郭洋 吳密璐 趙君慧 李瑜英

肺癌是我國發(fā)病率最高的腫瘤之一，多數(shù)患者發(fā)現(xiàn)較晚，確診時已經(jīng)喪失了手術(shù)機(jī)會，因此化療是肺癌治療的重要手段，但是很多肺癌患者尤其是非小細(xì)胞肺癌患者的化療療效較差且易耐藥。研究證明，實(shí)體瘤細(xì)胞在低氧環(huán)境中對化療藥物的敏感性是下降的，低氧可能是導(dǎo)致化療耐藥的重要因素。

1 低氧的特點(diǎn)

腫瘤低氧的概念是在肺癌腫瘤組織研究中首次提出的[1]。低氧是大多數(shù)實(shí)體腫瘤共有的特征，當(dāng)腫瘤超過一定大小時，腫瘤內(nèi)部即處于缺氧狀態(tài)。低氧通過作用于低氧誘導(dǎo)因子 （hypoxia inducible factor, HIF）信號通路對腫瘤產(chǎn)生重要影響。HIF是由α和β兩個亞基組成的異源二聚體，α亞基是活性亞基，其活性與氧分壓的高低直接相關(guān)。細(xì)胞內(nèi)氧分壓正常時，HIF-α蛋白會被脯氨羥基化酶（prolyl hydroxylase domain, PHD）羥基化，而后被希林佩爾林道基因產(chǎn)物（product of von Hippel-Lindau gene,pVHL）識別并結(jié)合，進(jìn)而被泛素化后降解[2,3]；而在低氧條件下，PHD活性受到抑制，HIF-α被羥基化、識別、降解的過程受到抑制，HIF-α在細(xì)胞內(nèi)大量累積，進(jìn)一步結(jié)合HIF-β，作為轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入細(xì)胞核與低氧應(yīng)答元件結(jié)合進(jìn)而開啟下游相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[4]，從而導(dǎo)致肺癌細(xì)胞的放化療敏感性降低、細(xì)胞凋亡抑制、細(xì)胞周期改變、新生血管能力、侵襲轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)等生物學(xué)特性變化。

2 低氧對化療的直接作用

一些化療藥物對腫瘤細(xì)胞的殺滅作用是具有氧依賴性的，它們大多通過細(xì)胞內(nèi)氧化作用生成的自由基和活性氧殺傷細(xì)胞。有研究表明：抗生素類藥物博來霉素在低氧狀態(tài)下化療有效率降低，可能與自由基的減少有關(guān)。Triche等[5]的一項(xiàng)研究表明，鉑類化療藥物在細(xì)胞內(nèi)生成自由基，自由基奪獲電子后傳遞給氧，從而殺傷細(xì)胞。Wozniak等[6]在對依托泊苷的研究中發(fā)現(xiàn)，由于低氧狀態(tài)下自由基清除劑脫氫酶抑制劑和脫氫酶底物水平提高，依托泊苷對DNA鏈的破壞作用較常氧狀態(tài)下明顯減弱。

3 低氧對化療的間接作用

低氧除因氧自由基、活性氧減少，直接影響化療藥物作用機(jī)制之外，其通過誘導(dǎo)相關(guān)靶基因表達(dá)上調(diào)或下調(diào)，均能從不同途徑導(dǎo)致化療耐藥。激活多藥耐藥基因，抑制p53基因表達(dá)，影響DNA損傷與修復(fù)等均是今年來研究較多的機(jī)制。

3.1 低氧激活多藥耐藥基因的作用 多藥耐藥（multi-drug resistance, MDR）是腫瘤細(xì)胞能夠逃逸化療藥物殺傷的重要機(jī)制，也是臨床腫瘤化療失敗的一個主要原因之一。研究表明低氧能夠通過激活多藥耐藥基因的表達(dá)從而幫助細(xì)胞逃逸藥物的殺傷作用。Xia等[7]在對肺腺癌 A549細(xì)胞系的研究中發(fā)現(xiàn)，低氧狀態(tài)下，細(xì)胞中HIF-1、P-糖蛋白和多藥耐藥相關(guān)蛋白的表達(dá)水平均上調(diào)，且三者具有相關(guān)性，進(jìn)一步研究顯示在MDR1啟動子上存在功能性的HIF-1結(jié)合位點(diǎn)，因此HIF-1能夠調(diào)控MDR1的轉(zhuǎn)錄活性。Gottesman等[8]發(fā)現(xiàn)低氧狀態(tài)下，細(xì)胞中HIF-1、MDR1、P-糖蛋白均呈高表達(dá)狀態(tài)且有相關(guān)性，證明HIF-1通過上調(diào)MDR與P-糖蛋白從而將長春堿、紫杉醇等藥物泵出細(xì)胞外，使細(xì)胞內(nèi)藥物濃度降低，殺傷細(xì)胞能力減弱。

