袁野，田少博，張培，陶凱雄，王國斌 ，王征,3

1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)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(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院組織工程與再生醫(yī)學(xué)研究中心，湖北 武漢430022；3.湖北省微創(chuàng)外科醫(yī)學(xué)臨床研究中心，湖北 武漢430022

目前控制和改善局部進(jìn)展期中低位直腸癌(locally advanced mid-low rectal cancer, LARC)病情和預(yù)后的重要方式是多模式治療，主要包括術(shù)前新輔助放化療、直腸全系膜切除術(shù)、術(shù)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(fù)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(shí)會帶來嚴(yán)重不良反應(yīng)，包括大便排空障礙、大便失禁等放射相關(guān)大腸功能障礙以及性功能障礙等[2]。

由于個(gè)體差異，LARC病人對nCRT反應(yīng)不一致。病理完全緩解(pathologic complete response, pCR)作為反應(yīng)良好的評價(jià)指標(biāo)之一，其概率為4%～24%[3-5]，這部分病人預(yù)后較好。Chang等[6]回顧性分析749例接受nCRT的LARC病人，pCR病人預(yù)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(fù)發(fā)率分別為1.8%和8.8%(P=0.004 8)。對nCRT反應(yīng)差的病人無法從治療中獲益；相反，長時(shí)間nCRT治療增加疾病進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)，帶來嚴(yán)重毒副反應(yīng)。

提前通過分子標(biāo)志物判斷LARC病人對nCRT的反應(yīng)性，有助于對擬行nCRT病人進(jìn)行分層治療。對nCRT預(yù)測反應(yīng)好的LARC病人可選擇先nCRT治療，后續(xù)銜接保肛手術(shù)；對nCRT預(yù)測反應(yīng)差的可改行強(qiáng)化放化療，或直接行手術(shù)治療。新輔助分層治療對改善病人預(yù)后，減輕不良反應(yīng)及減少經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)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(jìn)行檢索，檢索關(guān)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(biāo)題及摘要，篩選出324篇預(yù)測LARC病人nCRT療效文獻(xiàn)。其中225篇文獻(xiàn)因以下條件被排除：(1)臨床數(shù)據(jù)，(2)影像學(xué)數(shù)據(jù)，(3)miRNA，(4)高通量基因測序數(shù)據(jù)，(5)文獻(xiàn)綜述及Meta分析。最終篩選99篇文獻(xiàn)，其中36篇代表性文獻(xiàn)納入本文進(jìn)行綜述，文獻(xiàn)檢索流程見圖1。

圖1 文獻(xiàn)檢索流程圖

一、LARC新輔助分層治療現(xiàn)狀

歐洲腫瘤內(nèi)科學(xué)會(ESMO)指南對nCRT在LARC病人中應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分層，根據(jù)腫瘤位置、T分期、N分期、直腸系膜筋膜(mesorectal fascia, MRF)狀態(tài)、側(cè)方淋巴結(jié)等指標(biāo)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(shù)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(wǎng)絡(luò)(NCCN)指南，ESMO指南減少了放療在nCRT中的比重，可降低放療相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生率。但ESMO指南主要基于CT、MRI、內(nèi)鏡等資料對LARC病人進(jìn)行分層，具有一定局限性：影像學(xué)評估淋巴結(jié)是否受侵犯準(zhǔn)確率不高，僅憑淋巴結(jié)增大無法判別惡性淋巴結(jié)[7-8]。因此尋找新的分子標(biāo)志物指導(dǎo)nCRT分層治療是必要的。

二、新輔助治療療效預(yù)測的分子標(biāo)志物

1.胸苷酸合成酶相關(guān)分子標(biāo)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(guān)重要[9]。TYMS基因5′UTR啟動(dòng)子區(qū)包含2個(gè)或3個(gè)28 bp的串聯(lián)重復(fù)序列(2R或3R)。TYMS基因中重復(fù)序列越多(3R)，TS表達(dá)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(xiàn)腫瘤組織中TYMS基因型3R/3R病人TS蛋白過表達(dá)，對5-FU類藥物的nCRT治療方案反應(yīng)較差[11-12]。然而，近年來也有研究得出不同結(jié)論，Nelson[13]及Lamas[14]等研究發(fā)現(xiàn)只要具有一個(gè)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(yīng)較好，可能原因是此類病人腫瘤組織中TS蛋白過表達(dá)導(dǎo)致5-FU作用位點(diǎn)增多，提高放療敏感性。TYMS基因型作為nCRT療效分子標(biāo)志物，對指導(dǎo)新輔助分層治療具有一定應(yīng)用前景，但仍需深入研究加以驗(yàn)證。

