中国细胞生物学学报 Chine Journal of Cell Biology2021，43(1): 10-18DOI: 10.11844/cjcb.2021.01.0002
辐射旁效应损伤潜在靶点药物研究进展
周谷城1张利英1|2张苡铭1周婷1李洋洋1牛帆1刘永琦
G甘肃中医药大学，甘肃省高校重大疾病分子医学与中医药防治研宄重点实验室，兰州730000;
2甘肃中医药大学，敦煌医学与转化省部共建教育部重点实验室，兰州730000)
摘要 放疗是治疗恶性肿瘤的常用方法之一，但是在放疗的过程中，辐射对肿瘤细胞造成杀伤作用的同时，也会产生福射旁效应(radiation-induced bystander effect,RIBE)对肿瘤周围正常组织 造成损伤等不良反应。近期研究表明，辐射旁效应的产生是由细胞间隙连接和可溶性细胞信号分 子介导的，主要包括间隙连接蛋白(Cx)、组织蛋白酶B(CTSB)、转化生长因子-|3(TGF-P)、肿瘤坏 死因子-ct(TNF-a)、白介素-6(IL-6)、白介素-8(IL-8)以及活性氧和氮氧化物等。该文针对这些关键 靶点蛋白，总结了相关的治疗药物，并进一步比较分析了药物使用的优缺点，对临床预防肿瘤放疗
实现梦想英文所形成的旁效应损伤提供了一定的线索。
关键词电离辐射；辐射旁效应损伤防护；靶点药物
Advances in Rearch on Potential Targets of Radiation-Induced
Bystander Effects Injury
ZHOU Gucheng1,ZHANG Liying1'2,ZHANG Yiming1,ZHOU Ting1,LIYangyang1,NIUFan1,LIU Yongqi'-2* {x P rovincial-Level Key Laboratory f or Molecular Medicine o f M ajor Dias and Study on Prevention and Treatment o f Traditional Chine Medicine, Gansu University of Chine Medicine, Lanzhou 730000, China,2K ey Laboratory o f M inistry of E ducation Department o f L anzhou province and Dunhuang medical transformation, Gansu University o f C hine medicine, Lanzhou 730000, China)
Abstract Radiotherapy is one of the commonly ud methods for the treatment of malignant tumors.But during the process of radiotherapy,not only the tumor cells are killed,but the normal tissue around the tumor is also damaged,which is called RIBE(radiation-induced bystander effects).Modem studies have shown that the generation of RIBE is mediated by gap junctions and soluble cell signaling molecules,including Cx (Connexin),CTSB (cathepsin B),TGF-P(transforming growth factor-P),TNF-a(tumor necrosis factor-a),IL-6 (interleukin-6),IL-8 (interleukin-8),ROS(reactive oxygen species)and nitrogen oxides.This article summarizes the drugs for the key targets and the
key nodes of related cell signaling pathways,and further compares and analyzes their advantages and disadvantages.It will provide some clues for the lection of potential target drugs for side effects caud by clinical tumor radiotherapy.
