放射治疗是恶性肿瘤治疗的有效方式之一，几乎超过50%的恶性肿瘤患者在抗癌过程中接受过放射治疗。但是高能量的放射线在杀死肿瘤细胞的同时，不可避免会损伤肿瘤周围正常组织。所以控制肿瘤放射剂量，使肿瘤放射“局部化”，是肿瘤科医生共同的追求。放射增敏剂的使用助于获得相对低量高效的放射剂量，有效增加肿瘤局部控制率，降低放射对肿瘤周围正常组织的伤害。但是目前临床上使用的放射增敏剂，大多数存在药物自身细胞毒性大、选择性低、价格昂贵等特点，限制了临床广泛使用。所以寻找安全经济且可区分肿瘤组织和正常组织的“智能型”放射增敏物质十分迫切且必要。这篇综述主要对肿瘤放射增敏机制及相关药物研究进展进行了总结分析，并介绍一些新兴的放射增敏措施，为临床上放射增敏剂的使用和进一步研发提供方向。
引用本文： 张佳惠, 李平. 恶性肿瘤放射增敏机制及药物研究进展. 华西医学, 2015, 30(8): 1581-1586. doi: 10.7507/1002-0179.20150453 复制
放射治疗（放疗）是利用不同能量的射线治疗恶性肿瘤的一种局部治疗手段，约50%的恶性肿瘤患者会接受不同形式的放疗[1]。一方面，放射线使细胞中的水裂解，产生氧自由基，破坏细胞DNA的化学键，导致细胞凋亡；另一方面，它能氧化细胞膜脂质双分子层，损伤线粒体，产生附加的氧化应激效应[2-5]。众所周知，随着现代医学的发展和人民生活水平的提高，患者对肿瘤治疗疗效和自身生存质量提出了更高的要求，在过去的二三十年里，精确放疗技术的发展，确实提高了放疗疗效，减少了放射线对肿瘤周围正常组织的损害，但是仍有不少的恶性肿瘤患者承受着局部复发和放疗毒副作用的折磨[6]。为了获得既可最大程度摧毁肿瘤细胞，又能把对肿瘤周围正常组织伤害降至最低的放射剂量，增加肿瘤局部控制率，提高肿瘤放射敏感性，放射增敏剂这一概念被提出。它的作用在于可不增加放射剂量，提高放疗疗效和治疗增益比[7]。现对放射增敏的机制和放射增敏剂的近期研究进展综述如下。
1 放射增敏机制
1.1 促进肿瘤细胞凋亡，直接增加放疗获益
肿瘤细胞的无限增殖是凋亡受抑制的结果[8]，所以选择性地诱导肿瘤细胞凋亡似乎是增加放疗效果最直接的途径。细胞凋亡过程途径各异，机制复杂，凋亡蛋白和凋亡抑制蛋白相互制衡，发挥着重要作用。所以，我们既可通过促进凋亡蛋白如半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶类的活性，也可通过抑制凋亡抑制蛋白家族的表达来提高肿瘤细胞凋亡率。其次，早在1960年，就有研究指出细胞周期G2期和M期放射敏感性最高，因此可使用传统化疗药物，如多柔比星、紫杉醇等造成细胞G2/M期阻滞，增加放疗疗效[9]。
1.2 降低肿瘤细胞DNA修复效能，增加放射敏感性
放射线作用于肿瘤细胞最主要的作用是造成DNA双链断裂。被照射后的肿瘤细胞，并非全部死亡，而是通过各种可能的机制修复损伤使细胞存活。其中同源重组和非同源重组（NHEJ）是DNA损伤修复机制中最主要的2条修复途径，尤以NHEJ常见。它可以选择特定的酶黏附在DNA损伤位点上，激活并修复DNA损伤和断点，其中包括那些十分复杂的并不具有严格DNA同源性的断端[10]。核苷酸切除修复、碱基切除修复、错配修复等均在DNA损伤修复方面发挥着积极作用，其中碱基切除修复主要致力于修复小的DNA损伤[11]。目前，主要可从3个方面去降低DNA损伤修复效能：① 抑制DNA修复通路中的关键酶类，如NHEJ通路中的ku蛋白（ku70，ku86），DNA依赖蛋白酶的催化亚单位（DNA-PKcs）；碱基切除修复通路中的DNA聚合酶β（Pol β）等，导致DNA修复障碍，增加肿瘤细胞放射致死率。② 直接加重DNA损伤，缓冲机体修复能力，我们通常选择放疗同致DNA损伤类化学治疗（化疗）药物联用，如烷化剂、铂类等。③ DNA损伤位点识别逃逸，使缺陷的DNA进入细胞有丝分裂，最终死亡。
1.3 调控细胞周期检测，解除放疗导致的细胞周期阻滞
