袁野，田少博，張培，陶凱雄，王國斌 ，王征,3

1.華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院胃腸外科，湖北 武漢430022；2.華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院組織工程與再生醫(yī)學研究中心，湖北 武漢430022；3.湖北省微創(chuàng)外科醫(yī)學臨床研究中心，湖北 武漢430022

目前控制和改善局部進展期中低位直腸癌(locally advanced mid-low rectal cancer, LARC)病情和預后的重要方式是多模式治療，主要包括術前新輔助放化療、直腸全系膜切除術、術后輔助化療等。其中新輔助放化療(neoadjuvant chemoradiotherapy, nCRT)作為LARC治療策略的重要環(huán)節(jié)，在降低局部復發(fā)率、增加保肛率、提高腫瘤切除率及延長無病生存期等方面具有明顯優(yōu)勢[1]。但nCRT同時會帶來嚴重不良反應，包括大便排空障礙、大便失禁等放射相關大腸功能障礙以及性功能障礙等[2]。

由于個體差異，LARC病人對nCRT反應不一致。病理完全緩解(pathologic complete response, pCR)作為反應良好的評價指標之一，其概率為4%～24%[3-5]，這部分病人預后較好。Chang等[6]回顧性分析749例接受nCRT的LARC病人，pCR病人預后明顯優(yōu)于無降期病人(>ypT1～2N0)， 5年總生存率分別為92.7%和80.4%(P=0.001)，5年無病生存率分別為93.5%和65.7%(P<0.000 1)，5年復發(fā)率分別為1.8%和8.8%(P=0.004 8)。對nCRT反應差的病人無法從治療中獲益；相反，長時間nCRT治療增加疾病進展風險，帶來嚴重毒副反應。

提前通過分子標志物判斷LARC病人對nCRT的反應性，有助于對擬行nCRT病人進行分層治療。對nCRT預測反應好的LARC病人可選擇先nCRT治療，后續(xù)銜接保肛手術；對nCRT預測反應差的可改行強化放化療，或直接行手術治療。新輔助分層治療對改善病人預后，減輕不良反應及減少經濟負擔等具有積極意義。

本文對截止于2020年5月PubMed上發(fā)表文章進行檢索，檢索關鍵詞包括：rectal、chemoradiotherapy(主題詞)、preoperative、chemoradiation、neoadjuvant、chemotherapy、chemoradiosensitivity、chemoradioresistance、predictor、predict、risk factors、predicting、prediction、predictive、prognosis、prognostic、indicator、poor outcome、response。通過閱讀標題及摘要，篩選出324篇預測LARC病人nCRT療效文獻。其中225篇文獻因以下條件被排除：(1)臨床數據，(2)影像學數據，(3)miRNA，(4)高通量基因測序數據，(5)文獻綜述及Meta分析。最終篩選99篇文獻，其中36篇代表性文獻納入本文進行綜述，文獻檢索流程見圖1。

圖1 文獻檢索流程圖

一、LARC新輔助分層治療現狀

歐洲腫瘤內科學會(ESMO)指南對nCRT在LARC病人中應用進行詳細分層，根據腫瘤位置、T分期、N分期、直腸系膜筋膜(mesorectal fascia, MRF)狀態(tài)、側方淋巴結等指標將LARC病人分為低危、中危、高危三組。對低危組病人推薦直接手術治療，中危組病人推薦行短程放療，高危組病人則推薦長程放化療。

相比于美國國立綜合癌癥網絡(NCCN)指南，ESMO指南減少了放療在nCRT中的比重，可降低放療相關并發(fā)癥的發(fā)生率。但ESMO指南主要基于CT、MRI、內鏡等資料對LARC病人進行分層，具有一定局限性：影像學評估淋巴結是否受侵犯準確率不高，僅憑淋巴結增大無法判別惡性淋巴結[7-8]。因此尋找新的分子標志物指導nCRT分層治療是必要的。

二、新輔助治療療效預測的分子標志物

1.胸苷酸合成酶相關分子標志物 胸苷酸合成酶(TS)由TYMS基因編碼，具有催化dUMP形成dTMP作用，在DNA合成中至關重要[9]。TYMS基因5′UTR啟動子區(qū)包含2個或3個28 bp的串聯重復序列(2R或3R)。TYMS基因中重復序列越多(3R)，TS表達量及活性越高[10]。

