李 彦(综述)，罗开元(审校)

(昆明医学院第四附属医院暨云南省第二人民医院普通外科，昆明650021)

125I粒子作为一种人工合成的放射性核素，在衰变过程中能释放出X线和γ线，通过体内植入进行不间断内放射治疗，抑制肿瘤细胞增殖，诱导凋亡，具有半衰期较长(60.1 d)、剂量率较低、相对生物效应高、射线杀伤半径适当等优点，已广泛应用于多种恶性肿瘤的治疗，并在局部控制率和患者生存率等方面表现出明显的优势［1，2］。在肿瘤分子生物学快速发展的今天，越来越多地应用分子生物学技术研究肿瘤发生及转归的机制，125I粒子内放射治疗恶性肿瘤也不例外。通过大量的基础研究，125I粒子内放射治疗恶性肿瘤的分子生物学机制研究已经在诱导肿瘤细胞凋亡、细胞周期阻滞、影响细胞内信号转导、抑制肿瘤血管生成等方面取得了一定成果，现对其予以简要综述。

1 125I粒子治疗恶性肿瘤的物理学基础

125I粒子是一种人工合成的低剂量率单一微型放射源，半衰期为60.1 d，释放能量包括35.5 keV的γ线及27.4～31.5 keV的X线两种，辐射穿透距离为1.7 cm。125I粒子的衰变过程7%通过电子俘获，转变成125Te的激发态，同时释放35.5 keV的γ线回到基态，93%的衰变过程通过内转换释放27.4～31.5 keV的X线和电子线。与其他放射源相比，125I粒子具有剂量率较低、治疗比增加、相对生物效应高(1.0～1.5或1.2～2.0)、半衰期长、射线穿透力弱等优点。γ线能够直接损伤肿瘤细胞的DNA，破坏癌细胞DNA合成，使双键断裂，诱导癌细胞凋亡，使核酸内切酶活化，DNA被打断、裂解，抑制某些与癌细胞代谢、增殖等相关蛋白分子的合成。同时，125I粒子释放的低传能线密度(linear energy transfer，LET)射线电离癌细胞内的水分子，产生自由基(H+、H2O2、OH－、O2－)，与细胞核酸、蛋白等分子相互作用，引起组织细胞损伤，致使组织中的肿瘤细胞失去繁殖能力而凋亡。在125I粒子射线的作用下，处于照射敏感时相(G2-M期)和非敏感时相细胞的比例存在再分配，这样就可能增加后续照射的杀伤机会，效果优于外照射［2］。

2 125I粒子诱导肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡是细胞在特定的内源和外源信号诱导下，死亡途径被激活，并在有关基因的调控下发生的程序性死亡过程［3］。在125I粒子对肝细胞肝癌HepG-2细胞、脑胶质瘤SHG-44细胞、膀胱癌 BTT-739细胞的相关基础研究中发现:这些细胞株经过活度为1480～2220 MBq(40～60 mCi)的125I粒子照射后，细胞中Bcl-2和Bax基因表达均有改变;125I粒子实验组中Bcl-2/Bax基因表达比值均低于对照组，且随受照剂量的增加而减少，均对诱导肿瘤细胞凋亡产生积极作用，并随125I粒子受照剂量的增大，诱导凋亡效果越明显［4-11］。Bcl-2细胞凋亡蛋白家族是与细胞凋亡基因相关的家族，包括作用相反的两个亚类:促进凋亡的 Bax、Bak等和抑制凋亡的 Bcl-2、Bcl-xL等，其表达和调控是影响细胞程序性死亡的关键因素之一，在细胞凋亡和自体吞噬信号转导途径中发挥重要作用。在Bcl-2/Bax比值较低时，细胞趋向凋亡，反之则细胞凋亡程度下降。

在125I粒子对小鼠肺癌Lewis细胞的基础研究中发现，早期生长反应蛋白1(early growth response protein-1，Egr-l)及 caspase-3的表达也出现了相应改变［11-13］。Egr-1基因是促凋亡基因，其蛋白产物对细胞周期蛋白D1有重要影响。caspase-3为半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶(cysteinylaspartate specific protease)的简称，参与多种途径诱导细胞凋亡，对细胞凋亡起关键作用。实验表明，125I粒子组织间植入肿瘤组织通过上调Egr-l的表达，诱导癌细胞凋亡，最终通过激活凋亡执行者 caspase-3，执行凋亡［13］。

3 125I粒子促使肿瘤细胞周期阻滞

细胞增殖是以G0期-G1期-S期-G2期-M期循环往复的过程，肿瘤细胞也不例外。放射生物学研究表明，肿瘤的恶性程度与细胞周期密切相关，电离辐射可以引起细胞周期进程改变［14］。在125I粒子对肝细胞肝癌BEL-7402细胞及膀胱癌BTT-739细胞的基础研究中发现，经过一定剂量125I粒子照射后的肿瘤细胞均出现细胞周期阻滞，究其原因，考虑与放射线损伤细胞DNA后，细胞停滞于细胞周期检查点、进行损伤修复有关［15］。在细胞进行DNA损伤修复过程中，通过启动一个快速磷酸化级联反应，通过突变型共济失调性毛细血管扩张基因或血管紧张素Ⅱ受体的转导，将损伤信号传至检查点蛋白激酶l或检查点蛋白激酶2(调控周期素-周期素依赖性激酶复合物)，进而引起细胞周期阻滞［16］。

