高 潔 張 欣 惠開元 蔣曉東

肺癌是世界上第二常見的癌癥,2020年全球約有180萬人死于肺癌[1]。根據(jù)組織學,肺癌可分為小細胞肺癌和非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC),其中NSCLC占到85%[2]。目前NSCLC的治療方案主要包括手術切除、全身化療和放射治療。早期的NSCLC首選手術治療,對于中晚期的NSCLC和不能手術的早期患者,放射治療是其主要治療手段。然而,隨著輻射劑量的增加,腫瘤細胞可能會對輻射產(chǎn)生抵抗性,導致腫瘤局部復發(fā)和遠處轉(zhuǎn)移,進而影響NSCLC的治療效果。放射抵抗是多因素、多機制參與的過程,促進細胞凋亡、抑制DNA損傷修復、改變腫瘤微環(huán)境以及抑制腫瘤干細胞和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化是增加放射敏感度的生物學基礎。因此,尋找增加放射敏感度的有效靶點是提高NSCLC治愈率的關鍵,本文就近年來NSCLC放射增敏靶點的研究進展進行綜述。

一、RNA與放射增敏

1.環(huán)狀RNA:環(huán)狀RNA(circular RNA, circRNA)是一種具有環(huán)狀結構的非編碼RNA,由外顯子、內(nèi)含子或者外顯子-內(nèi)含子反剪接和融合形成,與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有關。circRNA的機制之一是充當miRNA的海綿,介導下游靶向mRNA的表達。近年來研究顯示,多種circRNA與腫瘤放射敏感度有關。Yang等[3]研究發(fā)現(xiàn),在放療抵抗的NSCLC細胞中circ_0007580高表達,miR-598低表達,并證實miR-598是circ_0007580的靶點,沉默circ_0007580可通過靶向miR-598調(diào)控血小板調(diào)控蛋白2(thrombospondin 2,THBS2)的表達抑制細胞增殖和增加細胞凋亡,提高細胞的放射敏感度。后續(xù)的體內(nèi)實驗也表明,敲除circ_0007580可增強NSCLC腫瘤的放射敏感度。Li等[4]研究表明,hsa_circ_0004396作為miR-615-5p的分子海綿上調(diào)PAK1的表達促進NSCLC細胞對放射線的抵抗,而hsa_circ_0004396沉默可以誘導放射敏感度。Zhang等[5]研究指出,circ_0001287通過吸附miR-21抑制其表達,間接上調(diào)NSCLC細胞中磷酸酶及張力蛋白基因(phosphatase and tensin homolog,PTEN)的表達,增加NSCLC細胞的放射敏感度。由此可見circRNA可以通過靶向mRNA參與放射敏感度的調(diào)節(jié),不同表達水平的circRNA與放療效果有關。

2.長鏈非編碼RNA:長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一種長度超過200個核苷酸的非編碼RNA,多種lncRNA在包括NSCLC在內(nèi)的各種腫瘤中表達異常[6]。Wang[7]研究指出,在NSCLC H460和A549細胞中轉(zhuǎn)染結腸癌相關轉(zhuǎn)錄物1(long non-coding RNA colon cancer associated transcript1,lncRNA CCAT1)后,隨著X線劑量增加細胞凋亡率也明顯增加,這與其下調(diào)絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)通路相關。此外,下調(diào)lncRNA CCAT1可以使NSCLC細胞停滯于G2/M期,最終提高NSCLC的放射敏感度。前列腺癌相關轉(zhuǎn)錄物1(long non-coding RNA prostate cancer associated transcript1,lncRNA PCAT1)在NSCLC中高表達,Gao等[8]研究發(fā)現(xiàn),PCAT1具有免疫抑制作用,PCAT1基因敲除能夠抑制細胞增殖和增加細胞凋亡率,抑制PCAT1/SOX2軸可以啟動cGAS/STING信號通路進而增強NSCLC的放療敏感度。Jiang等[9]分析放射抗性NSCLC細胞中l(wèi)ncRNA 細胞骨架調(diào)節(jié)因子(cytoskeleton regulator,CYTOR)的表達后發(fā)現(xiàn)CYTOR過表達,沉默CYTOR可通過上調(diào)miR-206和抑制胸腺素α原(prothymosin alpha,PTMA)增強NSCLC細胞的放射敏感度。還有研究發(fā)現(xiàn),lncRNA SBF2-AS1在放療抵抗的NSCLC細胞組織中高表達,下調(diào)lncRNA SBF2-AS1通過降低肌盲樣蛋白3(muscleblind-like proteins 3, MBNL3)的表達增強NSCLC細胞的放射敏感度和凋亡[10]。以上研究結果均證實了lncRNA在調(diào)節(jié)腫瘤放射敏感度中的重要性。

