宫颈癌辐射抵抗机制的相关研究进展

吉 晨 吴玉梅

首都医科大学附属北京妇产医院妇科肿瘤科，北京 100006

宫颈癌是全球女性中第四大常见癌症，放疗是重要的治疗方法，ⅡB 期及以上的患者首选同步放化疗，美国国立综合癌症网络（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）指南将放疗作为ⅠB3 和ⅡA2期局部晚期宫颈癌的标准治疗，而早期宫颈癌术后合并高危因素者，亦需补充放疗。随着放疗设备和技术的改进，疗效有所提升，副作用减少，但仍有近50%的患者因辐射抵抗导致疾病未控或复发[1]，严重威胁女性健康。肿瘤的辐射抵抗是多基因、多通路、多机制共同作用的复杂过程，涉及肿瘤干细胞、DNA 损伤修复、上皮间质转化、乏氧效应、肿瘤微环境等多方面[2-4]，各因素之间又通过一条或多条信号通路相互作用。本文对肿瘤干细胞、DNA 损伤修复及肿瘤微环境在宫颈癌辐射抵抗机制的相关进展进行综述。

1 肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSC）

CSC 是肿瘤细胞内一个独特的亚群，对放化疗有耐受性[5]，可以自我恢复和分化，有很强的DNA 损伤修复能力，同时表现出低水平的氧活性，且增殖缓慢，这些特性都导致CSC 对放疗抵抗[6]。CSC 的起源还不明确，可能是正常干细胞在DNA 复制中随机突变导致恶变[7]。Bjerkvig 等[8]发现，在基因转录水平正常干细胞可能会吞噬肿瘤细胞的DNA 片段，导致DNA 重编形成CSC。另外，TME 信号如细胞炎症因子，会促进干细胞分化成为CSC，核转录因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）则维持着CSC 的数量[9]。CSC 引起辐射抵抗的机制主要有以下几个方面：

1.1 上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）

EMT 与CSC 有相似的生物学行为，包括干性、免疫逃逸和辐射抵抗[10]，EMT 是上皮细胞转化为移行间充质细胞的去分化过程，进入循环和转移的能力较强，从而对辐射后的细胞凋亡产生抵抗[11]。

1.2 乏氧

乏氧是肿瘤组织中的常见现象，通过影响细胞周期、DNA 损伤修复等，明显减弱肿瘤对放疗的反应[12]。乏氧可以提高CSC 的EMT 特性，包括自我更新、转移和侵袭性等[13]，还能间接激活内质网应激诱导非折叠蛋白信号通路，维持CSC 的活性氧（reactive oxygen species，ROS）处于较低浓度[14]。

1.3 氧化调节

ROS 水平对DNA 断裂的修复十分重要[15]，ROS过负荷时，可以诱导DNA 损伤及增加细胞对辐射的敏感性。此外，端粒成分如端粒结合蛋白2 的高活性是维持端粒长度和辐射抵抗的原因[16]。较低的ROS 水平可以通过调节细胞外信号调节激酶和环氧化酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）来增加CSC 的数量。ROS和COX-2 存在负反馈作用，COX-2 可能通过降低ROS 来增加CSC 和转移能力。

1.4 内吞噬

CSC 有内吞噬保护机制，以维持其干性，抵抗失巢凋亡，并且使ROS 处于较低水平[17]。失巢凋亡是由于细胞与其相邻的细胞外基质不相容而引起细胞死亡，内吞噬可以保护细胞暴露于相关危险因子。因此，通过抑制或过度激活来破坏保护性内吞噬可以起到治疗作用。

1.5 炎症反应

早期炎症可以提高免疫系统的反应，引起肿瘤细胞自溶[18]。通过转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）等组织免疫应答，抑制炎症状态，从而诱导肿瘤发生，放疗后逐渐升高的炎症反应会提高肿瘤的治疗抵抗[19]。慢性炎症可以引起CSC 增加，可能诱导CSC 去分化。因此，抗炎药物如阿司匹林可能成为消除CSC 耐药性的药物。

由于CSC 对放化疗高度不敏感，使其成为后期肿瘤的主体，目前已发现一些导致宫颈癌的干细胞标记基因，如BMI1、OCT4、SOX2、UTF1 等[20]。以SOX2为例，其可通过调节肿瘤细胞干性，抵抗放疗效应，敲除SOX2 可抑制肿瘤的增殖和侵袭[21]。在局部晚期宫颈鳞癌患者中，高表达SOX2 患者放疗后的无进展生存期更短[22]；SOX2 等基因高表达的宫颈鳞癌细胞系在辐射后更易出现辐射抵抗[23]。目前研究提示以CSC为靶点可提高肿瘤治疗效果，尤其是宫颈癌及恶性胶质瘤等对放疗抵抗的肿瘤。

2 DNA 损伤修复

放疗造成的DNA 损伤常见的修复方式是碱基切除修复通路和DNA 重组修复，后者又分为非同源末端连接通路（non-homologous end-joining，NHEJ）和同源重组修复通路（homologous recombination repair，HRR）。

