凌云霄, 王建濤, 王艷
1.口腔疾病研究國家重點(diǎn)實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院兒童口腔科,四川成都(610041); 2.生物治療國家重點(diǎn)實驗室,四川大學(xué)華西醫(yī)院肺癌中心,四川大學(xué)華西醫(yī)院放療中心,四川成都(610041)
放化療性口腔黏膜炎(radiotherapy and/or chemotherapy-induced oral mucositis,RTOM/CTOM)是指在放療和(或)化療時發(fā)生在口腔黏膜的炎性狀態(tài),臨床表現(xiàn)為口腔黏膜燒灼樣疼痛、紅腫、糜爛及潰瘍,影響著多達(dá)80%的接受放射治療和大約40%的接受化療的患者[1]。嚴(yán)重的RTOM/CTOM 會明顯降低患者的生活質(zhì)量,影響患者吞咽、言語、進(jìn)食功能從而影響患者營養(yǎng)狀況、舒適度、以及抗腫瘤治療。目前研究尚未完全闡明口腔黏膜炎的發(fā)病機(jī)理,RTOM/CTOM 被認(rèn)為是由于放射線和(或)抗癌藥物等細(xì)胞毒性物質(zhì)作用而引起的一系列復(fù)雜的、動態(tài)的生物化學(xué)反應(yīng)過程,涉及DNA 損傷,上皮、結(jié)締組織和黏膜下組織之間的多種信號傳遞及相互作用[2]。生物標(biāo)志物是在疾病發(fā)生前或過程中在不同生物學(xué)水平上出現(xiàn)的信號指標(biāo),RTOM/CTOM 相關(guān)的生物標(biāo)志物通常是機(jī)體代謝途徑中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)、物質(zhì),可用于診斷、預(yù)后以及預(yù)測治療干預(yù)的過程或藥理學(xué)反應(yīng),可以被準(zhǔn)確及重復(fù)測量[3]。生物標(biāo)志物主要是蛋白質(zhì)類,可在血液、唾液或身體組織中檢測到,依此來了解患者患RTOM/CTOM 的風(fēng)險是否增加,早期識別容易發(fā)展成嚴(yán)重RTOM/CTOM 的患者,并有助于監(jiān)測和表征這種不良反應(yīng),以及制定一些干預(yù)方案預(yù)防病情發(fā)展[3]。本文通過綜述不同生物標(biāo)志物在RTOM/CTOM 中發(fā)生的變化及意義,以期對RTOM/CTOM 相關(guān)研究及臨床防治提供一定的參考。
生長因子是指具有刺激細(xì)胞生長活性的細(xì)胞因子,在RTOM/CTOM 的發(fā)展及愈合中,生長因子具有重要作用,調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長與炎性反應(yīng),不同生長因子的作用不盡相同。
上皮生長因子(epidermal growth factor,EGF)可調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞的增殖、生長和遷移,維持上皮屏障,參與修復(fù)受損黏膜[4]。研究發(fā)現(xiàn),患者接受放療的過程中,唾液EGF 含量一直減少且放療初期減少顯著,同時,EFG 含量與RTOM 的嚴(yán)重程度存在顯著的負(fù)相關(guān)[5]。動物研究顯示,重組人表皮生長因子促進(jìn)黏膜傷口愈合過程,相關(guān)制劑(如凝膠、口服噴霧等)被應(yīng)用于治療口腔黏膜炎[6]。此外,與其類似的生長因子,如粒細(xì)胞集落刺激因子、角質(zhì)細(xì)胞生長因子(如帕利夫明)等同樣被應(yīng)用于防治口腔黏膜炎[7]。因此,在EGF 已經(jīng)作為常見RTOM/CTOM 生物標(biāo)志物之一的同時,推測其類似物也有同樣的潛力。
