胡智慧 綜述 張 靜 審校

放射治療是肺癌的重要治療方式，然而有5%～30%的放射性肺損傷(Radiation-induced lung injury，RILI)發(fā)生率，嚴(yán)重影響了放射治療的實(shí)施[1-2]。既往研究證實(shí)了RILI與多種因素有關(guān)，如KPS狀態(tài)評(píng)分、性別、吸煙狀況、慢性肺部疾病、手術(shù)以及化療等[3-7]；另外，治療計(jì)劃中的劑量學(xué)參數(shù)，如接受20 Gy輻射劑量的肺體積(V20)和平均肺劑量(Mean lung dose，MLD)，為RILI發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)提供指導(dǎo)[8-9]。但僅考慮這些因素不足以評(píng)估RILI的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。近年來，越來越多的證據(jù)支持放射性肺損傷的遺傳易感性假說。

單核苷酸多態(tài)性(Single nucleotide polymorphism，SNP)主要是指在基因組水平由單個(gè)核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性。DNA修復(fù)基因中的SNPs通過改變編碼蛋白質(zhì)的氨基酸組成，從而改變蛋白質(zhì)功能和個(gè)體修復(fù)受損DNA的能力。本文總結(jié)近年放射性肺損傷與SNP關(guān)系的多項(xiàng)研究，為SNP預(yù)測(cè)放射性肺損傷發(fā)生提供依據(jù)。

1 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(Transforming growth factor β1，TGF-β1)是第一個(gè)被確認(rèn)的RILI敏感性基因[10]。TGF-β1及其通路中的蛋白對(duì)輻射毒性有顯著影響。既往研究顯示放療結(jié)束后TGF-β1水平與RILI的發(fā)生有關(guān)，放療結(jié)束后4周TGF-β1仍高于正常值的患者發(fā)生RILI的幾率增加，而血漿TGF-β1恢復(fù)正常水平的患者常不發(fā)生RILI。Yuan等[11]發(fā)現(xiàn)TGF-β1通路基因的遺傳變異可能與肺、心臟、食管的放射性毒性有關(guān)。TGF-β1的rs1800469：C509TCT或TT等位基因攜帶者的放射性食管炎(P=0.019)及放射性胸壁反應(yīng)(P=0.009)明顯低于TGF-β1等位基因CC的患者。且發(fā)現(xiàn)TGF-β1 rs1982073(T869C)CT或CC基因型的患者，在非小細(xì)胞肺癌放療發(fā)生3級(jí)RILI風(fēng)險(xiǎn)較TT基因型低(HR=0.390，95%CI：0.197～0.774，P=0.007)，尤其是在MLD<20 Gy或V20<30%的患者中。Shen等[12]發(fā)表的一篇Meta分析結(jié)果表明，TGF-β1的rs192073(T869C)單核苷酸多態(tài)性與RILI風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，G915C多態(tài)性與RILI風(fēng)險(xiǎn)無關(guān)。Niu等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)肺癌患者中TGF-β1 rs1146634AG/GG基因型發(fā)生≥3級(jí)RILI的風(fēng)險(xiǎn)增加(HR=2.264，95%CI：1.126～4.552，P=0.022)。