氟尿嘧啶(5-FU)類藥物可靶向TS，起放療增敏作用。目前發(fā)現腫瘤組織中TYMS基因型3R/3R病人TS蛋白過表達，對5-FU類藥物的nCRT治療方案反應較差[11-12]。然而，近年來也有研究得出不同結論，Nelson[13]及Lamas[14]等研究發(fā)現只要具有一個TYMS3G(3R等位基因的一種)等位基因病人，對5-FU的nCRT治療方案反應較好，可能原因是此類病人腫瘤組織中TS蛋白過表達導致5-FU作用位點增多，提高放療敏感性。TYMS基因型作為nCRT療效分子標志物，對指導新輔助分層治療具有一定應用前景，但仍需深入研究加以驗證。

與TYMS基因型類似，腫瘤組織中TS蛋白作為預測nCRT療效分子標志物同樣存在爭議。Negri等[15]研究發(fā)現TS蛋白高表達病人nCRT治療后具有更高pCR率。Kikuchi等[16]利用包括TS蛋白在內的多種蛋白構建預測模型，能有效預測LARC病人對nCRT治療反應。然而，部分研究發(fā)現TS蛋白表達水平與nCRT療效并無顯著相關性[17]。

Tan等[18]將分子標志物應用于臨床治療，根據TYMS基因型將擬行nCRT的T3/T4， N0～2，M0～1直腸癌病人分為低風險組(2R/2R、2R/3R、2R/4R)和高風險組(3R/3R、3R/4R)，前者給予標準nCRT方案治療，后者在標準nCRT方案基礎上增加伊立替康，結果顯示均取得較好治療效果：低風險組降期率及ypT0率分別為64.4%和20%，高風險組降期率及ypT0率分別為64.5%和42%。

2.表皮生長因子受體信號通路相關分子標志物 表皮生長因子受體(epithelial growth factor receptor, EGFR)蛋白具有酪氨酸激酶活性，在結直腸癌中高表達。EGFR激活下游基因表達，促進細胞增殖，抑制凋亡[19]。EGFR信號通路則可誘導同源重組(homology-directed repair, HDR)DNA修復和非同源末端連接(non-homologous end-joining, NHEJ)DNA修復[20-21]，抵抗放療所誘導的腫瘤細胞DNA損傷。這可解釋腫瘤組織高表達EGFR的LARC病人對nCRT反應差[22-23]。

RAS是EGFR下游MAPK級聯信號通路重要分子。KRAS突變在結直腸癌發(fā)生過程中較為常見[24]。KRAS突變能否預測nCRT反應尚存在爭議。部分研究結果顯示KRAS突變的LARC病人對nCRT反應差[25-26]。然而，另有研究證實KRAS突變與LARC病人對nCRT反應不相關[27]。

PI3K/PTEN/AKT/mTOR是EGFR下游重要通路，通過多種途徑介導腫瘤細胞對放化療抵抗，包括促進DNA損傷修復、促進細胞增殖、抑制凋亡以及參與低氧相關信號通路等[28]。研究顯示PI3K催化亞基PIK3CB在對nCRT抵抗的病人腫瘤組織中表達量較高[29]，PTENrs12569998多態(tài)性與nCRT治療后TRG分級相關[30]。Koyama等[31]研究發(fā)現AKT活性與病人對nCRT反應性相關，體外實驗進一步證實AKT抑制劑能增強腫瘤細胞對nCRT的反應性。Abdul-Jalil等[32]對33個PI3K及MAPK通路相關基因進行測序分析，結果發(fā)現PI3K通路相關基因突變與較低pCR率相關。

3.血管生成相關分子標志物 血管內皮生長因子(VEGF)是促進腫瘤血管生成的重要因子，與腫瘤發(fā)生和轉移密切相關[33]。Edden等[34]研究發(fā)現，過表達VEGF腫瘤治療反應差。Zlobec等[35]得出相似結論，發(fā)現對nCRT無反應LARC病人的腫瘤組織中VEGF表達量明顯高于有反應的腫瘤組織。然而Hur等[17]得出了相反的結論，其研究發(fā)現高表達VEGF的LARC病人經nCRT治療后出現pCR概率更高。

4.凋亡相關分子標志物 誘導細胞凋亡是化療或放療殺傷腫瘤的關鍵機制。Survivin蛋白是凋亡抑制蛋白家族成員，抑制細胞凋亡，使腫瘤細胞對放化療產生耐受。Grdina等[36]研究發(fā)現， Survivin蛋白表達下調后，人結直腸癌細胞系RKO36放療敏感性增強。R?del等[37]對59例nCRT治療后LARC病人的腫瘤標本進行分析，發(fā)現高表達Survivin蛋白病人nCRT治療后腫瘤細胞凋亡更少。Takasu等[38]研究結果顯示，腫瘤組織內的Survivin表達與pCR率呈負相關，提示Survivin蛋白表達可能作為nCRT療效的重要預測因子。