3.微小RNA:微小RNA(microRNA,miRNA)是一類長度約22個核苷酸的非編碼單鏈RNA,通過與mRNA結合參與轉(zhuǎn)錄后的基因調(diào)控。近年來許多研究發(fā)現(xiàn),miRNA在NSCLC的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮關鍵作用,某些miRNA異常表達參與多種腫瘤相關信號通路調(diào)節(jié)腫瘤的放射敏感度。miR-145是一種腫瘤抑制因子,Li等[11]研究發(fā)現(xiàn),過表達的miR-145可使放射性耐藥的NSCLC細胞對放射線敏感,這與miR-145與人原肌球蛋白結合蛋白3(tropomodulin3,TMOD3)靶向結合并抑制TMOD3表達有關,體內(nèi)外的實驗均證實了靶向TMOD3能增加放療抵抗NSCLC細胞的放射敏感度。Zhang等[12]研究發(fā)現(xiàn),miR-148a低表達者放射敏感度低,放療后miR-148a表達顯著升高,miR-148a通過與SOS2結合并抑制SOS2的表達增強NSCLC細胞的放射敏感度。Wei等[13]研究發(fā)現(xiàn),miR-219a-5p在放射耐藥的患者血清和肺組織中低表達,上調(diào)miR-219a-5p通過與CD164結合并負調(diào)控CD164的表達促進NSCLC細胞DNA損傷和凋亡,增強輻射誘導的細胞毒性,實現(xiàn)放療增敏效果。Dai等[14]在對新魚腥草素鈉(sodium new houttuyfonate,SNH)的研究中發(fā)現(xiàn),SNH能促進NSCLC的細胞凋亡,在放射條件下經(jīng)過SNH處理過的NSCLC A549細胞隨著射線劑量的增加凋亡能力也增強,這可能與SNH誘導的miR-147a使STAT3通路失活有關。由此可見,miRNA可以通過調(diào)節(jié)腫瘤信號通路或相關蛋白來調(diào)節(jié)NSCLC的放射敏感度。

二、基因與放射增敏

在NSCLC的發(fā)生、發(fā)展中伴隨著多種基因的表達,包括原癌基因的激活和(或)抑癌基因的失活,其中某些基因的表達改變可以調(diào)節(jié)腫瘤細胞的放射敏感度。

1.BTG2基因:B淋巴細胞異位基因2(B cell translocation gene2,BTG2)是BTG/TOB基因家族重要成員之一,由158個氨基酸編碼生成,參與腫瘤細胞的DNA損傷修復和細胞周期調(diào)控。Zhu等[15]研究發(fā)現(xiàn),BTG2是NSCLC H460細胞的放射反應基因,BTG2的表達在放射后升高,過表達的BTG2可以促進DNA損傷和增加細胞凋亡。鄭藝等[16]研究發(fā)現(xiàn),BTG2在NSCLC中低表達,上調(diào)BTG2能增強NSCLC H1975細胞的放射敏感度,這可能與BTG2通過上調(diào)p53的表達以及降低BRCA1基因表達抑制DNA損傷修復有關。

2.NRF2基因:核因子E2相關因子2(nuclear factor erythroid -2-related factor 2,NRF2)是一種轉(zhuǎn)錄因子,通過調(diào)節(jié)下游靶基因的表達參與多種生物學行為。Sun等[17]研究發(fā)現(xiàn),二甲雙胍可以實現(xiàn)NSCLC細胞放射增敏作用,NRF2是其放射增敏的關鍵靶點。二甲雙胍通過非Keap1依賴的機制增加NRF2的泛素化降解蛋白酶體,NRF2的減少導致下游抗氧化劑相關蛋白轉(zhuǎn)錄減少,進而抑制DNA損傷修復并使細胞周期停滯在G2/M期。Sitthideatphaiboon等[18]在研究肝臟激酶B1(liver kinase B1,LKB1)缺陷型NSCLC中發(fā)現(xiàn),Keap1突變的LKB1缺陷腫瘤細胞表達更高水平的NRF2基因,高表達的NRF2通過上調(diào)谷氨酸半胱氨酸連接酶(glutamate-cysteine ligase catalytic,GCLC)抑制腫瘤細胞DNA受到活性氧(ROS)損傷。因此,靶向Keap1/NRF2信號通路可以實現(xiàn)LKB1缺陷的NSCLC細胞的放射增敏。

