放射线导致肿瘤细胞死亡的分子生物学体制

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细胞通过MOMP从线粒体膜间隙向胞浆中释放数种具有潜在致死性的蛋白质，这些蛋白质包括细胞色素C，SMAC/DIABLO、AIF、EndoG和OMI/HTRA2。其中细胞色素C最为重要，它能介导caspase-9的激活。Caspase-9作为一个caspase起始因子，裂解并激活caspase效应器，继而裂解细胞死亡底物。外源性凋亡途径常被称作死亡受体途径。该途径需要来自TNF受体超家族的配体激活。TNF死亡受体超家族成员(Fas/CD95，DR5/TRAILreceptor2)在受放射线照射后上调，并通过线粒体依赖和线粒体不依赖途径活化caspases[7]。最终被活化的caspase-8/10导致效应器caspase-3，6，7的裂解和活化，继而裂解细胞死亡底物[8]。一些细胞的caspase-8/10活化初始水平比较低，在这些细胞中会启动一个扩增环路[7]，放大内源性凋亡信号。

辐射诱导细胞自噬

细胞自噬是指细胞内受损、变性或衰老的蛋白质和细胞器被运输到溶酶体，溶酶体对其消化降解，以细胞质内自噬体的出现为标志的细胞自我消化过程，以双层膜结构包裹部分胞质和细胞器的自噬体为判断指标。自从发现射线可诱导肿瘤细胞自噬，对“放射线诱导的自噬是促进细胞生存还是导致细胞死亡”就存在争议[9-11]。有的研究认[9-10]为：放射线诱导肿瘤细胞自噬是肿瘤细胞对恶劣环境的一种适应反应，可以促使肿瘤生存生长。相反的，另外的报道[12-15]显示：放射线诱导的自噬可促进具有放射耐受性的肿瘤细胞死亡。目前，对放射线诱导自噬的上游分子机制还不是十分清楚[16]。放射线导致的DNA损伤是引起自噬的根本原因。最近的研究显示p53和PARP-1(DNA损伤激活的一个DNA修复酶)在自噬的初始阶段起重要作用。抑制mTOR(一种自噬抑制子)活性和调控mTOR下游靶点的蛋白质在自噬的诱发过程中都起作用[17-18]。调控自噬的还有其他若干个关键蛋白：PI3K/PKB/AKT/mTOR信号通路促进蛋白质合成，对自噬起负调控。胰岛素/IGF-1和胰岛素受体结合可以激活PI3K，激活的PI3K将细胞膜上的Ptdlns(1，5)P2转化成输出Ptdlns(3，1，5)P3，激活PKB/AKT，激活的PKB/AKT通过抑制TSC1/TSC2复合体(mTOR活化蛋白Rheb抑制剂)进一步激活mTOR[16,19-20]。自噬可在其通路上的多个节点处被操控。该过程可被氯喹(可减少自噬体清除的溶酶体酶抑制剂)、巴伐洛霉素A(溶酶体质子泵抑制剂，可降低溶酶体酸化和自噬体清除)、3-MA(PI3K抑制剂)和小干扰素RNA阻断[21]。相反的，自噬可以被AKT抑制剂和雷帕霉素(mTOR的抑制剂)激活[12]。近年关于自噬的研究成为肿瘤治疗研究的热点。

辐射诱导有丝分裂死亡

有丝分裂死亡是指细胞在畸形有丝分裂的过程中死亡或者由于发生畸形有丝分裂而导致的子代细胞死亡，是由细胞不成熟的或者异常地进入有丝分裂期所导致的。多种DNA损伤因子均可诱导有丝分裂死亡，其中包括放放射线照射。在一些研究放射治疗或放射联合免疫治疗肿瘤的实验中，常可以观察到有丝分裂死亡[22-23]。大多数非造血系肿瘤细胞在受到离子放射线照射后会执行有丝分裂死亡。目前认为，有丝分裂死亡是实体性肿瘤受到放射后主要细胞死亡机制。目前已提出两种诱发有丝分裂死亡的机制。第一种：DNA损伤和细胞周期检查点缺陷：①在p53受损的细胞中，G2/M检查点功能受抑制，细胞以未成熟的状态(携带不能修复的DNA损伤)进入有丝分裂；②P53对DNA修复也非常重要，p53受损的细胞中不能完成DNA修复。上述两点共同作用最终导致有丝分裂死亡。第二种关于诱导有丝分裂死亡的理论是：中心体过度扩增[24-25]。在正常的有丝分裂过程中，中心体是主要的微管组织中心，形成双极的有丝分裂纺锥体[26]。中心体对有丝分裂过程中产生的纺锤体极数起关键作用，并且对子代细胞中准确的染色体分离也很重要。过度扩增的中心体可能会导致多极有丝分裂纺锤体，导致染色体分离异常，产生含多核或双核的巨大细胞[27-28]已有数个研究证实放射线诱导的有丝分裂死亡和中心体的异常复制有关[25,27]。有报道，中心体的过度扩增是DNA损伤以及DNA修复功能低下的结果[25]。新复制出的中心体不能马上再复制，需要时间去重新获得复制的能力。CDK2-cyclinA/E复合物的活性对启动中心体扩增起关键作用。该复合物的活性受p53调控[29]。故而在p53功能缺乏的细胞中常能观察到中心体过度扩增。中心体过度扩增可能是放射线诱导染色体突变的关键事件。

