRCC3、ERCC1、RFC4、Ku70、Ku80等分子通過HDR或NHEJ方式參與DNA損傷修復過程，這些分子與LARC病人對nCRT反應有關[46-49]。

三、生物組學研究

因腫瘤異質性的存在，單一分子標志物預測nCRT療效價值較低，不同研究常得出互相矛盾的結論。隨著高通量研究技術的出現，生物組學逐漸興起。生物組學是對整個生物分子群組的研究，有望在腫瘤預防、診斷及治療等方面發(fā)揮巨大作用。

表1 新輔助治療療效預測的分子標志物總結

基因測序技術使同時研究大量基因表達成為可能。Ghadimi等[50]將23例行nCRT的LARC病人分為反應組及無反應組，利用基因芯片技術對治療前腫瘤組織進行測序分析，確定了54個差異表達基因，這些差異表達基因預測nCRT療效的敏感性及特異性分別為78%和86%。Watanabe等[51]從52例行nCRT直腸癌病人中鑒定出33個差異表達基因，在另一隊列17例病人中預測nCRT療效準確率達到82.4%。

近年來，通過蛋白質組技術預測nCRT反應分子標志物越來越多。Croner等[52]根據LARC病人對nCRT治療反應從腫瘤組織中鑒定出數百個差異調節(jié)的蛋白質。Smith等[53]認為腫瘤組織蛋白表達是一個動態(tài)的過程，在開始治療的24 h/48 h內血清中14種差異表達蛋白質共同區(qū)分了病人對nCRT治療的反應性，敏感性和特異性分別達到87.5%和80%。

代謝組學可同時對大量代謝物進行整體和定量分析，成功應用于癌癥早期診斷、治療反應預測等。Jia等[54]基于非靶向代謝組學技術分析血清樣本得到15種不同表達的代謝物，這些代謝物可用于鑒定LARC病人中潛在對nCRT的敏感者。

四、結語

目前為止，預測LACR病人nCRT治療療效的分子標志物臨床信息有限，尚無廣泛認可的分子標志物，部分分子標志物在不同研究中甚至得出不同結論。應用生物組學技術可同時研究大量基因或蛋白質等分子標志物，預測準確性較高，但不同研究間各種潛在預測標志物幾乎沒有重疊，同樣未應用于臨床。筆者認為目前對nCRT分子標志物研究的主要局限性在于：(1)各個研究樣本量小、nCRT方案不盡相同、研究技術方案不一致等；(2)腫瘤組織存在異質性，僅對一個區(qū)域進行采樣無法代表整個腫瘤組織生物學特征；(3)多種證據表明腫瘤組織對細胞毒性療法的反應是動態(tài)過程，隨著治療進展，多種基因表達改變產生對nCRT治療耐受[55]；(4)活檢腫瘤組織標本包含一定量正常組織，正常組織含量不同可能會對測序結果產生影響[56]。

分子標志物對指導LARC病人分層治療以及開發(fā)靶向藥物等具有積極意義。隨著精準醫(yī)療發(fā)展，具有高度敏感性及特異度分子標志物會被鑒定出來，為個體化治療提供指導。