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

Tan等[18]將分子標(biāo)志物應(yīng)用于臨床治療，根據(jù)TYMS基因型將擬行nCRT的T3/T4， N0～2，M0～1直腸癌病人分為低風(fēng)險(xiǎn)組(2R/2R、2R/3R、2R/4R)和高風(fēng)險(xiǎn)組(3R/3R、3R/4R)，前者給予標(biāo)準(zhǔn)nCRT方案治療，后者在標(biāo)準(zhǔn)nCRT方案基礎(chǔ)上增加伊立替康，結(jié)果顯示均取得較好治療效果：低風(fēng)險(xiǎn)組降期率及ypT0率分別為64.4%和20%，高風(fēng)險(xiǎn)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(guān)分子標(biāo)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(jié)直腸癌中高表達(dá)。EGFR激活下游基因表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制凋亡[19]。EGFR信號通路則可誘導(dǎo)同源重組(homology-directed repair, HDR)DNA修復(fù)和非同源末端連接(non-homologous end-joining, NHEJ)DNA修復(fù)[20-21]，抵抗放療所誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞DNA損傷。這可解釋腫瘤組織高表達(dá)EGFR的LARC病人對nCRT反應(yīng)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(jié)直腸癌發(fā)生過程中較為常見[24]。KRAS突變能否預(yù)測nCRT反應(yīng)尚存在爭議。部分研究結(jié)果顯示KRAS突變的LARC病人對nCRT反應(yīng)差[25-26]。然而，另有研究證實(shí)KRAS突變與LARC病人對nCRT反應(yīng)不相關(guān)[27]。

PI3K/PTEN/AKT/mTOR是EGFR下游重要通路，通過多種途徑介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞對放化療抵抗，包括促進(jìn)DNA損傷修復(fù)、促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制凋亡以及參與低氧相關(guān)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(dá)量較高[29]，PTENrs12569998多態(tài)性與nCRT治療后TRG分級相關(guān)[30]。Koyama等[31]研究發(fā)現(xiàn)AKT活性與病人對nCRT反應(yīng)性相關(guān)，體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)AKT抑制劑能增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對nCRT的反應(yīng)性。Abdul-Jalil等[32]對33個(gè)PI3K及MAPK通路相關(guān)基因進(jìn)行測序分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PI3K通路相關(guān)基因突變與較低pCR率相關(guān)。

3.血管生成相關(guān)分子標(biāo)志物 血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)是促進(jìn)腫瘤血管生成的重要因子，與腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[33]。Edden等[34]研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)VEGF腫瘤治療反應(yīng)差。Zlobec等[35]得出相似結(jié)論，發(fā)現(xiàn)對nCRT無反應(yīng)LARC病人的腫瘤組織中VEGF表達(dá)量明顯高于有反應(yīng)的腫瘤組織。然而Hur等[17]得出了相反的結(jié)論，其研究發(fā)現(xiàn)高表達(dá)VEGF的LARC病人經(jīng)nCRT治療后出現(xiàn)pCR概率更高。

4.凋亡相關(guān)分子標(biāo)志物 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡是化療或放療殺傷腫瘤的關(guān)鍵機(jī)制。Survivin蛋白是凋亡抑制蛋白家族成員，抑制細(xì)胞凋亡，使腫瘤細(xì)胞對放化療產(chǎn)生耐受。Grdina等[36]研究發(fā)現(xiàn)， Survivin蛋白表達(dá)下調(diào)后，人結(jié)直腸癌細(xì)胞系RKO36放療敏感性增強(qiáng)。R?del等[37]對59例nCRT治療后LARC病人的腫瘤標(biāo)本進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)高表達(dá)Survivin蛋白病人nCRT治療后腫瘤細(xì)胞凋亡更少。Takasu等[38]研究結(jié)果顯示，腫瘤組織內(nèi)的Survivin表達(dá)與pCR率呈負(fù)相關(guān)，提示Survivin蛋白表達(dá)可能作為nCRT療效的重要預(yù)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(guān)鍵分子之一[39]。p53表達(dá)能夠誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯、DNA損傷修復(fù)及誘導(dǎo)凋亡等。部分研究發(fā)現(xiàn)腫瘤組織高表達(dá)p53的LARC病人多呈放療抵抗，p53蛋白過表達(dá)可作為LARC病人對nCRT抵抗的分子標(biāo)志物[40-41]。另有部分研究發(fā)現(xiàn)p53蛋白表達(dá)水平與LARC病人對nCRT反應(yīng)無關(guān)[42-43]。基于p53對nCRT是否有預(yù)測價(jià)值的不同結(jié)論，Chen等[44]對30項(xiàng)研究中1 830例病例進(jìn)行了薈萃分析，結(jié)果顯示野生型p53狀態(tài)(p53蛋白低表達(dá)和/或野生型p53基因)與nCRT治療后病理反應(yīng)相關(guān)，且p53基因型比p53蛋白表達(dá)更具有預(yù)測價(jià)值。Kandioler等[45]研究也得到類似結(jié)論。(表1)

