探討胸苷激酶1 在乳腺癌治療中的應(yīng)用潛力

李童 李良

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤, 約占所有惡性腫瘤診斷的30%［1-3］。其發(fā)病率因年齡而異：25 歲前發(fā)病率較低, 30 歲以后迅速增加, 圍絕經(jīng)期前后達到高峰, 老年人發(fā)病率逐漸下降。此外, 乳腺癌也是全世界女性因癌癥死亡的第二大原因, 僅次于肺癌［3-5］。在過去的20 年中, 基因?qū)W研究顯示乳腺癌之間存在相當(dāng)大的異質(zhì)性, 從而導(dǎo)致了在生物學(xué)特性和臨床病程中存在亞型的差異, 如三陰性乳腺癌(TNBC)預(yù)后較差,目前的治療方案效果有限［6］。在臨床實際應(yīng)用中, 腫瘤體積、組織學(xué)分級和生物標(biāo)志物的表達情況等是目前乳腺癌綜合治療中可以向臨床醫(yī)生提供乳腺癌生物學(xué)信息的重要參考數(shù)據(jù)［7,8］, 輔助臨床醫(yī)生治療方案的選擇。然而, 經(jīng)過完整的乳腺癌綜合治療, 相當(dāng)一部分患者出現(xiàn)了復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移, 導(dǎo)致最終預(yù)后效果較差［9,10］。因此, 傳統(tǒng)對乳腺癌的危險分層存在一定的局限性, 迫切需要一種新的生物標(biāo)志物來識別高風(fēng)險乳腺癌患者。

TK1 是一種在人體細(xì)胞中普遍存在, 且在DNA 前體合成中重要的限速酶。其可在細(xì)胞周期S 期中檢測到明顯的活性上行波動［11,12］。因此血清TK1 活性增高是細(xì)胞增殖活躍的一個敏感指標(biāo)［13］。在20 世紀(jì)以來的研究中, TK1 活性已在血液系統(tǒng)惡性腫瘤治療中被證明其預(yù)后價值并應(yīng)用于臨床［14］。然而, 以往的研究缺少對于實體腫瘤患者血清TK1 活性臨床意義的論證以及血清TK1 活性檢測技術(shù)敏感性的局限性［15］, 限制了其在實體腫瘤患者管理中的應(yīng)用范圍隨著血清TK1活性免疫檢測技術(shù)的發(fā)展。免疫檢測敏感度及便捷度提高, TK1 檢測技術(shù)在實體腫瘤, 特別是乳腺癌患者中的應(yīng)用越來越廣泛［16］。本文主要針對TK1 在乳腺癌患者療效評價及預(yù)后預(yù)測等方面的應(yīng)用進展及潛在價值進行簡要綜述。

1 細(xì)胞生長增殖標(biāo)志物

雖然目前臨床有眾多與細(xì)胞增殖相關(guān)的標(biāo)志物用于腫瘤的輔助診斷, 例如前列腺癌綜合治療中的前列腺特異性抗原(PSA)［17］, 以及目前逐步開展的BRCA基因突變檢查［18］, 可以輔助乳腺癌早期風(fēng)險預(yù)測和治療方案選擇。但目前缺少可指示細(xì)胞增殖速率的細(xì)胞生長增殖有關(guān)標(biāo)志物, 特別是具有前瞻性的生物學(xué)標(biāo)志物, 可以為預(yù)后評估和治療方案的選擇提供具有參考意義的信息。細(xì)胞生長增殖標(biāo)志物是在增殖細(xì)胞中表達的一類蛋白質(zhì), 通常使用免疫組織學(xué)技術(shù)檢測。目前臨床應(yīng)用的標(biāo)志物包括細(xì)胞核增殖相關(guān)抗原PCNA、Ki-67 和TK1［19］。這些細(xì)胞生長增殖標(biāo)志物在增殖細(xì)胞的不同細(xì)胞周期中表達。Ki-67 是該類型中應(yīng)用最廣泛的生物學(xué)標(biāo)志物, 在細(xì)胞周期的G1、S、G2和M 期表達。免疫組織學(xué)技術(shù)應(yīng)用局限于步驟較為復(fù)雜繁瑣、需取得病理組織以及只能反映局部組織的生物學(xué)特征。相對而言, 可以反映惡性腫瘤整體的增殖速率及侵襲性的血清學(xué)檢測有著獨特且重要的意義,同時標(biāo)本取得更為便捷, 可行性及依從性也有著明顯的優(yōu)勢。TK1 是其中一種獨特的細(xì)胞生長增殖標(biāo)志物。TK1 可以通過酶活性測定和免疫學(xué)測定方法在腫瘤細(xì)胞或者腫瘤患者體液中進行免疫組織學(xué)檢測。

