综述：从 Bench 到 Bedside：推进对直肠癌放射抵抗机制的认知

《Cancer and Metastasis Reviews》：From bench to bedside: advancing our understanding of radioresistance in rectal cancer

　　

全球直肠癌（RC）发病率正以惊人速度增长，尽管早期检测有所改善，仍有超过50%的病例在晚期才确诊。新辅助（化疗）放疗方案仍是治疗的基石，但高达20–40%的肿瘤表现出或获得对电离辐射的抵抗，限制了治疗选择并导致疾病进展。本综述在放射生物学基础的6Rs框架下，即修复（Repair）、再氧合（Reoxygenation）、再分布（Redistribution）、放射敏感性（Radiosensitivity）、再群体化（Repopulation）和再激活（Reactivation），对RC放射抵抗的复杂生物学和分子机制进行了全面阐述。具体而言，研究人员系统综述了DNA损伤修复通路、细胞周期调控、缺氧、转录可塑性调节因子（如癌症干细胞）以及非编码RNA的作用。此外，研究人员还剖析了肿瘤浸润淋巴细胞、癌症相关巨噬细胞及炎症性癌症相关成纤维细胞在放射抵抗中的关键作用，这些细胞共同塑造了放疗后免疫抑制和促转移的微环境。更进一步，研究人员提出一种尚未充分探索的机制——放疗后癌细胞的代谢重连（metabolic rewiring），将其作为放射生物学的第7个R，即“重编程（Reprogramming）”，该机制使肿瘤得以存活并促进侵袭性表型。这一新视角为RC抵抗的分子认知增添了新层面的复杂性，并填补了当前放射生物学研究中缺失的机制见解。研究人员还讨论了类器官、患者来源类器官及动物模型等先进实验平台在临床前研究与治疗测试中的价值。本综述将机制见解与生物标志物指导的临床决策相整合，以支持RC的诊疗管理。通过解析这些多因素机制，研究人员强调了开发预测性生物标志物和个体化治疗策略以克服抵抗、改善患者预后的机遇。

1 引言：RC放射抵抗日益严峻的挑战

直肠癌（RC）是全球第八大常见恶性肿瘤，亦是癌症相关死亡的第十大原因，约占所有结直肠癌病例的30–40%。尤为令人担忧的是35岁以下青年群体中RC发病率上升，该类患者常表现为更晚期且更具侵袭性的疾病。这一趋势与可改变的生活方式（如红肉及加工肉类的高摄入、体力活动不足）以及肠道微生物组改变相关。近期研究报道，与产毒大肠杆菌等肠道菌相关的多聚乙酰苷酸突变特征SBS88和ID18在50岁前诊断的结直肠癌中分别高出2.5倍和4倍；青年RC患者中梭杆菌属和黄杆菌属丰度亦增加。此外，林奇综合征等遗传易感综合征以及APC基因279密码子高突变率也促成早发性CRC。环境暴露如除草剂吡氯铵亦被认为与早发性结直肠癌有关。约60–70%直肠肿瘤确诊时为II期和III期，需多学科治疗，通常包括新辅助放疗单用或联合化疗后继以全直肠系膜切除术。近期III期临床试验表明，强化新辅助策略（如术前放疗联合更强效化疗）可提高病理完全缓解（pCR）率并改善无病生存（DFS）及总生存（OS），进而推动了器官保留的“观察等待”策略实施，约50%患者借此避免手术且不影响肿瘤学安全性。目前最广泛采用的新辅助方案包括短程（25 Gy分5次）或长程（45–50 Gy分25–28次）放疗，均常联用放射增敏化疗，继以手术和辅助化疗；近年亦转向全程新辅助（TNT）模式以提升pCR率。然而，尽管多模式治疗，约20–40% RC患者仍出现局部区域复发并可演变为转移性疾病。鉴于RC复发率高、青年发病率增及放疗核心地位，阐明放射抵抗的生物学与分子机制至关重要。虽表征尚不完全，RC放射抵抗与肿瘤固有因素（解剖位置、大小、血管生成特征）及患者相关因素（临床状态、遗传缺陷、免疫谱）有关。本综述更新概述了RC主要生物性放射抵抗因素，聚焦调节基因与蛋白、代谢重编程、转录可塑性参与者及肿瘤微环境（TME）调制效应，尤其是肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）、肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）和癌症相关成纤维细胞（CAFs），并展望了推动机制认知的实验模型及生物标志物转化意义。

2 揭示RC放射抵抗的生物学机制

放疗基础在于诱导DNA损伤，电离辐射可致氧化碱基、无碱基位点、单链断裂，最关键为双链DNA断裂（DSBs）。癌细胞DNA损伤应答（DDR）常有缺陷，但在分次放疗间隔中健康组织因修复力强而恢复，瘤细胞则累积致死损伤。1975年Withers提出修复、再氧合、再分布、再群体化四原则；14年后Steel增补放射敏感性为第五原则；近期Boustani等提出再激活为第六原则，即放疗释放肿瘤抗原激活免疫系统。RC易发放射抵抗，本文提出代谢重编程可作为第七个R——重编程（Reprogramming）。