3.PTEN、PI3K基因:PTEN是一種編碼具有脂質(zhì)磷酸酶和蛋白磷酸酶雙重活性的抑癌基因,主要通過其磷酸酶活性作用于磷脂酰肌醇-3激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)并抑制其下游產(chǎn)物磷脂酰肌醇-三磷酸(phosphatidylinositol triphosphate,PIP3)的表達從而抑制PI3K/Akt通路的信號轉(zhuǎn)導。PTEN基因的表達下調(diào)可促進腫瘤發(fā)生、發(fā)展。PTEN在NSCLC中突變率較高,Fischer等[19]研究發(fā)現(xiàn),PTEN導致轉(zhuǎn)錄程序的表達改變進而導致放療耐藥性的建立,PTEN突變的NSCLC依賴ATM蛋白激酶修復輻射誘導的DNA損傷,在體外實驗中證實低濃度的ATM抑制劑能夠抑制DNA損傷修復,增加放療耐藥細胞對放射線的敏感度。Seol等[20]研究發(fā)現(xiàn),PI3K異構體選擇性抑制劑能夠通過抑制PI3K/Akt信號通路影響輻射誘導的DNA雙鏈斷裂的修復,還能夠增加E-鈣黏蛋白的表達以及下調(diào)波形蛋白,進而抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化。

4.ITGB1基因:整合素β1(integrin beta-1,ITGB1)是整合素家族成員,主要介導細胞和細胞外基質(zhì)之間的黏附,參與信號轉(zhuǎn)導、組織修復和腫瘤細胞轉(zhuǎn)移等。Li等[21]研究發(fā)現(xiàn),在耐輻射的NSCLC H460細胞中ITGB1高表達,ITGB1基因敲除的A549和H460細胞的凋亡率和對射線的敏感度更高,這與ITGB1敲除后抑制ITGB1下游效應因子yes相關蛋白(yes associated protein1,YAP1)的表達和細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運進而抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)的發(fā)生。此外,研究中也發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)染ITGB1短發(fā)夾RNA(shRNA)可增強輻射誘導的DNA損傷和G2/M期的細胞周期阻滯。

5.UBE2O基因:UBE2O基因編碼的泛素結合酶是一種E2/E3雜合的泛素-蛋白鏈接酶,位于人類染色體17q25區(qū)域,具有E2和E3兩種泛素鏈接酶的活性,參與脂肪生成、腫瘤細胞增殖和轉(zhuǎn)移等。Huang等[22]研究發(fā)現(xiàn),UBE2O在NSCLC中高表達,通過在K46殘基處對Mxi1進行泛素化和降解促進腫瘤發(fā)生和放療抵抗,而下調(diào)UBE2O基因表達能夠抑制放射抗性的發(fā)生。

三、VEGFR與放射增敏

血管內(nèi)皮生成因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)刺激血管內(nèi)皮細胞增殖形成新生血管,新生成的血管向腫瘤組織提供氧氣和營養(yǎng),促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。與腫瘤血管生成相關的大部分腫瘤,包括NSCLC,高度表達VEGF?？寡苌芍委煵粌H能抑制腫瘤血管生成,還能增強腫瘤細胞的放射敏感度。Liu等[23]研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)皮抑素在NSCLC Calu-1細胞中表達水平最高,可以抑制Calu-1細胞增殖并增強Calu-1細胞的對放射敏感度,具體機制可能與內(nèi)皮抑素下調(diào)血管內(nèi)皮生長因子2(vascular endothelial growth factor receptor 2,VEGFR2)的表達,進而通過PI3K/Akt和MAPK/ERK兩條通路下調(diào)缺氧誘導因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)的表達有關。阿帕替尼是VEGFR2的高選擇性抑制劑,目前多用于肺癌的抗血管生成治療,Li等[24]研究發(fā)現(xiàn),阿帕替尼還可用于增強NSCLC細胞的放射敏感度,可能是通過阻斷Akt和ERK信號通路增加輻射誘導的細胞凋亡和抑制DNA雙鏈斷裂的修復。神經(jīng)纖毛蛋白-1(NRP-1)在NSCLC中高表達,參與VEGF-VEGFR信號轉(zhuǎn)導通路調(diào)控血管內(nèi)皮細胞和腫瘤細胞的增殖、侵襲和凋亡。Hu等[25]在體外實驗中證實,VEGFR2被抑制后,NRP-1通過ABL-1基因激活DNA雙鏈修復蛋白(RAD51蛋白),促進腫瘤細胞的自我修復導致放射抵抗,聯(lián)合抑制VEGFR2和NRP-1能夠增強NSCLC細胞的放射敏感度。由此可見,VEGFR是NSCLC放療增敏的靶點之一,但這種放療增敏作用可能僅限于VEGFR表達高的NSCLC細胞。

