缺氧导致胃癌化疗耐药的研究进展*

卢明华 陶功财 方亚男 尚志忠 综述 任磊 审校

胃癌是严重危害人类健康的恶性肿瘤，东亚地区范围内，中国、日本、蒙古、韩国均是高发区［1］。目前治疗胃癌的主要方法是手术联合化、放疗，化疗在其中占了很大的比例，成为术后杀灭微小残留病灶以及防止复发转移的主要方式，尤其对于晚期已失去手术机会的患者而言，化疗几乎是唯一能够延长生命的方式。然而，肿瘤对化疗药物产生的耐药性使化疗的有效率越来越低，总体有效率不足50%［2］，耐药是造成化疗有效率不高的主要原因。耐药的原因有多种，不同的化疗药物杀伤肿瘤细胞的机制不同，肿瘤细胞对其产生耐药的机制也不同，其中缺氧是造成胃癌化疗耐药的一个重要原因［3］。近年来缺氧造成的胃癌化疗耐药日益严重，由于应对措施缺乏，成为化疗耐药领域的一个难题，因此，本文对近年来在这一领域的研究进行综述，以期对改善缺氧引起的胃癌化疗耐药提供参考。

1 导致胃癌组织内缺氧的原因及缺氧微环境的特征

1.1 导致胃癌组织内缺氧的原因

1955年，Thomlinson 等［4］首次发现肿瘤组织内部存在缺氧状况，经过60 多年临床及研究证实缺氧存在于各种实体肿瘤中［5-6］。充分的氧分压是细胞生长和增殖的必要条件，血管逐层分支形成血管树，终末为毛细血管网，血液通过毛细血管网携带氧到组织，根据血管树及毛细血管网的结构，氧气扩散浓度随着离毛细血管的距离增加而逐渐降低，正常组织中氧的弥散是以血管为中心呈高斯分布，终末毛细血管与细胞之间具有合适的距离，这个距离能保证每个细胞获得充足的氧。

导致胃癌组织内缺氧原因包括以下几点：1）胃癌细胞异常快速生长和增殖，血管网络无法快速建立，即使新生了血管，却结构异常，形态扭曲或管腔异常膨大，内皮细胞之间不连续并且缺乏周细胞的覆盖，同时这些新生的畸形血管分布不均一，有些区域甚至没有血管分布，造成运氧障碍［7］。2）随着胃癌瘤体的增大，微血管之间的距离或者微血管与细胞之间的距离超过氧气可扩散距离，氧气无法有效地输送到缺氧部位［8］，导致胃癌局部供血不足，氧含量自然降低，营养物质缺乏并且酸性物质堆积。3）胃癌新生血管从功能上来说与正常血管不同。由于癌细胞的浸润和转移，新生血管会出现急性栓塞和再通，造成肿瘤细胞急性缺氧即灌流限制性缺氧。有些肿瘤血管起自氧分压较低的静脉，有些肿瘤血管中只有血浆流经，没有红细胞通过，造成血氧不足型缺氧［9］。4）处于高代谢和快速增殖状态的肿瘤细胞需要消耗大量的氧以适应其快速生长，加重局部缺氧的状态［10］。5）胃癌本身能够造成机体贫血，血红蛋白降低在肿瘤患者中比较普遍，当血红蛋白低于10 g/d时，癌局部组织中氧气供应量会大幅下降并引起缺氧［11］。6）某些治疗因素，如放疗、化疗也会造成胃癌局部缺氧。某些化疗药物有抑制血管新生的作用［12］，导致胃癌局部血流量进一步下降，形成缺血缺氧的局部微环境。

缺氧是实体肿瘤生长的微环境特征之一，胃癌组织生长速度快、能量需求大，在生长过程中，逐渐出现乏氧状况。同时由于胃处于空腔脏器，胃部血管分布相对较少并且大多数是终末血管，因此胃癌的缺氧情况更为严重。正常组织及胃癌周围组织中的氧分压平均值为40～60 mmHg，而胃癌组织的氧分压为2.5～30 mmHg，中心的氧分压几乎为0［13］。

