張 悅，李 華

放射治療是腫瘤傳統(tǒng)的三大醫(yī)療手段之一。隨著胸部腫瘤發(fā)病率逐年上升，患者人數(shù)日益增多，胸部放療患者也逐年增加。然而，肺是輻射敏感器官，即使使用先進(jìn)的放療技術(shù)，如三維適形和調(diào)強(qiáng)放療，在多射野照射模式下正常肺組織仍不可避免受到低劑量輻照而損傷，導(dǎo)致放射性肺炎（radiation-induced pneumonitis,RIP）和放射性肺纖維化的發(fā)生，肺功能惡化、呼吸功能衰竭甚至死亡[1]。常見的肺癌放療模式中，三維適形放療的RIP發(fā)生率大概在30%-35%，調(diào)強(qiáng)放療（intensity modulated radiotherapy, IMRT）大概有29%-32%[2]，基于容積調(diào)強(qiáng)放療(volumetric modulated arc therapy,VMAT)大概為24%-29%[3-4]。RIP是一種與放療相關(guān)的亞急性毒副作用，并且有高風(fēng)險(xiǎn)向放射性肺纖維化(ra?diation pulmonary fibrosis,RPF)轉(zhuǎn)變[5,6]。

1 放射性肺損傷及其發(fā)病機(jī)制

目前臨床放療多采用高能X射線，可直接斷裂細(xì)胞核內(nèi)雙鏈DNA，引發(fā)細(xì)胞死亡；同時(shí)可刺激細(xì)胞胞漿線粒體產(chǎn)生內(nèi)源性游離活性氧(reactive oxygen spe?cies,ROS)，并在數(shù)小時(shí)內(nèi)持續(xù)增加，導(dǎo)致線粒體功能障礙，受損線粒體的殘留物在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生更多的ROS[7]。肺內(nèi)正常組織受輻射引發(fā)的DNA直接損傷或者ROS 間接介導(dǎo)的肺泡損傷，主要是I 型和II 型肺泡上皮細(xì)胞以及內(nèi)皮細(xì)胞受損。這些肺組織細(xì)胞受損后分泌促炎因子、趨化因子，損傷相關(guān)分子模式（dam?age-associated molecular patterns, DAMPs）分子，募集淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞到輻射損傷部位進(jìn)行修復(fù)。因此，RIP的發(fā)生與放射線所致DNA雙鏈斷裂損傷密切相關(guān)。ATM(ataxia telangiectasia mutated,ATM)是DNA雙鏈斷裂(DNA double-strand breaks, DSBs)修復(fù)通路中重要的DNA 修復(fù)酶，通過調(diào)控ATM 蛋白磷酸化下游靶蛋白參與DNA雙鏈斷裂修復(fù)通路而發(fā)揮作用。

2 ATM蛋白在放射性損傷過程中的作用

研究表明，DNA修復(fù)基因的遺傳變異可調(diào)節(jié)患者對(duì)放療的敏感性，個(gè)體DNA修復(fù)能力的差異使患者對(duì)輻射誘導(dǎo)的放射性損傷有不同的反應(yīng)。人群中存在ATM基因遺傳多態(tài)性現(xiàn)象。ATM不同單倍型攜帶者，其ATM蛋白的表達(dá)水平不同。ATM蛋白是分子量為350-kDa蛋白激酶，參與DNA雙鏈斷裂損傷修復(fù)的，存在于胞核中。人類成纖維細(xì)胞、人淋巴母細(xì)胞和外周血淋巴細(xì)胞胞核中含量較多。ATM主要有以下五個(gè)自身磷酸化位點(diǎn)：Ser367、Ser1893、Ser1981、Ser2996 和Thr1885，通過磷酸化調(diào)控雙鏈DNA修復(fù)，特別是同源重組(homologous recombination,HR)修復(fù)信號(hào)通路。在正常未受照情況下，ATM蛋白以二聚體或者更高級(jí)的多聚體形式保持失活狀態(tài)，其激酶域束縛在Ser1981包繞的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。受到電離輻射刺激后，MRN(MRE11-RAD50-NBS1) 、RPA(replication protein A)、9-1-1(RAD9-RAD1-HUS1)等感應(yīng)蛋白復(fù)合物首先感受到DNA 雙鏈斷裂，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，隨后被招募到受損位點(diǎn)附近并激活上游蛋白激酶ATM，誘導(dǎo)ATM二聚體在Ser1981位點(diǎn)發(fā)生分子間的自磷酸化和惰性二聚體的分離，活性的ATM單體自由移動(dòng)并磷酸化NBS1和P53 等相應(yīng)底物在DSBs 損傷點(diǎn)附近聚集，參與修復(fù)；并使DNA損傷的信號(hào)蔓延，引起放大效應(yīng)[8-9]。同時(shí)，下游靶蛋白包括腫瘤抑制蛋白p53和BRCA1、檢查點(diǎn)激酶CHK1∕CHK2、檢查點(diǎn)蛋白R(shí)AD17和RAD9以及DNA修復(fù)蛋白NBS1被激活[10]，然后數(shù)百個(gè)底物被磷酸化并在DSBs損傷點(diǎn)聚集，使細(xì)胞周期停滯，執(zhí)行修復(fù)功能[11]。根據(jù)修復(fù)的結(jié)果，在最終效應(yīng)蛋白的作用下，細(xì)胞繼續(xù)增殖，衰老或者凋亡。TaKao等[12]同樣發(fā)現(xiàn)ATM蛋白對(duì)于HR修復(fù)是必需的。

