放射治療

癌癥仍然是全世界人類生命損失的主要原因之一,。放射治療（XRT）是世界上最常用的癌癥治療形式之一,。大約50%的癌癥患者接受XRT作為治療的一部分，幾十年來(lái),，XRT一直有效地用于治療不同類型的癌癥,。XRT的最終目標(biāo)是誘導(dǎo)對(duì)腫瘤體積的足夠損傷,，同時(shí)盡量減少對(duì)健康組織的脫靶效應(yīng)。常規(guī)的XRT療法使用高劑量（40 Gy）的輻射能量來(lái)破壞癌細(xì)胞和縮小腫瘤,。治療通常以每天1.8-2.0Gy的劑量進(jìn)行,，每周5天，持續(xù)數(shù)周,。在分子和細(xì)胞水平上,，電離輻射可以對(duì)DNA造成直接損傷，導(dǎo)致DNA鏈斷裂,，也可以通過(guò)產(chǎn)生自由基對(duì)DNA產(chǎn)生間接影響,。據(jù)報(bào)道，輻射對(duì)人體來(lái)源的體外和體內(nèi)模型的作用不同,，這可能主要是由于生物學(xué)上的差異,，如不同腫瘤類型內(nèi)的氧合狀態(tài)。

盡管幾十年來(lái),，常規(guī)的XRT方法已經(jīng)成為治療不同癌癥類型的標(biāo)準(zhǔn)治療方法,，但腫瘤的放射抵抗性和轉(zhuǎn)移表型仍然是需要克服的障礙。圖像引導(dǎo)治療的最新進(jìn)展使得在臨床環(huán)境中實(shí)施大分割XRT（立體定向體部放射治療[SBRT]和立體定向放射外科[SRS]）方案成為可能,。大分割XRT方案使用較高的劑量,，每次分割以較少的分割遞送。使用這種技術(shù),，腫瘤靶點(diǎn)用>25 Gy劑量,，分1-5次治療>。該技術(shù)已應(yīng)用于多種腫瘤的治療,，包括肝,、腦轉(zhuǎn)移、脊柱轉(zhuǎn)移和肺,。

SBRT和SRS利用高劑量安全地傳遞到腫瘤區(qū)域,，同時(shí)最大限度地減少對(duì)正常組織的暴露,。這些形式的治療通常與磁共振成像（MRI）相結(jié)合，以精確定位,。射束可以調(diào)強(qiáng)和塑形,，以靶向整個(gè)腫瘤體積，同時(shí)高精度地保留周圍組織[The beams can be modulated   and shaped to target whole tumor volumes while sparing surrounding tissue with great accuracy ],。隨著技術(shù)的日益進(jìn)步,，XRT正在從常規(guī)的分割照射向SBRT/SRS轉(zhuǎn)變。

腫瘤血管系統(tǒng)和血管生成

血管分為小動(dòng)脈,、毛細(xì)血管和小靜脈,。與組織良好、分層結(jié)構(gòu)良好的正常血管相比,，腫瘤血管復(fù)雜,、彎曲、通透性高,，內(nèi)皮細(xì)胞襯里和基底膜異常且不均勻[Blood vessels are categorized as arterioles, capillaries, and venules.   Compared to normal blood vessels that are well   organized and hierarchically structured, tumor vessels are   complex, tortuous, and highly permeable with abnormal and   non-uniform endothelial cell lining and basement membrane ]（圖1.1）,。

圖1.1正常血管與腫瘤血管：血管內(nèi)襯內(nèi)皮血管細(xì)胞，內(nèi)皮血管細(xì)胞在血管生成,、炎癥反應(yīng)和屏障功能等多種過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。(a)在正常組織中,，這些細(xì)胞通常由基膜和血管周圍細(xì)胞（如周細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞）以高度有組織的方式支撐,。血管分布均勻，分支化,，保證充足的氧合和營(yíng)養(yǎng)分配,。(b)另一方面，腫瘤血管的結(jié)構(gòu)是混亂的,，高度無(wú)序的,，這是由于血管生成因子的調(diào)節(jié)不良和血管周圍細(xì)胞的缺乏造成的。這些血管通常不成熟,，導(dǎo)致有組織細(xì)胞生長(zhǎng)條件差,，如血流量受損、屏障完整性差,、血管滲漏,、間質(zhì)液壓力升高、血管塌陷和缺氧致乏氧,。腫瘤血管系統(tǒng)的這些復(fù)雜特性經(jīng)常給治療癌癥帶來(lái)挑戰(zhàn),，最終導(dǎo)致治療抵抗和失敗。