电离辐射导致的DNA损伤信号一旦开启，细胞要么暂时停滞在某时相赢得损伤修复时间导致放疗抵抗，要么引起不可逆的生长停滞最终凋亡或是坏死。细胞周期检测点蛋白的激活可引起系统的、有条不紊的连锁反应进行损伤修复。其中“感受器”包括有RAD、BRCA、NBS1、ATM、细胞周期点激酶（CHK）“效应器”包括p53、p21、细胞周期蛋白依赖性激酶等[12]，若能阻断连锁反应，则可促进细胞凋亡，增强放射敏感性。
1.4 改善乏氧微环境，减弱治疗抗拒
几乎所有啮齿动物原始肿瘤和人类移植瘤模型均存在乏氧细胞，在微小瘤和远处转移瘤中也如此。有实验显示，实体瘤中只要有10%～20%的乏氧肿瘤细胞的存在，就足以导致肿瘤乏氧微环境形成，产生放疗抵抗[13]。其机制可能与以下2个方面有关。① 乏氧导致细胞代谢重组，诱导内环境酸化、触发血管内皮细胞生长因子产生，刺激生成肿瘤微血管，增强肿瘤细胞的乏氧适应性，快速增殖[14]。② 乏氧区自由基产生减少，降低了肿瘤细胞杀伤率，还可上调NHEJ，增强细胞DNA修复能力，成为导致治疗抗拒的主要原因[15]。所以缓解肿瘤区乏氧状态对于提高肿瘤放射敏感性有举足轻重的作用。为了弥补乏氧对放疗的消极影响，许多临床可行的措施不断地得到验证，从最初的专注于调整肿瘤细胞的氧合状态，如小剂量分次照射、高压氧治疗、烟酰胺联合碳合气（氧和少量二氧化碳气体的混合气体）吸入等方式，逐渐转变成集中发展化学药物增敏剂，特别是靶向乏氧细胞增敏剂的发展[16]。
2 放射增敏剂
2.1 非靶向乏氧区放射增敏剂
2.1.1 铂类
对于局部进展期头颈部肿瘤临床上使用的放射增敏剂来说，铂类是迄今为止唯一具有Ⅰ类证据的放射增敏剂。顺铂为常用铂类之一，它含有的铂原子与嘌呤碱基的第7位氮原子共价连接，致使DNA单链内或双链间的两点交叉联结，影响DNA复制和转录[17]。顺铂联合放疗已经在头颈部肿瘤、宫颈癌、肺癌的治疗中取得良好的治疗效果，可能与二者合用增加了DNA双链断裂形成几率有关[18]。联合运用顺铂和伽玛刀治疗人类结肠癌细胞HCT116的研究显示，高浓度（大于半抑制浓度）顺铂与放疗起协同作用，反之显示出拮抗作用，尽管人们目前对这一机制尚未明确，但是这项研究清楚地显示出控制增敏药物浓度至关重要[10]。有研究发现，先用不同浓度的顺铂、卡铂、奥沙利铂让细胞产生不同程度的DNA损伤，再接受10 eV/10 keV的照射，结果显示，放射加铂类造成的有DNA双链断裂形成的细胞数量，约是单用铂类药物的3倍[19]。这项研究表明，铂类的增敏作用多是直接损伤DNA造成，而不是由于抑制了DNA损伤修复，其中卡铂被认为是优于顺铂的选择。
2.1.2 氟尿嘧啶（5-Fu）
5-Fu是结直肠癌、乳腺癌、胰腺癌等实体肿瘤治疗中常用的抗代谢化疗药物，它是尿嘧啶5位上的氢被氟取代形成的衍生物，能抑制核酸代谢途径中的相关酶类。研究表明，5-Fu的放射增敏作用可能与2种机制有关，一是消耗脱氧核苷酸，抑制DNA合成；二是直接产生DNA双链断裂[10]。前者主要是由于5-Fu被认为是细胞内胸腺嘧啶核苷酸合酶的自杀性抑制因子，显著降低了细胞内dTTP（一种合成DNA聚合酶的必需原料）水平，影响DNA复制和修复。后者可能是由于5-Fu能够转化成三磷酸核苷类似物，在S期整合入DNA中，被机体误认为尿嘧啶U或者是尿嘧啶DNA糖基酶（UDG）造成。值得注意的是，5-Fu无论是单用还是与放疗联用，均可产生较严重的胃肠道反应和骨髓抑制。在一项关于HT-29的体外研究中显示，在低氧条件下，5-Fu的2，4二硝基苯基氨基一系列衍生物A-F（它们间仅有亚甲基数目的不同），均显示出较高的细胞毒性和放射增敏活性，且具有时间和浓度依赖性，这为进一步探求出对正常组织低毒甚至无毒的5-Fu类放射增敏剂提供了依据[20]。
2.1.3 组蛋白脱乙酰化抑制剂
染色体重组是DNA损伤反应中的关键步骤，组蛋白的翻译后修饰（特别是组蛋白乙酰化）通过识别细胞损伤信号，修复细胞损伤和调节细胞周期检测点在染色体重组中发挥着重要的作用[21]。组蛋白乙酰化是由相互拮抗的组蛋白乙酰基转移酶（HAT）和组蛋白脱乙酰基酶（HDAC）决定，若组蛋白乙酰化异常，将会导致肿瘤细胞有丝分裂障碍，促进细胞凋亡。伏立诺他，第一个HDAC抑制剂，在多种肿瘤中表现出放疗增敏作用，其机制可能与抑制DNA复制有关[22-23]。此外HDAC抑制剂也被发现能够诱导细胞分化凋亡或者出现细胞周期停滞[24]。现已证明多种天然化合物比如山竹子素、姜黄素、漆树酸都有HAT抑制作用，在体外实验中均表现出放射活性[25-27]。C646，一种选择性HAT小分子抑制剂，能够抑制CHK1 磷酸化，解除细胞周期阻滞，被发现能够增强非小细胞肺癌细胞A549的放射效应[28]。
