放射治療是惡性腫瘤治療的有效方式之一，幾乎超過50%的惡性腫瘤患者在抗癌過程中接受過放射治療。但是高能量的放射線在殺死腫瘤細胞的同時，不可避免會損傷腫瘤周圍正常組織。所以控制腫瘤放射劑量，使腫瘤放射“局部化”，是腫瘤科醫生共同的追求。放射增敏劑的使用助于獲得相對低量高效的放射劑量，有效增加腫瘤局部控制率，降低放射對腫瘤周圍正常組織的傷害。但是目前臨床上使用的放射增敏劑，大多數存在藥物自身細胞毒性大、選擇性低、價格昂貴等特點，限制了臨床廣泛使用。所以尋找安全經濟且可區分腫瘤組織和正常組織的“智能型”放射增敏物質十分迫切且必要。這篇綜述主要對腫瘤放射增敏機制及相關藥物研究進展進行了總結分析，并介紹一些新興的放射增敏措施，為臨床上放射增敏劑的使用和進一步研發提供方向。
引用本文： 張佳惠, 李平. 惡性腫瘤放射增敏機制及藥物研究進展. 華西醫學, 2015, 30(8): 1581-1586. doi: 10.7507/1002-0179.20150453 復制
放射治療（放療）是利用不同能量的射線治療惡性腫瘤的一種局部治療手段，約50%的惡性腫瘤患者會接受不同形式的放療[1]。一方面，放射線使細胞中的水裂解，產生氧自由基，破壞細胞DNA的化學鍵，導致細胞凋亡；另一方面，它能氧化細胞膜脂質雙分子層，損傷線粒體，產生附加的氧化應激效應[2-5]。眾所周知，隨著現代醫學的發展和人民生活水平的提高，患者對腫瘤治療療效和自身生存質量提出了更高的要求，在過去的二三十年里，精確放療技術的發展，確實提高了放療療效，減少了放射線對腫瘤周圍正常組織的損害，但是仍有不少的惡性腫瘤患者承受著局部復發和放療毒副作用的折磨[6]。為了獲得既可最大程度摧毀腫瘤細胞，又能把對腫瘤周圍正常組織傷害降至最低的放射劑量，增加腫瘤局部控制率，提高腫瘤放射敏感性，放射增敏劑這一概念被提出。它的作用在于可不增加放射劑量，提高放療療效和治療增益比[7]。現對放射增敏的機制和放射增敏劑的近期研究進展綜述如下。
1 放射增敏機制
1.1 促進腫瘤細胞凋亡，直接增加放療獲益
腫瘤細胞的無限增殖是凋亡受抑制的結果[8]，所以選擇性地誘導腫瘤細胞凋亡似乎是增加放療效果最直接的途徑。細胞凋亡過程途徑各異，機制復雜，凋亡蛋白和凋亡抑制蛋白相互制衡，發揮著重要作用。所以，我們既可通過促進凋亡蛋白如半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶類的活性，也可通過抑制凋亡抑制蛋白家族的表達來提高腫瘤細胞凋亡率。其次，早在1960年，就有研究指出細胞周期G2期和M期放射敏感性最高，因此可使用傳統化療藥物，如多柔比星、紫杉醇等造成細胞G2/M期阻滯，增加放療療效[9]。
1.2 降低腫瘤細胞DNA修復效能，增加放射敏感性
放射線作用于腫瘤細胞最主要的作用是造成DNA雙鏈斷裂。被照射后的腫瘤細胞，并非全部死亡，而是通過各種可能的機制修復損傷使細胞存活。其中同源重組和非同源重組（NHEJ）是DNA損傷修復機制中最主要的2條修復途徑，尤以NHEJ常見。它可以選擇特定的酶黏附在DNA損傷位點上，激活并修復DNA損傷和斷點，其中包括那些十分復雜的并不具有嚴格DNA同源性的斷端[10]。核苷酸切除修復、堿基切除修復、錯配修復等均在DNA損傷修復方面發揮著積極作用，其中堿基切除修復主要致力于修復小的DNA損傷[11]。目前，主要可從3個方面去降低DNA損傷修復效能：① 抑制DNA修復通路中的關鍵酶類，如NHEJ通路中的ku蛋白（ku70，ku86），DNA依賴蛋白酶的催化亞單位（DNA-PKcs）；堿基切除修復通路中的DNA聚合酶β（Pol β）等，導致DNA修復障礙，增加腫瘤細胞放射致死率。② 直接加重DNA損傷，緩沖機體修復能力，我們通常選擇放療同致DNA損傷類化學治療（化療）藥物聯用，如烷化劑、鉑類等。③ DNA損傷位點識別逃逸，使缺陷的DNA進入細胞有絲分裂，最終死亡。
1.3 調控細胞周期檢測，解除放療導致的細胞周期阻滯