3 ATM基因多態(tài)性與放射性肺損傷的關(guān)聯(lián)

為了證實(shí)放射性肺炎易感基因的存在，許多放射性肺炎關(guān)聯(lián)研究通常會(huì)選擇與DNA 修復(fù)功能相關(guān)的基因作為候選基因，由于ATM 蛋白在DSBs 修復(fù)通路中“傳感器”的作用，而使ATM基因被廣泛研究。ATM基因位于人類染色體11q22-23上，包含66個(gè)外顯子，跨越約150kb 的基因組DNA。前2 個(gè)外顯子，1a 和1b，在選擇性轉(zhuǎn)錄子中發(fā)揮作用不同，起始密碼子位于第4外顯子，最后的3.8 kb外顯子有大約3.6 kb的3′未翻譯序列。轉(zhuǎn)錄生成的hnRNA 約12kb，經(jīng)修飾后形成大小為9.125kb的mRNA。Zhang L等[13]發(fā)現(xiàn)中國人群ATM 基因的rs189037 和rs373759 這兩個(gè)位點(diǎn)的A 等位基因可能與RP 風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。攜帶AA 基因型的患者發(fā)生放射性肺炎的風(fēng)險(xiǎn)較AG∕GG 基因型患者明顯增高。此外，肺癌患者等位基因G突變?yōu)锳后ATM 的表達(dá)水平降低。換言之，攜帶GG 基因型的患者RNA表達(dá)明顯高于AA和GA基因型患者。該研究表明位于rs189037 啟動(dòng)子區(qū)域的單核苷酸多態(tài)性的特異效應(yīng)機(jī)制可能是通過改變轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)來調(diào)節(jié)基因表達(dá)的。在該位點(diǎn)周圍有一個(gè)AP-2α 結(jié)合位點(diǎn)，這是一個(gè)廣泛參與機(jī)體生理和病理過程的轉(zhuǎn)錄因子，如細(xì)胞粘附、組織分化、腫瘤發(fā)生和疾病遺傳等。AP-2α 通過特異性結(jié)合SNP 位點(diǎn)來抑制人類ATM 的表達(dá)，攜帶CC 基因型的患者與AP-2α 親和力強(qiáng)，而TT基因型患者與AP-2α親和力較低，因此AP-2α強(qiáng)烈抑制CC基因型中mRNA的表達(dá)，而對(duì)TT基因型mRNA表達(dá)抑制作用較小[14]。在rs189037位點(diǎn)中A等位基因的DNA特異性與轉(zhuǎn)錄因子等蛋白相互作用，影響轉(zhuǎn)錄活性，從而影響基因表達(dá)。這表明ATM基因低表達(dá)可能是遺傳因素所致放射性副反應(yīng)發(fā)病機(jī)制中的一個(gè)關(guān)鍵事件。Yang M 等[15]也發(fā)現(xiàn)低水平的ATM 表達(dá)會(huì)增加RIP 的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。此外，P53 基因?qū)椪找簿哂卸鄳B(tài)性，而且作為ATM蛋白的主要下游效應(yīng)物，在ATM-P53 信號(hào)通路中起作用。并且，P53 Arg72Pro 與rs189037 位點(diǎn)單核苷酸多態(tài)性在增加RP風(fēng)險(xiǎn)方面表現(xiàn)出加性基因聯(lián)合效應(yīng)。Yan Z等[16]的薈萃分析中也得出相似的結(jié)論。進(jìn)一步說明放射性肺損傷的發(fā)生與基因多態(tài)性尤其是ATM 基因多態(tài)性密切相關(guān)。