2.1 修复

放疗主要通过DSBs杀伤癌细胞。RC细胞中PR/SET域15（PRDM15）与DNA依赖性蛋白激酶（DNA-PKcs）、Ku70/Ku80异二聚体互作，促进非同源末端连接（NHEJ）修复，其高表达与不良预后相关，敲低后增殖与放射抵抗下降。残存肿瘤中Rab5c、Ku70、Ku80转运蛋白上调，介导表皮生长因子受体（EGFR）内吞与DNA修复增强。CCR6在耐药患者中过表达，沉默后通过损及DDR及Akt/ERK通路增敏。非POU域八聚体结合蛋白（NONO）与核糖体侧向柄亚基P0（RPLP0）结合促进DNA-PK Thr²⁶⁰⁹自磷酸化助修复，其复合物在疗效差组织中高表达。TELO2互作蛋白1（TTI1）通过稳定ATM激活DDR。生存素（survivin/BIRC5）入核与Ku70、γ-H2AX、DNA-PKcs互作，形成异四聚体增强NHEJ。

2.2 再氧合

再氧合使缺氧区获氧而增加活性氧（ROS）致DSB。缺氧诱导因子1α（HIF-1α）在RC中高表达关联侵袭表型、高血糖及nCRT耐受，是预后不良指标。

2.3 再分布

细胞周期G₁较长且部分敏感，S期因复制修复上调而耐药，G₂-M最短且敏感。母体胚胎亮氨酸拉链激酶（MELK）在放疗后上调，沉默致G₀/G₁阻滞、减增殖而增敏。

2.4 放射敏感性与再群体化

X连锁凋亡抑制蛋白（XIAP）在无效者应答者中过表达，其/DIABLO比值可预测放疗反应。生存素（BIRC5）高表达关联局部复发。血清糖皮质激素调节激酶1（SGK1）于醛固酮通路中上调助存活。再生家族成员4（REG4）联同NEIL2、BIRC5在非应答者中上调。N-myc下游调节1（NDRG1）在耐药株敲低后复敏。人磷脂乙醇胺结合蛋白4（hPEBP4）过表达预示差退缩。10基因放射敏感性指数（RSI：AR、JUN、STAT1、PRKCB、RELA、ABL1、SUMO1、CDK1、HDAC1、IRF1）可个性化预测。

2.5 再激活

TME免疫组分决定应答。CD4⁺、CD8⁺ TIL密度预治疗关联完全缓解；补体C3/C5在耐药株高表达，沉默后增敏。Senescence-associated secretory phenotype（SASP）因子及CD8⁺浸润可预测nCRT反应，早期耗竭T细胞（NR1D2⁺）及三级淋巴结构（TLS）在应答者富集。

巨噬细胞：M2样TAMs增多助抑炎及抵抗，癌胚抗原（CEA）驱M2极化由PGE₂介导；肥大细胞招募TAM关联差预后。

成纤维细胞：活化成纤维细胞蛋白α（FAP-α）与CXCL12分泌关联复发；炎性CAFs（iCAFs）泌IL-1致基质衰老并外泌体促干性；CXCL12-CXCR4阻断可逆转抵抗。

2.6 重编程

代谢重编程为第7R。耐药SW837相较敏感HCT116氧化磷酸化（OXPHOS）改变，二甲双胍逆转之。Intelectin 1（ITLN1）高表达关联差TRG。辅酶A合成酶（COASY）经PI3K/Akt介导修复。磷脂酰肌醇转移蛋白胞质1（PITPNC1）控ROS；ABC亚族C成员4（ABCC4）高表达联TP53突变预后差，阻后cAMP升、G₂蓄积。

3 转录可塑性：癌症干细胞

Bmi1多梳蛋白促干性，沉默减球体形成及干标（SOX2、OCT4、NANOG、KLF4）。OCT4过表达经ZEB1促上皮间质转化（EMT）而耐射。

3.1 非编码RNAs

miR-96-5p靶向GPC3抑Wnt/β-catenin；miR-423-5p下调失Bcl-xL抑凋；miR-7-5p/KLF4减干性；miR-130a/SOX4损ATM修复。lncRNA（XIST等）竞作海绵松弛起效。

4 研究RC放射抵抗的实验模型进展

4.1 细胞系：SW837（炎性MSS、K-RAS G12C）、SW1463（ transit-amplifying）及SNU系列具梯度放射敏抗性，耐药亚系助机制解明。

4.2 三维模型：

4.2.1 球体：SW837/SW1463球体标准化（MISpheroID），SW837耐射且入SLiMIA图谱。

4.2.2 类器官：65例PDOs保分子药敏；放疗反应准确84.43%；PI3K/AKT/mTOR上调可用双阻增敏；RAS-MAPK抑剂降RAD51助放。

4.3 动物模型：CT26/BALBc直注、MNNG诱癌、经肛注入（TARCI）HT29转移动物模；基因工程鼠类器官正交放疗导引。

5 临床实践转化涵义

5.1 治疗前：活检PRDM15/Ku/NONO/TTI1/XIAP/survivin/SGK1/REG4/HIF-1α/COASY/PITPNC1/ABCC4及CSC免疫标分层入组试。临试含[¹⁸F]HX4、F-MISO、Ropidoxuridine、Anakinra、代谢组、外泌体miR。

5.2 治疗后：近完应残高危者手术优于观望；Epacadostat阻IDO1增T/NK活；Rosuvastatin合nCRT高pCR率。

6 结论与展望

RC放射抵抗为多因互作，代重编程作第7R需认受。3D及动物模助生物标验证。闪射（FLASH）及质子布拉格峰精准放疗为新径。纵向多组学及时序建模为未竟之需。