電離輻射導致的DNA損傷信號一旦開啟，細胞要么暫時停滯在某時相贏得損傷修復時間導致放療抵抗，要么引起不可逆的生長停滯最終凋亡或是壞死。細胞周期檢測點蛋白的激活可引起系統的、有條不紊的連鎖反應進行損傷修復。其中“感受器”包括有RAD、BRCA、NBS1、ATM、細胞周期點激酶（CHK）“效應器”包括p53、p21、細胞周期蛋白依賴性激酶等[12]，若能阻斷連鎖反應，則可促進細胞凋亡，增強放射敏感性。
1.4 改善乏氧微環境，減弱治療抗拒
幾乎所有嚙齒動物原始腫瘤和人類移植瘤模型均存在乏氧細胞，在微小瘤和遠處轉移瘤中也如此。有實驗顯示，實體瘤中只要有10%～20%的乏氧腫瘤細胞的存在，就足以導致腫瘤乏氧微環境形成，產生放療抵抗[13]。其機制可能與以下2個方面有關。① 乏氧導致細胞代謝重組，誘導內環境酸化、觸發血管內皮細胞生長因子產生，刺激生成腫瘤微血管，增強腫瘤細胞的乏氧適應性，快速增殖[14]。② 乏氧區自由基產生減少，降低了腫瘤細胞殺傷率，還可上調NHEJ，增強細胞DNA修復能力，成為導致治療抗拒的主要原因[15]。所以緩解腫瘤區乏氧狀態對于提高腫瘤放射敏感性有舉足輕重的作用。為了彌補乏氧對放療的消極影響，許多臨床可行的措施不斷地得到驗證，從最初的專注于調整腫瘤細胞的氧合狀態，如小劑量分次照射、高壓氧治療、煙酰胺聯合碳合氣（氧和少量二氧化碳氣體的混合氣體）吸入等方式，逐漸轉變成集中發展化學藥物增敏劑，特別是靶向乏氧細胞增敏劑的發展[16]。
2 放射增敏劑
2.1 非靶向乏氧區放射增敏劑
2.1.1 鉑類
對于局部進展期頭頸部腫瘤臨床上使用的放射增敏劑來說，鉑類是迄今為止唯一具有Ⅰ類證據的放射增敏劑。順鉑為常用鉑類之一，它含有的鉑原子與嘌呤堿基的第7位氮原子共價連接，致使DNA單鏈內或雙鏈間的兩點交叉聯結，影響DNA復制和轉錄[17]。順鉑聯合放療已經在頭頸部腫瘤、宮頸癌、肺癌的治療中取得良好的治療效果，可能與二者合用增加了DNA雙鏈斷裂形成幾率有關[18]。聯合運用順鉑和伽瑪刀治療人類結腸癌細胞HCT116的研究顯示，高濃度（大于半抑制濃度）順鉑與放療起協同作用，反之顯示出拮抗作用，盡管人們目前對這一機制尚未明確，但是這項研究清楚地顯示出控制增敏藥物濃度至關重要[10]。有研究發現，先用不同濃度的順鉑、卡鉑、奧沙利鉑讓細胞產生不同程度的DNA損傷，再接受10 eV/10 keV的照射，結果顯示，放射加鉑類造成的有DNA雙鏈斷裂形成的細胞數量，約是單用鉑類藥物的3倍[19]。這項研究表明，鉑類的增敏作用多是直接損傷DNA造成，而不是由于抑制了DNA損傷修復，其中卡鉑被認為是優于順鉑的選擇。
2.1.2 氟尿嘧啶（5-Fu）
5-Fu是結直腸癌、乳腺癌、胰腺癌等實體腫瘤治療中常用的抗代謝化療藥物，它是尿嘧啶5位上的氫被氟取代形成的衍生物，能抑制核酸代謝途徑中的相關酶類。研究表明，5-Fu的放射增敏作用可能與2種機制有關，一是消耗脫氧核苷酸，抑制DNA合成；二是直接產生DNA雙鏈斷裂[10]。前者主要是由于5-Fu被認為是細胞內胸腺嘧啶核苷酸合酶的自殺性抑制因子，顯著降低了細胞內dTTP（一種合成DNA聚合酶的必需原料）水平，影響DNA復制和修復。后者可能是由于5-Fu能夠轉化成三磷酸核苷類似物，在S期整合入DNA中，被機體誤認為尿嘧啶U或者是尿嘧啶DNA糖基酶（UDG）造成。值得注意的是，5-Fu無論是單用還是與放療聯用，均可產生較嚴重的胃腸道反應和骨髓抑制。在一項關于HT-29的體外研究中顯示，在低氧條件下，5-Fu的2，4二硝基苯基氨基一系列衍生物A-F（它們間僅有亞甲基數目的不同），均顯示出較高的細胞毒性和放射增敏活性，且具有時間和濃度依賴性，這為進一步探求出對正常組織低毒甚至無毒的5-Fu類放射增敏劑提供了依據[20]。
2.1.3 組蛋白脫乙酰化抑制劑
染色體重組是DNA損傷反應中的關鍵步驟，組蛋白的翻譯后修飾（特別是組蛋白乙酰化）通過識別細胞損傷信號，修復細胞損傷和調節細胞周期檢測點在染色體重組中發揮著重要的作用[21]。組蛋白乙酰化是由相互拮抗的組蛋白乙酰基轉移酶（HAT）和組蛋白脫乙酰基酶（HDAC）決定，若組蛋白乙酰化異常，將會導致腫瘤細胞有絲分裂障礙，促進細胞凋亡。伏立諾他，第一個HDAC抑制劑，在多種腫瘤中表現出放療增敏作用，其機制可能與抑制DNA復制有關[22-23]。此外HDAC抑制劑也被發現能夠誘導細胞分化凋亡或者出現細胞周期停滯[24]。現已證明多種天然化合物比如山竹子素、姜黃素、漆樹酸都有HAT抑制作用，在體外實驗中均表現出放射活性[25-27]。C646，一種選擇性HAT小分子抑制劑，能夠抑制CHK1 磷酸化，解除細胞周期阻滯，被發現能夠增強非小細胞肺癌細胞A549的放射效應[28]。