2.1.4 二磷酸腺苷核糖聚合酶（PARP）抑制剂
PARP是一种核内蛋白，能快速检测出各式DNA损伤，尤其是DNA单链损伤，促进合成二磷酸腺苷核糖多聚链，并向XRCC1（一种DNA修复酶）、Pol β、DNA连接酶Ⅲ等传递损伤信号，激活机体中不同机制的修复通路。该反应利用NAD+作为底物，形成尼克酰胺和二磷酸腺苷核糖聚合物。在某些情况下，PARP的过表达还会迅速增加NAD+裂解，导致细胞凋亡或自我吞噬[29]。无论如何，PARP的DNA损伤信号传导功能已经在放疗增敏中得到应用，即抑制PARP活性，逃避机体对DNA损伤的检测，进而降低DNA修复效能。第一类PARP抑制剂为尼克酰胺类似物——苯甲酰胺类。遗憾的是，苯甲酰胺类的PARP抑制作用非常微弱，因此必须使用高浓度的药物才能够达到相应的药理效应，间接增加了它的毒副作用，所以研究人员一直在致力于研发高效无毒的PARP抑制剂，其中有几种药物已经作为放疗增敏剂进入临床试验。如奥拉帕尼（AZD2281），已在多种肿瘤细胞中表现出放射增敏作用，其剂量增强效应达到仅用放疗的1.7倍[30]，且奥拉帕尼在小鼠肺癌移植瘤模型中也表现出放射增敏作用[31]。有研究显示，MK-4827，作为一种新型PARP-1抑制剂，在小鼠肺移植瘤模型和小鼠乳腺移植瘤模型中，均能显著提高肿瘤的放射效应[32]。
2.1.5 细胞周期检测点蛋白抑制剂
各种原因引起的细胞DNA损伤，几乎均可激活细胞周期检测点蛋白CHK1和CHK2发挥S期和G2期检测点功能[33]。有研究指出CHK2参与衰老过程，与端粒缩短和DNA损伤有关[34]。CHK1性质不稳，在DNA损伤发生后，主要被磷酸化蛋白Ser317和Ser345激活[35-36]。已有研究指出，CHK1是合适的消除G2期阻滞的靶点。亦有研究发现，利用短发夹RNA技术敲除CHK1可以增加恶性胶质母细胞瘤的放射敏感性[37]。AZD7762，一种新型CHK1抑制剂，它不仅能解除放疗导致的G2/M期阻滞，还能增加放射损伤细胞中γH2AX和RAD51蛋白的表达，影响细胞损伤修复。在体内体外的试验中，均被证明对p53突变型T47D 乳腺恶性肿瘤细胞有放射增敏效果[38]。
2.2 靶向乏氧区放射增敏剂
2.2.1 生物还原前体药物
生物还原前体药物，是一种靶向乏氧细胞杀灭剂，对含氧正常的细胞是相对无毒的。这类化合物可分为3类：醌类，硝基芳香类及含氮杂环类。丝裂霉素C作为醌类的代表药物，已在临床上使用多年，能增加头颈部鳞癌的放疗敏感性，但其对富氧细胞和乏氧细胞的杀伤作用并无明显区别。替扎拉明是含氮杂环化合物的代表药物，在头颈部和肺部恶性肿瘤的Ⅰ/Ⅱ期临床试验中显示，可结合放疗或顺铂化疗使患者获益[39]。目前在替扎拉明的碳原子上引入供电子基团形成的衍生物被证实具有血管外转运途径，大大提高了肿瘤细胞中的药物浓度[40]。2-硝基咪唑-5-甲基磷酰胺（TH-302）是一类非手性氨基磷酸酯芥的前体物，多种动物移植瘤模型研究显示，TH-302无论单用[41]，还是与化疗[41]、放疗[42]联合使用，均具有较高的抗癌活性。
2.2.2 影响细胞糖代谢的药物
一般说来，肿瘤细胞的生长往往需要更多的葡萄糖供给能量，虽然糖酵解途径大多数由p53、myc和缺氧诱导因子1α等信号因子参与调节[43]，但是有实验证明，抑制三磷酸腺苷的生成，将会使缺氧细胞更容易受到损伤，所以抑制糖酵解是一种可能的抗肿瘤机制[44]。首先受到关注的是2-脱氧-D-葡萄糖，它在磷酸化后可抑制己糖激酶在线粒体中的作用，已有一些相关的Ⅰ/Ⅱ期临床试验正在进行，但还未见相关报道信息[16]。此外，研究还发现，肿瘤细胞高代谢与葡萄糖转运蛋白（GLUT）-1的异常高表达有关[45]。虽然目前已经有多种GLUT抑制剂被报道，但大多作用机制复杂，并未选择性针对GLUT-1，所以GLUT-1的靶向抑制剂可以成为进一步研究热点。葡磷酰胺D 19575，是由B-D-葡萄糖和异磷酰胺氮芥形成的复合物，可借助GLUT-1作用进入细胞内，其对肉瘤的放疗增敏作用已在进一步研究中[46]。