Keywords ionizing radiation;protect against radiation-induced bystander effects injury;target drugs
收稿日期：2020-08-08 接受日期：2020-10-23
国家自然科学基金(批准号：81973595、82004094)、甘肃省高校重大疾病分子医学与中医药防治研宄重点实验室开放基金(批准号：FZYX丨7-18-13、FZYX15-16-9)、甘肃省中药药理与毒理学重点实验室开放基金项目(批准号：zyzx-2020-18)和敦煌医学与转化教育部重点实验室开放基金项目(批准号：DHYX19-13)资助的课题
*通讯作者。Tel: 139****9578,E-mail:*******************
Received: August 8, 2020 Accepted: October 23, 2020
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No.81973595, 82004094), Open Fund Project of Key Laboratory of Molecular Medicine and Traditional Chine Medicine Prevention and Control of Major Dias in Colleges and Universities of Gansu Province (
Grant No.FZYX 17-18-13, FZYX15-16-9), Open Fund Project of Key Laboratory of Pharmacology and Toxicology of Traditional Chine Medicine in Gansu Province (-2020-18), and Open Fund Project of Key Laboratory of Dunhuang Ministry of Medicine and Translational Education (Grant No.DHYXl9-13)cret love
*Correspondingauthor.Tel:+86-139********,E-mail:*******************
URL: www.cjcb/arts.asp?id=5421
周谷城等：辐射旁效应损伤潜在靶点药物研宄进展11
在放疗的过程中，电离辐射在杀伤癌细胞的同 时，也会损伤周围正常组织，甚至患者在接受放疗 几年后，也会出现继发性恶性肿瘤〃L 学者们把这 种损伤称为福射旁效应损伤(radiation-induced by
stander effect , RIBE ) 。 辐射旁 效应主 要表现 在基因 突变、基因不稳定性、DNA 损伤、染色体断裂与 突变、细胞增殖及凋亡、炎症反应、致瘤性转化 及癌症形成等方面。在旁效应的诱导过程中，有两 个独立且又相互联系的作用方式：第一种是由细胞 间隙连接蛋白介导的，间隙连接蛋白(Connexin , Cx ) 能够将信号从受辐照的细胞传输到旁细胞中引起 旁效应；第二种是由可溶性细胞信号分子介导的, 主要有组织蛋白酶B(cathepsin B , CTSB )、转化生 长因子-P(transforming growth fa
henceforth
ctor -P , TGF -P )、月中 瘤坏死因子-a(tumor necrosis factor -a , TNF -a )、白 介素-6(interleukin -6, IL -6)、白介素-8(interleukin -8,
IL -8)以及活性氧和氮氧化物等，通过激活胞内信号 转导，造成非辐照细胞的旁效应w 。细胞受到辐射后, 邻近细胞主要以间隙连接通讯介导辐射旁效应，远 端细胞辐射旁效应的产生主要是由可溶性细胞信号 分子介导的。当信号通过两种方式传递到非辐照细 胞时，可通过多种途径引起非辐照细胞内活性氧增 加、基因组的改变，甚至细胞死亡[3|(图1)。目前，在 上述的关键信号分子和通路蛋白中，细胞间隙连接 蛋白抑制剂、组织蛋白酶B 抑制剂、TGF -P 抑制剂、
TNF -ct 抑制剂、IL -6抑制剂、IL -8抑制剂、氧化自
由基清除剂、辐射旁效应相关通路抑制剂以及中药 和天然化合物等均有文献报道，可能成为辐射旁效 应损伤潜在的靶点药物。
1细胞间隙连接通讯抑制剂
间隙连接是一种细胞间的连接方式，是相邻细胞 进行物质交换和信息传递的膜通道结构，由相邻细胞 膜上的间隙连接蛋f t 连接而成。两细胞间的营养物 质、代谢产物、信号分子等(相对分子质量 能够通过间隙连接进行相互交换[4i 。细胞间隙连接 通讯(gap junetional inter -cellular ，GJIC )对细胞正常
我向往的地方增 殖和分化以及细胞代谢功能起到重要调节作用。Cx 是构成细胞间隙连接通讯的基本结构和功能蛋白[5]。 间隙连接蛋白43(Connexin 43, Cx 43)作为数量最为丰 富、分布最为广泛的间隙连接蛋白，在细胞间隙连 接通讯中发挥着重要作用。Cx 43在正常组织中高表 达，具有抑制肿瘤特性|61。在肿瘤细胞中，Cx 43的表 达较低，肿瘤细胞容易发生侵袭和转移可能与Cx 43 的表达降低有关。旁效应分子信号主要是活性氧以 及氮氧化物通过细胞间隙连接通讯传递给旁细胞， 从而诱发DNA 的损伤(7'81。1<：08人丫人5出等[91通过抑 制细胞间隙连接间通讯，发现人胚肺成纤维细胞辐 射旁效应的发生受到抑制，说明细胞间隙连接通讯 可以将DNA 损伤因子传递给正常细胞，导致正常细 胞辐射旁效应的发生。间隙连接蛋白的表达受诸 多因素调控，多种蛋白激酶(如PKA 、PKC 、PKG 、
图1辐射旁效应机制(根据参考文献丨8|修改）
Fig.l The mechanism of radiation-induced bystander effects (modified from reference [8]
)
12.综述.
