宮頸癌輻射抵抗機制的相關研究進展

吉 晨 吳玉梅

首都醫科大學附屬北京婦產醫院婦科腫瘤科，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絡（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準治療，而早期宮頸癌術后合并高危因素者，亦需補充放療。隨著放療設備和技術的改進，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致疾病未控或復發[1]，嚴重威脅女性健康。腫瘤的輻射抵抗是多基因、多通路、多機制共同作用的復雜過程，涉及腫瘤干細胞、DNA 損傷修復、上皮間質轉化、乏氧效應、腫瘤微環境等多方面[2-4]，各因素之間又通過一條或多條信號通路相互作用。本文對腫瘤干細胞、DNA 損傷修復及腫瘤微環境在宮頸癌輻射抵抗機制的相關進展進行綜述。

1 腫瘤干細胞（cancer stem cell，CSC）

CSC 是腫瘤細胞內一個獨特的亞群，對放化療有耐受性[5]，可以自我恢復和分化，有很強的DNA 損傷修復能力，同時表現出低水平的氧活性，且增殖緩慢，這些特性都導致CSC 對放療抵抗[6]。CSC 的起源還不明確，可能是正常干細胞在DNA 復制中隨機突變導致惡變[7]。Bjerkvig 等[8]發現，在基因轉錄水平正常干細胞可能會吞噬腫瘤細胞的DNA 片段，導致DNA 重編形成CSC。另外，TME 信號如細胞炎癥因子，會促進干細胞分化成為CSC，核轉錄因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）則維持著CSC 的數量[9]。CSC 引起輻射抵抗的機制主要有以下幾個方面：

1.1 上皮間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）

EMT 與CSC 有相似的生物學行為，包括干性、免疫逃逸和輻射抵抗[10]，EMT 是上皮細胞轉化為移行間充質細胞的去分化過程，進入循環和轉移的能力較強，從而對輻射后的細胞凋亡產生抵抗[11]。

1.2 乏氧

乏氧是腫瘤組織中的常見現象，通過影響細胞周期、DNA 損傷修復等，明顯減弱腫瘤對放療的反應[12]。乏氧可以提高CSC 的EMT 特性，包括自我更新、轉移和侵襲性等[13]，還能間接激活內質網應激誘導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 氧化調節

ROS 水平對DNA 斷裂的修復十分重要[15]，ROS過負荷時，可以誘導DNA 損傷及增加細胞對輻射的敏感性。此外，端粒成分如端粒結合蛋白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 水平可以通過調節細胞外信號調節激酶和環氧化酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）來增加CSC 的數量。ROS和COX-2 存在負反饋作用，COX-2 可能通過降低ROS 來增加CSC 和轉移能力。

1.4 內吞噬

CSC 有內吞噬保護機制，以維持其干性，抵抗失巢凋亡，并且使ROS 處于較低水平[17]。失巢凋亡是由于細胞與其相鄰的細胞外基質不相容而引起細胞死亡，內吞噬可以保護細胞暴露于相關危險因子。因此，通過抑制或過度激活來破壞保護性內吞噬可以起到治療作用。

1.5 炎癥反應

早期炎癥可以提高免疫系統的反應，引起腫瘤細胞自溶[18]。通過轉化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）等組織免疫應答，抑制炎癥狀態，從而誘導腫瘤發生，放療后逐漸升高的炎癥反應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，目前已發現一些導致宮頸癌的干細胞標記基因，如BMI1、OCT4、SOX2、UTF1 等[20]。以SOX2為例，其可通過調節腫瘤細胞干性，抵抗放療效應，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SOX2 患者放療后的無進展生存期更短[22]；SOX2 等基因高表達的宮頸鱗癌細胞系在輻射后更易出現輻射抵抗[23]。目前研究提示以CSC為靶點可提高腫瘤治療效果，尤其是宮頸癌及惡性膠質瘤等對放療抵抗的腫瘤。