3 新兴放射增敏措施
3.1 免疫制剂联合放疗
传统抗癌治疗往往毒性反应严重，免疫治疗利用免疫系统识别肿瘤细胞表面特异性抗原表达，提供一种靶向性强的低毒性治疗途径，但是单独使用肿瘤免疫治疗效果往往差强人意，可能与抗癌治疗本身对机体免疫的抑制和肿瘤微环境对机体免疫因子的消耗有关。但是研究发现，免疫治疗和放疗合用可产生令人惊奇的“远位效应”，即放射野外肿瘤远处转移病灶，同放射野内局部病灶一样，也会出现缩小[47]。其机制主要有2个方面，首先放射可改变肿瘤细胞表型并产生“热休克蛋白”等危险信号激活树突细胞[48]，相当于提供了肿瘤抗原。其次，肿瘤细胞死亡时释放众多危险信号及相关抗原，相当于肿瘤细胞本身作为一种“自体原位疫苗”诱发机体免疫应答[49-50]。目前可通过单克隆抗体传递治疗性放射性核素和肿瘤疫苗的方式精确肿瘤细胞免疫定位和增强放疗效果[51-52]。如今，在宫颈癌、前列腺癌、肝癌和转移性肾癌的研究中，均显示出放射联合疫苗治疗能够提高放疗反应率[53-58]，但是二者联合的最佳时机以及免疫制剂的剂量等均需要进一步的探讨。
3.2 与放射相关的微小RNA（miRNA）
研究显示，放疗能够改变细胞基因表达，后者反过来又引起细胞放射生物学的改变[59]。miRNA可通过与靶基因信使RNA（mRNA）碱基配对，降解或阻碍mRNA翻译，参与细胞增殖分化、凋亡以及肿瘤的发生等过程[60-61]。根据miRNA结合的mRNA性质的不同，miRNA的功能既可以同于癌基因，也可以同于抑癌基因[62]。所以如果能抑制具有癌基因性质的miRNA或恢复有抑癌功能的miRNA ，将为肿瘤治疗提供新的策略[63]。放疗导致的DNA损伤会激活细胞周期下游效应器CHK1，参与DNA损伤修复及细胞周期调控。miR-185为细胞周期调控相关激酶的共同靶点，它的高表达会抑制CHK1活化，并且减低细胞增殖调控蛋白Cdc42、RhoA和Six1的表达，促进肿瘤细胞凋亡，抑制细胞复制，增强放射敏感性[64]。
3.3 黄金纳米粒子（GNP）
GNP是近年来发现的一种新的具有双重功能的化合物，它体积小，穿透力强，不仅可以携带不同功能的基团靶向定位于肿瘤细胞，还可以在肿瘤细胞内长期驻留，加强放射产生的自由基效应，提高放疗反应性。原理可能与其自身强烈的光电吸收效应有关[65]。也有研究发现，GNP容易使细胞停滞在放射最敏感的时相G2/M期。不过这些机制均需要更多的数据支持。GNP可以运载不同功能的基团，如聚乙二醇、巯基、多肽、抗体等，这些不同功能的基团赋予了GNP不同的特性[66]。有研究发现，在恶性脑胶质瘤的小鼠移植瘤模型中，对小鼠行静脉注射聚乙二醇化的GNP处理后再行放疗，小鼠的生存率提高[67]。由于生物技术的发展，充分利用纳米技术的优势已成为可能，肿瘤的纳米治疗技术将会是肿瘤治疗进一步研究热点。
4 结语
目前人们对于肿瘤发生发展机制的认识已经取得了显著的进步，但是FDA新批准的可以用于临床且有效的化疗药物十分稀少，所以放疗在肿瘤治疗中仍应用广泛，努力提高放疗疗效依旧是肿瘤科医生不变的追求。尽管如今探求出的提高放射敏感性的机制和药物逐年增加，但是放射增敏剂，特别是肿瘤选择性差者的毒副作用，不仅限制了临床使用疗效，还大大增加了正常组织损伤癌变的几率。除了前文介绍的相关制剂之外，可替代氧作用的氧分子模拟剂、抑制肿瘤乏氧微环境产生的乏氧诱导因子抑制剂和针对肿瘤畸形脉管系统的抗血管生成剂、基因治疗等均投入研究中，但是由于它们大多优势单一，要么药物自身细胞毒性大，要么选择性低或者价格昂贵，临床上并未广泛使用。所以寻找安全经济且可区分肿瘤组织和正常组织的“智能型”放射增敏物质十分迫切且必要。目前，我们可以考虑结合多项技术优势，综合使用各项放射增敏措施。例如我们可借助用于患者分层的预测工具，像正电子发射计算机断层显像等技术，从功能上了解机体缺氧程度，并结合肿瘤和患者的基因分析，针对不同的细胞表型，对患者进行分层，使靶向治疗不仅仅是针对某一类疾病的治疗，而是实现真正意义上的针对某一个人的个体化治疗[68]。此外，寻找保护放射区域周围正常组织或者缓冲放疗细胞毒性的物质，增加患者对放疗的耐受，降低致癌损伤的暴露，减少放射引起的继发肿瘤产生，也不失为一种有效的间接提高放射敏感性的途径，具有广阔的研发空间。
