食管癌放射敏感性标志物的研究进展

胡乐林 王俊杰

1北京大学第三医院肿瘤治疗中心,北京100083

2安徽理工大学医学院临床医学教研室，安徽淮南232001

食管癌放射敏感性标志物的研究进展

胡乐林1,2王俊杰1#

1北京大学第三医院肿瘤治疗中心,北京100083

2安徽理工大学医学院临床医学教研室，安徽淮南232001

放射治疗是食管癌的一种重要治疗方式，放疗抵抗依然是食管鳞状细胞癌放疗敏感性的一个最大障碍。多种基因的表达产物影响肿瘤的放射敏感性，而放射敏感性标志物的发现，对于发现放疗抵抗的机制，改善放疗抵抗患者的预后，预测食管鳞状细胞癌患者的放疗预后至关重要。本文主要就食管癌放射敏感性的多种基因及其表达产物展开综述，为了解放疗抵抗的分子机制，预测食管癌放射治疗预后效果打下基础，并为肿瘤的放疗增敏治疗提供新思路。

食管癌；m iRNA；生物标志物；放射治疗

食管癌是最常见的胃肠道恶性肿瘤之一，是一种高度致死性疾病，全世界每年有近3000万的患者死于食管癌。中国是一个食管癌高发的国家，在中国每年有接近1500万的人死于食管癌，过去的30年中在致死性肿瘤中排名第四[1]。在我国食管癌患者中食管鳞癌占90%。虽然食管癌的诊断和治疗在不断地进步，但是因为其高侵袭性和早转移性通常进展迅速，预后差。晚期食管癌患者由于手术治疗困难，大多数患者选择姑息治疗。放射治疗是一种重要的姑息治疗方式，然而放射治疗的临床效果并不满意，它的五年存活率仅为10%～30%，肿瘤局部复发率达到60%～80%，一旦复发5年生存率下降至0%～11%。放疗抵抗依然是食管鳞状细胞癌放疗敏感性的一个最大障碍。多种食管癌放射敏感性标志物的发现为探索肿瘤放疗抵抗的机制提供线索，为预测其放疗敏感性提供依据，并为肿瘤的放疗增敏治疗提供新思路，这也是目前食管癌放疗研究的重点[2]。本文将对食管癌放射敏感性标志物进行综述。

1 蛋白标志物

1.1 p53和14-3-3δ

基础研究显示许多涉及凋亡、DNA修复、细胞周期的生物标志物与食管鳞状细胞癌的放射治疗敏感性相关。多数研究认为p53的表达是食管鳞状细胞癌放化疗预后的一个好的标志物。然而Okumura等[3]证实一些野生型p53肿瘤患者对放化疗的反应并不好，然而一些p53突变的肿瘤患者对放化疗反应好。研究显示，p53下游信号通路中的另一个重要因素，14-3-3δ蛋白通过结合磷酸化蛋白调节细胞的活性。DNA损伤后14-3-3δ基因被p53转录活化。外源性表达14-3-3δ后细胞周期阻滞于G2期，有利于有丝分裂前DNA的修复。通常情况下14-3-3δ在G2期将cdc2-cyclin B1复合物隔绝在胞质。cdc2-cyclin B1复合物的定位依赖于14-3-3δ，14-3-3δ缺失时cdc2-cyclin B1复合物进入细胞核。并证实p53缺失和14-3-3δ阳性表达与放化疗应答密切相关。

1.2 乏氧诱导因子1（HIF-1）

放射效果与血流和靶组织的氧浓度直接相关。肿瘤在乏氧条件下比富氧条件下对放疗敏感性大大下降。肿瘤乏氧是引起射线抵抗和预后不良的重要因素，放射治疗过程中氧产生自由基诱导DNA损伤从而杀伤肿瘤细胞。乏氧引起细胞周期G1～S停滞，限制BRCA1和BRCA2的表达从而导致G0～G1停滞，这些可能与放射抵抗的因素相关[4]。乏氧环境能通过促进转录因子如STAT3、HIF-1，活化一系列肿瘤。肿瘤乏氧能诱导HIF-1表达。

HIF-1是由α亚基和β亚基组成的异质二聚体。HIF-1调节100多种细胞存活、肿瘤代谢、增殖、侵袭、血管生成相关基因表达，同时还能刺激血管内皮生长因子的表达。离子射线能刺激HIF-1α的表达，HIF-1α促进血管生成因子VEGF的表达从而保护内皮细胞免受射线的损伤。研究显示HIF-1α的过表达与食管癌放射治疗后的预后密切相关。抑制HIF-1α的表达能够逆转乏氧肿瘤细胞的射线抵抗性。最近的研究显示非诺贝特能通过抑制HIF-1α和VEGF的表达而增加放射敏感性[5]。