2.1.4 二磷酸腺苷核糖聚合酶（PARP）抑制劑
PARP是一種核內蛋白，能快速檢測出各式DNA損傷，尤其是DNA單鏈損傷，促進合成二磷酸腺苷核糖多聚鏈，并向XRCC1（一種DNA修復酶）、Pol β、DNA連接酶Ⅲ等傳遞損傷信號，激活機體中不同機制的修復通路。該反應利用NAD+作為底物，形成尼克酰胺和二磷酸腺苷核糖聚合物。在某些情況下，PARP的過表達還會迅速增加NAD+裂解，導致細胞凋亡或自我吞噬[29]。無論如何，PARP的DNA損傷信號傳導功能已經在放療增敏中得到應用，即抑制PARP活性，逃避機體對DNA損傷的檢測，進而降低DNA修復效能。第一類PARP抑制劑為尼克酰胺類似物——苯甲酰胺類。遺憾的是，苯甲酰胺類的PARP抑制作用非常微弱，因此必須使用高濃度的藥物才能夠達到相應的藥理效應，間接增加了它的毒副作用，所以研究人員一直在致力于研發高效無毒的PARP抑制劑，其中有幾種藥物已經作為放療增敏劑進入臨床試驗。如奧拉帕尼（AZD2281），已在多種腫瘤細胞中表現出放射增敏作用，其劑量增強效應達到僅用放療的1.7倍[30]，且奧拉帕尼在小鼠肺癌移植瘤模型中也表現出放射增敏作用[31]。有研究顯示，MK-4827，作為一種新型PARP-1抑制劑，在小鼠肺移植瘤模型和小鼠乳腺移植瘤模型中，均能顯著提高腫瘤的放射效應[32]。
2.1.5 細胞周期檢測點蛋白抑制劑
各種原因引起的細胞DNA損傷，幾乎均可激活細胞周期檢測點蛋白CHK1和CHK2發揮S期和G2期檢測點功能[33]。有研究指出CHK2參與衰老過程，與端粒縮短和DNA損傷有關[34]。CHK1性質不穩，在DNA損傷發生后，主要被磷酸化蛋白Ser317和Ser345激活[35-36]。已有研究指出，CHK1是合適的消除G2期阻滯的靶點。亦有研究發現，利用短發夾RNA技術敲除CHK1可以增加惡性膠質母細胞瘤的放射敏感性[37]。AZD7762，一種新型CHK1抑制劑，它不僅能解除放療導致的G2/M期阻滯，還能增加放射損傷細胞中γH2AX和RAD51蛋白的表達，影響細胞損傷修復。在體內體外的試驗中，均被證明對p53突變型T47D 乳腺惡性腫瘤細胞有放射增敏效果[38]。
2.2 靶向乏氧區放射增敏劑
2.2.1 生物還原前體藥物
生物還原前體藥物，是一種靶向乏氧細胞殺滅劑，對含氧正常的細胞是相對無毒的。這類化合物可分為3類：醌類，硝基芳香類及含氮雜環類。絲裂霉素C作為醌類的代表藥物，已在臨床上使用多年，能增加頭頸部鱗癌的放療敏感性，但其對富氧細胞和乏氧細胞的殺傷作用并無明顯區別。替扎拉明是含氮雜環化合物的代表藥物，在頭頸部和肺部惡性腫瘤的Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗中顯示，可結合放療或順鉑化療使患者獲益[39]。目前在替扎拉明的碳原子上引入供電子基團形成的衍生物被證實具有血管外轉運途徑，大大提高了腫瘤細胞中的藥物濃度[40]。2-硝基咪唑-5-甲基磷酰胺（TH-302）是一類非手性氨基磷酸酯芥的前體物，多種動物移植瘤模型研究顯示，TH-302無論單用[41]，還是與化療[41]、放療[42]聯合使用，均具有較高的抗癌活性。
2.2.2 影響細胞糖代謝的藥物
一般說來，腫瘤細胞的生長往往需要更多的葡萄糖供給能量，雖然糖酵解途徑大多數由p53、myc和缺氧誘導因子1α等信號因子參與調節[43]，但是有實驗證明，抑制三磷酸腺苷的生成，將會使缺氧細胞更容易受到損傷，所以抑制糖酵解是一種可能的抗腫瘤機制[44]。首先受到關注的是2-脫氧-D-葡萄糖，它在磷酸化后可抑制己糖激酶在線粒體中的作用，已有一些相關的Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗正在進行，但還未見相關報道信息[16]。此外，研究還發現，腫瘤細胞高代謝與葡萄糖轉運蛋白（GLUT）-1的異常高表達有關[45]。雖然目前已經有多種GLUT抑制劑被報道，但大多作用機制復雜，并未選擇性針對GLUT-1，所以GLUT-1的靶向抑制劑可以成為進一步研究熱點。葡磷酰胺D 19575，是由B-D-葡萄糖和異磷酰胺氮芥形成的復合物，可借助GLUT-1作用進入細胞內，其對肉瘤的放療增敏作用已在進一步研究中[46]。
