乳腺癌接受放射治疗后：继发性肿瘤的发生机制及类型-医学前沿-智连星医
由上海嘉会国际医院、J-Med（嘉会医学研究和教育）主办， ELSEVIER 出版发行的肿瘤外科期刊Clinical Surgical Oncology（《癌症外科学杂志》；Clin Surg Oncol；ISSN: 2773-160X），是一份经国际同行评议、在线开放获取（open access）的医学期刊，由中国科学院院士、复旦大学附属中山医院院长樊嘉教授和欧洲肿瘤外科学会（ESSO）前主席Tibor Kovacs教授担任共同主编，组建了来自亚洲、欧洲及北美洲近十个国家的编委团队。近日，由纽约大学Sarah Poland等人撰写的“Breast radiation-associated secondary malignancies: A review”综述文章，已正式上线Clin Surg Oncol网站。在本文中，作者对DNA损伤和辐射诱发恶性肿瘤的分子机制以及继发性肿瘤的类型进行了文献综述。文末扫码或“点击原文”查看英文原文，在此我们发布该文章全文翻译。
继发性恶性肿瘤是原发癌症经放射治疗损伤DNA后发生的晚期并发症。特别是乳腺癌放疗后，许多组织容易受到辐射损伤，增加了发生诸如肺癌、食管癌和双侧乳腺癌等继发恶性肿瘤的风险。在原始辐射后几十年均可能发生继发性恶性肿瘤，因此必须将健康组织的辐射剂量降到最低，并监测患者的潜在并发症情况。本文通过评估评议现有的文献资料，旨在总结DNA损伤和辐射诱发恶性肿瘤的分子机制，并讨论包括辐射诱发乳腺癌和治疗相关髓样肿瘤等继发肿瘤的类型。全球乳腺癌影响着数百万人。仅2018年就有230万新增病例，乳腺癌仍是女性癌症相关死亡的主要原因[1]。癌症的标准治疗包括放射治疗、手术、化疗和其他系统性辅助治疗[2]。随着全基因组测序技术的出现，可以针对个体患者和突变定制化研发新的药物[3]。随着肿瘤治疗的不断进展，放射治疗依然是肿瘤主要治疗手段之一，也是实现癌症局部控制的主要手段[4]。随着早期检测和治疗的不断改进，癌症正在成为一种更常见且长期存在的疾病，癌症幸存者的人数越来越多。美国2012年癌症幸存者的数量为1370万，预计未来十年将增至1800万[5,6]。在乳腺癌方面，2012年癌症幸存者中，近22%为女性乳腺癌患者（290万），也就是说，现在有数百万患者正在接受癌症治疗[5]。这些患者的特殊医疗需求与其先前治疗相关，如神经病变、淋巴水肿，以及某些特定化疗和放疗相关的继发性恶性肿瘤筛查等[7]。随着癌症治疗的发展以及患者存活率的提升，越来越多的癌症幸存者需要接受长期的综合治疗，尤其是处理电离辐射治疗的长期影响。近年来，尽管医疗进步使得放疗在新辅助、辅助和姑息治疗中发挥作用，并能够尽量降低对临近组织的辐射，但风险仍旧存在。最主要的困难是确定生物反应最大化且避免过量辐射的最佳剂量[8]。此外，治疗期间还需要确定是否将受照射健康组织的总剂量、最大总剂量或体积降至最低[8]。由于患者会在初始癌症治疗后继续存活，并携放射后遗症生存多年，上述问题依然是肿瘤学和放射肿瘤学的重要研究领域。放射治疗是乳腺癌治疗方法之一，且在不断发展。三维适形放射治疗（3DCRT）等放射技术使用切向场（如硬楔）和场中场技术来提高肿瘤照射剂量的均匀性[9]。还有更新、更先进的放射治疗类型，如强度调制放射治疗（IMRT）或体积调制电弧治疗（VMTAT），这些技术旨在降低周围正常组织受照射剂量，但是，与传统3DCRT相比，虽然照射剂量更低，但受影响的正常组织的体积更大。