《Oxygen》：The Effects of Photodynamic Therapy on Genetically Determined Glioma Syndromes Associated with an Increased Risk of Disease
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光动力疗法（PDT）是一种预防癌症进展的有效方法。PDT方法保证局部产生活性氧中的单线态氧（1O2），其对细胞具有毒性。因此，这种也称为光活化化疗的治疗方法特别适用于位置难以到达但需要明确的肿瘤。因此，PDT可以通过用光、光敏剂（PS）和氧气三个因素替代手术刀
光动力疗法（PDT）是一种预防癌症进展的有效方法。PDT方法保证局部产生活性氧中的单线态氧（1O2），其对细胞具有毒性。因此，这种也称为光活化化疗的治疗方法特别适用于位置难以到达但需要明确的肿瘤。因此，PDT可以通过用光、光敏剂（PS）和氧气三个因素替代手术刀工具，在细胞中产生活性氧中的单线态氧（1O2），从而成为手术切除肿瘤的替代方法。本文讨论了可能起源于神经胶质干细胞或祖细胞的高级脑肿瘤。在这篇综述中，研究人员纳入了关于PDT在神经胶质瘤治疗中应用的最新信息，并主要关注了PDT在患有与神经胶质瘤风险增加相关的遗传综合征患者中的使用研究。该综述还利用了对于神经胶质瘤患者诊断和治疗重要的遗传综合征信息。研究人员讨论了脑肿瘤与几种遗传异常之间的关联。基于文献数据，本综述重点介绍了人细胞对PDT反应的分子机制。在处理后的样本中，PDT后基因表达发生了显著变化。
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引言
光动力疗法（PDT）已被证明是安全的，且具有许多治疗优势。另一方面，神经胶质瘤的治疗是一个主要的神经肿瘤学难题。直接光杀伤需要足够水平的光、氧气和光敏剂（PS）。本文旨在探讨目前关于PDT与神经胶质瘤治疗中遗传变化之间关系的知识。PS应无诱变性和在650–800 nm区域有较强吸收，以增加光对组织的穿透力。当研究中使用Photofrin时，脑PDT的最佳剂量为2 mg/kg体重。目前，PDT治疗与5-氨基酮戊酸（5-ALA）密切相关，其允许在恶性神经胶质瘤中可视化肿瘤。2009年，首次发现了与神经胶质瘤相关的几个基因座的基因表达分析和全基因组关联研究。8q24遗传变异与多种癌症风险相关，其增加神经胶质瘤风险的机制未知。肿瘤基因检测有助于正确分类，也是预后因素。最频繁进行的基因检测包括p53基因突变、杂合性缺失（9q、10p、10q、13q、17q、19q、22q）、编码基因（PTEN、CDK4、CDK6、EGFR、MDM2）的染色体缺失或扩增、MGMT突变、IDH1和IDH2突变。根据新的分类，将肿瘤分类为少突胶质细胞瘤必须确认1p19q共缺失。本文综述了光动力疗法和与疾病风险增加相关的遗传决定的神经胶质瘤综合征的影响。
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基因表达分析
基因表达分析显示MGMT突变的存在提示肿瘤对化疗的易感性更好。在高分级神经胶质瘤中观察到9p和10q的杂合性缺失以及16p的缺失。已经确定了促进神经胶质瘤易感性的基因组位点。在神经胶质瘤患者中，最常评估的基因是致癌物代谢和免疫功能基因。DNA修复的遗传变异是癌症中广泛研究的主要基因类别。神经胶质瘤和/或神经胶质瘤亚型已被发现与ERCC1、ERCC2、GLTSCR1、PRKDC、MGMT和CHAF1A中的变异显著相关。对具有家族史病例的分离分析显示支持RTEL基因与脑肿瘤家族史病例的关联。易患神经胶质瘤的综合征包括Li–Fraumeni综合征（LFS）、Lynch综合征（HNPCC）、结节性硬化症（TSC）、1型神经纤维瘤病（NF1）、2型神经纤维瘤病（NF2）和Von Hippel–Lindau综合征（VHL）。