由于這些畸形,，腫瘤血管內(nèi)氧氣和所有必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)分布不均勻,。當(dāng)腫瘤開始異常生長(zhǎng)時(shí),，就會(huì)發(fā)生血管生成（新血管的形成）過(guò)程。這導(dǎo)致腫瘤血管的不穩(wěn)定,，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞釋放血管生成素2 （ANGPT2）,。這種對(duì)血管完整性的破壞導(dǎo)致氧氣不足，這種情況被稱為乏氧（hypoxia ）,。乏氧環(huán)境使腫瘤細(xì)胞釋放與缺氧誘導(dǎo)因子-1 （HIF-1）相關(guān)的血管生成生長(zhǎng)因子regu,。HIF-1調(diào)控的促血管生成生長(zhǎng)因子有助于內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、存活和遷移,，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散,，使癌癥治療無(wú)效。

輻射對(duì)血管生成的影響

低劑量和高劑量輻射以不同的形式影響血管生成,。研究發(fā)現(xiàn),，低劑量輻射促進(jìn)血管生成，而高劑量輻射抑制血管生成,。一項(xiàng)使用暴露于低于2 Gy的肺人微血管內(nèi)皮細(xì)胞（HMVEC-L）進(jìn)行的體外研究表明,，內(nèi)皮細(xì)胞遷移是由血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體（VEGFR）的磷酸化引起的，該磷酸化進(jìn)一步引起磷酸肌肽3激酶(PI3K)/蛋白激酶B （Akt）和絲裂原活化蛋白激酶(MEK)/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）信號(hào)通路的激活,。抑制這些信號(hào)級(jí)聯(lián)可防止低劑量輻射后內(nèi)皮細(xì)胞死亡,。同樣的研究還包括在體內(nèi)工作，使用患有MOLT-4人類急性T淋巴細(xì)胞白血病或4T1乳腺癌腫瘤的非肥胖糖尿病-嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷（NOD-SCID）小鼠,。暴露于低劑量輻射（0.3 Gy）的動(dòng)物顯示腫瘤大小和轉(zhuǎn)移增加,，發(fā)現(xiàn)這是VEGFR依賴的。除了內(nèi)皮細(xì)胞外,，腫瘤細(xì)胞在低劑量輻照下的侵襲和遷移也有報(bào)道,。Li等研究表明，4Gy輻照A549細(xì)胞可導(dǎo)致趨化因子（C-X-C基序）配體1 （CXCL1）上調(diào),，激活核因子κB （NF-κB）信號(hào)通路,，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞侵襲遷移。臨床研究也證實(shí)了低劑量輻射對(duì)血管生成的影響,。局部晚期直腸癌患者的活檢樣本顯示腫瘤周圍內(nèi)皮細(xì)胞活化導(dǎo)致微血管密度增加,。此外，血管生成相關(guān)基因如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體1 （VEGFR1）,、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2 （VEGFR2）,、ANGPT2、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子- β 2 （TGFB2）,、血管性血血病因子（VWF）,、纖維母細(xì)胞生長(zhǎng)因子2 （FGF2）、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（HGF）,、和血小板衍生生長(zhǎng)因子C （PDGFC）也被報(bào)道在患者腫瘤周圍炎癥獲得的內(nèi)皮細(xì)胞中高度上調(diào),，這表明低劑量輻射是血管發(fā)生的誘導(dǎo)劑,。