血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和堿性成纖維細(xì)胞生長因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)參與了肉芽組織的形成。VEGF 在上皮細(xì)胞和間質(zhì)的生長和代謝,尤其是新生血管的再生中有著重要的作用,bFGF 可以刺激上皮增殖,參與并維持結(jié)締組織中血管的生成和成纖維細(xì)胞的生長[8]。VEGF和bFGF作為生物標(biāo)志物在接受放療和(或)化療的腫瘤患者的唾液中被證明是增加的[6,9]。但是也有研究顯示在大鼠RTOM 病損組織中檢測到當(dāng)血管變化以損傷為主,沒有新生血管的形成時,VEGF 變化不大,甚至隨時相呈下降趨勢[6]。因此,VEGF 和bFGF 作為RTOM/CTOM的生物標(biāo)志物,具有潛在臨床應(yīng)用價值。
有研究報道其他生長因子也參與了組織的炎癥和修復(fù)過程。轉(zhuǎn)化生長因子β 作為有效的上皮細(xì)胞生長抑制因子,在小鼠放射性口腔黏膜炎實驗?zāi)P椭?,其蛋白和信號活性均有增加?]。而在倉鼠放射性口腔黏膜炎實驗?zāi)P椭?,轉(zhuǎn)化生長因子α參與的信號通路具有促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞遷移和增殖的能力[9]。但是否可以成為CTOM/RTOM 的生物標(biāo)志物還需更多研究證實。
促炎細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)如IL-1β、IL-6、IL-8 等,是在口腔黏膜炎發(fā)展過程主要由黏膜下層和基底層產(chǎn)生的細(xì)胞因子[9]。而另一方面,產(chǎn)生的抗炎細(xì)胞因子,如IL-10 和IL-11,可以降低黏膜損傷[10]。正常情況下,兩類炎性細(xì)胞因子處于動態(tài)平衡,促炎性細(xì)胞因子主要由Th1 細(xì)胞分泌,與口腔黏膜炎的損傷程度呈正相關(guān);抗炎性細(xì)胞因子由Th2 細(xì)胞分泌,可以抑制過度炎性反應(yīng),保護(hù)黏膜[11]。
TNF-α 上調(diào)可能激活caspase 通路,并通過核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB 反饋放大其反應(yīng),啟動絲裂原活化 蛋 白 激 酶(mitogen - activated protein kinase,MAPK)通路,激活JNK 信號,導(dǎo)致黏膜下和基底上皮細(xì)胞凋亡,促進(jìn)黏膜潰瘍發(fā)展[12]。臨床試驗中TNF-α 基因(-1211 T >C,rs1799964)為C/C 基因型的患者血漿TNF-α 濃度顯著高于其他基因型(10.70vs9.62 ng/mL,P=0.008),且血漿TNF-α 高濃度組與放療后5 周患者發(fā)生更嚴(yán)重口腔黏膜炎的風(fēng)險有關(guān)(OR=7.33,P=0.031),同時研究表明唾液中的TNF-α 可能是一個更加準(zhǔn)確的RTOM/CTOM 診斷和治療所需的生物標(biāo)志物[13]。
IL-1β、IL-6、IL-8 作為炎癥介質(zhì),在感染、應(yīng)激等外界條件的刺激下,其胞內(nèi)前體經(jīng)剪切、修飾釋放到胞外,從而誘發(fā)局部或系統(tǒng)性炎癥[14]。大鼠RTOM 的病損黏膜上皮組織中IL-1β 水平顯著上升,誘導(dǎo)黏膜下層血管內(nèi)皮生長因子表達(dá),促進(jìn)血管生成,募集炎性細(xì)胞,放大炎癥反應(yīng)[14]。研究表明放療和(或)化療患者唾液中IL-1β、IL-6、IL-8 水平明顯升高,且IL-1β、IL-6 與黏膜炎性反應(yīng)程度呈正相關(guān),在治療開始后3 周,IL-1β 和IL-6 水平的增加可以預(yù)測口腔黏膜炎的惡化,可作為早期診斷黏膜炎高?;颊叩臐撛谏飿?biāo)志物[5,15]。但也有研究表明IL-6 在RTOM 中具有雙重作用,既能促進(jìn)RTOM 的發(fā)展又具有抗炎性質(zhì),目前大部分研究認(rèn)為IL-6 是RTOM 的致炎因子[14]。
