放射增敏机制的研究进展.docx

1、放射增敏机制的研究进展放射增敏机制的研究进展（作者:_单位: _邮编: _） 【关键词】 放射增敏 肿瘤目前约有70%的肿瘤需要进行放射治疗，但大多数肿瘤都存在一定的放射抗拒性，即便在精确放疗占主导地位的今天，临床上放疗野内复发的情况依旧存在。因此放射增敏剂成为了近年来的研究热点，而放射增敏机制的研究因其能为增敏剂的临床应用和新药的研制和开发提供理论依据而备受关注。现将放射增敏机制的相关研究进展综述如下。1 通过增加射线对肿瘤细胞的原发性损伤发挥增敏作用电离辐射可引起DNA 蛋白质交联、DNA单链断裂(SSB)、DNA双链断裂(DSB)、碱基的破坏或脱落等损伤。其中DSB是最重要的致死性损伤。

2、增加靶细胞受到电离辐射引起的原发性损伤，OwenTaverna1等发现5 碘 2脱氧尿苷酸(Idurd)与DNA结合抑制DNA碱基切除修复，诱导DNA单链断裂，同时增加DNA双链断裂2。有研究显示通过对组织照射后双链断裂修复的检测来预测放射敏感性3。1963年Adams提出的 “亲电子理论”，认为硝基咪唑类化合物使受放射损伤的靶分子自由基因不能重新获得电子而影响修复，随后，具有高电子亲和力的乏氧细胞增敏剂成为研究热点，经过化学结构改造后的第2代亲电子增敏剂有依他硝唑(etanidazole，ETA)4，5，沙纳唑(sanole，AK 2123)6及尼莫唑7，其中沙纳唑在不增加正常组织毒性的情况

3、下明显提高期宫颈癌的放射敏感性8。尼莫唑与连续高选择性放疗联合治疗头颈部肿瘤，不增加正常组织的急性放射反应，获得较好的临床近期疗效9。20世纪90年代国产硝基咪唑类新药-甘氨双唑钠在国内的大量临床研究被证实对鼻咽癌等多种实体肿瘤乏氧细胞有明显的放射增敏作用10。2 通过减弱肿瘤细胞放射后亚致死性损伤与潜在致死性损伤修复能力发挥增敏作用DNA损伤的修复途径有：（1）错配修复，主要是修复复制过程中产生的错误；（2） 碱基切除修复，主要是修复一些自发和x射线、紫外线(uV)及烷化剂引起的碱基损伤；（3） 核酸切除修复，主要作用是识别和修复紫外线导致的DNA损伤；（4）甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶(MG

4、MT)，可直接将DNA上的甲基去除；（5）双链断裂修复，修复如电离辐射等因素引起的DNA损伤。放射增敏的修复抑制与细胞损伤的修复同步发生，通过抑制亚致死性及潜在致死性损伤修复，进而增加致死性损伤。文献报道，最明显的放射损伤修复在受照射后的4h6h以内进行，进一步修复则依赖于受照细胞类型11。细胞对射线敏感性高一般是由于DSB修复障碍所致，但仍有部分细胞对射线敏感是由于SSB修复缺陷。电离辐射可引起DNA单或双链断裂及碱基、糖或交联等多种类型的损伤，在适当条件下，细胞又可将受损DNA进行断链重接、切除或重组等多种类型的修复，使之恢复生理功能。Ku蛋白是Ku70与Ku80异源二聚体，在DSB修复中

5、起重要作用。将反义Ku70或Ku80导人人非小细胞肺癌细胞株，能明显抑制DSB修复，使肺癌细胞对辐射呈高敏感状态12。拓扑替康和伊立替康等DNA拓扑异构酶-因其能够抑制潜在性致死性损伤的修复，而成为放射增敏剂的研究热点，由于其增敏机制与细胞株的拓扑异构酶 的含量以及变化有关，所以其增敏作用具有时间序列依赖性细胞周期特异性及细胞株特异性13。3 通过影响细胞周期发挥增敏作用3.1 增敏剂将细胞阻滞在放射敏感性最高的时期 目前的研究认为，肿瘤细胞对于电离辐射的反应依赖于在细胞周期中所处的位置，G0期有一定抵抗性，G1S边界及G2，M期敏感性最高，而s期尤其是晚s期最低。产生上述细胞周期放射敏感性差