2 DNA 損傷修復

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

2.1 DNA 重組修復通路相關因子

NHEJ 通路相關的重要因子分別是Ku70、Ku80、DNA-PKcs、Artemis、XRCC4 和DNA 連接酶Ⅳ。DNA雙鏈斷裂后，NHEJ 通路首先進行修復，隨后HRR 通路再進行精確修復。HRR 通路需要多種蛋白質參與，包括RAD51 及其同源體、RAD52、RAD54、BRCA1、BRCA2、MRN 復合物等，及觸發DNA 損傷應激反應的分子，如共濟失調毛細血管擴張突變基因（ataxia telangiectasia-mutated gene，ATM）、ATM-Rad3 相關蛋白激酶（ATM Rad3-related protein kinase，ATR）。DNA 損傷應答受ATM-絲氨酸-蘇氨酸檢查點激酶2（checkpoint kinase 2，Chk2）和ATR-Chk1 通路調控，而ATMChk2 和ATR-Chk1 通路受多因素影響，包括輻射的劑量和時間等，ATM 和ATR 可能成為放療靶點[24]。Agnihotri 等[25]利用小干擾RNA 篩選DNA 損傷應答基因，發現了一種烷化劑——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胞毒性效應，且對體內正常細胞沒有毒性，由此提供了治療窗。另外，ATM 在干細胞維持和DNA損傷的信號通路中都起到重要作用。研究顯示ATM可正向調節ITCH E3-泛素連接酶[26]，后者參與DNA損傷應答、Notch 和Hedgehog 信號通路。Fokas 等[27]發現了一種高度選擇的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胞的生存，而不影響正常細胞。

2.2 p53 基因

p53 基因是重要的抑癌基因，當細胞受輻射發生DNA 損傷時，p53 蛋白活性增加，參與DNA 損傷修復。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 的下游調控基因，其高表達能抑制DNA 修復，促進DNA 損傷后的細胞凋亡，抑制細胞增殖，增加腫瘤放療敏感性[28]。

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

IER5 主要參與細胞對外界刺激的快速應答及細胞周期調節等，劉洋等[29]發現放射后IER5 和Ku70 表達量升高，二者表達呈正相關，提示IER5 可能通過與Ku70 相互作用參與調控DNA 損傷修復。Yu 等[30]通過干擾IER5 的表達顯著降低了HeLa 細胞中輻射誘導的DNA 雙鏈斷裂的修復效率，提示IER5 參與DNA 雙鏈斷裂修復，并利用免疫共沉淀證實了IER5 與ADP核糖聚合酶1 和Ku70 的相互作用。

Sample[31]發現，放療前后DNA 修復通路基因表達不同，提示宮頸癌放療的預后不同。因此，尋找宮頸癌放療DNA 損傷修復關鍵通路的靶基因，將對提高宮頸癌的輻射敏感性起重要作用。

3 腫瘤微環境

腫瘤微環境是腫瘤細胞及其鄰近組織，及細胞分泌的各種活性物質共同構成的局部內環境，包括成纖維細胞、間質細胞、神經內分泌細胞、淋巴細胞等，及這些細胞產生的細胞因子、激素產物和趨化因子等，協同參與信號通路。宮頸癌的腫瘤微環境由高危型人乳頭瘤病毒（high risk human papillomavirus，HR-HPV）腫瘤蛋白和基質雌激素受體α 協同形成。雖然淋巴細胞可以對腫瘤細胞形成防護盾，但一些細胞亞群可引起免疫抑制、腫瘤生長和播散，腫瘤細胞毒性滲透的淋巴細胞可以逃避T 調節細胞而導致免疫耐受[32]。因此，腫瘤微環境可以為免疫治療提供潛在靶點。

3.1 HPV 與腫瘤微環境

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

3.2 腫瘤微環境對放療的反應

像腫瘤細胞一樣，腫瘤微環境會對放療做出反應，肺癌和黑色素瘤經輻射后，CAF 會發生內吞噬，加強癌細胞的恢復和腫瘤的再生長[34]。輻射還會誘導腫瘤微環境產生炎癥細胞因子，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，激活STAT3 下游信號通路，促進CSC 的自我更新及胚胎干細胞神經鞘膜形成的連鎖反應[35]，進一步促進腫瘤細胞的生存，幫助其再生長并發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境在輻射后的反應、細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。

4 展望

隨著醫學技術的進步，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不佳，不同患者對輻射抵抗的靶點也許并不相同，但科研工作者仍在尋找輻射抵抗的原因，并探索其內在機制，以期找到提高放療敏感性的靶點。相信最終能夠進一步延長患者的生存期，改善生存質量，扼制腫瘤的進展和復發，為更多的宮頸癌患者帶來福音。