在此之前的一些研究也指出，輻射可以刺激多種生長(zhǎng)因子和趨化因子,，導(dǎo)致腫瘤侵襲,、血管生成和轉(zhuǎn)移。根據(jù)被認(rèn)為是低劑量的輻射劑量的強(qiáng)度,，發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象非常普遍,。另一方面，高劑量輻射通過(guò)激活某些信號(hào)通路來(lái)抑制血管生成過(guò)程,。已知高劑量輻照刺激的血管生成受血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）的激活調(diào)節(jié),。在高劑量輻射后，VEGF在體內(nèi)和體外的表達(dá)均較高,。Lewis肺癌（LLC）腫瘤小鼠暴露于20Gy下導(dǎo)致VEGF水平比對(duì)照組高三倍,。當(dāng)LLC細(xì)胞暴露在相同劑量的20 Gy輻射下時(shí)，其體外VEGF水平增加了6倍,。高劑量輻射后的VEGF水平也被發(fā)現(xiàn)在其他幾種腫瘤細(xì)胞上升高,，包括食管腺癌，Seg-1,；鱗狀細(xì)胞癌,，SQ20B；黑色素瘤,U1;膠質(zhì)母細(xì)胞瘤,，T98和U87,。此外，使用抗VEGF抗體聯(lián)合高劑量輻射阻斷VEGF可導(dǎo)致更大的內(nèi)皮細(xì)胞死亡（在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）上測(cè)試）和抗腫瘤作用,，這一點(diǎn)通過(guò)從各種小鼠腫瘤和人類腫瘤異種移植模型獲得的腫瘤體積數(shù)據(jù)得到證實(shí)。Imaizumi等人用體外HUVEC和體內(nèi)C57/BL6小鼠模型報(bào)道了高劑量輻照后血管生成抑制,。內(nèi)皮細(xì)胞的發(fā)芽和遷移被發(fā)現(xiàn)在體外和體內(nèi)在單一的8Gy或15Gy輻射后被廢除,。發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程是高劑量輻射誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β I型受體/激活素受體樣激酶-5 （TGF- β ri /ALK5）通路激活的結(jié)果,。使用ALK5抑制劑SB431542抑制ALK5,，可以防止輻射誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞遷移和發(fā)芽的抑制,。另一個(gè)影響高劑量輻射后血管生成的調(diào)節(jié)因子是酸性鞘磷脂酶(ASMase)-神經(jīng)酰胺途徑。單次高劑量輻射可引起Asmase（酸性鞘磷脂酶）和Ceramide（神經(jīng)酰胺）誘導(dǎo)的腫瘤血管損傷，引起繼發(fā)性腫瘤細(xì)胞死亡,。一項(xiàng)ASMase野生型MCA/129纖維肉瘤和B16F1黑色素瘤小鼠暴露于單次高劑量15-20 Gy的研究顯示，在照射數(shù)小時(shí)內(nèi)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡增加,，隨后在相同時(shí)間內(nèi)觀察到較少的腫瘤細(xì)胞死亡。相反,，高劑量輻射后,，ASMase敲除小鼠的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和腫瘤細(xì)胞死亡并未增強(qiáng)，這表明ASMase-神經(jīng)酰胺途徑參與了這些小鼠的輻射抵抗性,。已知使用VEGF可消除Asmase Ceramide介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞死亡和腫瘤血管損傷,，而抗XVEGFR-2抗體可抑制asmase Ceramide誘導(dǎo)的微血管損傷[43]的整個(gè)過(guò)程。同樣,，神經(jīng)酰胺拮抗劑鞘氨醇-1-磷酸（S1P）也被報(bào)道在ASMase野生型動(dòng)物中阻止ASMase介導(dǎo)的神經(jīng)酰胺生成，抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和輻射誘導(dǎo)的腫瘤反應(yīng),。目前,，幾種抗血管生成藥物與輻射聯(lián)合使用,，作為放射增敏劑,，并顯示出增強(qiáng)的抗腫瘤效果（如下所述）,。同時(shí)使用抗血管生成藥物也可以降低輻射劑量,，從而減少輻射毒性,。

輻射誘導(dǎo)腫瘤的血管改變

一些研究評(píng)估了分次或單次高劑量XRT后腫瘤血管的變化。從這些研究中獲得的結(jié)果顯示了結(jié)果的可變性，這可能基于不同的因素，包括使用的腫瘤類型、腫瘤植入的部位或用于收集數(shù)據(jù)的方法/設(shè)備,。使用不同方法評(píng)估腫瘤血管反應(yīng)的一系列研究在其他地方進(jìn)行了討論,。從這些研究中得出的一般趨勢(shì)表明,，在早期暴露于分割XRT期間,，血流量保持不變或可能略有增加,。然而,，到分割放射治療結(jié)束時(shí)，這一數(shù)字似乎有所下降,。分次XRT后的血管反應(yīng)與單次高劑量XRT觀察到的結(jié)果完全不同,。Song等人開展了大量工作，利用各種臨床前和臨床模型研究了高劑量XRT引起的血管變化,。