3 新興放射增敏措施
3.1 免疫制劑聯合放療
傳統抗癌治療往往毒性反應嚴重，免疫治療利用免疫系統識別腫瘤細胞表面特異性抗原表達，提供一種靶向性強的低毒性治療途徑，但是單獨使用腫瘤免疫治療效果往往差強人意，可能與抗癌治療本身對機體免疫的抑制和腫瘤微環境對機體免疫因子的消耗有關。但是研究發現，免疫治療和放療合用可產生令人驚奇的“遠位效應”，即放射野外腫瘤遠處轉移病灶，同放射野內局部病灶一樣，也會出現縮小[47]。其機制主要有2個方面，首先放射可改變腫瘤細胞表型并產生“熱休克蛋白”等危險信號激活樹突細胞[48]，相當于提供了腫瘤抗原。其次，腫瘤細胞死亡時釋放眾多危險信號及相關抗原，相當于腫瘤細胞本身作為一種“自體原位疫苗”誘發機體免疫應答[49-50]。目前可通過單克隆抗體傳遞治療性放射性核素和腫瘤疫苗的方式精確腫瘤細胞免疫定位和增強放療效果[51-52]。如今，在宮頸癌、前列腺癌、肝癌和轉移性腎癌的研究中，均顯示出放射聯合疫苗治療能夠提高放療反應率[53-58]，但是二者聯合的最佳時機以及免疫制劑的劑量等均需要進一步的探討。
3.2 與放射相關的微小RNA（miRNA）
研究顯示，放療能夠改變細胞基因表達，后者反過來又引起細胞放射生物學的改變[59]。miRNA可通過與靶基因信使RNA（mRNA）堿基配對，降解或阻礙mRNA翻譯，參與細胞增殖分化、凋亡以及腫瘤的發生等過程[60-61]。根據miRNA結合的mRNA性質的不同，miRNA的功能既可以同于癌基因，也可以同于抑癌基因[62]。所以如果能抑制具有癌基因性質的miRNA或恢復有抑癌功能的miRNA ，將為腫瘤治療提供新的策略[63]。放療導致的DNA損傷會激活細胞周期下游效應器CHK1，參與DNA損傷修復及細胞周期調控。miR-185為細胞周期調控相關激酶的共同靶點，它的高表達會抑制CHK1活化，并且減低細胞增殖調控蛋白Cdc42、RhoA和Six1的表達，促進腫瘤細胞凋亡，抑制細胞復制，增強放射敏感性[64]。
3.3 黃金納米粒子（GNP）
GNP是近年來發現的一種新的具有雙重功能的化合物，它體積小，穿透力強，不僅可以攜帶不同功能的基團靶向定位于腫瘤細胞，還可以在腫瘤細胞內長期駐留，加強放射產生的自由基效應，提高放療反應性。原理可能與其自身強烈的光電吸收效應有關[65]。也有研究發現，GNP容易使細胞停滯在放射最敏感的時相G2/M期。不過這些機制均需要更多的數據支持。GNP可以運載不同功能的基團，如聚乙二醇、巰基、多肽、抗體等，這些不同功能的基團賦予了GNP不同的特性[66]。有研究發現，在惡性腦膠質瘤的小鼠移植瘤模型中，對小鼠行靜脈注射聚乙二醇化的GNP處理后再行放療，小鼠的生存率提高[67]。由于生物技術的發展，充分利用納米技術的優勢已成為可能，腫瘤的納米治療技術將會是腫瘤治療進一步研究熱點。
4 結語
目前人們對于腫瘤發生發展機制的認識已經取得了顯著的進步，但是FDA新批準的可以用于臨床且有效的化療藥物十分稀少，所以放療在腫瘤治療中仍應用廣泛，努力提高放療療效依舊是腫瘤科醫生不變的追求。盡管如今探求出的提高放射敏感性的機制和藥物逐年增加，但是放射增敏劑，特別是腫瘤選擇性差者的毒副作用，不僅限制了臨床使用療效，還大大增加了正常組織損傷癌變的幾率。除了前文介紹的相關制劑之外，可替代氧作用的氧分子模擬劑、抑制腫瘤乏氧微環境產生的乏氧誘導因子抑制劑和針對腫瘤畸形脈管系統的抗血管生成劑、基因治療等均投入研究中，但是由于它們大多優勢單一，要么藥物自身細胞毒性大，要么選擇性低或者價格昂貴，臨床上并未廣泛使用。所以尋找安全經濟且可區分腫瘤組織和正常組織的“智能型”放射增敏物質十分迫切且必要。目前，我們可以考慮結合多項技術優勢，綜合使用各項放射增敏措施。例如我們可借助用于患者分層的預測工具，像正電子發射計算機斷層顯像等技術，從功能上了解機體缺氧程度，并結合腫瘤和患者的基因分析，針對不同的細胞表型，對患者進行分層，使靶向治療不僅僅是針對某一類疾病的治療，而是實現真正意義上的針對某一個人的個體化治療[68]。此外，尋找保護放射區域周圍正常組織或者緩沖放療細胞毒性的物質，增加患者對放療的耐受，降低致癌損傷的暴露，減少放射引起的繼發腫瘤產生，也不失為一種有效的間接提高放射敏感性的途徑，具有廣闊的研發空間。