2.1. Li–Fraumeni综合征（LFS）
Li–Fraumeni综合征是一种罕见的常染色体显性遗传疾病。LFS是一种癌症易感综合征，与恶性肿瘤的高风险相关。终生风险男性至少70%，女性至少90%。这些患者特别容易患肾上腺皮质癌、乳腺癌、中枢神经系统肿瘤、骨肉瘤和软组织肉瘤。在40%具有类似Li–Fraumeni综合征表型的患者中，证实了有害的TP53突变。LFS患者发生脑癌的累积风险在70岁时女性为6%，男性为19%。大约10%的LFS患者会发展为神经胶质瘤（星形细胞瘤或胶质母细胞瘤）。
2.2. Lynch综合征（LS）
Lynch综合征（又称遗传性非息肉病性结直肠癌（HNPCC）综合征）是一种常染色体显性疾病，其本质是四个不同基因中一个的功能丧失，这些基因编码错配修复蛋白。LS由四个DNA错配修复（MMR）基因（MLH1、MSH2、MSH6和PMS2）中的致病变异或EPCAM缺失引起。后果是可能发展为主要与消化道和妇科器官相关的癌症。LS患者终生患结直肠癌的风险为50–80%，子宫内膜癌为40–60%。这些患者还可能患上尿路上皮癌、肝胆道癌、小肠癌、卵巢癌、皮肤癌、胰腺癌和脑癌。LS的诊断基于阿姆斯特丹和贝塞斯达标准。LS与脑肿瘤风险增加四倍相关，主要是胶质母细胞瘤。Turcot综合征I型易患神经胶质瘤和星形细胞瘤，II型可能导致髓母细胞瘤。Muir–Torre综合征和CMMR-D综合征的脑肿瘤发病率也较高。在LS患者中，14%的家庭被诊断为原发性脑肿瘤，最常见的组织学亚型是胶质母细胞瘤（56%），其次是星形细胞瘤（22%）和少突胶质细胞瘤（9%）。中位诊断年龄为42岁。对于LS患者的中枢神经系统和脑肿瘤预防，目前不建议在25–30岁开始每年进行体格/神经系统检查之外的额外监测。替莫唑胺（TMZ）被推荐为神经胶质瘤的标准治疗选择，但由于MMR缺陷细胞对其固有抵抗，初步研究提示神经胶质瘤患者细胞可能对TMZ耐药，需要进一步研究以找到最有效的治疗。
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选择的神经皮肤疾病
神经皮肤疾病主要包括结节性硬化症（TSC）、1型神经纤维瘤病（NF1）、2型神经纤维瘤病（NF2）和Von Hippel–Lindau病（VHL）。
3.1. 结节性硬化症（TSC）与TSC中的神经胶质瘤
结节性硬化症是一种常染色体显性神经皮肤疾病。TSC由TSC1或TSC2基因突变引起，80%的病例为新发突变。TSC患者发生中枢神经系统肿瘤的风险增加。皮质结节是TSC的特征性神经病理表现。室管膜下巨细胞星形细胞瘤（SEGA）是TSC患者中最常见的脑肿瘤类型，见于约6–14%的患者。随访MRI检查建议每1–3年进行一次以预防SEGA的发展。TSC中脑肿瘤的治疗主要基于手术切除和靶向治疗，如使用mTOR抑制剂依维莫司。
3.2. 1型神经纤维瘤病（NF1）与NF1中的神经胶质瘤
1型神经纤维瘤病由位于染色体17q11.2的NF1基因突变引起。NF1基因编码神经纤维蛋白，该蛋白激活Ras-GTP酶，从而中断Ras信号。NF1蛋白缺乏导致Ras过度激活。NF1与发生许多类型癌症的风险增加相关，包括影响神经系统的癌症。最常见的颅内肿瘤包括视神经胶质瘤（诊断于15–20%的NF1患者）和脑干胶质瘤。这些肿瘤通常病程温和，甚至可消退。主要治疗方法为手术，但对于视神经胶质瘤，首选保守治疗或卡铂和长春新碱化疗。
3.3. 2型神经纤维瘤病（NF2）与NF2中的神经胶质瘤