两项针对10~12例患者的计算机断层扫描数据的研究表明，IMRT和VMAT的继发性癌症累积超额绝对风险高于3DCRT[9,10]。此外还有局部乳腺放射治疗，这是早期癌症全乳腺放射治疗的替代方案，其目的是尽量减少对健康组织的整体照射[11]。这些放射治疗进展继续致力于将对健康组织的辐射和并发症风险降至最低。继发性恶性肿瘤便是这类并发症之一，在放射治疗后的癌症人群中发生率增加。目前尚无近年来接受过放射治疗癌症患者并发症风险的全面回顾分析。本文作者通过PubMed检索乳腺癌放疗后放射性相关继发恶性肿瘤的文献，并进行广泛回顾。本综述主要探索放射治疗是如何特异性损伤DNA的，突变如何影响多种继发性恶性肿瘤的风险，以及可能导致这种长期并发症风险的外部因素，并始终将放射治疗视为乳腺癌治疗的重要组成部分。DNA损伤可通过多种方式发生，例如日常有丝分裂复制错误、产生活性氧化物、紫外线（皮肤癌症）、治疗性照射（癌症治疗）[12]。放射治疗是通过破坏癌组织的DNA，阻止癌症细胞的生长和侵犯破坏，从而发挥治疗作用。电离辐射使得单链和双链DNA发生断裂，造成直接损伤，也有证据表明电离辐射可导致DNA结构的倒错和缺失[13,14]。辐照体外细胞培养的研究发现，双链DNA的断裂和恶性疾病转化的相关性是通过DNA修复和重组错误发生的[15]。染色体易位也被视为辐射暴露的典型DNA损伤，一般是辐射后DNA修复机制失效，最终导致染色体易位。DNA损伤时，有修复复合物被召集到DNA损伤部位，应对相应损伤。针对单链和双链DNA断裂，有六种DNA修复方法：同源重组、非同源末端连接、碱基切除修复、核苷酸切除修复、错配修复和跨损伤合成（图1）[12]。同源重组和非同源末端连接方法主要用于固定双链DNA断裂，BRCA 1/BRCA 2蛋白通过RAD5介导同源重组的潜在限速步骤[16]。因此，存在BRCA1/2缺陷的细胞可能也存在同源重组缺陷，并且更易受到电离辐射和化疗的影响，从而发生双链断裂。此外，同源重组是一种更精准的DNA修复机制，相对而言非同源末端连接更易出现错误[16]。由于BRCA1/2参与介导同源重组，对于存在BRCA1/2缺失突变的，则直接降低了这种可靠的DNA修复效率。生殖系BRCA1/2缺陷型肿瘤也显示过量缺失[17]。这在乳腺癌中尤为重要，乳腺癌中BRCA1/2缺陷肿瘤数量成比例增加（图2）。图2. 继发性恶性肿瘤的风险、进展和类型
放射治疗是癌症整体治疗的关键组成部分，已帮助数百万患者缓解其原发疾病。但是从前文所描述的DNA损伤来看，放疗是与多种继发性癌症的长期风险相关的。有充分证据证实儿童癌症与放疗后继发癌症的风险相关，儿童癌症幸存者研究（Childhood Cancer Survivor Study）显示，儿童期辐射与多种癌症间呈线性剂量反应关系[18]。有几项研究重点关注女性患者在年龄较小时接受放疗治疗后发生乳腺癌的长期风险。女性霍奇金淋巴瘤接受胸部放疗后患乳腺癌的风险高于普通人群[19,20]。霍奇金淋巴瘤患者最终发展为乳腺癌的风险与放射剂量的增加（40.5~61.3 cGy）显著相关[20]。一项研究发现，霍奇金淋巴瘤幸存者中辐射诱发乳腺癌的风险与BRCA1突变个体的乳腺癌风险相似[21]。在最初因原发性乳腺癌早期接受放射治疗的患者中，继发性癌症的风险也同样增加。尤其与乳腺癌放疗治疗相关，多项研究表明有多种继发性放射诱发恶性肿瘤的风险增加，包括对侧乳腺癌、肺癌、甲状腺癌和白血病（表1）[22-24]。