IL-10、IL-11 具有下調(diào)炎癥反應(yīng)和黏膜保護(hù)的作用[16]。IL-10 作為研究較多的生物標(biāo)志物之一,在患者唾液和血清中均被證明是增加的[17]。而IL-11 在受損組織中由上皮細(xì)胞分泌,參與免疫調(diào)節(jié)、抑制炎癥、增加基底細(xì)胞增生以及抑制細(xì)胞凋亡,在放化療中保護(hù)基底層和口腔黏膜[16]。在臨床中IL-11 霧化劑已被用來治療口腔黏膜炎并能夠改善患者的臨床癥狀及食欲,促進(jìn)傷口愈合。
近年的研究認(rèn)為DNA 損傷修復(fù)和細(xì)胞凋亡是RTOM/CTOM 的發(fā)展基礎(chǔ),DNA 鏈斷裂直接或通過活性氧(reactive oxygen species,ROS)、核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB 間接導(dǎo)致黏膜下層細(xì)胞和黏膜上皮細(xì)胞損傷[18]。雖然目前基因和RTOM/CTOM 相關(guān)機(jī)制的關(guān)聯(lián)特征尚不清楚,但是研究表明某些基因的單核苷酸多態(tài)性(single-nucleotide polymorphisms,SNPs)能作為潛在生物標(biāo)志物,在患者進(jìn)行放化療之前對患者RTOM/CTOM 的風(fēng)險及嚴(yán)重程度進(jìn)行評估預(yù)測[18]。而一些基因表達(dá)產(chǎn)物的變化也具有一定參考價值。
研究發(fā)現(xiàn),與DNA 修復(fù)相關(guān)的基因例如剪切修復(fù)交叉互補(bǔ)基因l(excision repair cross complementing 1,ERCC1)、X 射線交錯互補(bǔ)修復(fù)基因1(Xray repair cross complementing 1,XRCC1)、核糖核苷酸還原酶亞單位基因(ribonucleotide reductasesubunit M1,RRM1)的不同基因型或表達(dá)量和RTOM/CTOM 的發(fā)生風(fēng)險相關(guān)。ERCCl 是核苷酸切除修復(fù)復(fù)合物的關(guān)鍵部分。有研究表明在放化療后ERCC1 118 基因型C/T 患者的并發(fā)癥發(fā)生率明顯高于C/C 或T/T 患者,同時T/T 患者發(fā)生嚴(yán)重并發(fā)癥的頻率高于C/C[18-19]。XRCC1 可以修復(fù)單鏈斷裂,參與黏膜基底層的修復(fù)。在鼻咽癌患者中觀察到,XRCC1 399Arg/Gln 基因型的患者更易發(fā)生嚴(yán)重的RTOM[18]。RRM1 基因編碼核苷酸合成的途徑,其功能的改變可以調(diào)節(jié)細(xì)胞DNA 修復(fù)機(jī)制的效率影響患者RTOM 的發(fā)生率。研究表明,治療前外周血中RRM1 基因的高表達(dá)與放療5~7 周時發(fā)生嚴(yán)重RTOM 的風(fēng)險顯著相關(guān)[20]。因此可以通過外周血中RRM1 基因的表達(dá)來評估患者發(fā)生嚴(yán)重RTOM 的風(fēng)險。
研究發(fā)現(xiàn),與細(xì)胞氧化反應(yīng)相關(guān)的基因例如環(huán)氧合酶-2 相關(guān)基因、缺氧誘導(dǎo)因子-1α 相關(guān)基因、酰基脫肽水解酶(acylpeptidehydrolase,APEH)基因的不同基因型或表達(dá)量與RTOM/CTOM 的發(fā)生風(fēng)險相關(guān)。環(huán)氧合酶-2 相關(guān)基因、缺氧誘導(dǎo)因子-1α 相關(guān)基因在正常的頰黏膜組織中幾乎不表達(dá),在RTOM/CTOM 患者的頰黏膜樣本中,由于NFκB 的激活與上調(diào)通過多種途徑誘導(dǎo)導(dǎo)致此類基因的表達(dá)增加,并參與炎癥反應(yīng)[21]。APEH 參與了分解ROS 的過程,其基因調(diào)控區(qū)多態(tài)性(c.-521G >C,rs4855883)影響著其功能。研究發(fā)現(xiàn)其C/C 基因型與腫瘤患者發(fā)生更嚴(yán)重RTOM 的風(fēng)險和生存率有關(guān)[22]。因此APEH 基因多態(tài)性可作為預(yù)測RTOM的生物標(biāo)志物。