辐射诱导细胞衰老

细胞衰老是指一种永久的细胞周期停滞状态。大量研究显示，肿瘤细胞在应激时会发生细胞衰老[1-2,30]。正常细胞随着端粒损耗会发生衰老。低剂量放射线照射会诱导出DNA损伤应答(DNAdamageresponse，DDR)。DDR感知到DNA损伤并传递一个信号放大级联反应，继而激活一个短暂的细胞周期阻滞。在这个阻滞过程中，DNA损伤得到修复。不容易得到修复的DNA损伤和/或者更严重的DNA损伤将诱导细胞死亡，或者激活一个永久性的、慢性的DDR信号和细胞衰老[31]。这种由损伤诱导出的衰老被称作加速衰老，不依靠端粒磨损。衰老细胞的基因表达发生广泛的改变。肿瘤细胞接受放疗后，p53能促进诱导出衰老；而p53信号受损时，放射线诱导的衰老可能中断[2]。然而，有研究发现在缺乏p53或p21或p16的情况下加速衰老仍然能够发生。此现象提示：也许有其他基因也参与调控这一过程。我们可以大致得到一个结论：衰老可能是导致放疗诱导的生长阻滞的机制。

肿瘤微环境对射线杀伤肿瘤细胞效率影响

射线杀伤肿瘤细胞的效率还受到肿瘤组织微环境的影响。肿瘤组织微环境特点主要包括缺氧、低血糖和酸中毒。缺氧在肿瘤中很常见。缺氧的肿瘤细胞会产生放射耐受性，并且缺氧会导致肿瘤进展为侵袭性更高的表现型。细胞对放疗的敏感性取决于组织中氧的存在(氧固定假说)[32]。氧分压低于3mmHg时，细胞会显示出显著的射线耐受。葡萄糖分布和氧分布的模式类似，急、慢性低血糖常伴随急、慢性缺氧共同发生。作为对不利的缺氧环境的适应，肿瘤能够最大化的利用可获得的葡萄糖，增加糖酵解以便产生更多的ATP(Warburg效应)。此外，肿瘤微环境还可能通过其他影响凋亡的过程(如增殖，修复，能量代谢和信号转导)间接调控凋亡。体外研究常常只是单独考虑肿瘤组织微环境情况，而在肿瘤患者体内，同时存在多种因素，需要探索这些因素联合作用的效果，从而更加真实的评估肿瘤对放疗的反应。

结语

随着对射线诱导细胞死亡的分子机制的深入认识，有关通路上关键分子的抑制剂/激活剂成为值得研究的领域。p53介导的急性凋亡激活，在恶性肿瘤(尤其是造血细胞源性肿瘤)对放疗的反应中起重要作用。此外，在恶性肿瘤治疗过程中，放疗诱导的细胞衰老也是由p53促进的。是由，p53在癌症治疗中担当独特的分子靶点，重新激活突变的p53可能增强放疗疗效[33]。受到放射线照射后不能激活凋亡或者开启衰老的细胞仍有可能通过有丝分裂死亡完成细胞死亡。目前，治疗策略是瞄准并抑制这个途径中的基本分子。这些分子包括中心体和G2/M检查点以及相关的调控因子和数种细胞周期激酶[28,34]，可望促进有丝分裂死亡和继发的细胞死亡。由于肿瘤组织微环境特殊，为提高放疗疗效需克服微环境中缺氧、低血糖、酸中毒等不利因素的影响。目前对数种抑制剂(包括激光激酶[35-36]、PLK1[28,34]、生存素[37]和驱动蛋白家族成员(KIF11，KIFC1)[38-39])进行了临床前和临床研究。这些研究提示放疗联合基因分子治疗的综合治疗策略已经取得了初步的胜利。总而言之，明确射线诱导细胞死亡的不同分子机制和它们对治疗结果的协同效应，对提高放疗疗效有着巨大的潜力和实际意义。

作者：许薇薇综述黄一飞审校单位：解放军总医院