2型神经纤维瘤病起源于施万细胞，导致神经系统肿瘤易感性增加。最常观察到的中枢神经系统病变是双侧前庭神经鞘瘤。目前没有单一治疗方法被认为对NF2患者最有效。治疗的主要目标是保留听力功能和改善生活质量。手术治疗是主要方法，但肿瘤再生概率高。放疗可能促进继发癌症的发展，因此不推荐用于NF2患者。最新报告表明贝伐珠单抗应是治疗快速生长的前庭神经鞘瘤的一线药物。
3.4. Von Hippel–Lindau综合征（VHL）
Von Hippel–Lindau综合征（VHL）是一种多系统常染色体显性疾病，易使患者发生中枢神经系统和内脏器官的良恶性肿瘤。大约80%的VHL病例是遗传性的，20%的病例是新发突变。VHL患者中最具特征性的癌症是血管母细胞瘤，约50%的患者发生。根据基因型-表型相关性和嗜铬细胞瘤的发生率，VHL分为1型和2型。VHL患者中枢神经系统最常见的病变无疑是血管母细胞瘤。这些患者也可能发生低级别或毛细胞星形细胞瘤。CNS肿瘤的治疗推荐手术切除。使用靶向治疗正在研究中。
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神经胶质瘤治疗
这些癌症易感综合征仅与少数家族性神经胶质瘤相关，提示存在额外的易感基因。神经胶质瘤的治疗由于预后极差，自20世纪80年代以来一直是讨论的主题。当前治疗标准包括手术切除联合放射化疗。使用光动力疗法治疗神经胶质瘤的初步研究结果令人鼓舞。注意到在手术中联合使用PDT相比单独肿瘤切除延长了患者生存期。神经胶质瘤是诊断时最常被发现且预后最差的肿瘤，诊断时已为IV期，目前治疗技术下的中位生存期仅为数月。
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光动力疗法
PDT中发生的光化学和光生物过程最终导致肿瘤细胞的选择性破坏。微阵列分析有助于识别基因，以更好地理解PS在PDT治疗中的分子机制。目前很少有关于PDT在癌症治疗中的微阵列研究，但在PDT后观察到A431鳞状细胞癌细胞、RT4尿路上皮癌细胞、HT29结肠癌细胞和Ca9-22牙龈癌细胞中的基因表达变化。所有这些已发表的研究都集中在细胞培养中PDT诱导的基因表达。因此，应进一步进行体内分析。理解神经胶质瘤、宿主免疫细胞与肿瘤微环境之间的分子相互作用可能带来新的综合方法，以同时控制肿瘤逃逸途径和激活抗肿瘤免疫反应。基因表达分析越来越多地用于理解治疗方法对疾病分子机制的影响。PDT的疗效不是通过基因表达分析来评估的，而是通过肿瘤消除的程度来评估。PDT是一种基于染料、光和氧气相互作用的治疗方法。PDT涉及静脉或腹腔局部引入光敏化学物质——光敏剂（PS），然后用适当波长的光激活，通常为600–800 nm。发生氧化反应，产生活性氧（ROS），导致细胞死亡。PDT的抗癌作用包括对癌细胞的直接细胞毒性作用、损伤微血管导致局部缺血以及刺激针对癌症的免疫反应。PDT的最大优势是可与手术、放疗和化疗等其他方法同时使用的安全性，以及对所选（癌）细胞的选择性作用，显著降低副作用风险。PS应具有在无光时低活性、不在体内长时间停留等特征。光敏剂分为三代：第一代是天然卟啉，第二代具有更好的光吸收参数和选择性，第三代包括纳米平台、遗传修饰系统和载体结合系统。最深入研究和使用最广泛的是5-氨基酮戊酸（5-ALA）。研究显示，在无法切除的新诊断胶质母细胞瘤患者中，除放疗和化疗外加用PDT，中位至疾病进展时间显著延长，3年生存率提高。尽管初步结果令人鼓舞，但PDT的局限性包括耐药性，可能由于细胞耐药性的发展或许多生物屏障，如光传递的技术限制、PS在肿瘤中积累不足或PS向术后切除区域的运输受限。需要进一步研究以改善光传递机制和优化工作流程。
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PDT对细胞中基因表达的影响
