作者:刘林英 郭慈仁 孙阳
福建省肿瘤医院妇科福建医科大学肿瘤临床医学院,福州 350014
通信作者:孙阳, Email: sunyang@fjzlhospital.com
引用本文:刘林英,郭慈仁,孙阳. 子宫颈癌放疗抵抗机制及常用增敏方法的研究进展[J]. 中华妇产科杂志,2024,59(06):492-496.DOI:10.3760/cma.j.cn112141-20240103-00003
摘 要
子宫颈癌的发病率居女性生殖系统恶性肿瘤的首位,放疗是其主要的治疗方法之一。放疗抵抗是导致子宫颈癌治疗失败及预后不良的主要原因,亟待解决。完善放疗技术并探索理想的增敏方法以改善预后已成为近年来子宫颈癌放疗领域的研究热点。本文综述了子宫颈癌放疗抵抗机制及常用增敏方法的进展,主要归纳总结了放疗抵抗与DNA损伤修复、细胞周期、肿瘤乏氧、代谢异常等机制的关系,并重点阐述化疗药物、热疗、抗血管生成、影响DNA损伤修复治疗、药物递送系统等放疗增敏方法在子宫颈癌治疗中的应用,以期为子宫颈癌放疗研究提供新的思路和方向。
子宫颈癌为常见的妇科恶性肿瘤之一,是导致全球女性恶性肿瘤死亡的第四大主要原因 [ 1 ] 。放疗是子宫颈癌的主要治疗手段之一,各项指南均推荐对于中晚期子宫颈癌选用以放疗为主的综合治疗。近年来,放疗技术不断进步,如三维适形放疗、影像引导调强适形放疗等,这些新技术虽然使子宫颈癌的治疗趋向精准化、个体化,但其病死率仍未明显改善 [ 2 ] 。放疗抵抗是子宫颈癌治疗失败的主要原因之一,相关机制主要包括放疗后DNA损伤修复、肿瘤微环境改变等。目前,针对放疗抵抗的机制,通过化学、物理和生物等手段增强放疗敏感性以改善子宫颈癌患者的预后备受关注。本文综述了近年来子宫颈癌放疗抵抗机制及增敏方法的进展,以期为子宫颈癌放疗研究提供新的思路和策略。
一、子宫颈癌放疗抵抗的机制
1. DNA损伤修复:放疗后肿瘤细胞的DNA损伤修复能力决定其对放疗的敏感性,是影响放疗效果的关键因素之一。放射线可直接或间接引起DNA损伤,包括DNA单链断裂(single-strand breaks,SSB)和双链断裂(double-strand breaks,DSB),其中DSB是主要的形式。SSB主要依赖聚二磷酸腺苷核糖聚合酶(poly adenosine diphosphate ribose polymerase,PARP)进行修复,并可能发展为DSB。DSB主要通过非同源末端连接(non-homology end joining,NHEJ)和同源重组(homology recombination,HR)进行修复。干扰DNA损伤修复,将导致细胞周期停滞、修复障碍、细胞衰老或死亡,具有巨大的放射增敏潜力 [ 3 ] 。DNA损伤修复的蛋白,如:共济失调毛细血管扩张突变(ataxia telangiectasia mutated,ATM)激酶 [ 4 ] 、DNA依赖性蛋白激酶(DNA-dependent protein kinase,DNA-PK) [ 5 ] 、辐射敏感蛋白51(radiation-sensitive protein 51,RAD51) [ 6 ] 和PARP-1 [ 7 ] 等,已被发现是放疗增敏的潜在靶点。