5.DNA損傷修復(fù)相關(guān)分子標(biāo)志物 放療通過誘導(dǎo)DNA雙鏈斷裂殺傷腫瘤細(xì)胞，而DNA損傷修復(fù)是導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對放療產(chǎn)生抗性的重要機(jī)制。HDR和NHEJ是真核細(xì)胞中促進(jìn)損傷DNA損傷修復(fù)的主要途徑。HDR依賴同源序列，精確修復(fù)DNA損傷；而NHEJ不依賴于同源序列，修復(fù)速度快，但錯(cuò)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(fù)過程，這些分子與LARC病人對nCRT反應(yīng)有關(guān)[46-49]。

三、生物組學(xué)研究

因腫瘤異質(zhì)性的存在，單一分子標(biāo)志物預(yù)測nCRT療效價(jià)值較低，不同研究常得出互相矛盾的結(jié)論。隨著高通量研究技術(shù)的出現(xiàn)，生物組學(xué)逐漸興起。生物組學(xué)是對整個(gè)生物分子群組的研究，有望在腫瘤預(yù)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(yù)測的分子標(biāo)志物總結(jié)

基因測序技術(shù)使同時(shí)研究大量基因表達(dá)成為可能。Ghadimi等[50]將23例行nCRT的LARC病人分為反應(yīng)組及無反應(yīng)組，利用基因芯片技術(shù)對治療前腫瘤組織進(jìn)行測序分析，確定了54個(gè)差異表達(dá)基因，這些差異表達(dá)基因預(yù)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(gè)差異表達(dá)基因，在另一隊(duì)列17例病人中預(yù)測nCRT療效準(zhǔn)確率達(dá)到82.4%。

近年來，通過蛋白質(zhì)組技術(shù)預(yù)測nCRT反應(yīng)分子標(biāo)志物越來越多。Croner等[52]根據(jù)LARC病人對nCRT治療反應(yīng)從腫瘤組織中鑒定出數(shù)百個(gè)差異調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)。Smith等[53]認(rèn)為腫瘤組織蛋白表達(dá)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，在開始治療的24 h/48 h內(nèi)血清中14種差異表達(dá)蛋白質(zhì)共同區(qū)分了病人對nCRT治療的反應(yīng)性，敏感性和特異性分別達(dá)到87.5%和80%。

代謝組學(xué)可同時(shí)對大量代謝物進(jìn)行整體和定量分析，成功應(yīng)用于癌癥早期診斷、治療反應(yīng)預(yù)測等。Jia等[54]基于非靶向代謝組學(xué)技術(shù)分析血清樣本得到15種不同表達(dá)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(jié)語

目前為止，預(yù)測LACR病人nCRT治療療效的分子標(biāo)志物臨床信息有限，尚無廣泛認(rèn)可的分子標(biāo)志物，部分分子標(biāo)志物在不同研究中甚至得出不同結(jié)論。應(yīng)用生物組學(xué)技術(shù)可同時(shí)研究大量基因或蛋白質(zhì)等分子標(biāo)志物，預(yù)測準(zhǔn)確性較高，但不同研究間各種潛在預(yù)測標(biāo)志物幾乎沒有重疊，同樣未應(yīng)用于臨床。筆者認(rèn)為目前對nCRT分子標(biāo)志物研究的主要局限性在于：(1)各個(gè)研究樣本量小、nCRT方案不盡相同、研究技術(shù)方案不一致等；(2)腫瘤組織存在異質(zhì)性，僅對一個(gè)區(qū)域進(jìn)行采樣無法代表整個(gè)腫瘤組織生物學(xué)特征；(3)多種證據(jù)表明腫瘤組織對細(xì)胞毒性療法的反應(yīng)是動(dòng)態(tài)過程，隨著治療進(jìn)展，多種基因表達(dá)改變產(chǎn)生對nCRT治療耐受[55]；(4)活檢腫瘤組織標(biāo)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(jié)果產(chǎn)生影響[56]。

分子標(biāo)志物對指導(dǎo)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(zhǔn)醫(yī)療發(fā)展，具有高度敏感性及特異度分子標(biāo)志物會被鑒定出來，為個(gè)體化治療提供指導(dǎo)。