2.1 DNA 重组修复通路相关因子

NHEJ 通路相关的重要因子分别是Ku70、Ku80、DNA-PKcs、Artemis、XRCC4 和DNA 连接酶Ⅳ。DNA双链断裂后，NHEJ 通路首先进行修复，随后HRR 通路再进行精确修复。HRR 通路需要多种蛋白质参与，包括RAD51 及其同源体、RAD52、RAD54、BRCA1、BRCA2、MRN 复合物等，及触发DNA 损伤应激反应的分子，如共济失调毛细血管扩张突变基因（ataxia telangiectasia-mutated gene，ATM）、ATM-Rad3 相关蛋白激酶（ATM Rad3-related protein kinase，ATR）。DNA 损伤应答受ATM-丝氨酸-苏氨酸检查点激酶2（checkpoint kinase 2，Chk2）和ATR-Chk1 通路调控，而ATMChk2 和ATR-Chk1 通路受多因素影响，包括辐射的剂量和时间等，ATM 和ATR 可能成为放疗靶点[24]。Agnihotri 等[25]利用小干扰RNA 筛选DNA 损伤应答基因，发现了一种烷化剂——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 会提高烷化剂在体外的细胞毒性效应，且对体内正常细胞没有毒性，由此提供了治疗窗。另外，ATM 在干细胞维持和DNA损伤的信号通路中都起到重要作用。研究显示ATM可正向调节ITCH E3-泛素连接酶[26]，后者参与DNA损伤应答、Notch 和Hedgehog 信号通路。Fokas 等[27]发现了一种高度选择的ATR 抑制剂——VE-822，体外及在体均可增加放射敏感性，VE-822 在放疗后可降低胰腺癌细胞的生存，而不影响正常细胞。

2.2 p53 基因

p53 基因是重要的抑癌基因，当细胞受辐射发生DNA 损伤时，p53 蛋白活性增加，参与DNA 损伤修复。p53 基因活化后激活鼠双微体基因2，其抑制剂可以激活p53/p21 信号通路。p21 基因作为p53 的下游调控基因，其高表达能抑制DNA 修复，促进DNA 损伤后的细胞凋亡，抑制细胞增殖，增加肿瘤放疗敏感性[28]。

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

IER5 主要参与细胞对外界刺激的快速应答及细胞周期调节等，刘洋等[29]发现放射后IER5 和Ku70 表达量升高，二者表达呈正相关，提示IER5 可能通过与Ku70 相互作用参与调控DNA 损伤修复。Yu 等[30]通过干扰IER5 的表达显著降低了HeLa 细胞中辐射诱导的DNA 双链断裂的修复效率，提示IER5 参与DNA 双链断裂修复，并利用免疫共沉淀证实了IER5 与ADP核糖聚合酶1 和Ku70 的相互作用。

Sample[31]发现，放疗前后DNA 修复通路基因表达不同，提示宫颈癌放疗的预后不同。因此，寻找宫颈癌放疗DNA 损伤修复关键通路的靶基因，将对提高宫颈癌的辐射敏感性起重要作用。

3 肿瘤微环境

肿瘤微环境是肿瘤细胞及其邻近组织，及细胞分泌的各种活性物质共同构成的局部内环境，包括成纤维细胞、间质细胞、神经内分泌细胞、淋巴细胞等，及这些细胞产生的细胞因子、激素产物和趋化因子等，协同参与信号通路。宫颈癌的肿瘤微环境由高危型人乳头瘤病毒（high risk human papillomavirus，HR-HPV）肿瘤蛋白和基质雌激素受体α 协同形成。虽然淋巴细胞可以对肿瘤细胞形成防护盾，但一些细胞亚群可引起免疫抑制、肿瘤生长和播散，肿瘤细胞毒性渗透的淋巴细胞可以逃避T 调节细胞而导致免疫耐受[32]。因此，肿瘤微环境可以为免疫治疗提供潜在靶点。

3.1 HPV 与肿瘤微环境

HPV 基因组中的E6 和E7 是主要的癌基因，感染HR-HPV 的患者，DNA 被整合到宿主细胞的DNA上，可诱导肿瘤微环境促进癌症进展。Ren 等[33]发现，HPV 16/18 可以激活白细胞介素-6/信号传导与转录激活因子3（interleukin-6/signal transducer and activator of transcription 3，IL-6/STAT3）通路，导致宫颈恶变。局部肿瘤微环境中HPV 持续存在引起宫颈癌放疗后的抵抗和复发。来源于肿瘤微环境激活的成纤维细胞，形成肿瘤相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblast，CAF），分泌大量生长因子，如血管内皮生长因子、TGF-β 等，与肿瘤微环境中的内皮细胞、炎症细胞及肿瘤细胞相互作用，从而促进肿瘤的发生发展和转移。

3.2 肿瘤微环境对放疗的反应

像肿瘤细胞一样，肿瘤微环境会对放疗做出反应，肺癌和黑色素瘤经辐射后，CAF 会发生内吞噬，加强癌细胞的恢复和肿瘤的再生长[34]。辐射还会诱导肿瘤微环境产生炎症细胞因子，包括血小板源性生长因子、IL-1β、肿瘤坏死因子α、趋化因子12、基质金属蛋白酶及IL-6 等，这些因子会引起CSC 中的活性氧清除上调，激活STAT3 下游信号通路，促进CSC 的自我更新及胚胎干细胞神经鞘膜形成的连锁反应[35]，进一步促进肿瘤细胞的生存，帮助其再生长并发展成为更具侵袭性的CSC 亚型，从而造成辐射抵抗。因此，研究宫颈癌及肿瘤微环境在辐射后的反应、细胞因子及炎症因子的变化，可能寻找到提高宫颈癌辐射敏感性的靶点。

4 展望

随着医学技术的进步，很多癌症患者可以做到与肿瘤长期共存，虽然仍有一部分宫颈癌患者对放疗反应不佳，不同患者对辐射抵抗的靶点也许并不相同，但科研工作者仍在寻找辐射抵抗的原因，并探索其内在机制，以期找到提高放疗敏感性的靶点。相信最终能够进一步延长患者的生存期，改善生存质量，扼制肿瘤的进展和复发，为更多的宫颈癌患者带来福音。