2 TK1 的生化性質(zhì)

2.1 TK1 與DNA 前體合成 在細(xì)胞中, 胸苷激酶作為DNA 合成及修復(fù)機制中的關(guān)鍵酶, 在脫氧胸腺嘧啶核苷酸(dTMP)合成過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。DNA前體合成有2 個主要途徑；從頭開始途徑(de novo pathway)和補救合成途徑(salvage pathway)。TK1 是一種脫氧核糖核苷激酶, 是DNA 補救合成途徑中的限速酶［20］。

胸腺嘧啶從細(xì)胞外間隙穿過細(xì)胞膜, 在細(xì)胞質(zhì)中由TK1 催化轉(zhuǎn)換為dTMP［21］。dTMP 在細(xì)胞質(zhì)中由其他關(guān)鍵酶催化轉(zhuǎn)化為脫氧胸苷三磷酸(dTTP)［22］。dTTP通過核孔復(fù)合體被動運輸進入細(xì)胞核, 用于DNA 合成和轉(zhuǎn)錄。由于補救合成途徑相較于從頭合成途徑能量消耗較少, 其通常是細(xì)胞中首選的dTTP 產(chǎn)生途徑［23］。TK1 參與DNA 復(fù)制過程中, 其檢測活性在G1-S 期轉(zhuǎn)變后顯著增加, 與DNA 合成的增長相一致。其增加在G2期無法檢測到。由于TK1 局限于細(xì)胞周期中的S 期,僅在增殖細(xì)胞中發(fā)現(xiàn), 是細(xì)胞增殖可靠和敏感的標(biāo)志物。

在惡性腫瘤綜合治療中, 5-氟尿嘧啶是臨床上使用最為廣泛的一種抗嘧啶類藥物, 對消化道惡性腫瘤及其他實體腫瘤有良好的療效。5-氟尿嘧啶通過抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶進而抑制DNA 合成的從頭合成途徑。但可以通過補救合成途經(jīng)的惡性腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生先天優(yōu)勢, 并可以進一步解釋TK1 活性高表達與惡性腫瘤高侵襲性以及較低的預(yù)后預(yù)期之間存在的聯(lián)系［24］。

2.2 TK1 與DNA 修復(fù) 當(dāng)DNA 因放療輻射或化療藥物損傷時, 可發(fā)現(xiàn)血清TK1 活性明顯升高［20,25］。DNA受損會提高其降解并循環(huán)利用脫氧胸腺核苷循環(huán)的效率。同時, 由于TK1 參與DNA 修復(fù), 因此TK1 的缺失可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［20］。

3 TK1 的檢測

由于TK1 與DNA 合成和細(xì)胞增殖密切相關(guān), 是當(dāng)下研究惡性腫瘤的有價值的細(xì)胞生長增殖標(biāo)志物［26］。目前, TK1 可通過兩種不同的技術(shù)進行定量檢測：①通過酶促反應(yīng)測量其活性或質(zhì)量；②通過免疫學(xué)測量技術(shù)對其進行檢測。細(xì)胞內(nèi)具有活性的TK1 以一種四聚體結(jié)構(gòu)存在, 但釋放后其會聚合成具有一定分子量及酶活性的高分子復(fù)合物［27］。此外, 血清中可能含有酶促反應(yīng)抑制劑［26］。這些因素都會對TK1 的檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。

4 TK1 的應(yīng)用價值

4.1 TK1 在人群篩查中的應(yīng)用 在包括感染、炎癥及惡性腫瘤［19］等一系列情況中, 均可能導(dǎo)致細(xì)胞增殖活躍, 此時多數(shù)血清TK1 活性會隨之明顯升高［28］。此前一項針對大規(guī)模人群的篩查中發(fā)現(xiàn), 血清TK1 活性升高的受試者中, 83%的受試者發(fā)生明確的病理性疾病,22%的受試者發(fā)生感染或者炎癥, 61%的受試者發(fā)生惡性腫瘤［29］。血清TK1 活性升高可能是給予臨床進一步加以診斷的參考, 不能提示準(zhǔn)確原因。

