鼻咽癌个体化放疗进展
中山大学肿瘤防治中心，
文章引自《中国临床肿瘤学进展2021》
1.引言
鼻咽癌对电离辐射高度敏感，放射治疗是非转移鼻咽癌的主要治疗手段。精确放射治疗技术，如调强放射治疗（intensity-modulated radiotherapy, IMRT）能够基于解剖和放射治疗靶区的几何信息准确、适形地给予照射剂量；相比二维常规放疗或三维适形放疗，IMRT 在提供更好的肿瘤靶区覆盖的同时显著减少了对周围正常组织的照射。一项前瞻性临床研究显示，调强放射治疗将鼻咽癌的肿瘤控制率由80%提高至90%，同时放射治疗远期毒性反应发生率显著降低（例如，听力下降：84.5% vs. 25.8%；2 级口干：27.1%vs. 9.5%；颈部纤维化：11.3% vs. 2.3%；放射性颞叶损伤：21% vs. 13.1%）。
近年来，小叶宽（≤5 mm）多页准直器的使用进一步改善了IMRT 的剂量适形性。另一方面，影像引导下的调强放射治疗（image-guided radiotherapy, IGRT）能够在治疗实施中克服分次间摆位的不确定性，并监测肿瘤及正常组织的运动和位置变化，使得放射治疗的实施更加精准。此外，容积旋转调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy,VMAT）的应用有效减少了放射治疗时间，有助于减少分次内误差。尽管放射治疗技术的进步提高了鼻咽癌肿瘤控制率，减轻了放射治疗毒性，但精准医学时代需要放射治疗技术和生物驱动的个体化放射治疗的协同发展，才能进一步提高鼻咽癌放射治疗的增益比。
肿瘤学中，基因组学已逐步融入常规临床实践，指导多种肿瘤的个体化精准化疗和靶向治疗。然而，个体化放射治疗的发展仍十分有限。其中，减少人类乳头瘤病毒（humanpapilloma virus, HPV）相关口咽癌放射治疗剂量的研究是个体化放射治疗的成功案例之一。其生物学基础为HPV 相关口咽癌肿瘤细胞的DNA 损伤修复能力差，因此放射敏感性高。基于基因组的个体化放射治疗方面，Torres-Roca 等人开发了由10 个基因（AR，c-Jun，STAT1，PKC-beta，RelA，cABL，SUMO1，PAK2，HDAC1 和IRF1）表达水平构成的放射敏感性指数（radiation-sensitivity index, RSI）；在直肠癌、食管癌、乳腺癌、头颈鳞癌等肿瘤中，RSI 低的患者放疗疗效明显优于RSI 高的患者。基于RSI，研究人员进一步开发了基于基因组调整的放射剂量（genomic-adjusted radiotherapy dose，GARD）模型。当给予相同的放射剂量时，GARD 值越高代表实际照射中产生生物有效剂量（biologically effective dose, BED）越高，放疗疗效越好。研究人员在乳腺癌、肺癌、胰腺癌和胶质瘤中对GARD 模型进行了验证，结果显示该模型能够预测放射治疗的疗效，并指导放射剂量以匹配个体患者的肿瘤放射敏感性。
鼻咽癌个体化放射治疗仍是一个研究不足的领域。为推动鼻咽癌个体化放射治疗的发展，本文就目前鼻咽癌放射治疗技术的进步，以及鼻咽癌个体化放射治疗的临床实践现状、鼻咽癌放射抵抗的生物学机制以及提高鼻咽癌放射敏感性的策略进行综述。
2.鼻咽癌放射治疗技术的进步