研究發(fā)現(xiàn),與機(jī)體代謝相關(guān)的基因例如甲酰四氫葉酸還原酶(methylenetetrahydrofolate reductase,MTHFR)基因、腦腸肽(ghrelin,GHRL)基因的不同基因型與RTOM/CTOM 的發(fā)生風(fēng)險相關(guān)。MTHFR 是葉酸代謝的中心,其rs1801131 和rs1801133 單核苷酸多態(tài)性改變其酶活性,MTHFR C677T 中部分基因型或部分基因缺失可能導(dǎo)致MTHFR 的酶活性降低,增加患者RTOM/CTOM 發(fā)生率[18]。GHRL 基因調(diào)控區(qū)多態(tài)性(c.-2531C >T,rs1629816)同樣影響著腫瘤患者RTOM 的發(fā)生及嚴(yán)重程度。研究表明GHRL 基因型為A/A 的頭頸部腫瘤患者在放療6 周后發(fā)生嚴(yán)重RTOM 的風(fēng)險顯著降低(OR=0.14,P=0.481)[23]。因此GHRL 基因多態(tài)性可成為預(yù)測RTOM 的生物標(biāo)志物。
研究發(fā)現(xiàn),炎性介質(zhì)相關(guān)基因例如TNF-α 基因、TNF 受體基因特定區(qū)域的單核苷酸多態(tài)性與RTOM/CTOM 的發(fā)生風(fēng)險相關(guān)。TNF-α 基因啟動子區(qū)域的單核苷酸基因多態(tài)性影響TNF-α 的功能及表達(dá),從而影響口腔黏膜炎的發(fā)展及風(fēng)險。研究發(fā)現(xiàn),TNF-α 基因(-1211 T >C,rs1799964)為C/C 基因型的患者血漿TNF-α 濃度顯著高于其他基因型且與患者發(fā)生嚴(yán)重的RTOM 風(fēng)險相關(guān)[13]。因此可以通過TNF-α 基因的SNPs 來預(yù)測患者發(fā)生RTOM 的風(fēng)險及嚴(yán)重程度。腫瘤壞死因子受體超家族成員1A(tumor necrosis factor receptor superfamily member 1A,TNFRSF1A)(rs4149570)位于TNF 受體基因啟動子區(qū),其單核苷酸基因多態(tài)性(-610 T >G)影響TNF的功能。研究表明攜帶T等位基因的患者發(fā)生嚴(yán)重RTOM 的風(fēng)險明顯高于G 等位基因[23]。因此可以通過TNFRSF1A 基因的單核苷酸基因多態(tài)性來預(yù)測患者RTOM的風(fēng)險及嚴(yán)重程度。
淋巴細(xì)胞抗原6 復(fù)合體(lymphocyte antigen 6 complex,LY6G6C)屬于白細(xì)胞抗原-6 基因簇,與MHCⅡ相連,位于細(xì)胞表面,參與免疫介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。有研究發(fā)現(xiàn),在放療前,相比并發(fā)了嚴(yán)重口腔黏膜炎的患者,不并發(fā)或并發(fā)輕度口腔黏膜炎的患者中LY6G6C 表達(dá)上調(diào),但差異無統(tǒng)計學(xué)意義[24]。LY6G6C 可能是預(yù)測放療后嚴(yán)重RTOM 的潛在生物標(biāo)志物。