MAPK、CK1等)都可直接或间接磷酸化Cx的相应 位点，从而影响GJIC功能虽然抑制间隙连接
蛋白能够起到辐射旁效应的防护作用，但在间隙连 接蛋白低表达的情况下，肿瘤细胞更具有侵袭与转 移的能力。因此，Cx43不能够作为辐射旁效应防护 的靶点。
2可溶性信号分子阻断剂
2.1 CTSB
组织蛋白酶为木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶，主 要存在于细胞溶酶体内，在弱酸环境下容易被活化，是溶酶体内的蛋白水解酶，参与多种生理功能，包括 前体蛋白的激活，抗原提呈以及细胞分化、再生与凋 亡。有研究发现，在胃癌、肠癌、肺癌、乳腺癌、前 列腺癌、膀胱癌、卵巢癌等多种恶性肿瘤
组织中，组 织蛋白酶B的表达及其活性均高于邻近正常组织M。在肿瘤组织中，组织蛋白酶B通过促进TGF-p的分 泌，从而促进肿瘤的发生与发展％151；组织蛋白酶B 抑制剂CA-074能够降低肿瘤细胞凋亡蛋白Bcl-2的表达抑制细胞凋亡％1。在组织蛋白酶B缺陷型小鼠 的研宄中发现，小鼠肝脏中的TNF-ct所诱导的细胞 凋亡途径被阻断，揭示了组织蛋白酶B可能参与诱 导细胞凋亡途径1171。在病理状态下，各种原因所致 的细胞损伤(如病原微生物、炎症因子、辐射导致 的氧化应激等)，会使溶酶体膜的稳定性降低、通透 性增高甚至破裂，大量的组织蛋白酶B被释放到细 胞质或组织间隙中，进一步介导细胞炎症性坏死以 及凋亡的发生。在辐射诱导线虫的辐射旁效应机制 研究中发现，组织蛋白酶B是主要的辐射旁效应因 子，可诱导多种典型的辐射旁效应，包括抑制细胞凋 亡和促进细胞增殖以及致死性和应激反应的增加。通过特异性阻断组织蛋白酶B，可显著降低旁效应 所产生的损伤[|81。因此，组织蛋白酶B是潜在的防 护辐射旁效应的用药靶点，通过抑制组织蛋白酶B 的活性，在防护辐射旁效应发生的同时可以抑制肿 瘤的发展。S前开发出的组织蛋白酶抑制剂主要有 CA-030、CA-074、E64d等。其中在CA-030、CA-074 的动物实验研究中， 没有发现这两种药物对实验 动物造成短期的毒性作用。目前，作为组织蛋白酶B 抑制剂，只有CA-074上市，体内实验研究发现，化合 物CA-074对组织蛋白酶B具有较强的选择性抑制作 用，而化合物CA-030对组织蛋白酶B没有选择性因此，CA-074有望成为辐射旁效应的防护用药。其 余关于组织蛋白酶B抑制剂报道虽然有很多，设计 的种类也很多，但生物活性差距较大，尤其是对组织 蛋白酶K、L、S的选择性不佳，因而副作用也较多，主要包括中枢神经系统的不良反应t M1。
2.2 TGF-p
TGF-p是一种具有多种功能的细胞因子，主要 参与细胞增殖、分化、黏附、迁移和凋亡，在免疫 调节方面发挥重要作用[211。TGF-p作为一种促炎或 者抑炎因子，在不同组织环境中作用不同。在重离 子诱导的辐射旁效应中，TGF-卩发挥重要作用〜，辐 射诱导细胞高表达的TGF-p能够引起周围正常组织 的致癌转化|231。TGF-P与相关配体结合发挥生物学 效应，针对其配体或受体的抑制剂或许能够成为辐 射旁效应的防护用药。目前，针对TGF-|3妃体的小 分子抑制剂极少，卩tt非尼_(pirfenidone，PFD)是其 代表品种，可抑制多种细胞中TGF-p的产生，进而抑 制成纤维细胞增殖，减少胶原蛋白合成，主要被用于 特发性肺纤维化的治疗[24]。PFD还能减少人外周血 单核细胞产生炎症因子，如TNF-a和IL-lp等|251。针 对TGF-p受体I激酶的抑制剂EW-7203、EW-7195和EW-7197已被开发为口服药物t261。化合物EW-7197、L Y-2157299已经进入临床研究阶段。其中，化合物 LY215 7299在临床治疗阶段时没有发现其对心脏的 毒性作用|271，日本晚期肿瘤患者I期临床研宄也没有 发现其他不良反应f281。TGF-p抑制剂的研发运用重 点主要在于抑制肿瘤的侵袭和转移、控制肿瘤的血 管增生、增强抗瘤免疫应答、控制器官纤维化等方 面，同时也可与放化疗联合使用。此类药物大部分 处于临床试验阶段，由于其用药的安全性与副作用 仍然缺少相关数据，所以在临床h并未得到广泛使 用。