4 ATM蛋白靶向放療保護(hù)劑的研究

目前對(duì)于輕度急性放射性肺損傷可給予腎上腺皮質(zhì)激素以及對(duì)癥支持治療，肺內(nèi)炎癥可自行吸收消散。Robbins 等[17]使用腎素-血管緊張素系統(tǒng)（reninangiotensin system，RAS）藥物緩解晚期放射毒性，通過靶向作用于氧化劑、炎癥和纖維化途徑減弱輻射損傷的作用。然而，廣泛纖維化和治療反應(yīng)不佳者，仍然可因呼吸衰竭和心力衰竭而死亡。由于臨床上早期放射性肺損傷患者表現(xiàn)并不一定典型，因此常常延誤最佳治療時(shí)間。迄今為止，阿米福汀是唯一獲批用于預(yù)防放射性損傷的臨床藥物，Hofer 等[18]研究表明，在正常組織中，阿米福汀可保護(hù)DNA免受電離輻射的損傷，同時(shí)干擾腫瘤細(xì)胞進(jìn)行DNA雙鏈修復(fù)。因?yàn)樵谡＝M織中，阿米福汀被堿性磷酸酶水解脫磷酸，產(chǎn)生具有清除自由基作用的代謝產(chǎn)物WR-1065和減少炎癥相關(guān)因子的表達(dá)[19]。但阿米福汀的給藥劑量及治療后的遠(yuǎn)期療效、總生存率等尚不明確，還有待進(jìn)一步研究。而ATM 蛋白介導(dǎo)的信號(hào)通路在修復(fù)因放射線所致DNA 損傷中發(fā)揮的作用逐漸被人們重視。Zhang Ning 等[20]克隆了編碼ATM 的全長cDNA，并通過該cDNA 轉(zhuǎn)染修正了共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥AT 細(xì)胞輻射敏感性表型的多個(gè)方面。AT 細(xì)胞中ATM cD?NA 的過表達(dá)提高了輻射暴露后的存活率，降低了輻射誘導(dǎo)的染色體畸變，部分糾正了細(xì)胞周期檢查點(diǎn)的缺陷和應(yīng)激激活蛋白激酶的誘導(dǎo)。這一對(duì)AT細(xì)胞缺陷的修正進(jìn)一步證明了ATM 蛋白效應(yīng)子功能的多樣性，并提出了可能的基因治療方法。功能研究表明，ATM具有低組織和免疫細(xì)胞特異性，并且患者的ATM蛋白表達(dá)量與DNA 修復(fù)能力顯著相關(guān)。肺癌患者的DNA 修復(fù)能力低于正常人，表達(dá)的ATM 蛋白也低于正常人。因此，通過靶向ATM 磷酸化位點(diǎn)，尋找預(yù)測放射性肺損傷的靶點(diǎn)，調(diào)節(jié)ATM 蛋白的表達(dá)，提高腫瘤局控率的同時(shí)減少正常組織放射性肺損傷的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，即提高治療比是目前的研究重點(diǎn)。根據(jù)個(gè)體放療不良反應(yīng)的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，決定治療模式以及放療方案，以預(yù)防放射性肺損傷的發(fā)生，提高放療患者生存質(zhì)量及遠(yuǎn)期生存率。

5 問題與展望

放射性肺損傷是胸部腫瘤患者放療的常見并發(fā)癥。隨著人類基因組計(jì)劃的完成，在傳統(tǒng)循證醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)上加上人群遺傳多態(tài)性信息所形成的精準(zhǔn)醫(yī)療模式已逐漸在臨床治療中開展。對(duì)輻射損傷的易感性不同，放療患者人群中也存在放射性肺損傷易感人群。如何在放療計(jì)劃制定前區(qū)分這類易感人群，讓患者更好受益于臨床治療，這是臨床對(duì)未來個(gè)體化放療的迫切需求。ATM基因多態(tài)性影響DNA損傷修復(fù)信號(hào)通路，因此本綜述總結(jié)了對(duì)ATM基因多態(tài)性位點(diǎn)與放射性肺炎關(guān)聯(lián)研究的結(jié)果。雖然目前納入研究的樣本量較少，統(tǒng)計(jì)效力不足以推廣到臨床，但為今后中國肺癌放療人群的放射性肺損傷易感性研究奠定了基礎(chǔ)。相信在今后，多中心、大樣本的放射性肺損傷遺傳易感性關(guān)聯(lián)研究可以不斷完善，獲得大數(shù)據(jù)以支撐個(gè)體化放療的臨床推廣與應(yīng)用。