4.2 TK1 在實體腫瘤中的應(yīng)用 目前對于實體腫瘤,血清TK1 活性的相關(guān)研究較少, 過去的研究集中于對惡性實體腫瘤細(xì)胞的TK1 的臨床價值［19,30,31］。多項研究表明在惡性腫瘤, 甚至處于癌前病變階段的組織病理中, 細(xì)胞內(nèi)TK1 表達增加。在涉及胃癌［32,33］、食管癌［34］、卵巢癌［35］、宮頸癌［32］、肺癌［36］、前列腺癌和乳腺癌［37］的研究中, 患者血清TK1 活性升高與預(yù)后較差相關(guān)［38］。

根據(jù)以往研究顯示血清TK1 活性水平與實體惡性腫瘤綜合治療的相關(guān)聯(lián)系：①血清TK1 活性與腫瘤臨床階段相關(guān)［38,39］, 研究顯示處在早期階段同時血清TK1 活性相對升高的腫瘤患者具有更高的疾病進展風(fēng)險［38,40］；②與其他臨床應(yīng)用的腫瘤標(biāo)志物聯(lián)合應(yīng)用,可提高其臨床參考意義［39,41］；③可用于患者預(yù)后預(yù)測,術(shù)后或化療之后, 患者血清TK1 活性升高可提示預(yù)后不佳；④可以作為提示腫瘤進展的生物學(xué)標(biāo)志［38,42］。

4.3 TK1 在乳腺癌中的應(yīng)用 乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤, 在臨床治療過程及終末結(jié)局方面具有高度的異質(zhì)性。盡管患者接受完整的輔助治療, 仍約有20%的早期乳腺癌患者最終腫瘤擴散［43］, 這可能與尚未完全了解乳腺癌的生物學(xué)特性和對乳腺癌患者療效預(yù)測及預(yù)后風(fēng)險分層評價手段不足而導(dǎo)致化療效率低下有關(guān)。

乳腺癌分為5 種主要的分子亞型：人表皮生長因子受體-2(HER-2)陽性、HER-2 陰性、三陰性、Luminal A 型及Luminal B 型, 其預(yù)后和轉(zhuǎn)移方式在這些亞型中有所不同［44］。雖然大多數(shù)乳腺癌的復(fù)發(fā)發(fā)生在診斷后的前5 年內(nèi), 但也有遠(yuǎn)期復(fù)發(fā)的報道, 特別是Luminal 類型乳腺癌［45,46］。因此對于乳腺癌患者5～10 年甚至更長時間的預(yù)后預(yù)測的參考指標(biāo)是目前臨床所迫切需要的。對于長期預(yù)后預(yù)測復(fù)發(fā)風(fēng)險較高的患者可以及時更改個體的隨訪管理方案, 及時正確的延長患者的內(nèi)分泌治療時間［47,48］。在潛在標(biāo)志物中,TK1 的潛在價值隨著研究的深入逐漸明確。最近的研究表明, 乳腺癌患者血清TK1 活性與較高的復(fù)發(fā)風(fēng)險［38,49］、無進展生存時間(PFS)和總存活期(OS)［50］相關(guān), 并且與轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者對CDK4/6 抑制劑的臨床耐藥相關(guān)［51］。近期研究證實了關(guān)于TK1 與惡性腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移相關(guān)的分子機制［52］, 在肺癌和乳腺癌的體外模型中, TK1 將鳥苷二磷酸(GDP)轉(zhuǎn)化為脫氧鳥苷二磷酸(deoxiGDP), 導(dǎo)致鳥苷三磷酸(GTP)與GDP 含量不平衡, 最終激活了GTP 酶, 刺激腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移［53］。值得注意的是在He 等［53］的研究中, TK1 在肺癌、結(jié)直腸癌和乳腺癌中可能是比Ki-67 更可靠的細(xì)胞生長增殖標(biāo)志物, 在乳腺癌綜合治療中, TK1 能更好的輔助乳腺癌臨床分期。Fanelli 等［54］的研究對血清TK1 活性與乳腺癌的臨床病理特征和生存結(jié)局進行相關(guān)性研究, 結(jié)果顯示, 血清TK1 活性與激素受體(ER/PR)呈正相關(guān), 并且在Her-2 受體陰性患者中活性明顯升高。這一結(jié)果支持了最近的文獻數(shù)據(jù), 證實了TK1 作為激素受體陽性且Her-2 陰性乳腺癌患者接受CDK4/6 抑制劑藥理學(xué)標(biāo)志物的潛在價值。事實上, TK1 的合成是由E2F 通路調(diào)控［55］, 這也是CDK4/6 抑制劑的主要作用靶點。同時, 有文獻指出腫瘤組織細(xì)胞和血清生物標(biāo)志物活性之間存在差異, 以往對于細(xì)胞生長增殖標(biāo)志物的研究與引用集中于取材自腫瘤細(xì)胞, 因此對于血清生物學(xué)標(biāo)志物應(yīng)用與腫瘤生物學(xué)研究及患者預(yù)后預(yù)測、綜合管理有著巨大潛力［56］。

