血管内皮抑素联合放射治疗对肿瘤微环境的影响＊

黄 玉综述 戈 伟审校

肿瘤微环境疗法已成为治疗恶性肿瘤的一个重要新靶点。血管内皮抑素（Endostatin，ES）是目前研究最为透彻的内源性血管生成抑制因子，具有广谱的抗血管形成活性，可以与正常的血管形成相关基因进行作用，且毒副作用低可长期应用。大量研究证实ES可以抑制许多肿瘤的生长［1］。国外生产的ES易形成包含体，很难复性、性质不稳定。国内研究者通过在ES肽链末端添加9个氨基酸，并采用大肠杆菌作为表达体系，使其得以大规模成功复性而生产出了新型重组ES——恩度，已被SFDA批准用于非小细胞肺癌的一线治疗。但单独使用血管抑制剂（包括恩度）的抗肿瘤效应并不明显［2～4］，将其联合放射治疗（放疗）能显示良好的协同效应［5］，已成为抗恶性肿瘤的一种重要治疗模式，并在临床广泛应用。

ES联合放疗除了能作用于新生血管的内皮细胞并抑制其迁移而发挥抗血管生成作用外，越来越多的证据显示二者联合可通过调控肿瘤微环境来改善局部血液循环、降低肿瘤间质压、提高局部氧分压，从而增强肿瘤对放疗的敏感性，如改善乏氧状态、诱导细胞外基质中蛋白水解酶活性、调节肿瘤细胞表面血管内皮生长因子的表达等干扰肿瘤细胞与微环境之间的联系，导致肿瘤休眠或退缩等［6，7］，为治疗恶性肿瘤提供了一条新思路。

1 肿瘤微环境的病理生理特点

肿瘤微环境（Tumor Microenviroment，TME）是一个复杂的综合系统，包括了肿瘤细胞、成纤维细胞、免疫和周细胞、胶质细胞等各种基质细胞［8］，同时也包括附近区域内的细胞间质、微血管以及浸润在其中的生物分子［9］。肿瘤微环境是一个小的生态环境，其中的肿瘤细胞与其有着千丝万缕的联系，成为不可分割的整体。因此治疗肿瘤必须治疗肿瘤微环境。

肿瘤微环境的理化性质特殊性主要表现在乏氧、低pH及间质高压［10，11］。肿瘤细胞无休止的增殖和高代谢状态常导致灌注不足区域缺氧加重，缺氧区域的乏氧细胞只有通过激活各种生长因子来适应缺氧环境；同时，缼氧环境可能促进肿瘤基因的不稳定，导致肿瘤细胞恶性度进一步增加。低pH环境能诱导细胞毒性免疫细胞功能受损［12］。间质高压能干扰化疗药物在肿瘤细胞中的弥散。由于上述特点使得肿瘤微环境中大量细胞因子和各种蛋白水解酶发生错综复杂的病理反应，进而促进肿瘤细胞的增殖、侵袭、黏附、血管生成，导致放疗敏感性降低。

2 ES联合放疗对肿瘤微环境的影响

2.1 血管“正常化”与肿瘤微环境

肿瘤组织中存在着内皮血管、新生血管和血管生成拟态三种新生血管形态［13］，血管“正常化”指肿瘤异常血管趋近于正常血管形态和功能，使得肿瘤组织中异常血管减少，间质压力降低，摄氧量增加，从而有利于提高化疗药物和放射线对肿瘤细胞的杀伤效率。研究［14］表明，ES一方面可以协同放射线致敏血管内皮细胞，杀伤肿瘤内部血管；另一方面，由于放疗杀伤肿瘤细胞依赖于氧自由基，氧自由基增加与肿瘤内部氧分压成正相关，而抗血管生成药物可通过促进新生异常血管趋于“正常化”而提高肿瘤组织摄氧量，所以能增强放疗对肿瘤细胞的杀伤作用。

尽管目前对ES联合放疗使肿瘤组织中杂乱无章的血管出现短暂“正常化”的具体时间窗尚无明确定论［15，16］，但国内外研究结果业已提示，在血管“正常化”时联合放疗能减少无效血流，改变肿瘤微环境，显著改善乏氧、低pH和间质高压［17］。

2.2 ES联合放疗可改善乏氧微环境

目前对肿瘤微环境的研究比较透彻的是乏氧环境。乏氧细胞大多处于细胞动力学的G0期，趋于不增殖或增殖缓慢，故对放疗和化疗都不敏感，常成为肿瘤容易复发的重要原因。肿瘤组织的快速生长使其远离了营养和氧气充足的血管，加之肿瘤细胞代谢旺盛，增殖能力强，能量需求大，都使得肿瘤组织更容易发生缺氧。