近年来，鼻咽癌放射治疗在放射物理学和放射技术学方面无重要进展，值得一提的是人工智能（artificial intelligence, AI）放射治疗的研究与应用。现阶段，人工智能放射治疗在鼻咽癌的研究主要包括：肿瘤靶区和头颈部危及器官自动勾画，自动化放射治疗计划设计，放射治疗毒性反应预测，以及放射治疗中的图像配准、虚拟CT 生成等。其中，肿瘤靶区和危及器官自动勾画是研究最多的领域，Lin 等人利用AI 技术实现了在多模态磁共振影像上自动勾画鼻咽癌原发肿瘤并进行了全面的测试，平均勾画准确性为79%。经专家评估，在203 例测试患者中，66 例（32.5%）无需修改可直接用于放射治疗计划设计，114 例（56.2%）仅需少量修改（20%）即可用于放射治疗计划设计。多中心测试结果显示AI 勾画准确性超过4/8 名放疗科医生，且在AI 自动勾画辅助下5/8名放疗科医生勾画准确性提高，同时勾画者间差异缩小，勾画效率显著提高。关于头颈部危及器官自动勾画，目前已有较多研究报道，且逐步开始在临床中试用。然而，AI 自动勾画的推广应用需要解决进一步提高勾画准确性，以及数据安全、模型泛化能力和可解释性等问题。
质子治疗和重离子治疗等新兴放射技术的发展也是近年来放射治疗领域的重要技术进步之一。由于其优越的物理特性，质子及重离子能够进一步提高肿瘤的放射治疗剂量，并最大限度地保护周围正常组织；这为提高放射剂量改善肿瘤控制和减少高剂量放射治疗的毒性反应提提供了机会。目前，质子及重离子放疗主要用于复发性鼻咽癌的研究。未来，在个体化放射治疗时代，应该通过生物标志物或功能影像来识别放射抵抗的患者和肿瘤区域，以便在初治鼻咽癌患者中使用质子或重离子治疗来增加放疗剂量。
3.鼻咽癌个体化放射治疗的临床实践现状
（1） 鼻咽癌肿瘤复发的风险分层
目前，风险分层治疗是实现鼻咽癌个体化精准治疗的有效方法，在联合化疗中已有较多的研究报道和应用。在放射治疗中，一项纳入266 例患者的回顾性研究显示，在按肿瘤分期分层的患者中，将IMRT 的剂量适度降低约10%，其肿瘤控制率与处方剂量为70Gy 的患者相当；因此，降低放疗剂量对T1-T3 期鼻咽癌患者可能是安全有效的。然而，这需要在更大样本量的前瞻性研究中证实，且迫切需要更加精确的风险分层。除了TNM 肿瘤分期系统外，多项研究提出了用于鼻咽癌复发风险分层的不同的临床、影像组学模型和生物标志物。在接受根治性IMRT 的非转移性鼻咽癌患者中，Chen等人通过结合患者的临床和肿瘤的病理特征，开发了用于预测鼻咽癌局部和区域复发风险的Nomogram 模型，其风险分层的准确性显著高于TNM 分期系统。针对T4 期鼻咽癌患者，Zhang 等人融合了多参数磁共振成像的影像组学特征，进一步提高了临床Nomogram 模型的预测效能。虽然这些模型可以更加有效地实现鼻咽癌肿瘤复发风险预测，但仍需要基于生物学的鼻咽癌放射敏感性分层，以更好地指导射剂量以匹配个体患者的肿瘤放射敏感性。
（2）功能影像引导下的放射治疗剂量增加