3.2 低氧抑制促凋亡基因p53的表達(dá) 促凋亡基因p53與腫瘤細(xì)胞的增殖凋亡密切相關(guān)，研究顯示HIF-1α能夠通過影響p53基因的表達(dá)，來達(dá)到抵抗誘導(dǎo)凋亡藥物的作用。低氧通過其篩選作用誘導(dǎo)基因突變，如p53基因突變率在低氧時增加，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡障礙且對誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡類化療藥耐藥。Hao等[9]研究證實(shí)，HIF-1的表達(dá)與p53的突變率正相關(guān)，低氧時p53突變的增加可以導(dǎo)致順鉑類藥物的化療抵抗，而HIF-1失活后，順鉑的化療耐藥性得以逆轉(zhuǎn)。Sendoel等[10]發(fā)現(xiàn)，HIF-1α不僅能誘導(dǎo)p53基因突變而且還能通過抑制p53基因的活性來抵抗細(xì)胞凋亡，HIF-1α還可以通過增強(qiáng)酪氨酸酶相關(guān)蛋白2（tyrosinase-related protein）的轉(zhuǎn)錄活性的途徑來抑制細(xì)胞凋亡。目前HIF-1α與p53相互作用的研究尚有一些未解決的問題，爭議也較多。

3.3 低氧調(diào)節(jié)DNA的損傷與修復(fù)的作用 DNA損傷是某些藥物如鉑類殺傷癌細(xì)胞的作用機(jī)制，而HIF-1α可以通過調(diào)節(jié)DNA損傷和修復(fù)酶的表達(dá)水平及酶的活性，從而減弱誘導(dǎo)DNA損傷類化療藥物如烷化劑和鉑類的化療療效[11]。Liu等[12]在對54例原發(fā)肺癌和正常支氣管粘膜上皮的比較中發(fā)現(xiàn)，著色性干皮病互補(bǔ)組A（Xeroderma pigmentosum complementation group A, XPA）高表達(dá)，且與 HIF1α呈正相關(guān)，siRNA干擾 HIF-1α能明顯降低XPA水平，而XPA通過促進(jìn)其它DNA修復(fù)蛋白的合成的方式影響細(xì)胞對鉑類藥物化療的敏感性。Lee等[13]在一項(xiàng)對以鉑類為基礎(chǔ)的小細(xì)胞肺癌一線化療的回顧性研究中發(fā)現(xiàn)，ERCC1與HIF-1α表達(dá)相關(guān)，與鉑類為基礎(chǔ)的化療呈負(fù)相關(guān)，HIF-1α低表達(dá)可能是廣泛期小細(xì)胞肺癌好的預(yù)后因素。提示XPA、ERCC1均有可能成為低氧誘導(dǎo)鉑類耐藥的預(yù)測因子。依托泊苷作為小細(xì)胞肺癌的一線用藥，低氧對其耐藥的影響可能與DNA修復(fù)相關(guān)酶有關(guān)。Wirthne等[14]進(jìn)行有關(guān)依托泊苷的研究時發(fā)現(xiàn)，HIF-1α缺失能明顯增加DNA雙鏈斷裂的現(xiàn)象，并且相關(guān)修復(fù)DNA雙鏈斷裂損傷的蛋白激酶復(fù)合體：DNAPKcs、Ku80和 Ku70在HIF-1α在細(xì)胞中的水平明顯較HIF缺失前降低。Sullivan等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，低氧狀態(tài)下，HIF-1α誘導(dǎo)DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)，從而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的DNA損傷修復(fù)能力，這也可能是低氧誘導(dǎo)依托泊苷耐藥的原因之一。