2.3 TNF-a
TNF-a是一种重要的炎性介质和免疫调节因子，参与肿瘤细胞的杀伤作用，影响多种正常细胞的生长 分化。正常水平下的TNF-a可以调节免疫应答、抗 感染、促进组织修复、诱导肿瘤细胞凋亡等，但若大 量产生和释放则会破坏机体的免疫平衡，与其他炎症 因子一起产生多种病理损伤。有研究发现，放疗患者 血清中TNF-a、丨L-6、TGF-P水平在放疗结束时以及 放疗6月后较放疗前均有明显升高，且在放疗结束时 达到高峰M 。在离子辐射肺癌细胞所诱导的辐射旁
周谷城等：辐射旁效应损伤潜在靶点药物研究进展13
效应中，TNF-ct占有主导作用I'TNF-ct能诱导细胞一 氧化氮(nitric oxide,NO)和一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide syntha,iNOS)的合成，进一步加重肿瘤周 围正常组织的炎症反应％。因此，TNF-a可以成为辐 射旁效应防护的药物靶点选择。临床上常用的5种 TNF-c t抑制剂包括英夫利昔单抗(inflbdmab，INF)、阿 达木单抗(adalimumab,ADA)、依那西普(etanercept, ETA)、戈利木单抗(goliinumab,CNTO-148)、塞妥珠 单抗(certolizumab,CDP)，目前，主要被用于自身免疫 性疾病的治疗[321。此类大分子抑制剂作用机制就是 直接与TOF-ci结合，阻止TNF-a与其配体的结合，抑制 下游信号通路的转导。大分子类抑制剂在与TOF-a结 合的能力上存在巨大差异，导致其药效的发挥也存在 差异。过度使用TNF-a抑制剂会导致感染等不良反应 的发生，其原因可能是TNF-a抑制剂广泛地阻断了细 胞免疫因子的活性，导致机体免疫系统紊乱，使机体 的抗感染能力下降，因此,TNF-a抑制剂在临床上并未 得到广泛使用。
2.4 IL-6
IL-6是一种重要的多效性细胞因子，由多种细 胞分泌，与受体结合后，主要参与细胞的增殖分化、炎症反应和抗肿瘤效应。IL-6的表达异常与许多 自身免疫性疾病和肿瘤的发病机制和发展进程相 关。IL-6也是辐射旁效应中的关键因子，体外实验 研宄表明，IL-6随着辖射剂量的增加而增加[331。组 织炎症反应也是辐射旁效应的表现之一。IL-6通过 与IL-6受体结合，激活ras/raf/丝裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kina,MAPK)通路，引起 组织炎症反应l341。在辐射旁效应的研宄中，目前没 有针对IL-6特异性阻断剂使用的报道，根据IL-6的促炎特点，针对IL-6的抑制剂有可能通过抑制炎症 反应减轻辐射旁效应的产生。TCZ(tocilizumab)是 一种针对IL-6受体的抑制剂，能够与IL-6竞争性结合 IL-6受体，抑制IL-6的促炎活性。TCZ主要被用于治 疗全身型幼年特发性关节炎1351,TCZ的III期临床试 验显示，仅有少数患者出现轻中度感染的不良反应，有较好的安全性[361。除了TCZ外，针对IL-6或IL-6受 体的单抗还有 sarilumab、sirukumab、bolokizumab 和clazakizumab，主要被用于治疗类风湿关节炎。此 类药物在临床运用时，会导致患者出现感染、肺结 核、淋巴瘤、恶性肿瘤等疾病。另外，这些单克隆 抗体属于高分子化合物，存在相对分子质量大、使用剂量大、价格昂贵等缺点，并且在生产和保存技 术方面也存在着许多困难。开发出小分子类拮抗剂 可以解决此类问题，目前，正处于研究阶段的小分子 类IL-6拮抗剂主要包括留体类、烯酮类、杂环类和 生物碱类。虽然目前IL-6抑制剂主要被用于治疗类 风湿性关节炎、幼年特发性关节炎和0&5)；1611^11病[371，但由于IL-6