四、CDKs抑制劑與放射增敏

腫瘤發(fā)生的主要原因是細胞周期失調(diào)導致的腫瘤細胞無限制增殖,細胞周期失調(diào)與細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinases,CDKs)的異常激活有關。目前CDKs抑制劑在乳腺癌中的應用較多,但近年來已有許多研究表明,CDKs抑制劑在NSCLC中也具有抗腫瘤作用。阿貝西利(Abemaciclib)是一種選擇性的CD4/6抑制劑,Naz等[26]研究發(fā)現(xiàn),Abemaciclib在放射狀態(tài)下可通過抑制視母細胞腫瘤抑制蛋白(retinoblastoma,Rb)磷酸化導致細胞周期停滯,進而抑制DNA損傷修復。此外,Abemaciclib還能抑制mTOR信號轉(zhuǎn)導和缺氧誘導因子-1(hypoxia inducible factor-1,HIF-1)表達進一步抑制血管生成和腫瘤細胞再生,提高NSCLC細胞的放射敏感度。AZD5438是CDK1、2、9的抑制劑,Raghavan等[27]研究發(fā)現(xiàn),AZD5438增強NSCLC細胞放射敏感度主要是通過阻斷A549和H1299細胞系中CDK1的表達抑制DNA損傷修復和誘導細胞凋亡。此外,AZD543還可使A549和H1299細胞周期阻滯在對輻射最敏感的G2/M期,增強細胞對放射線的敏感度。還有研究發(fā)現(xiàn),CR6相互作用因子1(CR6-interacting factor1,CRIF1)與CDK2相互作用的界面抑制劑能夠選擇性促進與CDK2過度激活相關的G2/M期阻滯和凋亡,進而提高腫瘤細胞的放射敏感度[28]。但目前CRIF1-CK2界面抑制劑在NSCLC放療增敏中的應用還需進一步研究。

五、低氧與放射增敏

低氧能夠通過多種機制參與腫瘤細胞的生存和發(fā)展,包括刺激血管生成、改變葡萄糖代謝、阻滯細胞周期和促進腫瘤細胞增殖和轉(zhuǎn)移等。目前已有研究證實,細胞在氧氣充足的環(huán)境中對輻射的敏感度高于缺氧條件下。HIF-1α是最重要的低氧誘導因子,有研究發(fā)現(xiàn),抑制HIF-1α能夠增強腫瘤細胞的放射敏感度,這可能與HIF-1α抑制NSCLC中HIF信號通路激活和改變細胞葡萄糖代謝使細胞外pH值降低和乳酸生成增加有關。研究還發(fā)現(xiàn),HIF-1α和HIF-2α雙基因敲除能夠表現(xiàn)出更強的放射敏感度。另有研究發(fā)現(xiàn),低氧狀態(tài)可以促進HIF-1α和葡萄糖轉(zhuǎn)運載體蛋白1(gluose transporter type-1,GLUT-1)的表達,HIF-1α的基因敲除可以通過抑制PI3K/Akt/mTOR活性阻斷低氧誘導的輻射抵抗,促進腫瘤細胞凋亡進而增強細胞的放射敏感度。因此,靶向抑制HIF-1α可以逆轉(zhuǎn)低氧對腫瘤細胞的影響,增強對輻射的敏感度。

六、展 望

綜上所述,通過抑制DNA損傷修復、細胞周期阻滯、促進細胞凋亡以及改變腫瘤微環(huán)境等能夠增強NSCLC的放射敏感度。但腫瘤細胞的放療抵抗是一個涉及多機制的復雜過程,筆者相信隨著研究的不斷深入,未來會有更多的放射增敏靶點被發(fā)現(xiàn),為提高NSCLC患者的放療效果和降低腫瘤轉(zhuǎn)移、復發(fā)率提供新思路和新方法。