在放射剂量增加方面，一项探索性的前瞻性研究评价了18F-FDG-PET/CT 引导剂量刻画（dose painting）IMRT（DP-IMRT）治疗局部晚期鼻咽癌的有效性和安全性。该研究中，DP-IMRT 组以18F-FDG-PET/CT 的最大50%标准摄取值（SUV）的等值线所勾画的范围作为高剂量肿瘤靶区（T1-2 和T3-4 患者分别给予75.2Gy/32Fr 和77.55Gy/33Fr），剩余的大体肿瘤靶区放射剂量为70.4~72.6Gy/32~33Fr；对照组大体肿瘤靶区的放射剂量为70.4~72.6Gy/32~33Fr。结果显示，DP-IMRT 显著提高了3 年无局部失败生存率（98.8%vs. 91.3%；P=0.032）、、无局部区域失败生存率（97.2% vs. 91.2%；P=0.049）和总生存率（91.8% vs. 82.6%；P=0.049）。急性毒性反应和晚期毒性反应差异无统计学意义。该研究提示，18F-FDGPET/CT 或其他功能显像可能是鼻咽癌肿瘤异质性的表型，功能显像引导下的DP-IMRT 可能是实现个体化放疗的有效途径。
（3）个体化的照射体积
除外放射剂量，照射体积也是影响鼻咽癌肿瘤控制率和放射治疗毒性反应的重要因素之一。在保证肿瘤控制的基础上，缩小照射体积以减轻毒性反应是研究和应用的发展方向。新辅助化疗已成为中晚期鼻咽癌的标准治疗，不仅能够降低远处转移率，还能够缩小肿瘤体积，提高后续放射治疗的肿瘤控制率并减轻放疗毒性反应。那么在新辅助化疗后缩小大体肿瘤体积是否安全有效呢？回顾性及前瞻性临床研究提示，新辅助化疗后缩小大体肿瘤体积并不降低局部和全身的肿瘤控制率。目前，有一项前瞻性、多中心临床研究正在开展（NCT04384627），临床研究患者的长期生存结局和晚期毒性反应数据有望为鼻咽癌新辅助化疗后缩小肿瘤靶区提供更高级别的证据。此外，缩小颈部淋巴引流区的预防照射范围也是研究和应用的趋势，回顾性研究表明在无颈部淋巴结转移或仅咽后淋巴结转移的患者中减少下颈部照射并不增加下颈部淋巴结复发的风险，但有利于减少对甲状腺和臂丛神经的照射，从而减少放射导致的甲状腺功能减低和臂丛神经损伤；我们同样期待前瞻性临床研究（NCT02642107）的结果提供更高级别的证据支持。
近年来，自适应放射治疗（adaptive radiotherapy, ART）这一新的放射治疗理念逐渐兴起。ART 是指治疗过程中进行线下或实时在线的重新扫描和再计划，以克服体重减轻、肿瘤缩小等导致的放射治疗剂量分布变化。在鼻咽癌放射治疗中，肿瘤体积缩小和患者体重减轻十分常见，都有可能导致肿瘤与周围结构的相对位置发生变化，因此ART可有效地解决鼻咽癌治疗过程中这种改变对放射治疗剂量分布的影响。Chen 等人指出，对于鼻咽癌患者，部分重要危及器官的受照剂量通常处于耐受剂量边缘，再计划可能是确保这些危及器官照射剂量保持在耐受剂量范围内的关键。已有几项探索性研究报道了治疗过程中进行重新扫描和再计划的合适时间点。研究表明，在治疗的前半段，解剖学的改变更加明显，因此，在这段时间内进行ART 是更值得推荐的。确定哪些鼻咽癌患者可能从ART 中受益也是一个值得探究的问题，然而现阶段较少见相关研究报道。
4.生物驱动的鼻咽癌个体化放射治疗现状
（1） 靶向鼻咽癌放射抵抗的机制
放射抵抗是鼻咽癌患者局部和区域复发的主要原因，预测和靶向放射抵抗能够为放射治疗提供更加个体化和有效的策略，进一步改善鼻咽癌患者的预后。至今，已有较多研究对鼻咽癌放射抵抗的机制进行了研究，如DNA 损伤修复、肿瘤乏氧和自噬。
① DNA 损伤修复