bnn在机体炎症反应中的关键作用，IL-6抑制 剂可以更加广泛地被运用于治疗急性、全身性和慢 性炎症性疾病，也包括辐射旁效应。
2.5 IL-8bridesmaids
IL-8是一种重要的趋化因子，具有刺激中性粒细 胞、淋巴细胞发生趋化游走，介导细胞在炎症部位聚 集、活化以及修复损伤组织的功能|38]，并且能够促进 某些恶性肿瘤的血管生成和转移。FU等通过研究
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a粒子照射巨噬细胞U937细胞和上皮细胞BEAS-2B 共培养实验，观察旁效应信号因子和细胞间通讯的 级联作用，发现受辐照细胞中ERK和p38信号通路均 被激活，并与TNF-a和IL-8的自分泌和旁分泌信号有 关，从而对受照射细胞造成直接损伤；旁细胞与照射 的BEAS-2B细胞共培养后，TNF-a和IL-8的表达也有 类似的上调，并且MAPK和NF-k B通路抑制剂能够减 轻旁细胞的损伤。因此，IL-8是辐射旁效应中的关键 因子，具有促进炎症反应的作用。通过抑制IL-8的产 生或者抑制与其受体的结合，从而抑制旁细胞MAPK 和NF-k B通路的激活，以减轻辐射旁效应带来的组织 炎症反应。基于IL-8配体和受体的药物有SB225002、SB332235、Reparixin、SCH527123、AZD5069。其中，SB225002能够减轻组织炎症反应，常与化疗药物联合 使用增加化疗的敏感性14'SB332235能有效地抑制 阿尔茨海默病动物模型脑组织的炎症反应并且起到 神经保护作用'Reparixin在抗肿瘤的领域研宄较多，能够抑制肿
瘤干细胞生长[42]，对短暂性脑缺血的神经 有保护作用[431，能够有效抑制炎症反应[441，临床研宄 也没有发现其不良反应[451。SCH527123可以口服用药，被用于治疗重症哮喘且安全有效[461。AZD5069是趋 化因子受体2的一种缓慢可逆的拮抗剂，具有抗炎的 作用一项随机对照实验研宄发现，AZD5069耐受 性良好，能够显著降低支气管扩张患者痰液中的中性 粒细胞数这项指标1481。
3细胞内氧化应激反应
一些证据表明，旁效应分子信号主要是活性氧
14.综述.
以及氮氧化物通过细胞间隙连接通讯传递给旁细胞，诱发DNA损伤或者通过可溶性细胞信号分子引
企业英语起旁细胞内的氧化应激反应，旁细胞的损伤与细胞内 的活性氧及氮氧化物的升高有关|49_511。ROS可以直 接由受照细胞的辐射分解产物产生，或者间接经由炎 症过程产生，通过被动扩散、主动运输或间隙连接转 移至邻近旁效应细胞[8)»活性氧是具有强氧化性的 含氧分子，包括羟自由基、超氧自由基、单态氧、过 氧化氢等1521，具有很强的氧化反应能力。在生理情况 下，ROS能够被细胞内超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶及时清除，当ROS产 生过多，清除不足时，过多活性氧在细胞内积聚会破 坏细胞结构，影响细胞的代谢状态，破坏细胞内的氧 化还原状态。
当用线粒体抑制剂或超氧化物歧化酶 (superoxide dismuta，SOD)处理$E细胞后，重离子诱 导的辐射旁效应得到显著抑制[531。辐射旁细胞中的 氧化代谢失调会导致细胞内COX-2和iNOS的表达升 高，从而产生NO等超氧化物％5'过多的NO与氧自由 基反应生成诸如氧亚硝基和亚硝酸根离子等活性氮 (reactive nitrogen species,RNS)，能够造成细胞脂质 与DNA损伤以及使蛋白硝基化[56]。iNOS抑制剂和 NO清除剂均能够抑制辐射旁效应的产生m。因此, ROS、RNS、NO和SOD等氧化应激调控蛋白能够 成为辐射旁效应防护的用药靶点。