2 DNA修復(fù)相關(guān)基因

2.1 XRCC家族

在哺乳動(dòng)物中已鑒定出四種不同的DNA修復(fù)機(jī)制：堿基切除修復(fù)(Base excision repair，BER)、核苷酸切除修復(fù)(Nucleotide excision repair，NER)、DNA錯(cuò)配修復(fù)(Mismatch repair，MMR)和單鏈斷裂修復(fù)(Single strand break repair，SSBS)[14]。人類X線修復(fù)交叉互補(bǔ)基因(X-ray repair complementing defective repair in Chinese hamster cells，XRCC)是堿基切除修復(fù)/單鏈斷裂修復(fù)系統(tǒng)中重要DNA修復(fù)基因，參與電離輻射所致DNA損傷后單鏈斷裂修復(fù)。在XRCC家族中，XRCC1、XRCC2、XRCC3、XRCC4、XRCC5在癌癥中經(jīng)常被研究。Kelsey等[15]通過前瞻性研究，觀察到XRCC1外顯子10rs2548SNP與放射敏感性之間的關(guān)聯(lián)。信使RNA的1316位置G(鳥嘌呤)代替A(腺嘌呤)，導(dǎo)致在399位的氨基酸改變(谷氨酰胺轉(zhuǎn)為精氨酸)。而且發(fā)現(xiàn)等位基因?yàn)镚的患者對(duì)放射線輻射更敏感。Yin等[16]觀察到，在糾正潛在混雜因素后，XRCC1 Q399R基因型為AA較GG的非小細(xì)胞肺癌患者發(fā)生放射性肺炎風(fēng)險(xiǎn)降低(HR=0.48，P=0.041)。Yin等[17]發(fā)現(xiàn)XRCC1Q399R的基因多態(tài)性在≥2級(jí)的RILI中起著重要作用(XRCC1：AAvs. GGHR=0.48，95%CI：0.24～0.97，P=0.04)。Tucker等[18]研究顯示XRCC1、XRCC3的SNP與發(fā)生RILI密切相關(guān)，存在不利等位基因的患者在低MLD時(shí)即可能發(fā)生嚴(yán)重RILI。另有研究證實(shí)，不論在高加索人，還是在中國(guó)漢族患者中，堿基切除修復(fù)基因XRCC1的基因多態(tài)性均可預(yù)測(cè)RILI的風(fēng)險(xiǎn)[16，19-20]。XRCC2和XRCC3基因編碼RecA/Rad51相關(guān)蛋白家族的成員，參與雙鏈DNA斷裂(Double strand breaks，DSBS)的修復(fù)。既往研究表明，XRCC2中rs3218536與放療后的NSCLC患者的總生存率(Overall survival，OS)相關(guān)。Yin等[19]同時(shí)證實(shí)，XRCC4在rs6869366(1394G>T)片段中TT基因型的男性患者和XRCC5 rs3835(2408G>A)片段中AG/AA基因型的女性患者，在非小細(xì)胞肺癌放療后發(fā)生嚴(yán)重放射性肺炎的風(fēng)險(xiǎn)增加。使用XRCC家族基因的多態(tài)性作為個(gè)體化放射治療不良預(yù)后的預(yù)測(cè)，需要在系統(tǒng)的遺傳學(xué)研究中進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 多功能DNA修復(fù)酶1(Multifunctional DNA repair enzyme1，APEX1)

RILI是一種輻射引起的無菌炎癥反應(yīng)，其中涉及DNA修復(fù)和炎癥。APEX1是識(shí)別和切割放療所致受損DNA片段中嘌呤/嘧啶(AP)位點(diǎn)的主要酶，作用于輻射導(dǎo)致DNA損傷反應(yīng)的早期階段；另外作為重要的氧化還原調(diào)節(jié)劑，APEX1能夠在活性還原狀態(tài)下維持多個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子，如核因子-κB(Nuclear factor-κB，NF-κB)，通過氧化還原介導(dǎo)激活NF-κB驅(qū)動(dòng)的白介素8(IL-8)的表達(dá)，從而在炎癥反應(yīng)中起作用[21-22]。APEX1的氧化還原和AP核酸內(nèi)切酶活性分別位于N-末端127和C-末端157個(gè)氨基酸，rs1130409是APEX1第5外顯子的非同義SNP，位于AP內(nèi)切酶結(jié)構(gòu)域內(nèi)。天冬氨酸和谷氨酸的交換影響APEX1的線圈結(jié)構(gòu)，因此rs1130409(D148E)突變體相比野生型的修復(fù)活性低。輻射產(chǎn)生的DNA片段可以作為引起非感染性炎性反應(yīng)的損傷相關(guān)因子之一，DNA修復(fù)活性減少的APEX1突變體可增加RILI敏感性[23]。有研究報(bào)道APEX1中rs1130409(D148E)為以高加索人為主的混合群體中一個(gè)RILI易感位點(diǎn)[16](GGvs. TTHR=3.61，95%CI：1.64～7.93，P=0.001)。Li等[20]研究證實(shí)在漢族肺癌患者中，APEX1的rs1130409 GT基因型在RILI患者中明顯高于對(duì)照組(68.8%vs. 41.8%，P=0.025，OR=5.98)。攜帶G等位基因的肺癌患者比野生型TT基因型患者發(fā)生RILI風(fēng)險(xiǎn)高出5.83倍(OR=5.83，95%CI：1.27～26.90，P=0.024)。上述結(jié)論表明APEX1的單核苷酸多態(tài)性可能是RILI的一項(xiàng)危險(xiǎn)因素。