电离辐射对细胞最具破坏性的损伤是DNA 双链断裂，它导致细胞周期停滞或细胞死亡。许多研究试图确定参与DNA 损伤修复的分子。例如，在放射抵抗和放射敏感的鼻咽癌活检标本中，一些DNA 损伤修复相关基因存在显著差异；其中复制蛋白A3（replication protein A3, RPA3）基因已被证实与鼻咽癌不良预后相关，能够作为鼻咽癌放射抵抗的生物标志物。鉴于RPA3 仅与放射敏感性有关，而与转移无关，因此RPA3在指导鼻咽癌个体化放疗方面有一定的优势和应用前景。此外，本研究还观察到放射抵抗的鼻咽癌标本中TP53 基因的表达显著下调。已有研究证实，TP53 介导的细胞凋亡可能在TP53 相关的放射增敏中起重要作用，降低TP53 的表达可增强某些实体瘤的放射抵抗。
除外基因，一些蛋白质被发现能够抑制DNA 损伤或增强DNA 损伤修复的能力，从而诱导肿瘤细胞放射抵抗。Lu 等人发现，EB 病毒编码的潜伏膜蛋白1（EBV-LMP1）可通过抑制DNA 依赖蛋白激酶（DNA-PK）/腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）信号通路，抑制DNA 损伤，从而促进鼻咽癌的放射抵抗。另一项研究表明，染色质组装因子1，B亚单位（CHAF1B）通过促进DNA 损伤修复和抑制细胞凋亡而促进细胞的放射抵抗，且这种作用依赖于DNA-PK 通路，提示DNA-PK 抑制剂可作为鼻咽癌患者的放射增敏剂。
此外，研究表明，肿瘤干细胞（cancer stem cells, CSCs）对化疗和放疗更加不敏感，这主要是因为它们对DNA 损伤的反应与非肿瘤干细胞不同。最近的一项研究表明，鼻咽癌CSCs 中原癌基因c-myc 过表达，并通过优先激活检查点激酶-1（Chk1）和检查点激酶-2（Chk2），增加DNA 损伤修复能力从而导致放射抵抗。此外，Chk1 和Chk2 表达的缺失能够提高鼻咽癌CSCs 在体外和体内的放射敏感性。该研究阐明了c-mycchk1/chk2 轴在调节DNA 损伤检查点反应中的作用，并揭示了通过抑制c-myc-chk1/chk2通路逆转放射抗性在治疗中的潜在作用。
除了编码基因和蛋白质，非编码RNAs，如微小RNAs（miRNA）和长链非编码RNAs（lncRNAs）也在鼻咽癌的放射抵抗中起着重要作用。例如，一些miRNAs 通过靶向细胞信号通路来促进DNA损伤修复，从而促进鼻咽癌的放射抵抗。相反，其他一些miRNAs可以增加鼻咽癌放射敏感性。LncRNAs 被证实通过参与DNA 损伤修复、细胞增殖和凋亡从而影响鼻咽癌的放射敏感性。靶向这些非编码RNA 的放射抵抗机制也可能成为鼻咽癌个体化放射治疗的潜在策略。
尽管研究揭示了鼻咽癌放射敏感性的机制和生物标志物，可以用来识别哪些患者可以从生物驱动的个性化放射治疗中受益，也可以作为放射增敏的新靶点，但这些生物标志物的临床应用仍然非常有限，亟待进一步研究。
② 肿瘤乏氧
肿瘤内乏氧是实体瘤的特征，乏氧细胞被证实对电离辐射不敏感。与低氧细胞相比，常氧细胞具有更高的放射敏感性，这很可能是由于在常氧条件下氧自由基对DNA 放射损伤的固定。一直以来，肿瘤乏氧被证实与头颈部肿瘤的放射治疗疗效呈负相关。在鼻咽癌中，已有学者对活检标本中的病理性乏氧生物标志物进行研究，尤其是转录因子缺氧诱导因子1-α（HIF1-α）和HIF1-α 上调的碳酸酐酶9（CA9）基因等内源性乏氧生物标志物。这种乏氧内在生物标志物的优点是可以通过常规的临床活检进行评估。