放射治療（放療）是利用不同能量的射線治療惡性腫瘤的一種局部治療手段，約50%的惡性腫瘤患者會接受不同形式的放療[1]。一方面，放射線使細胞中的水裂解，產生氧自由基，破壞細胞DNA的化學鍵，導致細胞凋亡；另一方面，它能氧化細胞膜脂質雙分子層，損傷線粒體，產生附加的氧化應激效應[2-5]。眾所周知，隨著現代醫學的發展和人民生活水平的提高，患者對腫瘤治療療效和自身生存質量提出了更高的要求，在過去的二三十年里，精確放療技術的發展，確實提高了放療療效，減少了放射線對腫瘤周圍正常組織的損害，但是仍有不少的惡性腫瘤患者承受著局部復發和放療毒副作用的折磨[6]。為了獲得既可最大程度摧毀腫瘤細胞，又能把對腫瘤周圍正常組織傷害降至最低的放射劑量，增加腫瘤局部控制率，提高腫瘤放射敏感性，放射增敏劑這一概念被提出。它的作用在于可不增加放射劑量，提高放療療效和治療增益比[7]。現對放射增敏的機制和放射增敏劑的近期研究進展綜述如下。
1 放射增敏機制
1.1 促進腫瘤細胞凋亡，直接增加放療獲益
腫瘤細胞的無限增殖是凋亡受抑制的結果[8]，所以選擇性地誘導腫瘤細胞凋亡似乎是增加放療效果最直接的途徑。細胞凋亡過程途徑各異，機制復雜，凋亡蛋白和凋亡抑制蛋白相互制衡，發揮著重要作用。所以，我們既可通過促進凋亡蛋白如半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶類的活性，也可通過抑制凋亡抑制蛋白家族的表達來提高腫瘤細胞凋亡率。其次，早在1960年，就有研究指出細胞周期G2期和M期放射敏感性最高，因此可使用傳統化療藥物，如多柔比星、紫杉醇等造成細胞G2/M期阻滯，增加放療療效[9]。
1.2 降低腫瘤細胞DNA修復效能，增加放射敏感性
放射線作用于腫瘤細胞最主要的作用是造成DNA雙鏈斷裂。被照射后的腫瘤細胞，并非全部死亡，而是通過各種可能的機制修復損傷使細胞存活。其中同源重組和非同源重組（NHEJ）是DNA損傷修復機制中最主要的2條修復途徑，尤以NHEJ常見。它可以選擇特定的酶黏附在DNA損傷位點上，激活并修復DNA損傷和斷點，其中包括那些十分復雜的并不具有嚴格DNA同源性的斷端[10]。核苷酸切除修復、堿基切除修復、錯配修復等均在DNA損傷修復方面發揮著積極作用，其中堿基切除修復主要致力于修復小的DNA損傷[11]。目前，主要可從3個方面去降低DNA損傷修復效能：① 抑制DNA修復通路中的關鍵酶類，如NHEJ通路中的ku蛋白（ku70，ku86），DNA依賴蛋白酶的催化亞單位（DNA-PKcs）；堿基切除修復通路中的DNA聚合酶β（Pol β）等，導致DNA修復障礙，增加腫瘤細胞放射致死率。② 直接加重DNA損傷，緩沖機體修復能力，我們通常選擇放療同致DNA損傷類化學治療（化療）藥物聯用，如烷化劑、鉑類等。③ DNA損傷位點識別逃逸，使缺陷的DNA進入細胞有絲分裂，最終死亡。
1.3 調控細胞周期檢測，解除放療導致的細胞周期阻滯
電離輻射導致的DNA損傷信號一旦開啟，細胞要么暫時停滯在某時相贏得損傷修復時間導致放療抵抗，要么引起不可逆的生長停滯最終凋亡或是壞死。細胞周期檢測點蛋白的激活可引起系統的、有條不紊的連鎖反應進行損傷修復。其中“感受器”包括有RAD、BRCA、NBS1、ATM、細胞周期點激酶（CHK）“效應器”包括p53、p21、細胞周期蛋白依賴性激酶等[12]，若能阻斷連鎖反應，則可促進細胞凋亡，增強放射敏感性。
1.4 改善乏氧微環境，減弱治療抗拒