放療是抗擊癌癥的有效手段。p53則是參與放療作用的關鍵分子之一[39]。p53表達能夠誘導細胞周期停滯、DNA損傷修復及誘導凋亡等。部分研究發(fā)現腫瘤組織高表達p53的LARC病人多呈放療抵抗，p53蛋白過表達可作為LARC病人對nCRT抵抗的分子標志物[40-41]。另有部分研究發(fā)現p53蛋白表達水平與LARC病人對nCRT反應無關[42-43]?；趐53對nCRT是否有預測價值的不同結論，Chen等[44]對30項研究中1 830例病例進行了薈萃分析，結果顯示野生型p53狀態(tài)(p53蛋白低表達和/或野生型p53基因)與nCRT治療后病理反應相關，且p53基因型比p53蛋白表達更具有預測價值。Kandioler等[45]研究也得到類似結論。(表1)

5.DNA損傷修復相關分子標志物 放療通過誘導DNA雙鏈斷裂殺傷腫瘤細胞，而DNA損傷修復是導致腫瘤細胞對放療產生抗性的重要機制。HDR和NHEJ是真核細胞中促進損傷DNA損傷修復的主要途徑。HDR依賴同源序列，精確修復DNA損傷；而NHEJ不依賴于同源序列，修復速度快，但錯誤率高。研究顯示，XRCC3、ERCC1、RFC4、Ku70、Ku80等分子通過HDR或NHEJ方式參與DNA損傷修復過程，這些分子與LARC病人對nCRT反應有關[46-49]。

三、生物組學研究

因腫瘤異質性的存在，單一分子標志物預測nCRT療效價值較低，不同研究常得出互相矛盾的結論。隨著高通量研究技術的出現，生物組學逐漸興起。生物組學是對整個生物分子群組的研究，有望在腫瘤預防、診斷及治療等方面發(fā)揮巨大作用。

表1 新輔助治療療效預測的分子標志物總結

基因測序技術使同時研究大量基因表達成為可能。Ghadimi等[50]將23例行nCRT的LARC病人分為反應組及無反應組，利用基因芯片技術對治療前腫瘤組織進行測序分析，確定了54個差異表達基因，這些差異表達基因預測nCRT療效的敏感性及特異性分別為78%和86%。Watanabe等[51]從52例行nCRT直腸癌病人中鑒定出33個差異表達基因，在另一隊列17例病人中預測nCRT療效準確率達到82.4%。

近年來，通過蛋白質組技術預測nCRT反應分子標志物越來越多。Croner等[52]根據LARC病人對nCRT治療反應從腫瘤組織中鑒定出數百個差異調節(jié)的蛋白質。Smith等[53]認為腫瘤組織蛋白表達是一個動態(tài)的過程，在開始治療的24 h/48 h內血清中14種差異表達蛋白質共同區(qū)分了病人對nCRT治療的反應性，敏感性和特異性分別達到87.5%和80%。

代謝組學可同時對大量代謝物進行整體和定量分析，成功應用于癌癥早期診斷、治療反應預測等。Jia等[54]基于非靶向代謝組學技術分析血清樣本得到15種不同表達的代謝物，這些代謝物可用于鑒定LARC病人中潛在對nCRT的敏感者。

四、結語

目前為止，預測LACR病人nCRT治療療效的分子標志物臨床信息有限，尚無廣泛認可的分子標志物，部分分子標志物在不同研究中甚至得出不同結論。應用生物組學技術可同時研究大量基因或蛋白質等分子標志物，預測準確性較高，但不同研究間各種潛在預測標志物幾乎沒有重疊，同樣未應用于臨床。筆者認為目前對nCRT分子標志物研究的主要局限性在于：(1)各個研究樣本量小、nCRT方案不盡相同、研究技術方案不一致等；(2)腫瘤組織存在異質性，僅對一個區(qū)域進行采樣無法代表整個腫瘤組織生物學特征；(3)多種證據表明腫瘤組織對細胞毒性療法的反應是動態(tài)過程，隨著治療進展，多種基因表達改變產生對nCRT治療耐受[55]；(4)活檢腫瘤組織標本包含一定量正常組織，正常組織含量不同可能會對測序結果產生影響[56]。

分子標志物對指導LARC病人分層治療以及開發(fā)靶向藥物等具有積極意義。隨著精準醫(yī)療發(fā)展，具有高度敏感性及特異度分子標志物會被鑒定出來，為個體化治療提供指導。