3.4 低氧誘導(dǎo)EMT的作用 上皮細(xì)胞間充質(zhì)化（epithelialmesenchymal transition, EMT）是近年來的研究熱點(diǎn)，Matsuoka等[16]低氧通過TGFβ/TGFβR通路誘導(dǎo)EMT發(fā)生。EMT是以 E-cadherin表達(dá)下調(diào)，vimentin等間充質(zhì)表型標(biāo)志物表達(dá)上調(diào)為標(biāo)志的細(xì)胞活性轉(zhuǎn)變，其在低氧誘導(dǎo)下不僅在腫瘤細(xì)胞的浸潤、轉(zhuǎn)移過程中起重要作用，在化療耐藥方面同樣有重要影響。Yanu等[17]研究結(jié)果表明，耐奧沙利鉑的結(jié)直腸癌細(xì)胞出現(xiàn)EMT現(xiàn)象，表現(xiàn)為細(xì)胞呈長梭形、極性喪失，瓢附性降低、偽足形成等；免疫熒光示細(xì)胞的上皮標(biāo)志物E-cadherin和橋粒斑蛋白表達(dá)下調(diào)，間質(zhì)標(biāo)志物vimentin表達(dá)上調(diào)。研究證實(shí)PI3K通過與E-Cadherin、β-Catenin和血管內(nèi)皮生長因子受體-2（vascular endothelial growth factor receptor 2, VEGFR-2）形成復(fù)合物由PI3K/AKT通路的活化參與血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）介導(dǎo)的內(nèi)皮信號傳遞[18-20]。PI3K/AKT可能也是低氧誘導(dǎo)EMT的信號通路之一。蘇春霞等[21]研究發(fā)現(xiàn)干性調(diào)控因子（OCT4和Nanog）及干細(xì)胞相關(guān)標(biāo)志物（CD133和ABCG2）在肺癌耐藥細(xì)胞株中高表達(dá)，且在肺癌組織中高于癌旁組織，進(jìn)一步研究證實(shí)與E-Cadherin、N-Cadherin和化療療效均相關(guān)。因此干性調(diào)控因子可能也具有調(diào)控EMT作用。

3.5 近年新發(fā)現(xiàn)的其它相關(guān)通路 低氧誘導(dǎo)化療耐藥的機(jī)制是近年研究的熱點(diǎn)，除以上訴述幾種途徑外近年來還有其它一些新發(fā)現(xiàn)：如低氧可以誘導(dǎo)產(chǎn)生金屬硫蛋白鰲合重金屬離子，從而可能導(dǎo)致鉑類耐藥[22]。低氧還可以通過激活其他信號通路如IGF1R/PI3K/Akt通路來抵抗凋亡從而達(dá)到抗藥的效果[23]。Kim等[24]在對非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)，低氧誘導(dǎo)蛋白SM22α通過與IGF1Rβ相互作用活化IGF1R/PI3K/Akt通路，導(dǎo)致放化療耐藥。Schnitzer等[25]通過對肺癌 A549細(xì)胞系研究發(fā)現(xiàn)低氧上調(diào)SphK2蛋白表達(dá)水平以及酶活性，且與S1P水平相關(guān)，同時發(fā)現(xiàn)用siRNA敲除SphK2可減輕細(xì)胞的化療耐受。提高S1P數(shù)量，通過絲裂原蛋白激酶p42/44自分泌或旁分泌形式提高細(xì)胞化療耐藥能力。Brahimi-Horn等[26]發(fā)現(xiàn)線粒體中一種壓力門控負(fù)離子通道（VDAC1）與代謝和凋亡有關(guān)，其縮短形式-VDAC1-ΔC具有HIF-1依賴性，其同過偶聯(lián)抗凋亡己糖激酶發(fā)揮作用，從而能降低細(xì)胞對環(huán)孢素和依托泊苷的敏感性。Minakata等[27]在對非小細(xì)胞肺癌HCC827、PC9、HCC2935細(xì)胞系的研究中發(fā)現(xiàn)，PC9和HCC2935在低氧狀態(tài)下對吉西他濱耐藥，HIF-1α與TGFα表達(dá)上調(diào)，而HCC827引入野生型EGFR后在低氧下也表現(xiàn)出耐藥。而敲除HIF-1α與TGFα基因則能逆轉(zhuǎn)耐藥。TGFα表達(dá)上調(diào)活化野生型EGFR可能與NSCLC吉西他濱耐藥有關(guān)。

4 展望

低氧微環(huán)境是實(shí)體腫瘤共有的特征，雖然腫瘤低氧誘導(dǎo)腫瘤生物學(xué)行為惡化及化療耐藥，但同時也為腫瘤的治療提供了一條新的思路。我們可以根據(jù)腫瘤低氧的特點(diǎn)指導(dǎo)臨床化療藥物的篩選及治療方案的優(yōu)化，有利于減少治療的盲目性，提高化療有效率，從而提高腫瘤患者的生存期。