血漿抗氧化劑是一種細(xì)胞分泌到血漿中的具有抑制自由基的產(chǎn)生、加速自由基的消除或者抑制其對生物大分子氧化損傷作用的保護(hù)性物質(zhì),其在口腔黏膜炎的發(fā)生發(fā)展中有著重要作用。在口腔黏膜炎發(fā)生的起始階段,由各種原因引起的DNA 損傷導(dǎo)致上皮和血管內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和組織巨噬細(xì)胞釋放ROS,而ROS 在各種炎癥性疾病中發(fā)揮著增強(qiáng)炎癥的關(guān)鍵作用[12]。
人血漿抗氧化劑中酶促系統(tǒng)抗氧化劑主要包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx)三大酶系。SOD、CAT和GPx 能夠清除ROS 及毒性氧化物,調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞的炎癥相關(guān)基因,在再生和修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用[25-26]。RTOM/CTOM 中相關(guān)抗氧化劑的研究未見報道,但有研究表明口炎患者唾液中SOD 和CAT 水平較高而GPx 較低,同時血清中SOD、CAT 較低而GPx 較高[27]。但也有研究稱活活動期患者血漿GPx 水平較低[28]。因此酶促系統(tǒng)抗氧化劑能否成為RTOM/CTOM 的生物標(biāo)志物尚需更多研究確認(rèn)。
非酶促系統(tǒng)抗氧化物質(zhì)包括維生素E(α-生育酚)、維生素C(抗壞血酸)、α-硫辛酸、β-胡蘿卜素等。有研究表明血清相關(guān)維生素含量較低的患者更易患RTOM/CTOM[29]。其他抗氧化劑在口腔黏膜炎的防治中有一定的作用,但能否作為生物標(biāo)志物尚未明確提出。
細(xì)胞凋亡是RTOM/CTOM 進(jìn)展中的一常見過程。細(xì)胞凋亡可由線粒體受到損傷,隨后線粒體釋放凋亡誘導(dǎo)蛋白(apoptosis-inducing factor,AIF),DNA 發(fā)生大規(guī)模斷裂而引起[30]。而凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis proteins,IAP)是細(xì)胞死亡和存活途徑的重要調(diào)節(jié)因子[27]。RTOM 的進(jìn)程中可以檢測到抗凋亡相關(guān)基因水平下降;而促凋亡相關(guān)基因表達(dá)上升,從而上調(diào)自噬蛋白與凋亡蛋白表達(dá),升高血清炎性因子含量[14]。
AIF 通常位于線粒體內(nèi)膜發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用,而口腔黏膜炎中ROS 的積累啟動細(xì)胞保護(hù)機(jī)制,通過p53 信號增加線粒體外膜通透性,AIF 作為一個強(qiáng)有力的促凋亡觸發(fā)器被釋放到細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核中,觸發(fā)細(xì)胞凋亡級聯(lián)[30]。體外細(xì)胞實驗發(fā)現(xiàn),在病毒性感染引起的炎癥細(xì)胞中檢測到表達(dá)AIF的線粒體比例分?jǐn)?shù)顯著降低,而AIF 的細(xì)胞核分?jǐn)?shù)在感染后24 h 明顯升高,并隨感染時間的延長而升高[30]。因此認(rèn)為AIF 具有作為RTOM/CTOM 生物標(biāo)志物的潛力。
IAP包括多種因子,其中cIAP1或cIAP2對TNFα 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡有保護(hù)作用,cIAP1 和cIAP2 的缺失對NF-κB 對TNF-α 的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有明顯的抑制作用[31]。cIAP 活性對線性泛素化連接酶向信號復(fù)合物的募集起重要作用,線性泛素化連接酶組分的丟失可誘導(dǎo)小鼠炎癥[32]。有研究表明缺乏cIAP1 或cIAP2 或XIAP 的小鼠在子宮內(nèi)死亡,所有IAP 的髓系特異性缺失甚至?xí)?dǎo)致無菌性炎癥[32]。IAP 能否在RTOM/CTOM 中作為生物標(biāo)記物尚未提出。