幾乎所有嚙齒動物原始腫瘤和人類移植瘤模型均存在乏氧細胞，在微小瘤和遠處轉移瘤中也如此。有實驗顯示，實體瘤中只要有10%～20%的乏氧腫瘤細胞的存在，就足以導致腫瘤乏氧微環境形成，產生放療抵抗[13]。其機制可能與以下2個方面有關。① 乏氧導致細胞代謝重組，誘導內環境酸化、觸發血管內皮細胞生長因子產生，刺激生成腫瘤微血管，增強腫瘤細胞的乏氧適應性，快速增殖[14]。② 乏氧區自由基產生減少，降低了腫瘤細胞殺傷率，還可上調NHEJ，增強細胞DNA修復能力，成為導致治療抗拒的主要原因[15]。所以緩解腫瘤區乏氧狀態對于提高腫瘤放射敏感性有舉足輕重的作用。為了彌補乏氧對放療的消極影響，許多臨床可行的措施不斷地得到驗證，從最初的專注于調整腫瘤細胞的氧合狀態，如小劑量分次照射、高壓氧治療、煙酰胺聯合碳合氣（氧和少量二氧化碳氣體的混合氣體）吸入等方式，逐漸轉變成集中發展化學藥物增敏劑，特別是靶向乏氧細胞增敏劑的發展[16]。
2 放射增敏劑
2.1 非靶向乏氧區放射增敏劑
2.1.1 鉑類
對于局部進展期頭頸部腫瘤臨床上使用的放射增敏劑來說，鉑類是迄今為止唯一具有Ⅰ類證據的放射增敏劑。順鉑為常用鉑類之一，它含有的鉑原子與嘌呤堿基的第7位氮原子共價連接，致使DNA單鏈內或雙鏈間的兩點交叉聯結，影響DNA復制和轉錄[17]。順鉑聯合放療已經在頭頸部腫瘤、宮頸癌、肺癌的治療中取得良好的治療效果，可能與二者合用增加了DNA雙鏈斷裂形成幾率有關[18]。聯合運用順鉑和伽瑪刀治療人類結腸癌細胞HCT116的研究顯示，高濃度（大于半抑制濃度）順鉑與放療起協同作用，反之顯示出拮抗作用，盡管人們目前對這一機制尚未明確，但是這項研究清楚地顯示出控制增敏藥物濃度至關重要[10]。有研究發現，先用不同濃度的順鉑、卡鉑、奧沙利鉑讓細胞產生不同程度的DNA損傷，再接受10 eV/10 keV的照射，結果顯示，放射加鉑類造成的有DNA雙鏈斷裂形成的細胞數量，約是單用鉑類藥物的3倍[19]。這項研究表明，鉑類的增敏作用多是直接損傷DNA造成，而不是由于抑制了DNA損傷修復，其中卡鉑被認為是優于順鉑的選擇。
2.1.2 氟尿嘧啶（5-Fu）
5-Fu是結直腸癌、乳腺癌、胰腺癌等實體腫瘤治療中常用的抗代謝化療藥物，它是尿嘧啶5位上的氫被氟取代形成的衍生物，能抑制核酸代謝途徑中的相關酶類。研究表明，5-Fu的放射增敏作用可能與2種機制有關，一是消耗脫氧核苷酸，抑制DNA合成；二是直接產生DNA雙鏈斷裂[10]。前者主要是由于5-Fu被認為是細胞內胸腺嘧啶核苷酸合酶的自殺性抑制因子，顯著降低了細胞內dTTP（一種合成DNA聚合酶的必需原料）水平，影響DNA復制和修復。后者可能是由于5-Fu能夠轉化成三磷酸核苷類似物，在S期整合入DNA中，被機體誤認為尿嘧啶U或者是尿嘧啶DNA糖基酶（UDG）造成。值得注意的是，5-Fu無論是單用還是與放療聯用，均可產生較嚴重的胃腸道反應和骨髓抑制。在一項關于HT-29的體外研究中顯示，在低氧條件下，5-Fu的2，4二硝基苯基氨基一系列衍生物A-F（它們間僅有亞甲基數目的不同），均顯示出較高的細胞毒性和放射增敏活性，且具有時間和濃度依賴性，這為進一步探求出對正常組織低毒甚至無毒的5-Fu類放射增敏劑提供了依據[20]。
2.1.3 組蛋白脫乙酰化抑制劑
染色體重組是DNA損傷反應中的關鍵步驟，組蛋白的翻譯后修飾（特別是組蛋白乙酰化）通過識別細胞損傷信號，修復細胞損傷和調節細胞周期檢測點在染色體重組中發揮著重要的作用[21]。組蛋白乙酰化是由相互拮抗的組蛋白乙酰基轉移酶（HAT）和組蛋白脫乙酰基酶（HDAC）決定，若組蛋白乙酰化異常，將會導致腫瘤細胞有絲分裂障礙，促進細胞凋亡。伏立諾他，第一個HDAC抑制劑，在多種腫瘤中表現出放療增敏作用，其機制可能與抑制DNA復制有關[22-23]。此外HDAC抑制劑也被發現能夠誘導細胞分化凋亡或者出現細胞周期停滯[24]。現已證明多種天然化合物比如山竹子素、姜黃素、漆樹酸都有HAT抑制作用，在體外實驗中均表現出放射活性[25-27]。C646，一種選擇性HAT小分子抑制劑，能夠抑制CHK1 磷酸化，解除細胞周期阻滯，被發現能夠增強非小細胞肺癌細胞A549的放射效應[28]。
2.1.4 二磷酸腺苷核糖聚合酶（PARP）抑制劑