除直接靶向抑制DNA损伤修复蛋白的表达以外,通过干预非编码RNA的表达以调控DNA损伤修复蛋白表达水平,是放疗增敏的又一思路,如:过度表达微小RNA(microRNA,miR)-4429可靶向下调RAD51蛋白的表达以抑制DNA损伤修复 [ 6 ] 。NHEJ途径1相关长链非编码RNA(LINP1)与DNA-PK催化亚基表达相关,敲低LINP1表达,将导致子宫颈癌细胞系HeLa细胞的DSB修复延迟 [ 5 ] 。此外,调节蛋白也被发现可以影响DNA损伤修复。王建凯等 [ 8 ] 报道,应用伴侣蛋白热休克蛋白90(Hsp90)抑制剂PU-H71可通过抑制DNA-PK催化亚基的活性,下调NHEJ修复途径;并使RAD51表达时间延长,导致HR修复无法完成,有效阻断DNA损伤修复,改善获得辐射抗性的子宫颈癌细胞系HeLa和SiHa细胞的放疗敏感性。总之,DNA损伤修复是导致放疗抵抗的主要原因之一,靶向DNA损伤修复相关基因或者蛋白表达以抑制或阻断相关信号通路,是提高子宫颈癌放疗敏感性的重要方法。
2. 细胞周期:处于不同细胞周期时相的肿瘤细胞对放射线的敏感性不同,M期和G2期细胞的放射线敏感性高于S期和G1期细胞;此外,放疗导致的细胞周期时相再分布也与放疗敏感性有关 [ 9 ] 。放射线引起DNA损伤后会激活G1/S期检查点,再通过ATM/p53/p21、ATM/检查点激酶(CHK)2等信号通路诱导G1/S期细胞停滞,促进DNA损伤修复,最终导致放疗抵抗 [ 10 ] 。然而,肿瘤细胞中常存在p53突变等,导致G1/S期检查点缺陷。Larsen等 [ 11 ] 研究发现,放射线照射后肿瘤细胞会通过半胱天冬酶激活的DNA酶表达导致自身的DNA断裂,促进G2期细胞停滞,延长了DNA损伤时间,因此,增加G2期细胞停滞可作为子宫颈癌放疗增敏的可行方法。Zhang等 [ 12 ] 研究发现,应用细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂dinaciclib可降低RAD51等DNA修复蛋白的表达,促进G2/M期细胞停滞、抑制DNA修复,增强子宫颈癌细胞的放疗敏感性。非编码RNA在细胞周期调控中也发挥了不可忽视的作用。研究表明,低表达miR-4778-3p与子宫颈癌放疗抵抗相关。Zhang等 [ 13 ] 通过克隆形成实验发现,在获得辐射抗性的子宫颈癌细胞系HeLa和SiHa细胞中上调miR-4778-3p表达,可增强放疗敏感性。上调miR-4778-3p表达可明显抑制放射线照射后肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移,降低G2/M期细胞比例,并增加细胞凋亡。另外,临床上常用的药物如阿司匹林也被发现可通过降低G2/M期细胞调节蛋白[如:细胞周期蛋白依赖性激酶1(CDK1)等]加重放疗抵抗,导致子宫颈癌SiHa细胞G2/M期停滞,最终导致细胞凋亡,增强放疗敏感性 [ 14 ] 。综上所述,诱导G2/M期细胞停滞的加重是增强子宫颈癌放疗敏感性的有效途径。