1.3 STAT3

STAT3是一种胞质转录因子，STAT3上游的Janus激酶2通过促进STAT3的705位点酪氨酸磷酸化而活化。STAT3信号通路的活化通过促进细胞的增殖、转移、血管生成、宿主的免疫逃逸、凋亡抵抗而有助于肿瘤的发生。在乏氧条件下，STAT3能够上调HIF-1α和VEGF的表达。STAT3抑制剂Stattic能选择性抑制所有磷酸化状态下的STAT3 SH2结构域的功能，抑制STAT3下游的HIF-1α和VEGF的表达，增强肿瘤的放射敏感性。一些研究显示HIF-1α和其下游靶基因的表达依赖于STAT3的活化，因此对于放疗抵抗的肿瘤，STAT3的药理抑制剂极有可能是肿瘤放疗患者的一种有前景的治疗策略。体内和体外的研究显示STAT3的抑制剂Stattic能有效地增加食管鳞癌细胞的放射敏感性，尤其是在乏氧条件下[6]。体外研究显示吉非替尼，一种上皮生长因子阻断剂显示额外的和协同效应增强食管癌的放射敏感性。

1.4 LC3和 Beclin-1

自噬是一种进化保守的程序，它是一种细胞器和细胞成分在溶酶体内靶向降解的分解代谢过程。自噬首先在酵母中被定义。在自噬过程中ATG家族蛋白直接参与作用。酵母的ATG8和它的哺乳动物微管结合蛋白LC3是重要的自噬相关蛋白，他们被招募至双膜的自噬体，从而将隔离的物质向溶酶体转运，在哺乳动物系统LC3是调节自噬体形成的一种重要的分子。并且Beclin-1也是自噬过程中的一个重要的调节器，Beclin-1编码基因位于人类染色体17q21，它能协同PI3激酶信号通路促进自噬囊泡的形成。Beclin-1通常与其他的生化因素协同调节自噬[7]。自噬在肿瘤中的作用依然受到争议。基础水平的自噬维持细胞的稳态并清除损伤的细胞器回收大分子物质发挥抗癌功能。当肿瘤发生自噬，通过降解和回收利用细胞多余的损伤的老化的蛋白和器官帮助癌细胞存活，直到现在自噬是否影响食管鳞状细胞癌的放化疗的效果依然不明确。研究显示与LC3和Beclin-1阳性的患者相比LC3和Beclin-1阴性的食管癌患者具有更好的总生存数。LC3的表达是食管鳞状细胞癌患者放化疗后总生存数的独立预后因素[8]。

1.5 m TOR

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白又被称为FK506结合蛋白12雷帕霉素相关蛋白1，它是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在调节蛋白合成、核糖体蛋白翻译、CAP依赖的蛋白翻译中发挥重要的作用。下调m TOR信号与肿瘤的发生、发展、转移和血管的生成密切相关。在胞外刺激应答中m TOR通过磷脂酰肌醇3激酶/AKT信号通路磷酸化2448位点丝氨酸从而活化。m TOR活化后刺激下游两个关键蛋白（真核始动因子4E结合蛋白1和S6蛋白激酶1）磷酸化调节蛋白翻译。这两个重要的下游关键蛋白活化后m TORC复合物1促进信使RNA的翻译，这些信使RNA编码细胞周期进程、细胞生长和代谢中的必须蛋白。大量的研究显示m TOR信号通路的活化在多种肿瘤的放疗抵抗机制中起重要的作用[9-10]。特别是最近的m TOR抑制剂替西罗莫斯的发展对临床和基础研究产生重要的影响，因为它展现出抗多种肿瘤的潜在活性。研究者通过免疫组化检测1999─2009年77例手术前放化疗的食管鳞癌患者的雷帕霉素靶蛋白。研究显示磷酸化的m TOR的表达与食管鳞癌患者的放化疗应答和预后独立相关，并且显示m TOR极有可能是食管鳞癌综合治疗潜在的治疗靶点[11]。

1.6 Survivin

Survivin是凋亡抑制蛋白家族的最小成员，分子量为16.5 KD。Survivin通过线粒体途径抑制凋亡调节细胞分裂。Survivin在食管鳞状细胞癌中过表达，但是在正常组织表达甚微。高水平Survivin的食管鳞癌患者放射抵抗并且预后不良[12]。YM 155是Survivin的小分子抑制剂，能够增强不同DNA损伤的细胞毒性。YM 155能够诱导食管鳞状细胞癌Eca109和TE13的放射敏感性。在射线作用下的细胞YM 155诱导cyclinB1/Cdc2激酶的活化并抑制Cdc2 Thr14/Tyr15的磷酸化，与单独治疗相比联合YM 155的放射治疗能明显降低食管鳞状细胞癌种植瘤的生长[13]。