PARP是一種核內蛋白，能快速檢測出各式DNA損傷，尤其是DNA單鏈損傷，促進合成二磷酸腺苷核糖多聚鏈，并向XRCC1（一種DNA修復酶）、Pol β、DNA連接酶Ⅲ等傳遞損傷信號，激活機體中不同機制的修復通路。該反應利用NAD+作為底物，形成尼克酰胺和二磷酸腺苷核糖聚合物。在某些情況下，PARP的過表達還會迅速增加NAD+裂解，導致細胞凋亡或自我吞噬[29]。無論如何，PARP的DNA損傷信號傳導功能已經在放療增敏中得到應用，即抑制PARP活性，逃避機體對DNA損傷的檢測，進而降低DNA修復效能。第一類PARP抑制劑為尼克酰胺類似物——苯甲酰胺類。遺憾的是，苯甲酰胺類的PARP抑制作用非常微弱，因此必須使用高濃度的藥物才能夠達到相應的藥理效應，間接增加了它的毒副作用，所以研究人員一直在致力于研發高效無毒的PARP抑制劑，其中有幾種藥物已經作為放療增敏劑進入臨床試驗。如奧拉帕尼（AZD2281），已在多種腫瘤細胞中表現出放射增敏作用，其劑量增強效應達到僅用放療的1.7倍[30]，且奧拉帕尼在小鼠肺癌移植瘤模型中也表現出放射增敏作用[31]。有研究顯示，MK-4827，作為一種新型PARP-1抑制劑，在小鼠肺移植瘤模型和小鼠乳腺移植瘤模型中，均能顯著提高腫瘤的放射效應[32]。
2.1.5 細胞周期檢測點蛋白抑制劑
各種原因引起的細胞DNA損傷，幾乎均可激活細胞周期檢測點蛋白CHK1和CHK2發揮S期和G2期檢測點功能[33]。有研究指出CHK2參與衰老過程，與端粒縮短和DNA損傷有關[34]。CHK1性質不穩，在DNA損傷發生后，主要被磷酸化蛋白Ser317和Ser345激活[35-36]。已有研究指出，CHK1是合適的消除G2期阻滯的靶點。亦有研究發現，利用短發夾RNA技術敲除CHK1可以增加惡性膠質母細胞瘤的放射敏感性[37]。AZD7762，一種新型CHK1抑制劑，它不僅能解除放療導致的G2/M期阻滯，還能增加放射損傷細胞中γH2AX和RAD51蛋白的表達，影響細胞損傷修復。在體內體外的試驗中，均被證明對p53突變型T47D 乳腺惡性腫瘤細胞有放射增敏效果[38]。
2.2 靶向乏氧區放射增敏劑
2.2.1 生物還原前體藥物
生物還原前體藥物，是一種靶向乏氧細胞殺滅劑，對含氧正常的細胞是相對無毒的。這類化合物可分為3類：醌類，硝基芳香類及含氮雜環類。絲裂霉素C作為醌類的代表藥物，已在臨床上使用多年，能增加頭頸部鱗癌的放療敏感性，但其對富氧細胞和乏氧細胞的殺傷作用并無明顯區別。替扎拉明是含氮雜環化合物的代表藥物，在頭頸部和肺部惡性腫瘤的Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗中顯示，可結合放療或順鉑化療使患者獲益[39]。目前在替扎拉明的碳原子上引入供電子基團形成的衍生物被證實具有血管外轉運途徑，大大提高了腫瘤細胞中的藥物濃度[40]。2-硝基咪唑-5-甲基磷酰胺（TH-302）是一類非手性氨基磷酸酯芥的前體物，多種動物移植瘤模型研究顯示，TH-302無論單用[41]，還是與化療[41]、放療[42]聯合使用，均具有較高的抗癌活性。
2.2.2 影響細胞糖代謝的藥物
一般說來，腫瘤細胞的生長往往需要更多的葡萄糖供給能量，雖然糖酵解途徑大多數由p53、myc和缺氧誘導因子1α等信號因子參與調節[43]，但是有實驗證明，抑制三磷酸腺苷的生成，將會使缺氧細胞更容易受到損傷，所以抑制糖酵解是一種可能的抗腫瘤機制[44]。首先受到關注的是2-脫氧-D-葡萄糖，它在磷酸化后可抑制己糖激酶在線粒體中的作用，已有一些相關的Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗正在進行，但還未見相關報道信息[16]。此外，研究還發現，腫瘤細胞高代謝與葡萄糖轉運蛋白（GLUT）-1的異常高表達有關[45]。雖然目前已經有多種GLUT抑制劑被報道，但大多作用機制復雜，并未選擇性針對GLUT-1，所以GLUT-1的靶向抑制劑可以成為進一步研究熱點。葡磷酰胺D 19575，是由B-D-葡萄糖和異磷酰胺氮芥形成的復合物，可借助GLUT-1作用進入細胞內，其對肉瘤的放療增敏作用已在進一步研究中[46]。
3 新興放射增敏措施
3.1 免疫制劑聯合放療