3. 肿瘤乏氧:包括子宫颈癌在内的实体肿瘤大部分都存在乏氧区域,乏氧会通过多种途径导致放疗抵抗。首先,乏氧介导缺氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)激活,其中HIF-1α亚型与子宫颈癌的放疗敏感性密切相关。研究表明,HIF-1α上调会通过调控血管内皮生长因子(VEGF)、N-Myc下游调节基因2(N-Myc down stream-regulated gene 2,NDRG2)等下游靶基因及蛋白而增强子宫颈癌细胞的放疗抵抗 [ 15 ] 。其次,乏氧会使放射线间接作用产生的自由基变得不稳定,导致DNA损伤程度有限,且大部分损伤可修复,因而放疗的疗效降低 [ 16 ] 。再者,乏氧虽会引起肿瘤代偿性促血管生成,但由于新生血管的内膜不连续、整体扭曲变形,无法有效输送氧及营养物质,其结局往往进一步加重乏氧。此外,新生血管分布不均也影响肿瘤细胞内放疗增敏剂的浓度,降低放疗增敏剂的增敏效果 [ 16 ] 。除乏氧微环境的直接作用以外,促进乏氧相关放疗抵抗机制通路的蛋白表达也是导致子宫颈癌放疗抵抗的原因。总之,改善肿瘤乏氧微环境对改善子宫颈癌放疗敏感性有重要意义,除直接改善乏氧环境外,通过干预乏氧相关放疗抵抗机制通路可能是改善放疗抵抗的又一思路。
4. 代谢异常:子宫颈癌代谢异常与放疗敏感性的关系是近年来研究的热点,涉及糖代谢、脂代谢和氨基酸代谢。有氧糖酵解是子宫颈癌细胞维持生长的主要能量来源,并由己糖激酶2、葡萄糖转运蛋白1、丙酮酸激酶M2型等关键酶的介导。这些酶通过增强葡萄糖摄取、形成高乳酸肿瘤微环境等导致放疗抵抗 [ 15 ] 。同时,糖酵解的中间产物还原型辅酶Ⅱ会将氧化型谷胱甘肽转化为还原型谷胱甘肽,协同其他具有内源性抗氧化能力的中间产物,减弱DSB作用,进一步增强子宫颈癌细胞的放疗抵抗 [ 15 ] 。已有研究证明,靶向抑制糖酵解关键酶可以通过抑制糖酵解、引起G2/M期细胞停滞等增强子宫颈癌的放疗敏感性 [ 17 ] 。而影响这些关键酶的非编码RNA也可作为靶向治疗的潜在靶点。脂代谢相关的环氧合酶2(COX-2)与缺氧HeLa细胞的放射线敏感性相关,选择性抑制COX-2可以增强HeLa细胞的放疗敏感性,这可能与p53磷酸化相关 [ 18 ] 。谷氨酰胺代谢也可能是影响子宫颈癌放疗敏感性的因素之一,并与磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信号通路中PI3KCA基因外显子9上E545K位点突变相关。Jiang等 [ 19 ] 研究发现,PI3KCA基因E545K位点突变会引起SIRT4基因表达降低,再通过介导谷氨酸丙酮酸转氨酶1而促进谷氨酰胺代谢,并同时促进放射线诱导的DNA损伤修复,最终导致子宫颈癌放疗抵抗。总之,靶向代谢异常的关键分子对增强子宫颈癌放疗敏感性具有潜在价值。
二、常用的子宫颈癌放疗增敏方法
近年来,随着放疗抵抗机制的深入研究,各种放疗增敏方法不断涌现。针对放疗抵抗机制,制定安全可行的增敏方案,有望为提高子宫颈癌放疗效果提供更加个体化的治疗选择。
1. 化疗药物:化疗药物是子宫颈癌治疗中应用最广泛的放疗增敏剂。化疗药物的增敏机制主要涉及对细胞周期和DNA损伤修复的影响,代表药物为细胞周期特异性药物紫杉醇及细胞周期非特异性药物顺铂等。顺铂单药的放疗增敏效果好,副反应相对小,是美国国立综合癌症网络(NCCN)指南 [ 20 ] 推荐作为可耐受化疗的子宫颈癌患者放疗增敏药物的首选;其他化疗药物如奈达铂等已被证实其效果不优于顺铂,并且副反应较重,因此,未被推荐单药用于子宫颈癌同步放化疗。目前,以铂类药物为基础的联合化疗,代表方案为顺铂联合紫杉醇方案,也被推荐用于子宫颈癌放疗增敏。化疗药物应用受到副反应的限制,平衡化疗药物种类、剂量、分布及副反应仍是化疗药物用于子宫颈癌放疗增敏的主要难题。