從臨床前數(shù)據(jù)可以推斷,，單次5-10 Gy的劑量會(huì)導(dǎo)致輕度血管損傷，而當(dāng)劑量增加到≥10 Gy /次時(shí),，會(huì)引起嚴(yán)重的血管破壞,，導(dǎo)致血液灌注明顯降低。他們的大多數(shù)研究對(duì)象是后腿長(zhǎng)有Walker 256腫瘤的老鼠,。結(jié)果表明,，低于2.5 Gy的輻射劑量導(dǎo)致血管體積減小，從6-12 h開始,，恢復(fù)到輻照前的水平,。將輻射劑量增加到5-10Gy（單劑量暴露）可導(dǎo)致大多數(shù)動(dòng)物血管體積縮小2-6天。10 Gy及以上的劑量顯示出高水平的血管破壞,，照射后3天腫瘤細(xì)胞活力顯著下降,。由于輻射，腫瘤結(jié)構(gòu)被注意到異常,，變得更加混亂和濃縮,，表明血管損傷,。

30或60 Gy的單劑量暴露導(dǎo)致血管體積持續(xù)減少，血管通透性增加,，其通透性是肌肉的20-30倍,，表明腫瘤血管的通透性比正常血管高。

一項(xiàng)比較研究報(bào)道了20 Gy的單劑量治療幾乎與2.5 Gy × 分8次的治療一樣有效,，盡管分次照射利用了不充分的再氧合作用,，這表明單劑量照射的腫瘤殺傷作用是廣泛的腫瘤血管破壞的結(jié)果。2006年,，Kim等人利用多普勒超聲無(wú)創(chuàng)觀察20 Gy單次或兩次照射后腫瘤血流變化與組織學(xué)結(jié)果一致,，第二次照射劑量分別在第一次照射后2天和4天進(jìn)行。最初的腫瘤反應(yīng)顯示在20 Gy照射后2天腫瘤血流量減少,，治療后4天基本恢復(fù),。此外，與第4天第二次給量相比,，第2天第二次劑量20 Gy導(dǎo)致腫瘤生長(zhǎng)延遲增加,。該研究表明，持續(xù)的低腫瘤血流量可能歸因于腫瘤反應(yīng)的增強(qiáng),。

Mottram（1936）觀察到,，邊緣區(qū)域的腫瘤細(xì)胞比中央乏氧區(qū)域的細(xì)胞對(duì)輻射更敏感，這表明癌細(xì)胞對(duì)輻射的敏感性與血液灌注和腫瘤氧合有關(guān),。這是因?yàn)榉謮KXRT期間腫瘤發(fā)生了再氧化[58-60],。當(dāng)腫瘤區(qū)域內(nèi)灌注良好的細(xì)胞被破壞時(shí)，乏氧細(xì)胞可以進(jìn)入以前無(wú)法進(jìn)入的毛細(xì)血管,，從而暴露在氧氣中,，變得對(duì)輻射更敏感。因此,，分次XRT對(duì)放射增敏的主要調(diào)節(jié)因子是乏氧腫瘤細(xì)胞的再氧合,。Johansson等采用BT4C大鼠膠質(zhì)瘤模型，觀察了放療和雌激素對(duì)腫瘤血管的影響以及VEGF在血管化中的表達(dá),。4 Gy × 5天的輻射劑量與雌二醇（一種細(xì)胞毒性藥物,，經(jīng)證實(shí)與XRT具有增強(qiáng)作用）一起或不一起給予。單獨(dú)分次輻射可顯著降低微血管密度,。此外,，VEGF原位雜交顯示，VEGF mRNA在浸潤(rùn)邊界表達(dá)水平較高,，而在腫瘤體積中心則大多不存在,。然而，照射后,，腫瘤細(xì)胞開始出現(xiàn)VEGF表達(dá)升高,，分散在腫瘤體積中心,。在另一項(xiàng)研究中，Tsai等利用小鼠K1735黑色素瘤腫瘤模型,，觀察了單次劑量（12 Gy）和分次劑量（3.4 Gy × 5日劑量）對(duì)腫瘤血管的影響,。結(jié)果表明，單次劑量12 Gy或分次治療方案能夠誘導(dǎo)生長(zhǎng)延遲長(zhǎng)達(dá)1周,，然后恢復(fù)快速生長(zhǎng)。此外,，與對(duì)照組相比,，放療腫瘤治療后14天血流量減少，HIF-1α和VEGF表達(dá)增強(qiáng),，強(qiáng)化了照射導(dǎo)致血管損傷的觀點(diǎn),，這導(dǎo)致乏氧反應(yīng)增強(qiáng)，促進(jìn)VEGF,，試圖恢復(fù)腫瘤血管,。Dewhirst等報(bào)道，放射治療后HIF-1激活是再氧合的結(jié)果,，導(dǎo)致HIF-1活性的高爆發(fā)和VEGF及其他維持腫瘤血管的促血管生成因子的上調(diào),。研究人員提出了輻射后HIF-1激活的復(fù)雜機(jī)制，并提出了在特定情況下利用HIF-1抑制劑的潛力,。Chen等采用25 Gy的單次劑量或60 Gy的15次分割劑量研究了輻照對(duì)小鼠前列腺轉(zhuǎn)基因腺癌（TRAMP-C1）腫瘤的影響,。他們的結(jié)果顯示，在第一次治療的第1天,，在單次和分次照射中,，微血管密度逐漸下降，并在3周后繼續(xù)下降,。早在照射后1天就發(fā)現(xiàn)了毛細(xì)血管的損失,，到3周結(jié)束時(shí)，受照射腫瘤的剩余血管相對(duì)較大,，灌注較低,。與對(duì)照組相比，受照射腫瘤內(nèi)的壞死區(qū)域較少,，并且受照射腫瘤中碳酸酐酶IX的免疫染色支持輻射誘導(dǎo)的血管破壞將狀態(tài)從短暫性乏氧改變?yōu)槁匀毖醯挠^點(diǎn),。此外，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞在開始后約2周開始在這些慢性乏氧區(qū)周圍聚集,，