傳統抗癌治療往往毒性反應嚴重，免疫治療利用免疫系統識別腫瘤細胞表面特異性抗原表達，提供一種靶向性強的低毒性治療途徑，但是單獨使用腫瘤免疫治療效果往往差強人意，可能與抗癌治療本身對機體免疫的抑制和腫瘤微環境對機體免疫因子的消耗有關。但是研究發現，免疫治療和放療合用可產生令人驚奇的“遠位效應”，即放射野外腫瘤遠處轉移病灶，同放射野內局部病灶一樣，也會出現縮小[47]。其機制主要有2個方面，首先放射可改變腫瘤細胞表型并產生“熱休克蛋白”等危險信號激活樹突細胞[48]，相當于提供了腫瘤抗原。其次，腫瘤細胞死亡時釋放眾多危險信號及相關抗原，相當于腫瘤細胞本身作為一種“自體原位疫苗”誘發機體免疫應答[49-50]。目前可通過單克隆抗體傳遞治療性放射性核素和腫瘤疫苗的方式精確腫瘤細胞免疫定位和增強放療效果[51-52]。如今，在宮頸癌、前列腺癌、肝癌和轉移性腎癌的研究中，均顯示出放射聯合疫苗治療能夠提高放療反應率[53-58]，但是二者聯合的最佳時機以及免疫制劑的劑量等均需要進一步的探討。
3.2 與放射相關的微小RNA（miRNA）
研究顯示，放療能夠改變細胞基因表達，后者反過來又引起細胞放射生物學的改變[59]。miRNA可通過與靶基因信使RNA（mRNA）堿基配對，降解或阻礙mRNA翻譯，參與細胞增殖分化、凋亡以及腫瘤的發生等過程[60-61]。根據miRNA結合的mRNA性質的不同，miRNA的功能既可以同于癌基因，也可以同于抑癌基因[62]。所以如果能抑制具有癌基因性質的miRNA或恢復有抑癌功能的miRNA ，將為腫瘤治療提供新的策略[63]。放療導致的DNA損傷會激活細胞周期下游效應器CHK1，參與DNA損傷修復及細胞周期調控。miR-185為細胞周期調控相關激酶的共同靶點，它的高表達會抑制CHK1活化，并且減低細胞增殖調控蛋白Cdc42、RhoA和Six1的表達，促進腫瘤細胞凋亡，抑制細胞復制，增強放射敏感性[64]。
3.3 黃金納米粒子（GNP）
GNP是近年來發現的一種新的具有雙重功能的化合物，它體積小，穿透力強，不僅可以攜帶不同功能的基團靶向定位于腫瘤細胞，還可以在腫瘤細胞內長期駐留，加強放射產生的自由基效應，提高放療反應性。原理可能與其自身強烈的光電吸收效應有關[65]。也有研究發現，GNP容易使細胞停滯在放射最敏感的時相G2/M期。不過這些機制均需要更多的數據支持。GNP可以運載不同功能的基團，如聚乙二醇、巰基、多肽、抗體等，這些不同功能的基團賦予了GNP不同的特性[66]。有研究發現，在惡性腦膠質瘤的小鼠移植瘤模型中，對小鼠行靜脈注射聚乙二醇化的GNP處理后再行放療，小鼠的生存率提高[67]。由于生物技術的發展，充分利用納米技術的優勢已成為可能，腫瘤的納米治療技術將會是腫瘤治療進一步研究熱點。
4 結語
目前人們對于腫瘤發生發展機制的認識已經取得了顯著的進步，但是FDA新批準的可以用于臨床且有效的化療藥物十分稀少，所以放療在腫瘤治療中仍應用廣泛，努力提高放療療效依舊是腫瘤科醫生不變的追求。盡管如今探求出的提高放射敏感性的機制和藥物逐年增加，但是放射增敏劑，特別是腫瘤選擇性差者的毒副作用，不僅限制了臨床使用療效，還大大增加了正常組織損傷癌變的幾率。除了前文介紹的相關制劑之外，可替代氧作用的氧分子模擬劑、抑制腫瘤乏氧微環境產生的乏氧誘導因子抑制劑和針對腫瘤畸形脈管系統的抗血管生成劑、基因治療等均投入研究中，但是由于它們大多優勢單一，要么藥物自身細胞毒性大，要么選擇性低或者價格昂貴，臨床上并未廣泛使用。所以尋找安全經濟且可區分腫瘤組織和正常組織的“智能型”放射增敏物質十分迫切且必要。目前，我們可以考慮結合多項技術優勢，綜合使用各項放射增敏措施。例如我們可借助用于患者分層的預測工具，像正電子發射計算機斷層顯像等技術，從功能上了解機體缺氧程度，并結合腫瘤和患者的基因分析，針對不同的細胞表型，對患者進行分層，使靶向治療不僅僅是針對某一類疾病的治療，而是實現真正意義上的針對某一個人的個體化治療[68]。此外，尋找保護放射區域周圍正常組織或者緩沖放療細胞毒性的物質，增加患者對放療的耐受，降低致癌損傷的暴露，減少放射引起的繼發腫瘤產生，也不失為一種有效的間接提高放射敏感性的途徑，具有廣闊的研發空間。