此外，磁共振灌注成像的参数被发现与鼻咽癌组织中乏氧标志物（如，HIF1-α、血管内皮生长因子和微血管密度）的表达呈正相关，有望成为预测肿瘤乏氧的一种新方法。除生物标志物外，乏氧PET 显像已逐渐应用于临床，用于检测肿瘤的乏氧情况，从而选择适合进行放疗剂量增加或乏氧靶向治疗的患者。头颈部鳞癌的研究表明，针对治疗前的乏氧肿瘤体积增加放射治疗剂量在理论上是可行的，因为70%80%的乏氧肿瘤体积在治疗中多次采集的乏氧PET 影像中是稳定存在的，尽管在一些患者中也可以观察少量短暂出现的乏氧肿瘤体积。然而，在广泛应用于临床之前，还需要在鼻咽癌中进行多次采集重复测试实验，以确定鼻咽癌肿瘤乏氧体积在治疗中的稳定性。此外，如果能够在治疗中多次获取图像，则有助于提高对乏氧肿瘤体积判别的稳定性。在鼻咽癌中，利用乏氧显像剂氟-18-氟咪唑（18F-FMISO）进行PET 扫描发现，100%的原发肿瘤和58%的颈部淋巴结转移灶存在乏氧。用18F-FMISO PET/CT 和18F-FAZA PET/CT 显像检测肿瘤乏氧能够预测包括鼻咽癌在内的多种肿瘤的预后，且在个体化放射治疗中具有潜在价值。初步研究表明，利用容积旋转调强放射治疗（VMAT）进行18FFMISO PET/CT 引导的乏氧靶向剂量增加（增加处方剂量的20%）在技术上是可行的。除了增加乏氧肿瘤区域的放射剂量外，乏氧细胞放射增敏剂尼莫拉唑（nimorazole）已被成功应用于减少乏氧对头颈鳞癌肿瘤细胞放射敏感性的负面影响。在临床前研究中，18F-FAZA PET 被用于指导尼莫拉唑在横纹肌肉瘤和食管腺中的个体化放射增敏。然而，尼莫拉唑在鼻咽癌放射增敏中的有效性和安全性仍需要在临床前和临床研究中进一步证实。此外，几种乏氧激活的前体药物，如evofosfamide（TH-302）和tirapazamine（TPZ），已经在鼻咽癌中开展临床前研究评估其对鼻咽癌的放射增敏作用。然而，距离临床应用还有很长的路要走。
③ 自噬
近年来，自噬被证实在保护细胞免受电离辐射损伤中起着至关重要的作用。抑制自噬能够增强包括鼻咽癌细胞在内的多种肿瘤细胞的放射敏感性。然而，其机制仍不明确。Mo 等人研究提示，抑制自噬通过抑制重组蛋白A（RAD51）的表达来增强鼻咽癌细胞的放射敏感性。RAD51 是同源重组的关键蛋白，在放射诱导的DNA 双链断裂修复中发挥重要作用。因此，RAD51 靶向治疗有望成为鼻咽癌放射增敏的新型药物。相反，另一项研究发现，Annexin A6（ANXA6）能够通过抑制PI3K/AKT/mTOR 途径促进自噬，从而增强鼻咽癌的放射抵抗。ANXA6 的小干扰RNA（siRNA）能够激活PI3K/AKT/mTOR 途径，抑制细胞自噬，从而增强鼻咽癌细胞的放射敏感性。研究发现，siANXA6 和CAL101(PI3K、p-AKT 和mTOR 三者共同的抑制剂）的联合应用显著逆转了siANAX6 对细胞自噬的抑制作用。临床前研究还表明，利用双PI3K/mTOR 抑制剂（GSK2126458 和PKI-587）靶向PI3K/mTOR 通路可增加鼻咽癌的放射敏感性。GSK2126458 和PKI-587 是选择性强的小分子抑制剂，能有效抑制多种I 类PI3K 亚型和mTOR 激酶活性。两项研究均表明，放疗联合PI3K/mTOR 抑制剂可能成为鼻咽癌个体化放疗的一种有效策略。