與血管變化相關(guān)的研究也在臨床環(huán)境中進(jìn)行,。M?ntyl?等人利用133氙沖洗法對(duì)43例48例淺表轉(zhuǎn)移瘤的血流量進(jìn)行了觀察?；颊呓邮?100-3000 rad （11-30 Gy）的劑量治療,，每周分5次,。研究發(fā)現(xiàn)，在治療的第一周內(nèi),，腫瘤血流量增加,，第二周后開始減少。更長(zhǎng)時(shí)間的隨訪顯示腫瘤血流量持續(xù)下降,。Pirhonen等的另一項(xiàng)研究利用彩色多普勒超聲檢測(cè)晚期宮頸癌患者在接受30-65 Gy放射劑量（每日1.9 Gy,，每周5天）后的血流反應(yīng)。觀察到,，在放射治療期間,，觀察到腫瘤血管性降低，而在XRT結(jié)束時(shí),，觀察到腫瘤血管性增強(qiáng),。據(jù)報(bào)道，與需要進(jìn)一步治療的腫瘤血管性升高的患者相比,，XRT期間血管性降低與更好的治療結(jié)果有關(guān),。

另一項(xiàng)臨床研究利用MRI技術(shù)研究接受常規(guī)XRT治療的晚期宮頸癌患者的腫瘤灌注。數(shù)據(jù)是在XRT之前或在大約前2周（早期治療）的20-22 Gy輻射暴露之后立即收集的,，或在大約第4周和第5周（治療中期）的40-45 Gy輻射暴露之后立即收集的,，或在治療完成后4-6周的隨訪。結(jié)果顯示腫瘤灌注在早期治療階段增加,，而在后期放療階段灌注減少,。放射治療前和治療早期腫瘤高灌注與較高的有利預(yù)后相關(guān)，表明局部腫瘤復(fù)發(fā)的幾率較低,。

SBRT/SRS治療的主要靶點(diǎn)：內(nèi)皮細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞

近年來(lái),，輻射對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的影響引起了廣泛的關(guān)注。眾所周知,，內(nèi)皮細(xì)胞在影響血管結(jié)構(gòu)和腫瘤反應(yīng)中起著重要作用,。然而，內(nèi)皮細(xì)胞的直接死亡是否導(dǎo)致這些過(guò)程仍然是一個(gè)有爭(zhēng)議的話題,。

低劑量和高劑量輻射似乎都能誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷,，但內(nèi)皮細(xì)胞死亡的機(jī)制因劑量而異（圖1.2）。暴露在低劑量輻射下的內(nèi)皮細(xì)胞經(jīng)歷氧化應(yīng)激和DNA損傷,，通過(guò)各種信號(hào)通路導(dǎo)致細(xì)胞死亡,。然而，促生存因子（如HIF-1）的激活可以抑制促凋亡信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng),，從而導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞死亡,。Moeller等先前的研究表明HIF-1是調(diào)節(jié)促生存機(jī)制的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。在分次輻照事件之間發(fā)生的乏氧/再氧合事件波觸發(fā)HIF-1的翻譯,。這進(jìn)一步導(dǎo)致促血管生成因子的產(chǎn)生,，如VEGF和堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（bFGF）,，抑制輻射誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。XRT后抑制HIF-1可增強(qiáng)腫瘤的放射敏感性,，導(dǎo)致更大的血管破壞和腫瘤生長(zhǎng)抑制,。