6、异的原因尚不完全清楚，增敏剂的作用就是将细胞阻滞在放射敏感性最高的时期。临床前研究表明，紫杉醇能引起肿瘤细胞有G2/M期阻滞，并具有放射增敏作用14，15。另有报道显示阿霉素和紫杉醇均能增加多发性骨髓瘤的放射免疫治疗和 外照射的疗效，其机制也是通过引起G2/M期阻滞16。近来Chang JT等发现在运用RNA小分子质粒沉寂gp96 or GDF15基因后，鼻咽癌细胞株NPC 076和NPC BM1的G2/M期细胞比例增加，放射敏感性随之提高17。3.2 增敏剂解除DNA复制前周期或分裂前周期的阻滞 放射引起的肿瘤细胞DNA损伤常导致细胞周期阻滞。当放射引起的DNA损伤通过多种途径将信号传递给p

7、53基因，引起p53蛋白增高，并进一步启动p21基因转录，p21蛋白cyclinDCDK45、cyclinECDK2、cyclinACDK2等复合物结合，抑制CDK激活，防止受损的DNA进入s期复制，从而引起G1期阻滞18。p53基因突变的细胞在DNA受损时因不能启动G1期检测点，因而表现为G2期阻滞，WiDr，C33 A，C4 I，CHO等p53突变或缺失的细胞被化学药物或放射线处理后，仅表现为G2期阻滞19，20，G2期阻滞的长短与照射后残留的未被修复的DNA损伤程度成正比20，21。在所有的肿瘤细胞中，50 以上有p53基因功能缺失22，对于这些肿瘤细胞，去除G2期阻滞，使大部分含DNA

8、损伤的细胞在DNA未得到修复的情况下进入细胞分裂期，会导致细胞的增殖性死亡增加，理论上能够提高放射的敏感性。目前已有研究证明，通过各种方式解除上述放射后出现的G2(或G1)期阻滞，使受损的DNA通过G1期进入S期复制，或通过G2期进入M期分裂，使肿瘤细胞出现异常复制和分裂而死亡，即可达到放射增敏的目的。目前，国内外已有研究报道：咖啡因类如咖啡因或己酮可可碱等去除细胞周期阻滞的药物具有放射增敏作用23，24。4 通过促进肿瘤细胞调亡发挥增敏作用 细胞凋亡的分子机理还不很清楚，有研究发现野生型p53基因在放射诱导凋亡高发生率的肿瘤或正常细胞中表达25，Dai Y等发现IAP（调往抑制蛋白）在雄激素

9、非依赖性前列腺癌细胞内高表达，而IAP抑制剂能够逆转其调亡抑制，从而提高放射敏感性26。有研究发现应用反义寡聚脱氧核苷酸抑制ATM过度表达可提高放射敏感性，而提高凋亡率即是其机制之一27。5 通过影响信号传导通路提高敏感性 放射损伤虽然是通过细胞核内DNA的损伤实现的，但是同时也和细胞质信号传导有关，Zaugg K等人发现蛋白激酶C的特异性抑制剂PKC412可提高P53缺陷性人结肠腺癌细胞及鼠纤维肉瘤细胞（包括p53野生型和缺陷型）的放射敏感性，但是p53 功能状态差异会导致了增敏机制的不同，PKC412对p53野生型细胞的增敏是通过诱导凋亡实现的，对p53缺陷型细胞的增敏是通过引起G2期阻滞

10、实现的28。分子靶向抗肿瘤Iressa(Gefitinib，ZD1839)是高特异性的表皮生长因子受体(EGFR)酪氨酸激酶的抑制剂。具有抑制肿瘤增殖的作用，同时还是一种较为理想的放射增敏剂。Epperly MW等研究了EGFR拮抗剂Iressa(易瑞沙)联合锰超氧化物歧化酶质粒脂质体转基因的放射增敏效应，发现易瑞沙增敏作用明显29。6 自由基的分子靶点 射线作用于生物体引起水的电离产生的自由基的间接作用是其主要生物效应。自由基是不成对的电子，化学活性强，对DNA有很强的破坏作用。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)具有很强的清除氧自由基的作用特别是MnSOD可与