目前，抗活性氧的药物有tirilazad mesylate、edaravone、nicaravene等，主要被用于神经系统的抗 氧化的治疗，但这些均为化学药物，而非机体内源性 产物，有可能具有一定的毒副作用[581。虽然也有来 自于食物、天然植物、中药等抗氧化损伤方面的相 关报道，但是其成分复杂，作用机制尚不清楚。
胺硫基类化合物(WR系列药物)可以清除辐射 旁效应导致的氧自由基，包括WR272丨、WR1065、WR2822、WR2823和 WR3689等。其中 WR2721 己进入临床使用，可以清除放、化疗后产生的氧自由 基，减轻氧自由基对靶分子的损伤。磷酸化后的巯 基化合物可以中和DNA分子表面的负电荷，使DNA 螺旋间的通道变窄，螺旋趋向更致密，这种结构变化 可以减少DNA被羟自由基攻击的敏感部位，进而起 到减轻DNA损伤的作用风。WR2721是唯一被美国 食品和药物管理局批准上市的辐射保护药，但其毒 副作用强烈，并未得到广泛使用，并且其清除氧自由 基的作用方式有可能会降低放疗
的生物学效应，降低放疗对肿瘤的杀伤效果。
iNOS抑制剂可以减少细胞内NO的生成，包括 非选择性iNOS抑制剂和选择性iNOS抑制剂。非选 择性iNOS抑制剂可竞争性抑制NOS的各种亚型，主 要有 L-NAME、L-NA和 L-NMMA等。针对 iNOS的抑制剂有氨基胍(aminoguanidine)、双异硫脲(bis-isothioureas)、GW273629和GW274150。L-NAME可 以抑制内源性NO的产生，会造成内皮功能障碍，长 期使用会导致高血压疾病发生[6~。氨基胍的研究 比较多，临床上被用于预防糖尿病肾病，但存在安 全性问题且明显缺乏疗效，所以相关研宄被停％1。其他小分子类抑制剂也都处于药物研究开发阶段。GW273629和GW274150是体内外高效、高选择性 iNOS抑制剂，也没有发现与之相关的不良反应
4辐射旁效应相关通路抑制剂
丝裂原活化激酶（MAPK)信号通路在辐射旁 效应调控过程中起关键作用[63]。在M APK信号 通路中，ROS、NO和COX-2是MAPK信号通路的 初始调节因子，通过 JNK(c-Jun N-terminal kina)、ERlC(extracellular signal-regulated kina)调节下游 Bax、Bak的表达，从而调控细胞周期、增殖和凋亡％JNK/MAPK、ERK7MAPK信号通路是辐射旁效应中 调控细胞增殖与凋亡的关键通路。
针对 ERK/MAPK的抑制剂有 U0126、PD184352 和 PD0325901、PD980590。U0126、PD184352和 PD0325901存在半衰期短、口服生物利用度低、个体差 异大、毒副作用强等问题[65#。Selumetini
ofdmb(AZD-6244) 口服制剂被用于治疗葡萄膜黑色素瘤，是高特异性竞 争抑制剂，可维持MEK1/2的非活性构象，从而抑制下游 ERK分子的磷酸化【671。Cobimetinib(GDC-0973)和 TAK-733是以PD0325901为先导化合物进行优化而来的，针 对其潜在的神经系统副作用、活性及药代动力学进 行优化，对结肠癌细胞、肺癌A549细胞和异种移植模 型以及黑色素瘤、多发性骨髓瘤有着良好的治疗效 果[68.69丨。PD980590在黑色素瘤、非小细胞肺癌、结 直肠癌、胰腺癌和甲状腺癌患者中显示出良好的临 床反应。尽管MAPK通路靶向治疗在很多癌症患者 中取得了显著的临床治疗效果，但在治疗后期容易 出现耐药性，而且肿瘤复发率很高[7()1。
JNK/MAPK抑制剂SP600125 和 CEP-1347，在体 内实验被证明使用有效，SP 600125可显著减轻小鼠