（2）放射增敏剂
放射增敏剂的目的是增强电离辐射对肿瘤细胞的损伤能力，而且要保证对正常组织影响小。吉西他滨是鼻咽癌常用的化疗药物，可作为鼻咽癌放射增敏剂，最近的研究表明它能显著降低肿瘤细胞的耗氧量。除了乏氧细胞放射增敏剂尼莫拉唑外，针对细胞周期、DNA 损伤修复或凋亡途径的放射增敏剂在鼻咽癌中也有初步研究。甘氨双唑钠（CMNA）是一种常用的放射增敏剂，与放疗联合治疗局部晚期鼻咽癌可在不增加毒性反应的前提下下提高疗效，显著提高患者生存率。临床前研究表明，CMNA 通过增加DNA 损伤和促进细胞凋亡来增强鼻咽癌细胞的放射敏感性。此外，一种从中药粉防己的根部分离得到的双苄基异喹啉生物碱，称为粉防己碱，被证实能够提高鼻咽癌细胞的放射敏感性，其作用机制可能与激活CDC25C/CDK1/Cyclin B1 通路，消除放射诱导的G2/M 期阻滞有关。然而，这些药物在鼻咽癌的临床实践中并不是常规使用的。今后，针对放射抵抗机制的放射增敏剂应在临床前和临床研究中进一步证实其有效性和安全性。
5.发展与挑战
鼻咽癌个体化放射治疗的发展需要进一步研究个体化放射剂量、个体化照射体积和自适应放疗。其中，靶向鼻咽癌放射抵抗机制的生物驱动的个体化放射治疗是重要发展方向。为了有效地进行放射增敏，必须深入研究：①调节放射敏感性的基因、信号通路、miRNAs 或lncRNA；②阻断肿瘤细胞的干细胞表型或增加肿瘤干细胞的放射敏感性；③EB 病毒如何与癌细胞或邻近细胞相互作用促进鼻咽癌放射抵抗。最重要的是，生物标志物驱动的放射敏感性分层和放射剂量增加或降低值得在未来的研究中探索。另一方面，初步研究表明，乏氧显像具有指导个体化剂量刻画放射治疗的潜力。未来，应该在设计良好的临床前研究和前瞻性临床试验中验证这些个体化的治疗策略，同时研究生物学与患者结局。
免疫治疗时代的到来为个体化放射治疗提供了前所未有的机遇，有望通过优化放射治疗与免疫治疗相结合的策略，提高局部和全身肿瘤控制水平。究者发现，放射治疗在杀伤肿瘤细胞的同时，能够通过释放原位疫苗、改善抗原提呈、解除免疫抑制微环境、增加肿瘤细胞程序性死亡配-1（PD-L1）的表达来提高免疫治疗药物的疗效。据报道，放射治疗和免疫治疗联合应用在临床前和探索性临床研究中取得了令人振奋的结果，其临床转化仍需要深入理解放射治疗与免疫细胞、癌细胞和特定免疫治疗药物之间复杂的相互作用，以及研究免疫治疗药物与放射治疗使用的顺序，免疫治疗药物使用的途径和方式等。
个体化放射治疗临床研究面临的一个主要挑战是，根据生物标志物进行精确分层后，患者队列会变得更小。因此，对样本量要求高的传统的III 期随机对照研究不再是最好的试验设计，这就需要调整和发展新的试验设计，为个体化放射治疗提供坚实的证据。未来，我们需要优化临床前研究和临床试验设计的质量，以取得阳性的临床结果。
6.总结
在鼻咽癌中，个体化放疗实际上是一个研究不足的领域。根据目前的临床前实验和初步临床研究，潜在的个体化策略将包括选择个体化的放射剂量、个体化地照射体积以及开展自适应放疗；其中生物驱动的个体化放射治疗需要开发针对鼻咽癌放射抵抗机制的放射增敏剂，生物标志物驱动放射敏感性分层、放射增敏剂使用和放射剂量的增减，以及乏氧显像引导的个体化剂量刻画放射治疗。在未来，应该在设计良好的临床前研究和前瞻性临床试验中验证这些策略，同时研究生物学机制与患者结局。