11、其他抗氧化酶结合促进细胞损伤的修复。将Mn SOD ASON导人人乳腺癌MCF 7细胞株后，可下调辐射诱导的适应性反应所致的c myc、p21等癌基因的表达水平，并增加细胞的放射敏感性30。7 展望 随着2l世纪分子生物学的迅猛发展，将会有更多新的放射增敏机制被揭示出来。放射治疗肿瘤领域使用越来越多的分子靶向药物与放射结合，通过信号传导、细胞周期调控、癌基因转化因子、凋亡、血管生成因子等多种途径显示放射增敏效应，提高放疗疗效。基因治疗与放疗的联合也是目前研究的热点，自杀基因治疗是将基因导人细胞，将惰性的前体药物转变为对细胞有毒性的制剂，其中胸苷激酶基因是此类典型，可对凋亡相关的存活素等基因干涉

12、起到放射增敏作用。近3年来美国FDA批准的多个靶向药物均在进行放射增敏实验，并有相关报道。国内惟一的靶向药物恩度也已批准上市，目前刚刚开始放射增敏的基础实验研究。表皮生长因子抑制剂C225联合放疗治疗局部晚期头颈部肿瘤的期临床研究结果显示提高了患者的无疾病进展生存期和总生存率。传统的中医中药也有众多药物应用于放射增敏领域，但是取得国际公认的低毒有效的增敏剂的地位需要经过循证医学的评估与验证，仍有大量的工作需要完成。 【参考文献】 Owen DG，McNamee JP，Raaphorst GP，et al.Potentiation of cell killing by low dose rate

13、 radiation by camptothecin is related to an increase in the level of DNA double strand breaksJRadiat Res，2002，157：149157 2 Tavema P，Hwang HS，Schupp JE，et al.Inhibition of base excision repair potentiates iododeoxyufidine-induced cytotoxicity and radiesensitizationJCancer Res，2003，15，63：838846 3 Rbe

14、CE, Grudzenski S, Khne M,et al.DNA double-strand break repair of blood lymphocytes and normal tissues analysed in a preclinical mouse model: implications for radiosensitivity testingJ Clin Cancer Res 2008 Oct 15，14(20):65466555 4 Chang EL，Loeffler JS，Riese NE，et al.Survival results from a phase I st

15、udy of etanidazole(SR2508)and radiotherapy in patients with malignant gliomaJInt J Radiat Oncol Biol Phys，1998，1，40：6570 5 Drzymala RE, Wasserman TH, Won M, Shaw E, Cmelak AJ, Loeffler J, Souhami L;Radiation Therapy Oncology Group A phase I-B trial of the radiosensitizer: etanidazole (SR 2508) with

16、radiosurgery for the treatment of recurrent previously irradiated primary brain tumors or rainmetastases (RTOG Study 95 02) JRadiother Oncol，2008 Apr，87(1):8992 Epub 2008 Mar 14 6 Schepetkin I，Cherdyntseva N，Afanasjev S，et al.The luminal-amplified chemilum-Inescence of neutrophils and monocytes in p

17、atients with gastric cancer after intraoperative radiotherapy using radiosensitizer sanazoleJCancer Biother Radiopharm ，1999，14：397402 7 Sugie C, Shibamoto Y, Ito M, et al. Reevaluation of the radiosensitizing effects of sanazole and nimorazole in vitro and in vivoJJ Radiat Res (Tokyo)，2005 Dec，46(4

18、):453459 8 Dobrowsky W, Huigol NG, Jayatilake RS, Kizilbash NI, Okkan S, Kagiya VT,Tatsuzaki HAK 2123 (Sanazol) as a radiation sensitizer in the treatment of stage IIIcervical cancer: results of an IAEA multicentre randomised trialJRadiother Oncol，2007 Jan，82(1):2429 9 Cottril CP，Bishop K，Walton MI，

19、et al.Pilot study of nimorazole as a hypoxic cell sensitizer with the“chart” reglmen in head and neck cancerJInt J Radiat Oncol Biol Phys，998，42：807810 10Liu MZ, He LR, Lu TX, et al.Effect of hypoxic radiosensitizer sodium glycididazole on long term result of radiotherapy for nasopharyngeal carcinom