2.3 共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變基因(Ataxia-telangiectasia mutated gene，ATM)

ATM是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是由電離輻射或細(xì)胞毒性藥物誘導(dǎo)的DSBS招募和激活的重要DDR激酶和腫瘤抑制因子。在修復(fù)雙鏈DNA斷裂、控制細(xì)胞周期檢查點(diǎn)和放射敏感性方面起著至關(guān)重要的作用。ATM在腫瘤中經(jīng)常發(fā)生突變[23]，體內(nèi)和體外研究均證明ATM基因雜合性低表達(dá)的突變體具有高放射敏感性。部分單中心研究表明ATMrs189037(G>A)可作為監(jiān)測(cè)非小細(xì)胞肺癌放療后放射性肺損傷的風(fēng)險(xiǎn)的基因[24-26]。此外，進(jìn)一步的研究表明，rs189037可能通過降低轉(zhuǎn)錄活性和干擾核蛋白結(jié)合在體外和體內(nèi)影響ATM表達(dá)[25]。此外分析顯示，攜帶ATM rs228590 TT/CT或rs189037 A/GG基因型或rs228590T/rs189037G/rs1801516G(G-T-G)單倍型的肺癌患者在接受放射治療時(shí)具有較低的放射性肺損傷發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[26-27]。Zhang等[28]研究發(fā)現(xiàn)我國(guó)患者中ATM rs189037(G>A)和rs373759(G>A)為發(fā)生RILI的獨(dú)立不良因素。因此，ATM作為獨(dú)立生物標(biāo)記物用于預(yù)測(cè)胸部放療患者的RILI。

2.4 切除修復(fù)交叉互補(bǔ)基因(Resection and repair of cross complementation gene，ERCC)家族

ERCC家族基因主要包括ERCC1、ERCC2(也稱為XPD)、ERCC3(也稱為XPB)、ERCC4(也稱為XPF)和ERCC5(也稱為XPG)，它們參與DNA修復(fù)和DNA重組。ERCC1對(duì)于維持基因組的完整性和穩(wěn)定性、消除拷貝錯(cuò)誤、防止基因突變和腫瘤發(fā)生以及影響整個(gè)BER修復(fù)活性的水平至關(guān)重要。以往關(guān)于ERCC1、ERCC2的基因多態(tài)性與鉑類化療敏感性的研究較多。Du等[29]觀察到ERCC1 rs11615(T354C)SNP中CT/TT與CC相比，對(duì)≥2級(jí)RILI的發(fā)展有顯著影響(HR=0.517，95%CI：0.285～0.939，P=0.030)。這是首次證明ERCC1 T354C的CT/TT基因型與漢族肺癌患者放射治療后的低RILI風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)。不僅如此，上述研究發(fā)現(xiàn)V20<20%的CT/TT基因型攜帶者的RILI風(fēng)險(xiǎn)較CC基因型低，但如果V20>20%，則未顯示RILI的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)與ERCC1 T354C的基因型相關(guān)。這項(xiàng)研究表明，當(dāng)有限體積的肺暴露于高劑量的輻射時(shí)，遺傳因素可能在RILI敏感性中扮演更重要的角色。關(guān)于ERCC2，它是最重要的DNA修復(fù)蛋白之一，在細(xì)胞中具有雙重功能：通過活化激酶進(jìn)行核苷酸切除修復(fù)和細(xì)胞周期調(diào)控；通過識(shí)別和修復(fù)廣泛的結(jié)構(gòu)無關(guān)的損傷和氧化損傷，在NER途徑中起著重要作用。多項(xiàng)研究表明[30-31]，ERCC2在修復(fù)電離輻射引起的DNA損傷中也起作用。既往研究證實(shí)ERCC2 rs13181的基因多態(tài)性與肺癌患者放療所致放射性食管炎發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)。但對(duì)于其與RILI相關(guān)性未見報(bào)道[32-33]。因此，對(duì)于ERCC家族基因中的SNP與RILI的關(guān)系，需要更多相關(guān)研究。