1.7 Polβ和AKR1C3

Polβ是DNA损伤修复系统中的重要一员。它是一种小的单聚体蛋白，在氧化诱导的DNA损伤修复中起重要作用。研究显示，Polβ沉默后食管癌的放射敏感性显著加强。它在调节肿瘤细胞放射敏感性中起重要的作用[2]。抗氧化酶清除离子射线产生的活性氧也是放射抵抗的重要机制之一。通过抗氧化酶清除离子射线产生的ROS引起放射抵抗，谷胱甘肽过氧化物酶，超氧化物歧化酶能减少离子射线诱导的ROS的聚集。一些肿瘤细胞和肿瘤干细胞抗氧化酶高表达从而使放射敏感性下降[14-16]。最近的研究证实醛固酮类还原酶AKR1C3高表达，食管癌细胞射线抵抗增强，抑制AKR1C3的表达恢复肿瘤细胞和动物接种的肿瘤的放射敏感性。并且在AKR1C3增高的细胞ROS聚集相伴随的DNA损伤显著减轻，AKR1C3敲除这种保护作用消失。回顾性分析显示射线抵抗的食管癌AKR1C3的表达显著增高。AKR1C3极有可能是一个新的放射抵抗标志物[17]。

2 m iRNA标志物

microRNA（m iRNA）在放射应答信号通路中起重要作用。目前研究者专注于m iRNA作为癌症潜在的生物标志物。m iRNA在多种肿瘤组织中异常表达，是癌症预后的一个潜在的标志物。大量的文章报道m iRNA在食管癌预后分级中起到满意的效果[18]。m iRNA是19～24核苷酸保守的非编码RNA。它在转录后水平抑制蛋白的表达，主要通过与目的RNA的3'UTR结合干扰它的翻译和稳定性。在人类基因组中m iRNA的具体数目未知，但是miRNA前体的数量估计高达25 000。这些分子调节人类基因组的30%的基因。研究显示一些miRNA调节细胞的分化、增殖、凋亡在肿瘤加重中起重要作用[19]。通过q-PCR检测100例食管鳞状细胞癌的组织，研究显示在食管鳞状细胞癌中miRNA-22的表达下降。m iRNA-22是一种肿瘤抑制因子，并且它的表达与肿瘤放疗患者的存活正相关。增加m iRNA-22的表达促进食管鳞状细胞癌的放疗敏感性。并且m iRNA-22通过Rad51途径介导发挥功能[19]。

Su等[20]通过m iRNA的m icroarray分析检测射线抵抗的食管癌KYSE-150R细胞系和亲代KYSE-150细胞系的不同m iRNA的表达。通过定量real-time PCR检测候选m iRNA的表达。通过生物信息学分析m iRNA的潜在靶点，检测到显著上调10个m iRNA并下调25个m iRNA。通过qRT-PCR证实下调hsa-m iR-301a、hsa-miR-141和hsa-m iR-18b差异有统计学意义。功能注释证实预测的miRNA相关靶基因中63个与凋亡相关，67个与细胞周期相关，18个与DNA损伤修复相关。下调hsa-m iR-301a后通过上调wnt1促进KYSE-150R的射线抵抗。

对食管癌放射抵抗基因模型的分析显示在基础状态和放射治疗中射线抵抗细胞中miRNA-31显著下调。m iRNA-31的异常表达能使射线抵抗的细胞重新致敏。已经证实m iRNA-31改变13种DNA修复相关基因的表达。这些基因在射线诱导的DNA损伤中起着重要的防御作用。在放射抵抗的食管癌肿瘤中m iRNA-31的表达显著下降。然而m iRNA-31显著上调DNA修复基因的表达，并证实m iRNA-31在调节射线抵抗中的作用。强调需要进一步研究m iRNA-31作为预测放射治疗预后的一个潜在标志，或者作为放射治疗的一种新的治疗药物[21]。Fu等[22]通过Meta分析证实m iRNA-21和m iRNA-375是食管癌重要的预后因素。上调m iRNA-21和下调m iRNA-375能预测食管癌的不良预后。体外实验研究证实抑制m iRNA-21通过磷酸化酶和删除十号染色体上的张力蛋白同源物增加食管癌细胞的放射敏感性，这个效果可能作为增加食管癌放射敏感性的一种新的治疗策略[23]。

3 展望

射线治疗在食管鳞状细胞癌中广泛应用，在食管癌治疗中发挥中心作用。但是食管鳞状细胞癌存在高复发率，并且放射抵抗的机制依然不清。一系列蛋白和m iRNA标志物在射线抵抗中被证实，为明确食管癌的放射抵抗机制打下基础，为将来进一步为食管癌预后分级打下铺垫，并为预测食管癌的预后和选择治疗方式提供指导。但是为了明确这些蛋白标志物和m iRNA作为一种预后标志物的效果，系统评价蛋白标志物和miRNA的研究也应深入开展。

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R735.1

A

10.11877/j.issn.1672-1535.2015.13.06.07

#通信作者（corresponding author），e-mail：junjiewang_edu@sina.cn

2015-02-24）