此 外, 根 據(jù)Fanelli 等［54］的 研 究 結(jié) 果, TK1 在Luminal B 型乳腺癌中表達最高, 這一類型乳腺癌的特征是比Luminal A 型乳腺癌更具侵襲性。盡管患者術(shù)后接受完整的輔助治療, 但經(jīng)常出現(xiàn)復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移。這一結(jié)果有力的支持了本研究對于TK1 在乳腺癌預(yù)后分層中可能發(fā)揮作用的預(yù)期。研究者應(yīng)用受試者工作特征曲線(ROC 曲線)分析在所有入組患者中TK1 活性作為區(qū)分患者預(yù)后的分界點［57］, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在接受輔助化療的乳腺癌患者中, 較低水平的血清TK1 活性與較理想的無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移生存率(DRFS)相關(guān)。根據(jù)這一結(jié)果,血清TK1 活性可能是一種具有潛在價值的輔助工具,用于Luminal B 型浸潤性乳腺癌并接受輔助化療的患者進行預(yù)后分層。為乳腺癌患者的治療和檢測提供新的思路與幫助。

惡性腫瘤細(xì)胞的增殖活性與疾病的侵襲性密切相關(guān)。對于可以提供腫瘤細(xì)胞增殖情況的生物學(xué)標(biāo)志物具有臨床價值。它們可以幫助臨床醫(yī)生對腫瘤患者進行早期檢測和預(yù)后評估。目前已有多種標(biāo)志物應(yīng)用于臨床, 如目前乳腺癌綜合治療中應(yīng)用最為廣泛的生物學(xué)標(biāo)志物Ki-67, 但局限于檢測須取得臨床病理標(biāo)本,因此可反映腫瘤整體增殖速率和取材簡易的TK1 表現(xiàn)出其在腫瘤早期檢測、臨床危險分層和預(yù)后評估中的潛在價值。結(jié)合目前的臨床研究成果, 血清TK1 活性與乳腺癌的侵襲特呈正相關(guān), 并與乳腺癌復(fù)發(fā)風(fēng)險、PFS 以及OS 密切相關(guān)。術(shù)前血清TK1 活性在乳腺癌預(yù)測無復(fù)發(fā)生存率方面表現(xiàn)出獨立的預(yù)后意義。血清TK1 活性可以與目前應(yīng)用的其他血清腫瘤標(biāo)志物聯(lián)合應(yīng)用, 特別是在病理顯示腋窩淋巴結(jié)陰性患者中, 針對患者復(fù)發(fā)風(fēng)險進行評估, 輔助臨床制定個體化術(shù)后綜合治療方案, 最終實現(xiàn)乳腺癌患者預(yù)后獲益。同時TK1 因其合成途徑也提示其活性與轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者對CDK4/6 抑制劑耐藥性的相關(guān)性。因此, TK1 可能為乳腺癌患者的早期篩查、預(yù)后危險分層以及療效評價提供新的思路與方式, 未來研究可進一步探索其分子機制, 發(fā)掘TK1 更廣泛的應(yīng)用價值, 最終使乳腺癌患者在定期TK1 檢測中獲益。