一项包含13项研究的荟萃分析共纳入了762468例全乳腺癌患者，研究显示乳腺癌放疗与放疗后5年后继发非乳腺癌疾病的风险增加相关（RR 1.12）[25]。放疗后发生肺癌的相对风险为1.39，食管癌症为1.53，继发性肉瘤为2.53[25]。风险随着时间的推移而增加，在初诊后15年或以上风险达到最高[25]。研究表明，肺组织的辐射剂量与乳腺癌放疗后继发肺癌的风险呈线性相关关系[26]。对于乳腺癌患者而言，继发其他癌变的可能性是切实存在的风险，必须采取预防措施，尽量减少对周围组织的辐射。表1. 乳腺放射相关恶性肿瘤的类型
放射相关恶性肿瘤 | 特定恶性肿瘤类型 | 突变 | 详述 |
原发乳腺经放疗后的继发乳腺癌 | 对侧乳腺癌 | 小缺失；平衡反转 | 研究表明，这些肿瘤中her2-neu扩增更多，其他的则更多为三阴性 |
其他实体恶性肿瘤 | 肺（RR 1.39） 食管（RR 1.53） 肉瘤（RR 2.53） | 相较插入，弥漫性缺失过多；平衡反转富集 | 发现的突变数量低于其他致癌物 |
治疗相关髓系肿瘤（t-MN's） | 急性髓系白血病，骨髓增生异常综合征 | 第5、7号染色体长臂缺失 | 单独放疗的局部辐射（RR 2.4）、单独化疗使用烷化剂（RR 10）和联合治疗（RR 17.4）的相对风险增加 |
研究显示，原发性乳腺癌的放射治疗也会增加未来患继发乳腺癌的风险。一项研究表明，在女性原发乳腺癌患者中，与单纯手术治疗相比，接受放射治疗联合手术治疗继发对侧乳腺癌的相对风险更高，放射剂量越高，风险越高[23]。研究还表明，使用切线野辐射治疗原发性乳腺癌时，对侧乳腺也会受辐射影响。患者接受初始放射治疗年龄小于45岁，以及肿瘤切除术后使用切向野放射治疗（而非直接电子场），其发生对侧乳腺癌的风险增加[27]。切向野辐射的辐射范围不集中，对周围组织损伤的风险增加。有研究调查了受辐射组织中发生乳腺肿瘤的分子特征，以及其与新生肿瘤的区别（表1）。一些研究表明，在之前接受过辐射的人群中，her2-neu扩增更多，而另一些研究则发现三阴性乳腺癌更多[28,29]。Behjati等人的一项研究检查了12种与辐射相关的继发恶性肿瘤的基因组，包括骨肉瘤、梭形细胞肉瘤、血管肉瘤和乳腺癌等，这些肿瘤都位于此前的电离辐射区域，且确定不是原发恶性肿瘤复发。该研究对肿瘤细胞进行全基因组测序，并与已经记录的散发性乳腺癌和肉瘤的突变特征进行比较。同时还将这些突变与研究期间测序的319例放射性幼稚乳腺癌和肉瘤进行了比较。结果发现，有两个突变特征与辐射相关继发肿瘤相关，且无论是哪种癌症类型，这两种特征均存在，即较小的缺失和平衡反转[14]。与BRCA1和2缺陷细胞中发现的过度缺失相似，辐射相关恶性肿瘤中可见相对插入而言，过量缺失更常见[14]。与紫外线或烟草等其他类型的致癌物相比，在这些肿瘤细胞中发现的突变数量更少，这表明受照射组织中癌症的相对风险较低，而归因风险较高[14]。这一点也得到了下述事实的进一步佐证：乳腺放射治疗后，90%以上的血管肉瘤是由原始辐射引起的，但只有千分之一的女性会发展为辐射相关血管肉瘤，潜伏期长达数年[30]。正如Behjati等人所描述的，电离辐射可能会增加受辐射组织的患病风险，但每个细胞的辐射相关突变的绝对负担很低，并且可能需要更多突变才能最终发展成癌症进程。乳腺癌患者放疗后还可能发生的一种特殊类型的继发性恶性肿瘤，统称治疗相关骨髓瘤（t-MN’s），如急性髓细胞白血病（t-AML）和骨髓增生异常综合征（t-MDS）。