4 125I粒子影响肿瘤细胞内信号转导

细胞内信号转导是细胞通讯的基本概念，参与细胞的各种生物调控过程，可将获得的信息增强、分化、整合并传递给各级效应器，发挥特定的生理功能［17］。在125I粒子对肝细胞肝癌 HepG-2细胞的基础研究中发现，细胞经125I粒子射线照射后，影响了信号转导方式，激活了与细胞凋亡相关的基因(如Bcl-2、Bax等)，同时将信号通过第二信使转导至细胞核内，激活核酸内切酶，使细胞失去活性而启动凋亡程序［18-19］。同时，125I粒子照射后的细胞，其细胞内信号转导速率明显下降，考虑与125I粒子抑制信号转导通道或受体蛋白有关。

5 125I粒子抑制肿瘤血管生成

肿瘤的发生、发展与细胞分化异常及增殖过度有关，且与血管生成密切相关。在125I粒子对人大肠癌HCT-8细胞的基础研究中发现，在125I粒子中、高剂量照射组中，显著降低了微血管密度计数(microvessel density，MVD)的数值和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表达［20］。VEGF属血小板源性生长因子家族，能刺激血管内皮细胞的有丝分裂和血管的发生，提高单层内皮的通透性，可以直接作用于血管内皮细胞，促进血管内皮细胞增殖，增加血管通透性［21］。由此说明，125I粒子抑制了肿瘤组织新生血管的生成，有效抑制了肿瘤组织生长。

在125I粒子对人乳腺癌MCF-7细胞的基础研究中从mRNA及蛋白两个角度显示:经125I粒子照射后的肿瘤细胞中，碱性成纤维生长因子(basic firoblast growth factor，bFGF)的表达显著降低［22-24］。bFGF 广泛分布于体内许多组织中，是影响细胞生长、分化和血管生成的重要因子，能促进肿瘤细胞的有丝分裂并参与血管新生，125I粒子照射后bFGF的低表达有效抑制了肿瘤细胞的血管新生，抑制了肿瘤组织的增殖、生长。

在另一项125I粒子对人乳腺癌MCF-7细胞的基础研究中发现，治疗组中缺氧诱导因子1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)的mRNA及相关蛋白表达，亦受到重要影响［25-26］。乳腺肿瘤组织HIF-1是与血管形成和生长有关的转录因子，其调控着与内皮细胞分裂和增殖密切相关的VEGF基因的表达。肿瘤细胞通过HIF-1的表达可诱导VEGF、促红细胞生成素、诱导型一氧化氮合酶和葡萄糖载体蛋白及糖酵解相关酶的表达，用以增加供血、供氧、供能，改善恶性肿瘤因组织增生过快而造成的局部组织严重缺氧和供能与耗能之间的不平衡，促进肿瘤组织的生长和转移。经125I粒子照射后，肿瘤组织中HIF-1表达的降低说明125I粒子照射后肿瘤组织中出现大量肿瘤细胞及肿瘤血管细胞的死亡，具有抑制肿瘤生长的目的。

6 结论

随着125I粒子组织间植入治疗恶性肿瘤基础研究的不断进展，越来越多的实验数据逐步为125I粒子组织间植入治疗恶性肿瘤的理论依据构筑了基础支持平台。不仅从分子生物学角度间接阐释了125I粒子组织间植入治疗恶性肿瘤的机制，更为125I粒子组织间植入治疗恶性肿瘤的发展奠定了坚实的理论基础。随着分子生物学技术的不断进步，更多的实验成果将不断充实125I粒子组织间植入治疗恶性肿瘤的基础理论平台，125I粒子组织间植入治疗恶性肿瘤作为一项低剂量率、高生物效应的连续体内放疗技术必将得到更长足的进步。

［1］Jakobs TF，Hoffmann RT，Tatsch K，et al.Therapy response of liver tumors after selective internal radiation therapy［J］.Radiologe，2008，48(9):839-849.

［2］罗开元.实用组织间植入内放射治疗恶性肿瘤学［M］.北京:人民卫生出版社，2008:9-16.

［3］Herfarth KK，Debus J，Lohr F，et al.Extracranial stereotcetic radiation therapy:set-up accuracy of patients treated for liver metastases［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2000，46(2):329-335.

［4］Motyl T.Regulation of apoptosis:involvement of Bcl-2 related proteins［J］.Reprod Nutr Dev，1999，39(1):49-59.