2. 热疗:热疗是指通过各种方法将肿瘤组织的温度升高至40~43 ℃,是肿瘤治疗的重要辅助手段。热疗通过增加血流灌注并减少氧气消耗、减少HIF-1产生及VEGF生成等改善肿瘤氧合、抑制HR等,增强放疗敏感性 [ 21 ] 。除此之外,处于合成期的肿瘤细胞对放射线不敏感,而对热疗敏感,因此,热疗和放疗也具有协同杀伤肿瘤细胞的作用。
2000年发表的前瞻性多中心随机研究发现,放疗联合热疗较单纯放疗可以明显改善子宫颈癌患者的完全缓解率(分别为83%、57%; P=0.030) [ 22 ] 。多年来,学者们不断讨论和探索热疗对于子宫颈癌放疗的意义。研究表明,热疗联合放(化)疗是可行的,且不显著增加毒副反应,有望成为不能耐受化疗患者的替代选择 [ 23 ] 。然而,热疗的使用目前尚未达成共识,热疗与放疗的最佳时间间隔仍未确定。Mei等 [ 24 ] 研究发现,放热疗短时间间隔的治疗效果更明显,而放疗与热疗的顺序与治疗效果无关。但也有学者研究发现,时间间隔不是影响放热疗子宫颈癌患者预后的独立危险因素,并且认为在放热疗间隔4 h以内再缩短间隔时间对临床结果没有影响 [ 25 ] 。此外,热疗设备、热剂量参数、热疗温度控制等尚无统一标准,这使得热疗未被推荐用于子宫颈癌的放疗增敏。
鉴于放热疗的标准尚未统一,且缺少大规模临床试验证实其有效性和安全性,应谨慎应用。
3. 抗血管生成:抗血管生成可促进肿瘤血管正常化,有助于改善放疗疗效 [ 16 ] 。代表药物为抗血管靶向生成药物重组人血管内皮抑制素、重组人抗VEGF单克隆抗体(贝伐单抗)等。(1)重组人血管内皮抑制素:是我国自主研发的内源性泛靶点的血管内皮生长因子受体(VEGFR)抑制剂,可广泛作用于肿瘤血管微环境,使肿瘤血管结构和功能趋于正常化,从而发挥放疗增敏作用。自2005年被国家食品监督管理总局批准用于治疗复发、转移的非小细胞肺癌以来,重组人血管内皮抑制素的放疗增敏作用也逐渐受到关注,并在多种恶性肿瘤中被报道。Shu等 [ 26 ] 的一项随机对照研究分析了91例局部晚期子宫颈鳞癌患者接受同步放化疗联合或不联合重组人血管内皮抑制素治疗的近期疗效,发现联合重组人血管内皮抑制素可以显著提高完全缓解率(分别为83.3%、65.1%; P<0.05),并显著降低血清肿瘤标志物和VEGF-A水平。一项比较同步放化疗联合或不联合重组人血管内皮抑制素治疗局部晚期子宫颈癌患者疗效的荟萃分析,共纳入13项研究、1 057例患者,结果显示,重组人血管内皮抑制素联合同步放化疗可显著提高客观缓解率( OR=3.88,95% CI为2.77~5.45; P<0.001)与疾病控制率( OR=4.43,95% CI为2.78~7.04; P<0.001) [ 27 ] 。但在长期预后方面,Lu等 [ 28 ] 的一项随机Ⅱ期临床研究纳入116例局部晚期子宫颈癌患者,发现与单独使用同步放化疗相比,同步放化疗联合重组人血管内皮抑制素不能改善无进展生存时间( P=0.091)和总生存时间( P=0.212);进一步的亚组分析提示,增加重组人血管内皮抑制素靶向治疗可显著改善VEGFR2表达阳性子宫颈癌患者的无进展生存时间( P=0.006)和总生存时间( P=0.022)。