在低劑量輻射下，內(nèi)皮細(xì)胞釋放促生存細(xì)胞因子,，上調(diào)血管生成因子,，如VEGF，促進(jìn)血管生成和細(xì)胞存活,。在較高的輻射劑量下,，血管生成受到抑制，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能失調(diào),。單次高劑量后內(nèi)皮細(xì)胞死亡,，血管惡化立即開始,，導(dǎo)致血流量減少和腫瘤細(xì)胞死亡,。在高劑量時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞死亡的機(jī)制與低劑量時(shí)不同,。單次高劑量放療（≥8-10 Gy）對(duì)腫瘤血管損傷更大,，可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞大量凋亡，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡,。氧化應(yīng)激的突然爆發(fā),、質(zhì)膜損傷和/或活性氧（ROS）的升高導(dǎo)致ASMase從溶酶體轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜。ASMase隨后水解鞘磷脂生成次生信使神經(jīng)酰胺,，從而在質(zhì)膜上生成大量富含神經(jīng)酰胺的微域,。這種膜的改變使得刺激細(xì)胞凋亡跨膜信號(hào)傳導(dǎo)的信號(hào)因子能夠定位。ASMase-ceramide通路的激活導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞快速凋亡,，導(dǎo)致腫瘤血管破壞和隨后的腫瘤細(xì)胞死亡（圖1.2）,。

圖1.2低劑量與高劑量輻射誘導(dǎo)的腫瘤反應(yīng)：低劑量（1.8-3 Gy）通過(guò)激活細(xì)胞死亡信號(hào)級(jí)聯(lián)或釋放活性氧（ROS）引起缺氧波，隨后引起缺氧誘導(dǎo)因子-1 （HIF-1）的激活和翻譯,，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡,。HIF-1進(jìn)一步上調(diào)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）和堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（bFGF）。另一方面,，高劑量輻射（bbb8至10 Gy）會(huì)激活酸性鞘磷脂酶（ASMase）,，導(dǎo)致神經(jīng)酰胺的產(chǎn)生。神經(jīng)酰胺的積累引起血管內(nèi)皮損傷,，導(dǎo)致繼發(fā)性腫瘤細(xì)胞死亡,。神經(jīng)酰胺拮抗劑鞘氨醇1-磷酸（S1P）可阻斷輻射誘導(dǎo)的神經(jīng)酰胺介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞死亡過(guò)程。

Garcia-Barros等人的一項(xiàng)研究探討了ASMase在促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞死亡中的作用,。他們的研究使用的是異種移植的纖維瘤和黑色素瘤,，治療劑量為10 Gy,。結(jié)果表明，高劑量能夠誘導(dǎo)野生型ASMase小鼠內(nèi)皮細(xì)胞死亡和生長(zhǎng)延遲,，但在ASMase敲除小鼠中表現(xiàn)出輻射抗性表型,。研究發(fā)現(xiàn)，使用>10 Gy劑量對(duì)腫瘤細(xì)胞的損害本身并不致命,，但其致命性是由血管破壞引起的,。