3 應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)基因

3.1 亞甲基四氫葉酸還原酶(Methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR)

MTHFR在許多重要的代謝途徑(包括葉酸代謝、胸腺嘧啶合成、同型半胱氨酸加工和巰基和甲基供體的合成)之間起著重要作用。MTHFR是催化細(xì)胞代謝的關(guān)鍵酶，催化5，10-亞甲基四氫葉酸不可逆轉(zhuǎn)化為5-甲基四氫葉酸；后者用于蛋氨酸合成(DNA甲基化的關(guān)鍵前體)，而前者是胸腺嘧啶合成的關(guān)鍵構(gòu)建塊。由胸苷酸合成酶催化，從而可能在DNA修復(fù)中發(fā)揮重要作用。MTHFR rs1801131(1298A>C)SNP導(dǎo)致密碼子中的谷氨酸丙氨酸取代，其位于該基因的COOH末端調(diào)控域中，并導(dǎo)致純合子變異基因型的酶功能降低30%～40%。Mak等[34]證實(shí)，AC/CC基因型患者與野生型AA基因型患者相比，發(fā)生2級(jí)以上和3級(jí)以上RILI的風(fēng)險(xiǎn)較低。

3.2 熱休克蛋白

熱休克蛋白(Heat shock proteins，HSPs)可通過藥物或電離輻射等多種應(yīng)激源刺激表達(dá)，保護(hù)機(jī)體免受這些應(yīng)激源的損傷。HSP27蛋白在人體廣泛表達(dá)。HSP27在暴露于氧化應(yīng)激、細(xì)胞毒性藥物、熱休克和凋亡時(shí)增強(qiáng)細(xì)胞的抵抗能力[35-37]。此外，HSP27作為分子伴侶，可以和體內(nèi)其他肽類蛋白結(jié)合，通過增加谷胱甘肽和降低氧化反應(yīng)的毒性來增強(qiáng)細(xì)胞的抗氧化能力[38]。熱休克蛋白β1(Heat shock protein beta-1，HSPβ1)基因?qū)ρ獫{HSP27水平有調(diào)節(jié)作用，HSPβ1可調(diào)節(jié)細(xì)胞的放射敏感性。Pang等[39]表明，HSPβ1 rs2868371(C>G)CC基因型與CG/GG基因型相比，具有較高的發(fā)生3級(jí)RILI風(fēng)險(xiǎn)(P=0.02)。

4 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子

血管生成不僅是正常組織中重要的生理過程，也是腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移的必要步驟[40-42]。腫瘤細(xì)胞和腫瘤基質(zhì)細(xì)胞分泌的促血管生成物質(zhì)可促進(jìn)腫瘤血運(yùn)重建。放射治療產(chǎn)生的活性氧導(dǎo)致正常肺組織血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，導(dǎo)致早期炎癥和高血管通透性[43-44]。隨后，白細(xì)胞遷移到炎癥部位，發(fā)生一系列炎癥反應(yīng)，并導(dǎo)致周圍正常組織的輻射毒性增加。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)對(duì)RILI的發(fā)生具有雙重作用：高VEGF水平刺激內(nèi)皮細(xì)胞的生長(zhǎng)，維持血管內(nèi)皮的完整性，增強(qiáng)抗RILI的能力；另一方面，VEGF可能增加炎癥因子的合成。NF-κB通過損傷內(nèi)皮細(xì)胞分泌細(xì)胞因子，導(dǎo)致RILI[45]。Yin等[46]對(duì)VEGF單核苷酸多態(tài)性進(jìn)行分析，觀察到195例NSCLC患者rs2010963(G>C)CC和rs3025039(C>T)TT基因型與RILI的高風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。

5 小結(jié)與展望

RILI是胸部放療難以避免的毒性反應(yīng)，一旦發(fā)生，容易進(jìn)展且不可逆轉(zhuǎn)，而且目前對(duì)其缺乏有效治療方法。RILI是多因素作用結(jié)果，因此找到可預(yù)測(cè)RILI發(fā)生的敏感指標(biāo)顯得尤為重要?；騿魏塑账岫鄳B(tài)性或可成為RILI重要預(yù)測(cè)因素，期待發(fā)現(xiàn)更加敏感的觀測(cè)基因，以預(yù)測(cè)并降低RILI的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。