类似地,Xu等 [ 29 ] 的研究表明,重组人血管内皮抑制素联合放疗可显著降低子宫颈癌异种移植瘤小鼠的肿瘤微血管密度,与未经处理的对照组相比,重组人血管内皮抑制素联合放疗可显著缩小肿瘤体积(分别为2 500、1 200 mm3; P<0.05);但联合治疗组与单纯放疗组肿瘤退缩体积比较无显著差异。提示,重组人血管内皮抑制素用于子宫颈癌放疗可能是可行的,但需要更多样本量研究验证其放疗增敏及长期预后方面的价值。(2)贝伐单抗:2014年,美国食品药品管理局(FDA)即批准贝伐单抗联合化疗用于难治性、复发性或转移性子宫颈癌的治疗 [ 30 ] 。目前,该方案也已被NCCN指南采纳并推荐 [ 20 ] 。临床前研究显示,在放疗过程中联合抗血管生成疗法可改善肿瘤控制率,并在揭示VEGF抑制剂增强放疗反应的复杂机制方面取得进展 [ 31 ] 。在前瞻性Ⅱ期临床试验放疗肿瘤学组(RTOG)-0417研究中,49例Ⅰb~Ⅲb期子宫颈癌患者接受标准的同步放化疗(顺铂40 mg/m2,1次/周,共6次)联合贝伐单抗(10 mg/m2,1次/2周,共3次)治疗,中位随访时间3.8年,3年总生存率为81.3%,3年无病生存率为68.7%,提示,贝伐单抗联合同步放化疗可为局部晚期子宫颈癌带来生存获益 [ 32 ] 。Yang等 [ 33 ] 进一步评估了同步放化疗中增加贝伐单抗用于治疗难治性子宫颈癌的疗效和安全性,共纳入64例难治性子宫颈癌患者,其中45例接受化疗联合贝伐单抗的新辅助治疗后再行同步放化疗联合贝伐单抗治疗,19例仅接受同步放化疗联合贝伐单抗治疗,结果显示,64例患者的3年总生存率为87.2%,无区域复发生存率为98.1%,无远处复发生存率为81.2%,总体副反应可耐受;并且,同步放化疗联合贝伐单抗组患者接受外照射联合贝伐单抗治疗后的临床完全缓解率为52.6%。尽管如此,目前贝伐单抗联合放疗的临床价值尚有争议。贝伐单抗虽能减少异常微血管,但也使肿瘤微血管系统的功能受损,最终加重肿瘤乏氧,提示,贝伐单抗的放疗增敏作用可能有限。因此,在考虑将贝伐单抗用于放疗增敏前,需寻找生物标志物预测联合治疗的治疗反应、确定靶向药物的给药时间和剂量、权衡毒副反应与疗效等。
4. 影响DNA损伤修复的增敏方法:(1)硝基咪唑类药物:硝基咪唑类药物具有较强的亲电子能力,作用机制主要是抑制DNA损伤的修复,从而提高肿瘤细胞对放射线的敏感性。代表药物为甘氨双唑钠。目前,甘氨双唑钠作为我国首个自主合成的放疗增敏剂,已被批准用于头颈部肿瘤、肺癌等实体肿瘤。在子宫颈癌放疗增敏方面,Li等 [ 34 ] 通过子宫颈癌小鼠移植瘤模型发现,放疗联合甘氨双唑钠对肿瘤细胞生长的抑制作用较单纯放疗明显增强。基于甘氨双唑钠在其他恶性肿瘤中的放疗增敏效果,其在子宫颈癌放疗中的增敏价值值得进一步研究验证。(2)PARP抑制剂:PARP抑制剂是针对DNA损伤修复的分子靶向抑制剂,其放疗增敏作用在多种恶性肿瘤中均有报道。IJff等 [ 35 ] 研究发现,与PARP抑制剂联用会导致接受放化疗或放热疗的子宫颈癌细胞的存活率降低和DSB增加。类似地,Xue等 [ 7 ] 的研究发现,PARP抑制剂尼拉帕利可增加放疗后子宫颈癌细胞DSB,并有效抑制小鼠肿瘤生长。Saha等 [ 36 ] 比较了4种DNA损伤修复抑制剂在子宫颈癌放化疗中的作用,结果发现,与其他3种药物[共济失调毛细血管扩张和Rad3相关激酶抑制剂、细胞周期CHK1抑制剂和细胞周期调节蛋白WEE1激酶抑制剂]比较,PARP抑制剂鲁卡帕利的放疗增敏作用最强,进一步提示PARP抑制剂用于放疗增敏的潜力。