盡管有幾項(xiàng)研究表明輻射誘導(dǎo)的內(nèi)皮損傷與腫瘤反應(yīng)密切相關(guān)，但也有研究與這些發(fā)現(xiàn)相矛盾,，認(rèn)為內(nèi)皮的放射增敏并不能決定腫瘤對(duì)輻射的反應(yīng),。為了研究?jī)?nèi)皮細(xì)胞在輻射介導(dǎo)的腫瘤反應(yīng)中的作用，Moding等使用雙重組酶技術(shù)產(chǎn)生了共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變（ataxia telangiecasia mutated,， ATM）的原發(fā)性肉瘤,，ATM是內(nèi)皮細(xì)胞中缺失的負(fù)責(zé)DNA損傷反應(yīng)的基因。他們發(fā)現(xiàn),，內(nèi)皮細(xì)胞中ATM缺失的原發(fā)肉瘤接受20 Gy輻照后,，不會(huì)影響腫瘤生長(zhǎng)。此外,，在這些腫瘤中,，血管密度和缺氧測(cè)量結(jié)果在放療后仍未受到影響，這表明內(nèi)皮細(xì)胞中ATM的缺失對(duì)原發(fā)性肉瘤的腫瘤反應(yīng)并不重要,。在另一項(xiàng)研究中,，研究人員利用ATM缺失和促凋亡基因BCL-2相關(guān)x蛋白（Bax）缺失的肉瘤來(lái)評(píng)估內(nèi)皮細(xì)胞是否是高輻射劑量（50 Gy或20 Gy × 4）的關(guān)鍵靶點(diǎn)。結(jié)果表明,，高劑量照射后內(nèi)皮細(xì)胞的ATM缺失不能根除肉瘤,。相反，腫瘤細(xì)胞中ATM的缺失導(dǎo)致更大程度的輻射誘導(dǎo)肉瘤根除,，這表明腫瘤細(xì)胞而非內(nèi)皮細(xì)胞是輻射后肉瘤反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子[87],。這些研究并不僅僅局限于原發(fā)性肉瘤；在原發(fā)性小鼠肺癌模型中也報(bào)道了類似的結(jié)果,。暴露于15Gy后,，腫瘤細(xì)胞中的ATM缺失導(dǎo)致腫瘤生長(zhǎng)延遲更大，而內(nèi)皮細(xì)胞中的ATM缺失對(duì)腫瘤生長(zhǎng)沒(méi)有影響,。這些發(fā)現(xiàn)表明,，盡管輻射能夠誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞死亡并伴有ATM缺失，但未觀察到腫瘤的放射增敏,。最近,，Kaeppler等利用小鼠腫瘤模型（MC38和B16F10）在15 Gy或5 × 3 Gy輻射后，研究了內(nèi)皮細(xì)胞死亡與血管結(jié)構(gòu)損傷的關(guān)系。他們的結(jié)果顯示灌注血管完好無(wú)損,，在放療后未見(jiàn)灌注血管減少,。破壞主要發(fā)生在非灌注血管。兩種腫瘤在放療后均出現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞死亡,，但對(duì)灌注血管的影響很小,，這表明內(nèi)皮細(xì)胞損傷并未轉(zhuǎn)化為血管破壞]。因此,，尚不清楚內(nèi)皮細(xì)胞死亡在血管損傷和放療后腫瘤反應(yīng)中的作用,。放射治療后腫瘤微環(huán)境調(diào)節(jié)的研究有待進(jìn)一步深入。

血管靶向治療增強(qiáng)放射治療的效果

20世紀(jì)70年代,，Judah Folkman強(qiáng)調(diào)了腫瘤血管生成對(duì)腫瘤細(xì)胞存活和生長(zhǎng)的重要性,。他認(rèn)為腫瘤細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的生態(tài)系統(tǒng)在腫瘤血管中已經(jīng)很好地建立起來(lái)，因此這兩種細(xì)胞類型是相互依賴的,。后來(lái),，更多的研究報(bào)道了類似的發(fā)現(xiàn)，表明通過(guò)引起營(yíng)養(yǎng)和氧氣剝奪靶向腫瘤血管是抑制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的重要因素,。研究表明,，與血管靶向藥物聯(lián)合使用可顯著提高腫瘤治療的療效。這些靶向藥物分為兩類：抗血管生成藥物和血管破壞藥物,?？寡苌伤幬锖脱芷茐乃幬锞糜谀[瘤血管,；前者阻止和抑制新血管的形成,，后者破壞現(xiàn)有血管。幾個(gè)小組已經(jīng)研究了通過(guò)聯(lián)合放療和血管靶向治療來(lái)協(xié)同增加腫瘤反應(yīng)的方法,。

在使用這些聯(lián)合治療時(shí),，被認(rèn)為發(fā)揮作用的主要機(jī)制是內(nèi)皮細(xì)胞中ASMase -神經(jīng)酰胺介導(dǎo)的信號(hào)通路。Truman等人的研究利用抗VEGFR-2 DC101或抗VEGf  G6-31抗體聯(lián)合10 Gy的輻射劑量,，研究了這些治療在攜帶MCA/129纖維肉瘤腫瘤[43]的ASMase野生型或ASMase敲除小鼠中的聯(lián)合效應(yīng),。研究表明，在輻照前立即遞送的抗血管生成藥物（抗VEGFR2 DC101或抗vegf G6-31）去抑制了輻射介導(dǎo)的ASMase-ceramide激活,，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞死亡增加和腫瘤反應(yīng)增強(qiáng),。這種現(xiàn)象在ASMase敲除或抗神經(jīng)酰胺抗體預(yù)處理的ASMase野生型小鼠中被撤銷，這表明輻射誘導(dǎo)的增強(qiáng)腫瘤反應(yīng),需要ASMase-神經(jīng)酰胺激活的重要性,。