放射治疗（放疗）是利用不同能量的射线治疗恶性肿瘤的一种局部治疗手段，约50%的恶性肿瘤患者会接受不同形式的放疗[1]。一方面，放射线使细胞中的水裂解，产生氧自由基，破坏细胞DNA的化学键，导致细胞凋亡；另一方面，它能氧化细胞膜脂质双分子层，损伤线粒体，产生附加的氧化应激效应[2-5]。众所周知，随着现代医学的发展和人民生活水平的提高，患者对肿瘤治疗疗效和自身生存质量提出了更高的要求，在过去的二三十年里，精确放疗技术的发展，确实提高了放疗疗效，减少了放射线对肿瘤周围正常组织的损害，但是仍有不少的恶性肿瘤患者承受着局部复发和放疗毒副作用的折磨[6]。为了获得既可最大程度摧毁肿瘤细胞，又能把对肿瘤周围正常组织伤害降至最低的放射剂量，增加肿瘤局部控制率，提高肿瘤放射敏感性，放射增敏剂这一概念被提出。它的作用在于可不增加放射剂量，提高放疗疗效和治疗增益比[7]。现对放射增敏的机制和放射增敏剂的近期研究进展综述如下。
1 放射增敏机制
1.1 促进肿瘤细胞凋亡，直接增加放疗获益
肿瘤细胞的无限增殖是凋亡受抑制的结果[8]，所以选择性地诱导肿瘤细胞凋亡似乎是增加放疗效果最直接的途径。细胞凋亡过程途径各异，机制复杂，凋亡蛋白和凋亡抑制蛋白相互制衡，发挥着重要作用。所以，我们既可通过促进凋亡蛋白如半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶类的活性，也可通过抑制凋亡抑制蛋白家族的表达来提高肿瘤细胞凋亡率。其次，早在1960年，就有研究指出细胞周期G2期和M期放射敏感性最高，因此可使用传统化疗药物，如多柔比星、紫杉醇等造成细胞G2/M期阻滞，增加放疗疗效[9]。
1.2 降低肿瘤细胞DNA修复效能，增加放射敏感性
放射线作用于肿瘤细胞最主要的作用是造成DNA双链断裂。被照射后的肿瘤细胞，并非全部死亡，而是通过各种可能的机制修复损伤使细胞存活。其中同源重组和非同源重组（NHEJ）是DNA损伤修复机制中最主要的2条修复途径，尤以NHEJ常见。它可以选择特定的酶黏附在DNA损伤位点上，激活并修复DNA损伤和断点，其中包括那些十分复杂的并不具有严格DNA同源性的断端[10]。核苷酸切除修复、碱基切除修复、错配修复等均在DNA损伤修复方面发挥着积极作用，其中碱基切除修复主要致力于修复小的DNA损伤[11]。目前，主要可从3个方面去降低DNA损伤修复效能：① 抑制DNA修复通路中的关键酶类，如NHEJ通路中的ku蛋白（ku70，ku86），DNA依赖蛋白酶的催化亚单位（DNA-PKcs）；碱基切除修复通路中的DNA聚合酶β（Pol β）等，导致DNA修复障碍，增加肿瘤细胞放射致死率。② 直接加重DNA损伤，缓冲机体修复能力，我们通常选择放疗同致DNA损伤类化学治疗（化疗）药物联用，如烷化剂、铂类等。③ DNA损伤位点识别逃逸，使缺陷的DNA进入细胞有丝分裂，最终死亡。
1.3 调控细胞周期检测，解除放疗导致的细胞周期阻滞
电离辐射导致的DNA损伤信号一旦开启，细胞要么暂时停滞在某时相赢得损伤修复时间导致放疗抵抗，要么引起不可逆的生长停滞最终凋亡或是坏死。细胞周期检测点蛋白的激活可引起系统的、有条不紊的连锁反应进行损伤修复。其中“感受器”包括有RAD、BRCA、NBS1、ATM、细胞周期点激酶（CHK）“效应器”包括p53、p21、细胞周期蛋白依赖性激酶等[12]，若能阻断连锁反应，则可促进细胞凋亡，增强放射敏感性。
1.4 改善乏氧微环境，减弱治疗抗拒
