探讨胸苷激酶1 在乳腺癌治疗中的应用潜力

李童 李良

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤, 约占所有恶性肿瘤诊断的30%［1-3］。其发病率因年龄而异：25 岁前发病率较低, 30 岁以后迅速增加, 围绝经期前后达到高峰, 老年人发病率逐渐下降。此外, 乳腺癌也是全世界女性因癌症死亡的第二大原因, 仅次于肺癌［3-5］。在过去的20 年中, 基因学研究显示乳腺癌之间存在相当大的异质性, 从而导致了在生物学特性和临床病程中存在亚型的差异, 如三阴性乳腺癌(TNBC)预后较差,目前的治疗方案效果有限［6］。在临床实际应用中, 肿瘤体积、组织学分级和生物标志物的表达情况等是目前乳腺癌综合治疗中可以向临床医生提供乳腺癌生物学信息的重要参考数据［7,8］, 辅助临床医生治疗方案的选择。然而, 经过完整的乳腺癌综合治疗, 相当一部分患者出现了复发转移, 导致最终预后效果较差［9,10］。因此, 传统对乳腺癌的危险分层存在一定的局限性, 迫切需要一种新的生物标志物来识别高风险乳腺癌患者。

TK1 是一种在人体细胞中普遍存在, 且在DNA 前体合成中重要的限速酶。其可在细胞周期S 期中检测到明显的活性上行波动［11,12］。因此血清TK1 活性增高是细胞增殖活跃的一个敏感指标［13］。在20 世纪以来的研究中, TK1 活性已在血液系统恶性肿瘤治疗中被证明其预后价值并应用于临床［14］。然而, 以往的研究缺少对于实体肿瘤患者血清TK1 活性临床意义的论证以及血清TK1 活性检测技术敏感性的局限性［15］, 限制了其在实体肿瘤患者管理中的应用范围随着血清TK1活性免疫检测技术的发展。免疫检测敏感度及便捷度提高, TK1 检测技术在实体肿瘤, 特别是乳腺癌患者中的应用越来越广泛［16］。本文主要针对TK1 在乳腺癌患者疗效评价及预后预测等方面的应用进展及潜在价值进行简要综述。

1 细胞生长增殖标志物

虽然目前临床有众多与细胞增殖相关的标志物用于肿瘤的辅助诊断, 例如前列腺癌综合治疗中的前列腺特异性抗原(PSA)［17］, 以及目前逐步开展的BRCA基因突变检查［18］, 可以辅助乳腺癌早期风险预测和治疗方案选择。但目前缺少可指示细胞增殖速率的细胞生长增殖有关标志物, 特别是具有前瞻性的生物学标志物, 可以为预后评估和治疗方案的选择提供具有参考意义的信息。细胞生长增殖标志物是在增殖细胞中表达的一类蛋白质, 通常使用免疫组织学技术检测。目前临床应用的标志物包括细胞核增殖相关抗原PCNA、Ki-67 和TK1［19］。这些细胞生长增殖标志物在增殖细胞的不同细胞周期中表达。Ki-67 是该类型中应用最广泛的生物学标志物, 在细胞周期的G1、S、G2和M 期表达。免疫组织学技术应用局限于步骤较为复杂繁琐、需取得病理组织以及只能反映局部组织的生物学特征。相对而言, 可以反映恶性肿瘤整体的增殖速率及侵袭性的血清学检测有着独特且重要的意义,同时标本取得更为便捷, 可行性及依从性也有着明显的优势。TK1 是其中一种独特的细胞生长增殖标志物。TK1 可以通过酶活性测定和免疫学测定方法在肿瘤细胞或者肿瘤患者体液中进行免疫组织学检测。

2 TK1 的生化性质

2.1 TK1 与DNA 前体合成 在细胞中, 胸苷激酶作为DNA 合成及修复机制中的关键酶, 在脱氧胸腺嘧啶核苷酸(dTMP)合成过程中发挥至关重要的作用。DNA前体合成有2 个主要途径；从头开始途径(de novo pathway)和补救合成途径(salvage pathway)。TK1 是一种脱氧核糖核苷激酶, 是DNA 补救合成途径中的限速酶［20］。