1.2 缺氧微环境的特征

缺氧微环境的主要特征是缺氧的肿瘤细胞为自身需求所发生的对缺氧环境的适应性反应。主要包括以下几个方面［14］：1）内壁细胞过度表达、还原能力增强。2）进行无氧糖酵解，pH 变小。3）产生保护性应激蛋白：如促红细胞生成素、HIF-1 等。通过这些蛋白的表达提高，进而影响下游相关基因蛋白的表达，改变正常的细胞生长秩序。4）肿瘤细胞基因稳定性受到影响，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血小板源性生长因子-B

（platelet-derived growth factor-B，PDGF-B）、TGF-β、胰岛素样生长因子-2 及表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）表达明显升高，促进肿瘤新生血管的生成，葡萄糖转运蛋白（glucose transporter，GLUT）及各种糖酵解酶上调，帮助肿瘤细胞能量代谢。相关基因表达改变获得更有侵袭性的表型，使细胞侵袭、增殖能力增加。另外，MMP-9 表达上调，黏附分子表达下调，肿瘤转移更加容易。5）发生上皮细胞-间充质转化。6）维持干细胞特性。7）缺氧严重的情况下，能够导致肿瘤细胞直接凋亡或坏死。肿瘤细胞的一系列适应性反应也可加重缺氧，在缺氧的肿瘤局部形成恶性循环。

2 缺氧引起胃癌化疗耐药的现状及原因

缺氧能够引起肿瘤细胞对化疗药物产生耐药性，在实体肿瘤中更为严重［15-16］。雷婷等［17］的研究发现，缺氧显著增加了SGC-7901 细胞对氟尿嘧啶、长春新碱、顺铂等5 种化疗药物的耐受性，尤其是对5-氟尿嘧啶和长春新碱的耐受更为明显。Chen等［18］的研究表明缺氧使胃癌AGS 细胞对5-FU 产生耐药。Rohwer等［19］的研究表明缺氧引起胃癌AGS细胞株和MKN-28 细胞株对5-FU 和顺铂联合用药产生抵抗。还有研究证实缺氧造成胃癌患者对铂类药物的化疗抵抗［20-21］，Danza 等［22］发现缺氧使胃癌患者对卡倍他滨耐药性增强。

缺氧已成为造成胃癌化疗抵抗的一个主要因素，这与化疗药物的作用机制有关，有的化疗药物如铂类，进入肿瘤细胞后生成自由基，自由基需要从生化途径夺获电子传递给氧从而起到杀伤作用，这类药物发挥作用需要有氧环境，缺氧环境对药物发挥作用不利。另外，在缺氧微环境中，肿瘤细胞基因稳定性受到影响，基因的改变必然导致相关信号通路中蛋白表达的改变，大多数化疗药物通过各种途径诱导肿瘤细胞凋亡实现对肿瘤的治疗，因此缺氧微环境中相关基因蛋白的改变会影响这些化疗药物发挥作用。尤其是缺氧引起缺氧诱导因子1（hypoxia inducible factor，HIF）表达进而与下游调控基因的缺氧敏感元件（hypoxia response-element，HRE）结合，启动下游MDR1、VEGF 等耐药基因蛋白的转录，MDR1编码的p-gp蛋白能够将已进入细胞内的化疗药物泵出，VEGF基因蛋白表达增高促进肿瘤新生血管的形成，间接增加了对化疗药物的抵抗。VEGF的上调还能够诱导Bcl-2 表达上调，抑制细胞凋亡，造成相关化疗药物产生耐药。其次，缺氧时由于肿瘤体积的快速增长，血管分布稀少，化疗药物很难到达远端肿瘤组织，加重耐药［23-24］。