20、aJ Zhonghua Zhong Liu Za Zhi，2006 Dec，28(12):932937 11Kelland LR，Steel GGDose rate effects in the radiation response of four human tumour xenograftsJRadiother Oncol，1986，7(3)：259 12Li GC, He F, Shao X, et al.Adenovirus mediated heat-activated antisense Ku70 expression radiosensitizes tumor cells in

21、vitro and in vivoJCancer Res，2003 Jun 15，63(12):32683274 13Chen AY, Choy H, Rothenberg ML DNA topoisomerase I targeting drugs as radiation sensitizersJOncology (Williston Park)，1999 Oct，13(10 Suppl 5):3946 14Tishler KB，Geard CR，Hall EJ，et al.Taxol sensitizes human astrocytoma cells to radiationJCanc

22、er Res，1992，52：3495 15Liebmann JE，Cook JA，Fisher J，et al.In vitro studies of paclitaxel(Taxo1) a8 a radiation sensetizer in human tumor cellsJJNatl Cancer Inst，1994，86：441 16Tishler RB, Geard CR, Hall EJ, Schiff PBTaxol sensitizes human astrocytoma cells to radiationCJancer Res，1992 Jun 15，52(12):34

23、953497 17Chang JT, Chan SH, Lin CY，et al.Differentially expressed genes in radioresistant nasopharyngeal cancer cells:gp96 and GDF15JMol Cancer Ther,2007 Aug，6(8):22719 Epub 2007 Aug 1 18Hartwell LH，Kastan MBCell cycle control and cancerJScience1994,266：18211828 19Wang Q，Fan S，Eastman A，et al.UCN 01

24、：a potent abrogator of G2 checkpoint funetion in cancer cells with disrupted p53JJ Natl cancer Inst，1996，88：956965 20Li YX， Weber Johnson K， Son LQ， et al. Etiect of pentoxifylline on radiation induced G2 delay and radiosensitivity of human colon and cervical cancer cellsJRadiat Res，1998，149：338342

25、21Schwartz JL，Cowan J，Grdina DJ，et al.Attenuation of G2-phase cell cycle checkpoint control is as sociated with increased frequencies of unrejoined chromosome breaks in human tumor cellsJRadiat Res，1996，146：139143 22Hollstein M，Sidransky D，Vogelstein B，et al.p53 mutations in human cancersJScience,19

26、91 Jul 5，253(5015):4953 23Li YX, Sun LQ, Weber Johnson K，et al.Potentiation of cytotoxicity and radiosensitization of (E) 2 deoxy 2 (fluoromethylene) cytidine by pentoxifylline in vitroJInt J Cancer,1999 Jan 5,80(1):155160 24Abrogation of radiation induced G2 arrest and radiosensitization by 7 hydro

27、xystaurosporine (UCN 01) in human nasopharyngeal carcinoma cell lineJAi Zheng，2003 Jan，22(1):610 Chinese 25Hasegawa M，Imai R，Nojima K，et al.Radiation-induced apoptosis in vivo：therapeutic significance of apoptosis in radiation therapyNJippo nIgaku Hoshasen Gakkai Zasshi，2002，62：535539 26Dai Y, Liu M

28、, Tang W, et al.Molecularly targeted radiosensitization of human prostate cancer by modulating inhibitor of apoptosisJClin Cancer Res,2008 Dec 1，14(23):77017710 27Zou J, Qiao X, Ye H, et al.Antisense inhibition of ATM gene enhances the radiosensitivity of head and neck squamous cell carcinoma in mic

29、eJJ Exp Clin Cancer Res, 2008 Oct 26，27:56 28Zaugg K, Rocha S, Resch H, Hegyi I, Oehler C, Glanzmann C, Fabbro D, Bodis S, Pruschy MDifferential p53-dependent mechanism of radiosensitization in vitro and in vivo by the protein kinase C-specific inhibitor PKC412JCancer Res,2001 Jan 15，61(2):732738 29

30、Epperly MW, Franicola D, Zhang X, Effect of EGFR antagonists gefitinib (Iressa) and C225 (Cetuximab) on MnSOD-plasmid liposome transgene radiosensitization of a murine squamous cell carcinoma cell lineJIn Vivo,2006 Nov Dec，20(6B):791796 30Guo G, Yan Sanders Y, Lyn Cook BD, et al.Manganese superoxide dismutase mediated gene expression in radiation induced adaptive responses JMol Cell Biol,2003 Apr，23(7):23622378