通常,PARP抑制剂的放疗增敏效果受到BRCA基因状态的影响。Oei等 [ 37 ] 研究发现,在放疗联合PARP抑制剂方案中额外加入热疗,将进一步导致子宫颈癌细胞存活率降低和更多的DNA损伤,且热疗的应用使得无论BRCA基因状态如何PARP抑制剂依然有效。提示,联合治疗方案可能使PARP抑制剂的放疗增敏作用不受BRCA基因状态的限制。明确PARP抑制剂使用的最佳时机、作为放疗增敏剂的合理剂量、联合增敏方案之间的影响等是PARP抑制剂用于子宫颈癌放疗增敏的前提。
5. 药物递送系统:近年来,药物递送系统作为新型增敏技术受到广泛关注。使用合适的药物递送载体以最大限度提高肿瘤内增敏药物浓度可以有效增强子宫颈癌细胞的放疗敏感性。目前,脂质体、聚合物和无机物等纳米材料的药物运送载体被广泛研究。部分纳米材料除了药物运载作用外,本身也具有放疗增敏作用。Federico等 [ 38 ] 发明了基于聚乙二醇局部顺铂快速给药聚合物,并在子宫颈癌小鼠模型中证明,该聚合物局部给药对肿瘤生长的抑制效果明显优于顺铂静脉给药。Yang等 [ 39 ] 合成的聚乙二醇化铂纳米花复合物可放大γ射线诱导的对子宫颈癌细胞系HeLa细胞的杀伤作用,放射增敏比可增加23%。除人工合成药物递送系统以外,Konishi等 [ 40 ] 发现,外泌体也可作为药物递送载体用于放疗增敏。运载miR-22的外泌体可以通过抑制MYCBP基因表达,降低c-Myc基因活性,导致hTERT基因的表达下降,从而增强子宫颈癌细胞的放疗敏感性。药物递送载体不仅可以增加子宫颈癌局部药物浓度,发挥放疗增敏作用,也有望实现microRNA、长链非编码RNA(lncRNA)等具有放疗增敏作用的小分子应用于临床。此外,研究药物递送系统的进步也会推动恶性肿瘤疫苗、靶向基因编辑、免疫治疗等治疗方式的发展 [ 41 ] ,放疗与这些治疗方式之间的协同作用可能是未来发展的方向。然而,药物递送载体的应用面临如何克服生物分布以及安全性、经济性等方面的挑战。未来,随着技术的成熟,药物递送载体不仅有望改善放疗增敏效果,还可促使肿瘤放疗朝着更加个体化的方向发展。
三、总结与展望
放疗是子宫颈癌的主要治疗方法之一,但放疗抵抗却影响其疗效。了解放疗抵抗机制,制定相应的增敏方案是达到最佳放疗效果的前提。近年来,放疗抵抗的分子机制有较多的新发现,涉及基因、蛋白、microRNA、lncRNA等,并显示出较好的应用前景,但将基础研究的成果转化成临床应用尚需更多的研究。目前,放疗配合化疗增敏仍是子宫颈癌治疗中疗效最确切、应用最广泛的方案,但如何提高肿瘤内化疗药物的浓度却不增加副反应亟待解决,发明新型的药物递送载体有望解决这一问题。放热疗与放化疗的疗效相当,有望成为不能耐受化疗患者的替代选择,但热疗实行的标准尚无共识,需谨慎使用。硝基咪唑类药物诸如甘氨双唑钠的放射增敏作用明确,子宫颈癌患者接受放疗时可考虑配合使用。抗血管生成药物及针对DNA损伤修复的分子靶向剂的放射增敏效应逐渐被揭示,值得进一步验证其作用。随着人们对放疗抵抗认识的深入,各种放疗增敏方案也在不断进展。临床医师应当根据子宫颈癌患者的分期、合并症、经济状况、依从性等各方面权衡利弊,制定个体化的增敏方案以改善患者的预后及生命质量。