Czarnota及其同事的大量工作證實(shí)了asmase -神經(jīng)酰胺途徑激活在促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞死亡中的重要性,，通過(guò)將輻射與血管破壞劑超聲刺激微泡（USMB）相結(jié)合。他們發(fā)現(xiàn),，通過(guò)使用USMB和XRT,， asmase -神經(jīng)酰胺途徑也可以被激活，從而增強(qiáng)放射毒性作用。研究表明,，單次高劑量的8gy單獨(dú)或單次低劑量的2Gy聯(lián)合USMB可產(chǎn)生足夠的神經(jīng)酰胺,，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致繼發(fā)性腫瘤細(xì)胞死亡,。使用前列腺異種移植模型（PC3）進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明,，與單獨(dú)2 Gy（4±2%）和單獨(dú)USMB（10±4%）相比，暴露于輻射和USMB聯(lián)合照射下的細(xì)胞死亡率（40±8%）顯著,。該研究進(jìn)一步報(bào)道,，功率多普勒超聲成像和CD31組織病理學(xué)分析分別證實(shí)了腫瘤血流量減少和血管減少。此外,，研究發(fā)現(xiàn),，與單獨(dú)使用2 Gy或單獨(dú)使用USMB相比，使用2 Gy + USMB的小鼠的生長(zhǎng)延遲明顯更高,。一項(xiàng)類似的研究被用于評(píng)估腫瘤血管系統(tǒng)在放療和USMB后的反應(yīng),。為此，我們使用神經(jīng)酰胺拮抗劑S1P處理的ASMase野生型,、ASMase敲除型或ASMase野生型小鼠,。將MCA/129纖維肉瘤植入小鼠體內(nèi)。結(jié)果表明,，放射和USMB治療小鼠ASMase野生型小鼠的腫瘤血流量在3小時(shí)內(nèi)顯著減少46.5%,。灌注減少持續(xù)24-72小時(shí)。此外,，在這些小鼠中觀察到血管計(jì)數(shù)減少和腫瘤細(xì)胞死亡增加,。此外，在ASMase野生型小鼠治療后24小時(shí)內(nèi)神經(jīng)酰胺水平升高,，同時(shí)腫瘤生長(zhǎng)受到抑制,，證實(shí)了ASMase-神經(jīng)酰胺途徑參與誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞死亡，導(dǎo)致腫瘤血管系統(tǒng)的全面破壞,。有人指出,，當(dāng)與USMB聯(lián)合使用時(shí)，單次低劑量的2Gy能夠?qū)⒓?xì)胞死亡的程度提高到與單次高劑量的8Gy相當(dāng)?shù)乃健?/span>ASMase敲除或ASMase野生型小鼠注射S1P后未見(jiàn)明顯變化,。因此,，Czarnota等人的這些研究表明，采用USMB和XRT聯(lián)合治療的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)血管靶向可能有助于降低輻射劑量,，同時(shí)增加腫瘤治愈的可能性,。

結(jié)論

輻射引起血管改變的研究表明，使用高劑量劑量或單次高劑量,，可導(dǎo)致腫瘤血管嚴(yán)重惡化,，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。這進(jìn)一步導(dǎo)致繼發(fā)性腫瘤細(xì)胞死亡。已知內(nèi)皮細(xì)胞的死亡是由ASMase途徑的激活引起神經(jīng)酰胺的產(chǎn)生而刺激的,。一些臨床前研究已經(jīng)將XRT與血管靶向藥物結(jié)合起來(lái),，以控制腫瘤的生長(zhǎng)或增強(qiáng)腫瘤的反應(yīng)。使用血管干擾劑,，如USMB,，可以機(jī)械地?cái)_亂內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)膜，導(dǎo)致ASMase誘導(dǎo)的神經(jīng)酰胺產(chǎn)生,，導(dǎo)致腫瘤血管塌陷,。眾所周知，當(dāng)與輻射結(jié)合使用時(shí),，這些效應(yīng)的協(xié)同效應(yīng)會(huì)更高,。大多數(shù)臨床前研究都是先用USMB暴露腫瘤，然后立即進(jìn)行輻射暴露,。未來(lái)的研究應(yīng)考慮優(yōu)化這些治療方式的序列和時(shí)間,，以獲得最大的腫瘤反應(yīng)。如果以正確的方式實(shí)施聯(lián)合治療,，也可以將輻射劑量毒性降到最低,，最終，它可以成為治療未來(lái)癌癥患者的一種變革性方法,。