除了手术切除，散发性神经胶质瘤的当前治疗标准包括放疗和化疗。这些方法可能导致DNA损伤，进而导致继发癌症的发展。考虑到癌症的靶向治疗、保器官技术和低系统毒性，PDT似乎是一种能绕过当前推荐程序所出现问题的方法，因此有望成为这些疾病治疗的未来。PDT影响处理细胞中许多基因的复杂表达。基因表达分析用于理解PDT的影响。文献显示了响应PDT的基因变化。生物信息学方法如网络分析用于基因组和蛋白质组学评估。蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络分析是一种基于图论的方法。评估基因表达谱后，在处理的样本中报告了PDT后基因表达的显著变化。检测基因之间的调控关联是分析所研究系统中分子事件的合适工具。图3显示了黄色、绿色、红色、蓝色、紫色、黑色和粉红色分别指代细胞功能，如表达、激活、抑制、结合、催化、反应和PDT后修饰。该图显示EGFR在图中至关重要；MYC保持孤立，与其他基因无相互作用；CANX仅通过反应活性与HSPA5相关；ITGB1通过催化活性与EGFR连接；HSPA5与APP和EGFR有结合连接；HSPA5激活CDH1；APP和JUN与翻译后修饰相关；EGFR和CDH1有复杂连接。除了体内才能检测到的免疫效应和肿瘤血液供应关闭外，PDT还与凋亡和副凋亡相关，这是在光损伤某些亚细胞位点后发生的。当线粒体是光损伤靶点时，细胞色素c释放到细胞质中导致凋亡。除非ABCG2最初存在，否则一些PS的外排可能由ABCG2介导，但细胞无法存活足够长时间来上调ABCG2生物合成。细胞存活、分化和增殖是PDT后检查细胞中主要的调控过程。PDT后观察到的基因组变化有助于确认EGFR、CDH1和JUN之间的联系。还发现PDT后ABCG2表达降低。为了研究p53在细胞对PDT敏感性中的作用，研究比较了表达野生型p53的正常人成纤维细胞和仅表达突变型p53的永生化Li–Fraumeni综合征细胞在Photofrin PDT后的克隆形成存活率。LFS细胞比较正常人成纤维细胞对PDT更耐药。LFS细胞在PDT后G2期积累时间延长并发生凋亡。由于DNA错配修复缺陷细胞对许多化疗药物和放疗耐药，并可能快速获得额外突变导致肿瘤进展，一项研究评估了DNA错配修复活性丧失对PDT敏感性的影响。使用错配修复熟练和因MLH1或MSH2蛋白功能丧失而缺陷的细胞系，错配修复的丧失似乎并不导致对PDT的耐药。这表明PDT可能是规避由DNA错配修复丧失导致耐药的策略。目前文献中没有关于在TSC患者中使用PDT治疗脑肿瘤的数据。在这组患者中，PDT已用于治疗面部血管纤维瘤和视网膜星形细胞瘤。在VHL综合征患者中，PDT已用于治疗眼部疾病，主要是视网膜血管瘤。PDT失败的主要因素包括：光在组织对光相对透明的波长下传递不足、光敏剂水平不足、存在可淬灭活性氧的分子或光敏剂选择不当。PDT耐药机制与（i）不同的摄取率或外排，（ii）细胞内药物运输改变，（iii）药物活化减少和（iv）药物失活增加有关。在PDT机制中，热休克蛋白（HSPs）作为细胞内分子伴侣发挥作用。
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结论
如上所述，成功的PDT将在基因表达发生任何改变之前杀死肿瘤细胞。除ALA外，大多数药物不需要任何代谢合成。在没有PDT的情况下，PS的存在对检查细胞的基因表达谱没有显著影响。有PDT的PS存在影响检查细胞的基因表达谱，并且基因表达仅在存活的细胞中发生改变。生物信息学结合基因组学提供了关于生命系统中分子事件的宝贵信息。在未来的工作中，可能建议基于各种联合疗法（如免疫疗法、化疗和PDT）的协同效应，评估EGFR、CDH1和JUN在PDT反应中的作用。