大量的临床前期和临床试验表明，ES联合放疗在化疗初期能够改善肿瘤微环境的乏氧状态，增强放射敏感性，其主要机制可能是肿瘤血管“正常化”［18，19］。血管“正常化”期间，肿瘤局部组织的血液循环和间质高压得到改善，血管通透性降低，肿瘤细胞和内皮细胞的耗氧减少，使肿瘤局部氧分压增高，从而增强肿瘤的放射敏感性。乏氧诱导因子1α（Hypoxia Inducible Factor－1α，HIF－1α）在诱导低氧环境形成过程中所发挥的重要作用已得到广泛证实。Ge Wei等［20］研究表明ES联合放疗能通过下调 HIF－1α蛋白及 HIF－1αmRNA的表达，提高肿瘤放射敏感性，其原因与ES能够降低HIF－1α的表达，从而改善肿瘤组织的乏氧状态有关。还有报道，ES联合放疗还可上调氧通道蛋白－1（Aquaporinswater Channel Protein－1，AQP－1）和 AQP－1mRNA的表达，增加细胞摄氧量，提高微环境氧含量而增强放射线对肿瘤细胞的杀伤作用［21］。Itasaka等［22］用 ES联合放疗干预鼠人A431上皮细胞移植瘤，结果显示ES具有放射增敏作用，并且基质金属蛋白酶－2（MMP－2）和 MMP－9表达明显降低，证实ES联合放疗对肿瘤微环境中的细胞外基质也有影响。

3 ES联合放疗的增敏作用

许多研究显示ES联合放疗能够提高放疗的敏感性。Hanna等［23］研究发现短期ES联合放疗对Lewis肺癌移植瘤和放疗抗拒的SQ－20B移植瘤以及通过载体转录表达ES基因联合放疗HT29直肠癌模型，均有显著的获益。可见，ES与放疗联合可以补充放疗的局限，增强放射敏感性，达到协同抑瘤效应。其可能机制有以下几点［24～26］：（1）提高肿瘤氧合、降低血管密度、改善肿瘤局部的氧供状况。肿瘤组织内乏氧细胞是影响放射效应的重要因素，分子水平研究结果表明，在有氧条件下，放射线产生的DNA损伤较多，抗血管生成药物在“治疗窗”内应用可以使肿瘤血管结构和功能趋于正常化，从而改善局部血供、降低肿瘤间质高压、提高局部氧供，增强肿瘤的放射敏感性；（2）诱导肿瘤血管内皮细胞凋亡，增强对内皮细胞的杀伤作用。放射线可诱导肿瘤细胞血管表皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF）表达，促进血管内皮细胞增殖，并对放射线造成的损伤有保护作用。（3）抑制血管内皮细胞的生成。恶性肿瘤存在的三种血管形态中，内皮血管、新生血管是有内皮细胞覆盖的血管，血管生成拟态则没有内皮细胞，ES可直接作用于内皮细胞，但不能抑制血管生成拟态，而放疗的非特异性损伤作用可以抑制上述三种血管生成，因此两者联合的抑瘤效应更强；（4）抑制细胞的周期特异性细胞。一般来说，G2／M期细胞对放疗最敏感，G1期细胞中等敏感，S期细胞最不敏感；对放疗不敏感的周期性细胞存活下来，成为肿瘤复发的根源。而通过ES抑制肿瘤血管生成相关因子的表达，可以抑制血管内皮细胞分化和成熟，间接抑制肿瘤细胞增殖，从而补充了放疗的局限性，达到协同抑瘤效果。

上述机制在国内外众多学者中已达成共识，并为许多后续研究奠定了一定的理论基础，而目前对于ES联合放疗影响肿瘤细胞生存微环境达增敏作用的临床应用仍处在研究阶段，Itasaka等［22］指出ES可阻断放射线照射后引起的血管再生，增加肿瘤组织对放疗的敏感性，并且可调控肿瘤微环境，消除肿瘤血管网、降低间质液压。但这一 “网络化”机制尚待具体阐明。

4 肿瘤微环境治疗存在的问题

肿瘤微环境的低pH与缺氧互为因果，且对肿瘤生长代谢以及对放疗效应等有决定性作用［27］。肿瘤细胞对缺血、缺氧的自身调节和适应，主要通过提高葡萄糖转运、糖酵解（Warburg效应）和形成血管体系来实现，并形成恶性循环。缺氧导致HIF－1α上调，增强肿瘤细胞的能量代谢［28］而产生大量乳酸，加重酸性环境，ES能否通过抑制HIF－1α的表达，降低肿瘤细胞的糖酵解，从而达到放疗增敏的作用，目前尚无研究报道。另外，尽管已经明确肿瘤微环境存在低pH和间质高压的特点，但目前缺乏切实可行和灵敏度高的方法进行精确测量。有文献报道，利用PH－actived红外荧光纳米探针结合成像技术检测肿瘤酸性微环境［29］，但由于受到多种客观因素的制约，使这一技术未能应用于实践。这些问题的解决对肿瘤微环境治疗至关重要。

5 结 语

目前对于ES联合放疗与肿瘤微环境相互作用的认识是十分有限的。原因在于：一方面，至今为止，国内外仍无完整的理论体系来阐述二者联合作用的具体机制，为ES与放疗联合在临床上的应用与推广带来了困惑；另一方面，肿瘤微环境靶点众多［30］，并且肿瘤微环境模型研究尚不成熟，也决定了以肿瘤微环境为目标的治疗方法尚需更多的基础和临床试验来解释说明。当务之急在于进一步明确肿瘤微环境的分子、细胞及细胞外组成及其相互联系［31］，同时深入研究和探讨ES联合放疗引起血管“正常化”的成因和机制，并确定联合治疗的最佳剂量、时间和顺序。只有将两方面密切结合起来才有望通过改变肿瘤微环境来推动肿瘤的临床治疗，这也势必会对肿瘤的预防和治疗带来新的启示和策略。

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