3 改善缺氧导致的胃癌化疗耐药的措施

3.1 针对性措施

针对缺氧微环境中各种基因蛋白表达的变化，可利用分子生物学手段纠正不利于化疗药物杀伤的基因改变。其中，针对HIF-1α基因的研究较多，用反义寡核苷酸、siRNA、shRNA等方法干扰HIF-1α的表达，或者直接敲除HIF-1α基因，减少HIF-1α高表达引起的下游一系列造成胃癌化疗耐药的不良影响，从而提高胃癌化疗有效率［25-27］。有研究发现一些药物能够抑制HIF-1α基因的高表达，如Chen等［28］发现质子泵抑制剂能够下调V-ATPases/PI3K/Akt/mTOR/HIF-1α信号通路进而减少胃腺癌的化疗抵抗。Chen等［18］用传统中药黄芩能够下调PTEN/Akt/HIF-1α信号通路从而减少胃癌AGS细胞对5-FU的化疗抵抗。除此之外，也有针对缺氧微环境中直接引起化疗耐药的基因的应对措施，如Xuan等［29］利用二氯乙酸盐调节糖代谢相关的基因能够降低胃癌对5-FU的化疗耐药，Hwang等［30］的研究发现将VEGF-1和VEGF-2受体封闭后能够促进紫杉醇对胃癌细胞的敏感性。然而，这种针对性的措施只能解决某一方面的问题，只要肿瘤微环境中缺氧的状态持续存在，缺氧引起的化疗抵抗仍会持续存在，而且缺氧微环境中的情况非常复杂，改变其中某种单一因素并不能彻底改变由于缺氧引起的化疗抵抗现象。

3.2 补氧治疗措施

缺氧状态引起的肿瘤化疗抵抗，通过提高氧含量可能得到改善，因此提高氧分压是一种最简单直接的方法，目前提高氧分压的手段中高压氧是公认效果最好的一种，有研究表明高压氧联合化疗对化疗药物耐药有较好的改善［31-33］。然而胃癌组织处于空腔脏器的内部，普通的吸入式或面罩式高压氧给氧方式使胃癌组织获得的氧分压很难达到预期效果［34］。目前高压氧用于临床的常用方法一般采用多人高压氧舱，即使进行单人纯氧舱给氧，胃癌组织获得的氧分压仍然十分有限，多人氧舱每个人获得的氧分压则更低。且高压氧的各种给氧方式存在一些弊端，如单人纯氧舱容易造成CO2蓄积、吸氧阻力增大等。近年来关于高压氧治疗本身对肿瘤生长的作用也存在争议，恶性肿瘤在很长一段时期内被视为高压氧治疗的禁忌证。Chen等［35］利用纳米颗粒携氧为缺氧的胰腺癌补氧，发现能够改善胰腺癌的化疗效果，但是纳米颗粒无法定向地专为肿瘤区域补氧，这种方法使肿瘤局部获得的氧分压提升有限。最近有研究者利用间充质干细胞表达血红蛋白基因，使其携氧，由于间充质干细胞对肿瘤细胞［36-37］包括胃癌具有天然的靶向趋化性［38］，携氧的间充质干细胞进入体内后能够定向迁移至胃癌局部，将氧携至缺氧的胃癌局部改善缺氧状态，从而改善胃癌化疗效果［39］。这为临床提供了一条新的思路，但间充质干细胞体内应用的安全性是其面临的主要挑战。

综上所述，缺氧造成胃癌化疗耐药的现象越来越受到重视，但由于缺氧微环境的复杂性及胃癌生长的不可控性，相关研究进展缓慢。本文从缺氧形成的原因、缺氧微环境的特征、目前胃癌组织内缺氧导致化疗耐药的现状、缺氧导致化疗耐药的原因以及目前改善这种状况的方法几个方面进行了综合介绍，以期更多研究者在此领域进行深入探索，使化疗敏感性得到提高，让更多患者获益。