肿瘤组织的细胞动力学变化

第二节　肿瘤组织的细胞动力学变化

决定放疗后肿瘤退缩状况取决于多种因素，其中包括肿瘤细胞放射固有敏感性、组织类型、细胞增殖周期、细胞内生长及丢失比例和照射对肿瘤生长环境改变等。目前认为肿瘤放疗后退缩的程度及速度并不能完全预示临床治疗结果，尽管在一些肿瘤如肺癌、直肠癌等有一定的预测价值，但确切意义亟待进一步探讨。由于大多数肿瘤具有增殖较快、分化程度轻差的生物特性，肿瘤更多的归于早反应组织。但也有一部分肿瘤，如前列腺癌、黑色素瘤、分化较好的直肠腺癌等，其增殖速率较慢，亚致死或潜在致死损伤修复能力较强，被认为属于后反应组织范畴，这些肿瘤即使在放疗时导致了完全失去再增殖能力，但其肿瘤灶消退缓慢，原发性肝癌亦属于此范畴。肿瘤灶增长速度的快慢，主要取决于两个方面:一是肿瘤细胞本身的分裂周期，分裂周期短，肿瘤增长速度快；另一因素也很重要，即肿瘤细胞的丢失因素，如果肿瘤细胞周期长，但肿瘤细胞丢失少，肿瘤生长仍然很快。同样道理，肿瘤细胞受到放疗后消退速度快慢，也与这两个因素有关，受到放疗后的肿瘤细胞分裂周期短，容易产生细胞的分裂性死亡，即所谓的凋亡，肿瘤缩小快；如果受到照射后的肿瘤细胞停滞在细胞的某一周期，如G1或G2期，则肿瘤细胞不易出现死亡（我们将在细胞周期调控一节中介绍这方面内容），肿瘤缩小慢。下列引入细胞动力学的一些概念。

一、肿瘤的细胞丢失因子

通常情况下细胞每进行一次有丝分裂，细胞数即倍增。我们将成熟的正常组织（细胞进行正常更新，数量不变）定义为细胞丢失因子（Φ）＝1。只有处于生长时期的组织，其Φ＜1，再增殖或恶性组织有这样的特征。实际上，肿瘤组织特别是恶性肿瘤，其Φ都是接近1，这就是为什么恶性肿瘤组织的生长速度（平均倍增时间为60d）远远低于细胞的倍增速度（一般为几个小时到几天），即细胞的高生长分数并不出现肿瘤的快速生长。如直肠癌细胞的体外培养，其倍增时间为5d，但患者的癌组织倍增时间超过2个月。坏死、凋亡、脱落入腔道或血流中，是导致Φ接近于1的主要原因。

二、放疗后的肿瘤退缩

放疗后肿瘤退缩快，可能存在这样情况:肿瘤细胞丢失率高和肿瘤细胞生长速度慢，也可以是肿瘤生长快，但肿瘤细胞周期活跃。肿瘤受放射后退缩快与预后无关，如肿瘤克隆源性细胞少、丢失率高，则预后好；如果肿瘤细胞很早很快丢失，但克隆细胞很快再增殖，则预后不佳；如果肿瘤退缩慢，有可能是细胞增殖慢（如前列腺癌）、细胞丢失率低（如肝细胞癌）、肿瘤的间质成分多（如肝内胆管细胞癌）或意味着治疗失败。肿瘤细胞有很强的再增殖力和很高的丢失因子，经放疗、化疗或手术后，肿瘤的复发亦早。临床上实际应用放疗剂量与时间，存在很多的复杂因素，不能因肿瘤退缩快而减少放疗量；或肿瘤生长缓慢而延长放疗时间，这是因为肿瘤细胞丢失因子高，同时存在肿瘤细胞再增殖速度快的关系。

三、潜在倍增时间（Tpot）

Tpot是指在没有细胞丢失的情况下，肿瘤细胞数增加1倍所需的时间。正常组织或肿瘤细胞受到放射损伤后，潜在再增殖速率较细胞生长率更能准确反映细胞的增殖能力。腹部肿瘤倍增时间差别较大，消化道肿瘤（胃癌、直肠癌）的潜在倍增时间为5～15d不等，而前列腺癌长达60d，软组织肉瘤为12～30d。关于Tpot的研究，最早最多的是头颈部鳞状细胞癌，这些肿瘤在放疗一段时间后，其Tpot会变短，采用后程超加速可以提高疗效。Tpot是否能用于腹盆部的腺癌及其他胃肠道肿瘤等，目前还缺乏证据。

Tpot有时也会产生误导，这是因为未受放、化疗影响的肿瘤细胞，测定的其细胞周期可以长于或短于治疗后还存活的克隆源性细胞。肿瘤的增长率可以超过Tpot的预计值，或少于Tpot的预计值。尽管如此，与放疗前细胞增长率这一指标比较，用Tpot来预测肿瘤细胞增殖的动力学变化，显得较合理。Tpot可以作为指导后程超加速放疗存在一定的价值。其他的指标，如肿瘤的退缩率、凋亡指数，可以反映细胞的丢失率。