［5］Ribas J，Bettayeb K，Ferandin Y，et al.7-Bromoindirubin-3'-oxime induces c aspase-independent cell death［J］.Oncogene，2006，25(47):6304-6318.

［6］赵媛，刘鹏程，王荣福，等.125I粒子植入对人肝癌细胞裸鼠HepG2移植瘤的杀伤作用及其分子机制［J］.中国介入影像与治疗学，2010，7(2):185-188.

［7］Tyaqi A，Raina K，Sinqh RP，et al.Chemopreventive effects of silymarin and silibinin on N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamine induced urinary bladder carcinogenesis in male ICR mice［J］.Mol Cancer Ther，2007，6(12 Pt 1):3248-3255.

［8］Pickett B，Pouliot J.The effect of the radial function on I-125 seeds used for permanent prostate implantation［J］.Med Dosim，2004，29(3):204-209.

［9］杜明华，高立宁，钟瑛，等.近距离碘-125照射T-739近交系小鼠膀胱低分化移行细胞癌的实验研究［J］.医学研究生学报，2005，18(12):1090-1092.

［10］Radford IR，Aldridge DR.Importance of DNA damage in the induction of apoptosis by ionizing radiation:effect of the scid mutation and DNA ploidy on the radiosensifivity of murine lymphoid cell lines［J］.Int J Radiat Biol，1999，75(2):143-153.

［11］黄海燕，洪新雨，陈阳，等.125I诱导大鼠脑内胶质瘤凋亡实验研究［J］.中国微侵袭神经外科杂志，2006，11(2):171-174.

［12］Prada PJ，Hevia M，Juan G，et al.125I low dose rate brachytherapy in localized prostate cancer.Preliminary results after 5 years［J］.Arch Esp Urol，2005，58(3):213-226.

［13］Lucema M，Pomyje J，Mechtcheriakova D，et al.Sustained expression of early growth response protein-1 blocks angiogenesis and tumor growth［J］.Cancer Res，2006，66(13):6708-6713.

［14］Nowak AK，Chow PKH，Findlay M.Systemic therapy for advanced hepatocellular carcinoma:a review［J］.Eur J Cancer，2004，40(10):1474-1484.

［15］Wang YM，Ji P，Liu JS，et al.Centrosome-asseciated regulators of the G2/M checkpoint as targets for cancer therapy［J］.Mol Cancer，2009，8:8.

［16］Nakamura H，Yasui Y，Saito N，et al.DNA repair defect in AT cells and their hypersensitivity to low-dose-rate radiation［J］.Radial Res，2006，165(3):277-282.

［17］Bull EE，Dote H，Brady KJ，et al.Enhanced tumor cell radiosensitivity and abrogation of G2and S phase arrest by the Hsp 90 inhibitor 17-(dimethylaminoethylamino)-17-demethoxygeldanamycin［J］.Clin Cancer Res，2004，10(23):8077-8084.

［18］Williamson JF，Coursey BM，DeWerd LA，et al.Guidance to users of Nycomed Amersham and North American Scientific，Inc.，I-125 interstitial sources:dosimetry and calibration changes:recommendations of the American Association of Physicists in Medicine Radiation Therapy Committee Ad Hoc Subcommittee on Low-Energy Seed Dosimetry［J］.Med Phys，1999，26(4):570-573.

［19］Helton WS.Minimizing complications with radiofrequency ablation for liver cancer:the importance of properly controlled clinical trials and standardized reporting［J］.Ann Surg，2004，239(4):459-463.

［20］罗开元，赵泉，杨镛，等.125I粒子组织间植入对大肠癌的抑制作用及其机制［J］.中华实验外科杂志，2006，23(1):70-71.

［21］Sugawara A，Nakashima J，Shigematsu N，et al.Prediction of seed migration after transperineal interstitial prostate brachytherapy with I-125 free seeds［J］.Brachytherapy，2009，8(1):52-56.

［22］胡鸢，段小军，杨柳.缺氧诱导因子-1α基因转染人间充质干细胞的体内促血管生成作用［J］.中华实验外科杂志，2006，23(8):993-995.

［23］陆平，杨镛，李晓刚，等.125I对乳腺肿瘤组织缺氧诱导因子-1α作用及其机制［J］.中华实验外科杂志，2008，25(1):24-26.

［24］Cao XF，He XT，Ji L，et al.Effects of neoadjuvant radiochemotherapy on pathological staging and prognosis for locally advanced esophageal squamous cell carcinoma［J］.Dis Esophagus，2009，22(6):477-481.

［25］Wu MY，Wu XY，Li QS，et al.Expression of Egr-1 gene and its correlation with the oneogene proteins in non-irradiated and irradiated esophgeal squamous cell carcinoma［J］.Dis Esophagus，2006，19(4):267-272.

［26］Gassmann M，Chilov D，Wenger R.Regulation of the hypoxia-inducible factor-1 alpha ARNT is not necessary for hypoxic induction of HIF-1 alpha in the nucleus［J］.Adv Exp Med Biol，2000，475(2):87-90.