几乎所有啮齿动物原始肿瘤和人类移植瘤模型均存在乏氧细胞，在微小瘤和远处转移瘤中也如此。有实验显示，实体瘤中只要有10%～20%的乏氧肿瘤细胞的存在，就足以导致肿瘤乏氧微环境形成，产生放疗抵抗[13]。其机制可能与以下2个方面有关。① 乏氧导致细胞代谢重组，诱导内环境酸化、触发血管内皮细胞生长因子产生，刺激生成肿瘤微血管，增强肿瘤细胞的乏氧适应性，快速增殖[14]。② 乏氧区自由基产生减少，降低了肿瘤细胞杀伤率，还可上调NHEJ，增强细胞DNA修复能力，成为导致治疗抗拒的主要原因[15]。所以缓解肿瘤区乏氧状态对于提高肿瘤放射敏感性有举足轻重的作用。为了弥补乏氧对放疗的消极影响，许多临床可行的措施不断地得到验证，从最初的专注于调整肿瘤细胞的氧合状态，如小剂量分次照射、高压氧治疗、烟酰胺联合碳合气（氧和少量二氧化碳气体的混合气体）吸入等方式，逐渐转变成集中发展化学药物增敏剂，特别是靶向乏氧细胞增敏剂的发展[16]。
2 放射增敏剂
2.1 非靶向乏氧区放射增敏剂
2.1.1 铂类
对于局部进展期头颈部肿瘤临床上使用的放射增敏剂来说，铂类是迄今为止唯一具有Ⅰ类证据的放射增敏剂。顺铂为常用铂类之一，它含有的铂原子与嘌呤碱基的第7位氮原子共价连接，致使DNA单链内或双链间的两点交叉联结，影响DNA复制和转录[17]。顺铂联合放疗已经在头颈部肿瘤、宫颈癌、肺癌的治疗中取得良好的治疗效果，可能与二者合用增加了DNA双链断裂形成几率有关[18]。联合运用顺铂和伽玛刀治疗人类结肠癌细胞HCT116的研究显示，高浓度（大于半抑制浓度）顺铂与放疗起协同作用，反之显示出拮抗作用，尽管人们目前对这一机制尚未明确，但是这项研究清楚地显示出控制增敏药物浓度至关重要[10]。有研究发现，先用不同浓度的顺铂、卡铂、奥沙利铂让细胞产生不同程度的DNA损伤，再接受10 eV/10 keV的照射，结果显示，放射加铂类造成的有DNA双链断裂形成的细胞数量，约是单用铂类药物的3倍[19]。这项研究表明，铂类的增敏作用多是直接损伤DNA造成，而不是由于抑制了DNA损伤修复，其中卡铂被认为是优于顺铂的选择。
2.1.2 氟尿嘧啶（5-Fu）
5-Fu是结直肠癌、乳腺癌、胰腺癌等实体肿瘤治疗中常用的抗代谢化疗药物，它是尿嘧啶5位上的氢被氟取代形成的衍生物，能抑制核酸代谢途径中的相关酶类。研究表明，5-Fu的放射增敏作用可能与2种机制有关，一是消耗脱氧核苷酸，抑制DNA合成；二是直接产生DNA双链断裂[10]。前者主要是由于5-Fu被认为是细胞内胸腺嘧啶核苷酸合酶的自杀性抑制因子，显著降低了细胞内dTTP（一种合成DNA聚合酶的必需原料）水平，影响DNA复制和修复。后者可能是由于5-Fu能够转化成三磷酸核苷类似物，在S期整合入DNA中，被机体误认为尿嘧啶U或者是尿嘧啶DNA糖基酶（UDG）造成。值得注意的是，5-Fu无论是单用还是与放疗联用，均可产生较严重的胃肠道反应和骨髓抑制。在一项关于HT-29的体外研究中显示，在低氧条件下，5-Fu的2，4二硝基苯基氨基一系列衍生物A-F（它们间仅有亚甲基数目的不同），均显示出较高的细胞毒性和放射增敏活性，且具有时间和浓度依赖性，这为进一步探求出对正常组织低毒甚至无毒的5-Fu类放射增敏剂提供了依据[20]。
2.1.3 组蛋白脱乙酰化抑制剂
染色体重组是DNA损伤反应中的关键步骤，组蛋白的翻译后修饰（特别是组蛋白乙酰化）通过识别细胞损伤信号，修复细胞损伤和调节细胞周期检测点在染色体重组中发挥着重要的作用[21]。组蛋白乙酰化是由相互拮抗的组蛋白乙酰基转移酶（HAT）和组蛋白脱乙酰基酶（HDAC）决定，若组蛋白乙酰化异常，将会导致肿瘤细胞有丝分裂障碍，促进细胞凋亡。伏立诺他，第一个HDAC抑制剂，在多种肿瘤中表现出放疗增敏作用，其机制可能与抑制DNA复制有关[22-23]。此外HDAC抑制剂也被发现能够诱导细胞分化凋亡或者出现细胞周期停滞[24]。现已证明多种天然化合物比如山竹子素、姜黄素、漆树酸都有HAT抑制作用，在体外实验中均表现出放射活性[25-27]。C646，一种选择性HAT小分子抑制剂，能够抑制CHK1 磷酸化，解除细胞周期阻滞，被发现能够增强非小细胞肺癌细胞A549的放射效应[28]。
2.1.4 二磷酸腺苷核糖聚合酶（PARP）抑制剂