四、生长分数

生长分数是指肿瘤细胞群体中处于复制阶段（S＋G2期）的细胞比例。在细胞恶性转化的初期，绝大多数的细胞处于复制期，所以生长分数很高。随着肿瘤的持续生长，不断有瘤细胞发生分化，离开复制阶段的细胞越来越多，使得大多数肿瘤细胞处于G0期。即使是生长迅速的肿瘤，其生长分数也只有20%左右。当肿瘤细胞的生长受到干预（如化疗、放疗或姑息手术），生长分数有可能升高，导致再增殖加快。不仅肿瘤细胞如此，正常组织也有这样的现象，如肝脏、皮肤，正常情况下，这些细胞的生长分数很低，一旦受到影响，G0期的细胞进入了细胞周期，再增殖加快。

五、实验室里的肿瘤再增殖

Hermens和Barenden曾报道鼠的横纹肌肉瘤细胞受放疗后几天里，细胞呈现快速的指数级增加。这是因为受照射后的细胞仅有1%存活，成为克隆源性细胞，故放疗后不可能测出肿瘤体积增大，放疗早期也不会发现肿瘤缩小。Kummermehr和Trott对鼠乳腺癌放疗，当肿瘤缩小时，发现再增殖的克隆细胞。肿瘤再增殖的证据来源于这样的事实，即同样的控制率，延长放疗时间必须增加放疗量。

六、肿瘤复发时间

肿瘤被切除、放疗、化疗后，达到完全缓解，如出现肉眼可见的复发灶，一般需要一年时间。这数据是通过这样计算出来的:一个肿瘤细胞需经过30次的分裂，或10 000个细胞经过15～17次的倍增，我们推算肿瘤的倍增时间为2～3周。对可见肿瘤，其体积倍增时间一般为2个月。临床上我们常见到胃癌或直肠癌患者接受根治性切除后，局部复发出现在术后的1～2年。

在放疗临床上，我们对放疗后一年内即出现肿瘤复发的患者，常采用谨慎、保守的态度，这不单是正常组织容易受损，也提示肿瘤对放疗不敏感，或肿瘤细胞放疗后再增殖加快。

对腹部肿瘤术后多少时间放疗比较合理，目前尚无确切的时间，大多是参照头颈部肿瘤（一般不超过8周）或乳癌（一般不超过12周），但从术后肿瘤的生长情况看，越早放疗越好，这是因为相同的放疗剂量，肿瘤细胞数越少，局部控制率越高。

七、加速再增殖

不管用细胞毒化疗药物或放疗肿瘤，都会促发残存的肿瘤细胞（克隆源性细胞）分裂增殖较治疗前加快，这就是所谓的细胞再增殖加快。

再增殖加快的现象最早在鼠的横纹肌肉瘤上发现，给肿瘤放疗20Gy/次，肿瘤缩小，生长缓慢，但几天后肿瘤生长加快，其细胞周期时间只有12h，较放疗前明显缩短。

人类的肿瘤细胞也存在相同现象，Withers等人分析了头颈部肿瘤放疗患者，评估肿瘤得到50%控制的剂量（TCD50）与分次放疗时间的函数关系，发现人肿瘤细胞再增殖加快的时间发生在开始常规分割放疗后的第28天。常规分割必须每次增加0.6Gy，方能克服再增殖导致的治疗失败。

八、分割放疗的种类

同样的放疗剂量，延长放疗时间的好处是减少早反应组织的损伤和肿瘤细胞能再氧合，然而过分延长，会导致肿瘤细胞的再增殖，减少局部控制率。每日放疗1次，每周5次，每次1.8～2.0Gy，我们称为常规分割。如果每次放疗量＞2Gy，每周放疗次数少于5次，我们称为低分割。如果每日放疗2次，但每次1.1～1.2Gy，每周5次的放疗时间，我们称为超分割。如果每日照射2次，每次1.6Gy，或每日照射3次，每次1.1～1.2Gy，连续放疗，我们称之为加速超分割放疗。加速超分割有多种形式，但有共同特点:每日放疗1次以上，每次放疗剂量在1～2Gy，总疗程较常规分割缩短，总剂量与常规分割放疗相近或稍少。

超分割放疗的理论是基于L－Q模式，重在保护晚反应组织。在腹部肿瘤放疗过程中，由于胃肠道黏膜的再增殖很快，其α/β值高，属于早反应组织，如果用超分割的方法，不但起不到保护胃肠道黏膜的作用，放疗反应很厉害，我们一般不主张腹盆部的肿瘤放疗采用超分割放疗，但肝脏的肿瘤例外，这是因为肝脏细胞一般处于G0期，不分裂，其α/β值只有1～2Gy，而肝细胞癌的α/β超过10Gy，且放疗肝内肿瘤很少损及胃肠道。因此，我们提倡对肝内肿瘤进行超分割放疗，而不进行低分割放疗。有人提出，前列腺癌细胞生长缓慢，其α/β值低，应该进行低分割放疗，但现在没有临床证据证明前列腺癌应该低分割放疗。

（曾昭冲）