发生这种晚期并发症的风险主要是化疗、放疗、遗传学和其他合并症之间的相互作用。一项研究表明，在单独进行区域辐射（RR 2.4）、单独使用烷化剂（RR 10）、放化疗联合治疗（RR 17.4）后，急性非淋巴细胞白血病的风险增加，并且与辐射呈剂量依赖关系[31]。对于乳腺癌而言，乳腺放射治疗会增加相应的风险。在所有t-AML病例中，高达20%的病例有原发性乳腺癌病史，而在乳腺癌治疗后，t-M的10年内累积发病率为0.5%[32]。在基因方面，这些辐射后癌症具有特定的特征，70%的t-MN患者有5号染色体或7号染色体长臂缺失[32]。原发性实体肿瘤患者在放疗后9~12个月出现t-MN的风险最高，在2年达到峰值[32]。相比之下，辐射诱发的实体恶性肿瘤的潜伏期更长，可达10~20年，累积发病率为3~20%[33]。初次治疗后数十年内放疗后t-AM和继发性实体恶性肿瘤的风险会一直存在，因此非常有必要进行综合治疗和监测。虽然研究表明辐射后继发性恶性肿瘤的风险增加，但重要的是要考虑导致恶性肿瘤发展增加的其他变量，包括遗传易感性。例如共济失调毛细血管扩张综合征，该疾病的患者存在ATM基因的功能缺失突变，使得患者对辐射引起的双链DNA断裂极为敏感[34]。细胞检查点有损伤，则可能导致DNA受损的细胞增殖并发展成恶性肿瘤。关于t-MN，既往我们仅仅认为这些与辐射相关的恶性肿瘤的原因是DNA损伤。有新的研究正在探索在初始治疗后10~20年发生t-MN的过程中，环境暴露的影响以及遗传因素中的作用[32]。在一项研究中，21%的t-MN具有与遗传性癌症风险相关的种系突变（BRCA1/2、CHEK2、NF1、PALB2）[35]。特别是在BRCA1/2患者中，t-MN的潜伏期很长（133个月），这种基因突变可能会使患者的继发性恶性肿瘤风险更高，且与辐射损伤无关[36]。总体而言，具有潜在生殖系突变的患者在面对细胞毒性化学物质和辐射时，其发生DNA损伤的风险更高。这可能增加乳腺癌患者放疗后发生继发恶性肿瘤的风险，特别是同时存在潜在BRCA1/2突变的患者，更易导致基因组不稳定及恶性肿瘤。除了放疗这一主要因素外，还有其他环境因素会使乳腺癌患者易发生继发性恶性肿瘤。原子弹爆炸是导致患者遭受极高剂量辐射的环境事件。在日本，暴露于原子弹的19岁以下女性患乳腺癌的风险很高，且与辐射暴露呈剂量依赖关系[37]。有研究表明，这些患者中发现HER2和MYC扩增，导致基因组不稳定性增加和发展继发性乳腺癌的风险。除此之外，正如吸烟会增加患癌症的风险，紫外线会增加皮肤癌症的风险一样，其他环境因素也可能在增加原发性乳腺癌患者放疗后继发性恶性肿瘤的风险。本文检索并讨论了继发性恶性肿瘤的类型及其在乳腺辐射后的发生和发展。我们的目的是对文献进行深入回顾，但我们的局限性是无法详述这一大主题的所有方面。这篇文章关注的是继发性肿瘤的类型，并没有特别关注放射治疗。未来，此类综述的一大方向可能是评估放射治疗中的新概念，并进一步探索继发恶性肿瘤筛查和减少辐射暴露。总的来说，放射治疗是通过诱导DNA损伤和防止肿瘤细胞增殖来治疗癌症的关键治疗方法。然而不可避免的是，辐射会影响到健康组织，通过破坏癌症细胞的相同机制造成正常组织的损伤。通过双链DNA断裂、缺失和平衡反转，正常组织易发展为继发性恶性肿瘤，许多研究已经研究过放疗后对侧乳腺癌、食管癌和肺癌以及t-MN的风险增加。随着癌症治疗水平的提高和乳腺癌幸存者人数的增加，我们应更重视这些风险，对患者进行适当的监测和筛查，防止继发恶性肿瘤的发生。