PARP是一种核内蛋白，能快速检测出各式DNA损伤，尤其是DNA单链损伤，促进合成二磷酸腺苷核糖多聚链，并向XRCC1（一种DNA修复酶）、Pol β、DNA连接酶Ⅲ等传递损伤信号，激活机体中不同机制的修复通路。该反应利用NAD+作为底物，形成尼克酰胺和二磷酸腺苷核糖聚合物。在某些情况下，PARP的过表达还会迅速增加NAD+裂解，导致细胞凋亡或自我吞噬[29]。无论如何，PARP的DNA损伤信号传导功能已经在放疗增敏中得到应用，即抑制PARP活性，逃避机体对DNA损伤的检测，进而降低DNA修复效能。第一类PARP抑制剂为尼克酰胺类似物——苯甲酰胺类。遗憾的是，苯甲酰胺类的PARP抑制作用非常微弱，因此必须使用高浓度的药物才能够达到相应的药理效应，间接增加了它的毒副作用，所以研究人员一直在致力于研发高效无毒的PARP抑制剂，其中有几种药物已经作为放疗增敏剂进入临床试验。如奥拉帕尼（AZD2281），已在多种肿瘤细胞中表现出放射增敏作用，其剂量增强效应达到仅用放疗的1.7倍[30]，且奥拉帕尼在小鼠肺癌移植瘤模型中也表现出放射增敏作用[31]。有研究显示，MK-4827，作为一种新型PARP-1抑制剂，在小鼠肺移植瘤模型和小鼠乳腺移植瘤模型中，均能显著提高肿瘤的放射效应[32]。
2.1.5 细胞周期检测点蛋白抑制剂
各种原因引起的细胞DNA损伤，几乎均可激活细胞周期检测点蛋白CHK1和CHK2发挥S期和G2期检测点功能[33]。有研究指出CHK2参与衰老过程，与端粒缩短和DNA损伤有关[34]。CHK1性质不稳，在DNA损伤发生后，主要被磷酸化蛋白Ser317和Ser345激活[35-36]。已有研究指出，CHK1是合适的消除G2期阻滞的靶点。亦有研究发现，利用短发夹RNA技术敲除CHK1可以增加恶性胶质母细胞瘤的放射敏感性[37]。AZD7762，一种新型CHK1抑制剂，它不仅能解除放疗导致的G2/M期阻滞，还能增加放射损伤细胞中γH2AX和RAD51蛋白的表达，影响细胞损伤修复。在体内体外的试验中，均被证明对p53突变型T47D 乳腺恶性肿瘤细胞有放射增敏效果[38]。
2.2 靶向乏氧区放射增敏剂
2.2.1 生物还原前体药物
生物还原前体药物，是一种靶向乏氧细胞杀灭剂，对含氧正常的细胞是相对无毒的。这类化合物可分为3类：醌类，硝基芳香类及含氮杂环类。丝裂霉素C作为醌类的代表药物，已在临床上使用多年，能增加头颈部鳞癌的放疗敏感性，但其对富氧细胞和乏氧细胞的杀伤作用并无明显区别。替扎拉明是含氮杂环化合物的代表药物，在头颈部和肺部恶性肿瘤的Ⅰ/Ⅱ期临床试验中显示，可结合放疗或顺铂化疗使患者获益[39]。目前在替扎拉明的碳原子上引入供电子基团形成的衍生物被证实具有血管外转运途径，大大提高了肿瘤细胞中的药物浓度[40]。2-硝基咪唑-5-甲基磷酰胺（TH-302）是一类非手性氨基磷酸酯芥的前体物，多种动物移植瘤模型研究显示，TH-302无论单用[41]，还是与化疗[41]、放疗[42]联合使用，均具有较高的抗癌活性。
2.2.2 影响细胞糖代谢的药物
一般说来，肿瘤细胞的生长往往需要更多的葡萄糖供给能量，虽然糖酵解途径大多数由p53、myc和缺氧诱导因子1α等信号因子参与调节[43]，但是有实验证明，抑制三磷酸腺苷的生成，将会使缺氧细胞更容易受到损伤，所以抑制糖酵解是一种可能的抗肿瘤机制[44]。首先受到关注的是2-脱氧-D-葡萄糖，它在磷酸化后可抑制己糖激酶在线粒体中的作用，已有一些相关的Ⅰ/Ⅱ期临床试验正在进行，但还未见相关报道信息[16]。此外，研究还发现，肿瘤细胞高代谢与葡萄糖转运蛋白（GLUT）-1的异常高表达有关[45]。虽然目前已经有多种GLUT抑制剂被报道，但大多作用机制复杂，并未选择性针对GLUT-1，所以GLUT-1的靶向抑制剂可以成为进一步研究热点。葡磷酰胺D 19575，是由B-D-葡萄糖和异磷酰胺氮芥形成的复合物，可借助GLUT-1作用进入细胞内，其对肉瘤的放疗增敏作用已在进一步研究中[46]。
3 新兴放射增敏措施
3.1 免疫制剂联合放疗