胸腺嘧啶从细胞外间隙穿过细胞膜, 在细胞质中由TK1 催化转换为dTMP［21］。dTMP 在细胞质中由其他关键酶催化转化为脱氧胸苷三磷酸(dTTP)［22］。dTTP通过核孔复合体被动运输进入细胞核, 用于DNA 合成和转录。由于补救合成途径相较于从头合成途径能量消耗较少, 其通常是细胞中首选的dTTP 产生途径［23］。TK1 参与DNA 复制过程中, 其检测活性在G1-S 期转变后显著增加, 与DNA 合成的增长相一致。其增加在G2期无法检测到。由于TK1 局限于细胞周期中的S 期,仅在增殖细胞中发现, 是细胞增殖可靠和敏感的标志物。

在恶性肿瘤综合治疗中, 5-氟尿嘧啶是临床上使用最为广泛的一种抗嘧啶类药物, 对消化道恶性肿瘤及其他实体肿瘤有良好的疗效。5-氟尿嘧啶通过抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶进而抑制DNA 合成的从头合成途径。但可以通过补救合成途经的恶性肿瘤细胞产生先天优势, 并可以进一步解释TK1 活性高表达与恶性肿瘤高侵袭性以及较低的预后预期之间存在的联系［24］。

2.2 TK1 与DNA 修复 当DNA 因放疗辐射或化疗药物损伤时, 可发现血清TK1 活性明显升高［20,25］。DNA受损会提高其降解并循环利用脱氧胸腺核苷循环的效率。同时, 由于TK1 参与DNA 修复, 因此TK1 的缺失可导致细胞凋亡［20］。

3 TK1 的检测

由于TK1 与DNA 合成和细胞增殖密切相关, 是当下研究恶性肿瘤的有价值的细胞生长增殖标志物［26］。目前, TK1 可通过两种不同的技术进行定量检测：①通过酶促反应测量其活性或质量；②通过免疫学测量技术对其进行检测。细胞内具有活性的TK1 以一种四聚体结构存在, 但释放后其会聚合成具有一定分子量及酶活性的高分子复合物［27］。此外, 血清中可能含有酶促反应抑制剂［26］。这些因素都会对TK1 的检测结果产生影响。

4 TK1 的应用价值

4.1 TK1 在人群筛查中的应用 在包括感染、炎症及恶性肿瘤［19］等一系列情况中, 均可能导致细胞增殖活跃, 此时多数血清TK1 活性会随之明显升高［28］。此前一项针对大规模人群的筛查中发现, 血清TK1 活性升高的受试者中, 83%的受试者发生明确的病理性疾病,22%的受试者发生感染或者炎症, 61%的受试者发生恶性肿瘤［29］。血清TK1 活性升高可能是给予临床进一步加以诊断的参考, 不能提示准确原因。

4.2 TK1 在实体肿瘤中的应用 目前对于实体肿瘤,血清TK1 活性的相关研究较少, 过去的研究集中于对恶性实体肿瘤细胞的TK1 的临床价值［19,30,31］。多项研究表明在恶性肿瘤, 甚至处于癌前病变阶段的组织病理中, 细胞内TK1 表达增加。在涉及胃癌［32,33］、食管癌［34］、卵巢癌［35］、宫颈癌［32］、肺癌［36］、前列腺癌和乳腺癌［37］的研究中, 患者血清TK1 活性升高与预后较差相关［38］。

根据以往研究显示血清TK1 活性水平与实体恶性肿瘤综合治疗的相关联系：①血清TK1 活性与肿瘤临床阶段相关［38,39］, 研究显示处在早期阶段同时血清TK1 活性相对升高的肿瘤患者具有更高的疾病进展风险［38,40］；②与其他临床应用的肿瘤标志物联合应用,可提高其临床参考意义［39,41］；③可用于患者预后预测,术后或化疗之后, 患者血清TK1 活性升高可提示预后不佳；④可以作为提示肿瘤进展的生物学标志［38,42］。

4.3 TK1 在乳腺癌中的应用 乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤, 在临床治疗过程及终末结局方面具有高度的异质性。尽管患者接受完整的辅助治疗, 仍约有20%的早期乳腺癌患者最终肿瘤扩散［43］, 这可能与尚未完全了解乳腺癌的生物学特性和对乳腺癌患者疗效预测及预后风险分层评价手段不足而导致化疗效率低下有关。