C 反應(yīng)蛋白(C reactive protein,CRP)是一種急性時相反應(yīng)蛋白,參與多種生理及病理過程,可通過誘導(dǎo)增加IL-1 受體的表達(dá)量以及釋放IL-10 發(fā)揮抗炎作用。研究表明RTOM 患者血清CRP 較高,且隨著放療劑量增加而不斷升高,而采用能有效減輕口腔黏膜炎的藥物可以明顯有效降低放療患者CRP 水平[33]。目前已有研究設(shè)計了較傳統(tǒng)ELISA更快速、低成本的檢測方式,通過綜合血清中CRP和其他炎性細(xì)胞因子(TNF-α、IL-6 以及IL-1β)作為生物標(biāo)志物來預(yù)測患者RTOM/CTOM 的風(fēng)險,并且發(fā)現(xiàn)RTOM/CTOM 的嚴(yán)重程度與其有較強(qiáng)的相關(guān)性[33]。
細(xì)胞周期蛋白抑制劑p16 是一種細(xì)胞衰老的標(biāo)志物,由損傷激活并導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯。有研究證明在放療和輻射誘導(dǎo)的人皮膚標(biāo)本、小鼠口腔潰瘍和大鼠皮膚潰瘍模型中p16 的表達(dá)增加[34]。因此認(rèn)為p16 可以通過反應(yīng)細(xì)胞衰老來作為RTOM/CTOM 的潛在標(biāo)志物。
在有關(guān)蛋白組學(xué)的研究中,檢測到RTOM/CTOM 患者唾液中3443 m/z、3487 m/z 以及4135 m/z蛋白峰值上升,而6237 m/z 蛋白峰值下降,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)RTOM 患者唾液中此四類蛋白組變化相同,而CTOM 患者唾液中3443 m/z、4135 m/z 蛋白峰值上升,3487 m/z、6237 m/z 蛋白峰值下降,提示3443 m/z、3487 m/z、4135 m/z 和6237 m/z 是RTOM/CTOM 潛在的生物標(biāo)志物[35]。
RTOM/CTOM 作為放療化療時口腔局部常見并發(fā)癥,目前認(rèn)為口腔黏膜炎有5 個發(fā)病階段:起始期、損傷反應(yīng)期、信號放大期、潰瘍期和愈合期,在不同階段其生物標(biāo)志物的含量水平不同。通過檢測患者唾液、血液、組織中的生物標(biāo)志物,可以及時掌握患者患RTOM/CTOM 的風(fēng)險是否增加,以期早期識別容易發(fā)展成嚴(yán)重RTOM/CTOM 的患者,并有助于監(jiān)測和表征這種不良反應(yīng),以及制定干預(yù)方案預(yù)防病情的惡化。各類生物標(biāo)志物的生理意義不僅提示了RTOM/CTOM 的發(fā)展,也為RTOM/CTOM 的預(yù)防、治療以及生物學(xué)評估提供了參考思路。然而,雖然目前研究發(fā)現(xiàn)有多種生物標(biāo)志物可以用來預(yù)測RTOM/CTOM 的風(fēng)險或者早期識別容易發(fā)生嚴(yán)重RTOM/CTOM 的患者,但是尚未有生物標(biāo)志物用于臨床,未來需要更多的研究對這些生物標(biāo)志物的可靠性及準(zhǔn)確性進(jìn)行驗證。
【Author contributions】Ling YX, Wang JT collected the references,and wrote the article, Wang Y revised the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.