传统抗癌治疗往往毒性反应严重，免疫治疗利用免疫系统识别肿瘤细胞表面特异性抗原表达，提供一种靶向性强的低毒性治疗途径，但是单独使用肿瘤免疫治疗效果往往差强人意，可能与抗癌治疗本身对机体免疫的抑制和肿瘤微环境对机体免疫因子的消耗有关。但是研究发现，免疫治疗和放疗合用可产生令人惊奇的“远位效应”，即放射野外肿瘤远处转移病灶，同放射野内局部病灶一样，也会出现缩小[47]。其机制主要有2个方面，首先放射可改变肿瘤细胞表型并产生“热休克蛋白”等危险信号激活树突细胞[48]，相当于提供了肿瘤抗原。其次，肿瘤细胞死亡时释放众多危险信号及相关抗原，相当于肿瘤细胞本身作为一种“自体原位疫苗”诱发机体免疫应答[49-50]。目前可通过单克隆抗体传递治疗性放射性核素和肿瘤疫苗的方式精确肿瘤细胞免疫定位和增强放疗效果[51-52]。如今，在宫颈癌、前列腺癌、肝癌和转移性肾癌的研究中，均显示出放射联合疫苗治疗能够提高放疗反应率[53-58]，但是二者联合的最佳时机以及免疫制剂的剂量等均需要进一步的探讨。
3.2 与放射相关的微小RNA（miRNA）
研究显示，放疗能够改变细胞基因表达，后者反过来又引起细胞放射生物学的改变[59]。miRNA可通过与靶基因信使RNA（mRNA）碱基配对，降解或阻碍mRNA翻译，参与细胞增殖分化、凋亡以及肿瘤的发生等过程[60-61]。根据miRNA结合的mRNA性质的不同，miRNA的功能既可以同于癌基因，也可以同于抑癌基因[62]。所以如果能抑制具有癌基因性质的miRNA或恢复有抑癌功能的miRNA ，将为肿瘤治疗提供新的策略[63]。放疗导致的DNA损伤会激活细胞周期下游效应器CHK1，参与DNA损伤修复及细胞周期调控。miR-185为细胞周期调控相关激酶的共同靶点，它的高表达会抑制CHK1活化，并且减低细胞增殖调控蛋白Cdc42、RhoA和Six1的表达，促进肿瘤细胞凋亡，抑制细胞复制，增强放射敏感性[64]。
3.3 黄金纳米粒子（GNP）
GNP是近年来发现的一种新的具有双重功能的化合物，它体积小，穿透力强，不仅可以携带不同功能的基团靶向定位于肿瘤细胞，还可以在肿瘤细胞内长期驻留，加强放射产生的自由基效应，提高放疗反应性。原理可能与其自身强烈的光电吸收效应有关[65]。也有研究发现，GNP容易使细胞停滞在放射最敏感的时相G2/M期。不过这些机制均需要更多的数据支持。GNP可以运载不同功能的基团，如聚乙二醇、巯基、多肽、抗体等，这些不同功能的基团赋予了GNP不同的特性[66]。有研究发现，在恶性脑胶质瘤的小鼠移植瘤模型中，对小鼠行静脉注射聚乙二醇化的GNP处理后再行放疗，小鼠的生存率提高[67]。由于生物技术的发展，充分利用纳米技术的优势已成为可能，肿瘤的纳米治疗技术将会是肿瘤治疗进一步研究热点。
4 结语
目前人们对于肿瘤发生发展机制的认识已经取得了显著的进步，但是FDA新批准的可以用于临床且有效的化疗药物十分稀少，所以放疗在肿瘤治疗中仍应用广泛，努力提高放疗疗效依旧是肿瘤科医生不变的追求。尽管如今探求出的提高放射敏感性的机制和药物逐年增加，但是放射增敏剂，特别是肿瘤选择性差者的毒副作用，不仅限制了临床使用疗效，还大大增加了正常组织损伤癌变的几率。除了前文介绍的相关制剂之外，可替代氧作用的氧分子模拟剂、抑制肿瘤乏氧微环境产生的乏氧诱导因子抑制剂和针对肿瘤畸形脉管系统的抗血管生成剂、基因治疗等均投入研究中，但是由于它们大多优势单一，要么药物自身细胞毒性大，要么选择性低或者价格昂贵，临床上并未广泛使用。所以寻找安全经济且可区分肿瘤组织和正常组织的“智能型”放射增敏物质十分迫切且必要。目前，我们可以考虑结合多项技术优势，综合使用各项放射增敏措施。例如我们可借助用于患者分层的预测工具，像正电子发射计算机断层显像等技术，从功能上了解机体缺氧程度，并结合肿瘤和患者的基因分析，针对不同的细胞表型，对患者进行分层，使靶向治疗不仅仅是针对某一类疾病的治疗，而是实现真正意义上的针对某一个人的个体化治疗[68]。此外，寻找保护放射区域周围正常组织或者缓冲放疗细胞毒性的物质，增加患者对放疗的耐受，降低致癌损伤的暴露，减少放射引起的继发肿瘤产生，也不失为一种有效的间接提高放射敏感性的途径，具有广阔的研发空间。