乳腺癌分为5 种主要的分子亚型：人表皮生长因子受体-2(HER-2)阳性、HER-2 阴性、三阴性、Luminal A 型及Luminal B 型, 其预后和转移方式在这些亚型中有所不同［44］。虽然大多数乳腺癌的复发发生在诊断后的前5 年内, 但也有远期复发的报道, 特别是Luminal 类型乳腺癌［45,46］。因此对于乳腺癌患者5～10 年甚至更长时间的预后预测的参考指标是目前临床所迫切需要的。对于长期预后预测复发风险较高的患者可以及时更改个体的随访管理方案, 及时正确的延长患者的内分泌治疗时间［47,48］。在潜在标志物中,TK1 的潜在价值随着研究的深入逐渐明确。最近的研究表明, 乳腺癌患者血清TK1 活性与较高的复发风险［38,49］、无进展生存时间(PFS)和总存活期(OS)［50］相关, 并且与转移性乳腺癌患者对CDK4/6 抑制剂的临床耐药相关［51］。近期研究证实了关于TK1 与恶性肿瘤复发转移相关的分子机制［52］, 在肺癌和乳腺癌的体外模型中, TK1 将鸟苷二磷酸(GDP)转化为脱氧鸟苷二磷酸(deoxiGDP), 导致鸟苷三磷酸(GTP)与GDP 含量不平衡, 最终激活了GTP 酶, 刺激肿瘤增殖和转移［53］。值得注意的是在He 等［53］的研究中, TK1 在肺癌、结直肠癌和乳腺癌中可能是比Ki-67 更可靠的细胞生长增殖标志物, 在乳腺癌综合治疗中, TK1 能更好的辅助乳腺癌临床分期。Fanelli 等［54］的研究对血清TK1 活性与乳腺癌的临床病理特征和生存结局进行相关性研究, 结果显示, 血清TK1 活性与激素受体(ER/PR)呈正相关, 并且在Her-2 受体阴性患者中活性明显升高。这一结果支持了最近的文献数据, 证实了TK1 作为激素受体阳性且Her-2 阴性乳腺癌患者接受CDK4/6 抑制剂药理学标志物的潜在价值。事实上, TK1 的合成是由E2F 通路调控［55］, 这也是CDK4/6 抑制剂的主要作用靶点。同时, 有文献指出肿瘤组织细胞和血清生物标志物活性之间存在差异, 以往对于细胞生长增殖标志物的研究与引用集中于取材自肿瘤细胞, 因此对于血清生物学标志物应用与肿瘤生物学研究及患者预后预测、综合管理有着巨大潜力［56］。

此 外, 根 据Fanelli 等［54］的 研 究 结 果, TK1 在Luminal B 型乳腺癌中表达最高, 这一类型乳腺癌的特征是比Luminal A 型乳腺癌更具侵袭性。尽管患者术后接受完整的辅助治疗, 但经常出现复发转移。这一结果有力的支持了本研究对于TK1 在乳腺癌预后分层中可能发挥作用的预期。研究者应用受试者工作特征曲线(ROC 曲线)分析在所有入组患者中TK1 活性作为区分患者预后的分界点［57］, 结果发现, 在接受辅助化疗的乳腺癌患者中, 较低水平的血清TK1 活性与较理想的无远处转移生存率(DRFS)相关。根据这一结果,血清TK1 活性可能是一种具有潜在价值的辅助工具,用于Luminal B 型浸润性乳腺癌并接受辅助化疗的患者进行预后分层。为乳腺癌患者的治疗和检测提供新的思路与帮助。

恶性肿瘤细胞的增殖活性与疾病的侵袭性密切相关。对于可以提供肿瘤细胞增殖情况的生物学标志物具有临床价值。它们可以帮助临床医生对肿瘤患者进行早期检测和预后评估。目前已有多种标志物应用于临床, 如目前乳腺癌综合治疗中应用最为广泛的生物学标志物Ki-67, 但局限于检测须取得临床病理标本,因此可反映肿瘤整体增殖速率和取材简易的TK1 表现出其在肿瘤早期检测、临床危险分层和预后评估中的潜在价值。结合目前的临床研究成果, 血清TK1 活性与乳腺癌的侵袭特呈正相关, 并与乳腺癌复发风险、PFS 以及OS 密切相关。术前血清TK1 活性在乳腺癌预测无复发生存率方面表现出独立的预后意义。血清TK1 活性可以与目前应用的其他血清肿瘤标志物联合应用, 特别是在病理显示腋窝淋巴结阴性患者中, 针对患者复发风险进行评估, 辅助临床制定个体化术后综合治疗方案, 最终实现乳腺癌患者预后获益。同时TK1 因其合成途径也提示其活性与转移性乳腺癌患者对CDK4/6 抑制剂耐药性的相关性。因此, TK1 可能为乳腺癌患者的早期筛查、预后危险分层以及疗效评价提供新的思路与方式, 未来研究可进一步探索其分子机制, 发掘TK1 更广泛的应用价值, 最终使乳腺癌患者在定期TK1 检测中获益。