Современные представления о роли гипоксии в развитии радиорезистентности злокачественных опухолей

Современные представления о роли гипоксии в развитии радиорезистентности злокачественных опухолей

Автор: Сеньчукова Марина Алексеевна, Макарова Елена Викторовна, Калинин Евгений Анатольевич, Ткачев Владислав Владимирович, Зубарева Евгения Юрьевна

Журнал: Сибирский онкологический журнал @siboncoj

Рубрика: Обзоры

Статья в выпуске: 6 т.19, 2020 года.

Бесплатный доступ

Цель исследования - систематизировать и обобщить современные представления о роли гипоксии в развитии радиорезистентности злокачественных опухолей. Материал и методы. Для поиска научных источников использовались базы PubMed, eLibrary.Ru и Springer. Проведен анализ публикаций с 1953 по 2020 г., 57 из которых были использованы для написания данного обзора. Результаты. Лучевая терапия является одним из важнейших методов лечения злокачественных новообразований. Основной причиной неудовлетворительных результатов лечения пациентов, перенесших лучевую терапию, является развитие рецидива заболевания на фоне радиорезистентности опухолевых клеток. Механизмы радиорезистентности рака очень сложны и зависят от многих факторов, из которых гипоксия является наиболее важным. Под влиянием гипоксии происходит активация механизмов ангиогенеза, эпителиально-мезенхимальной трансформации, формируется пул раковых стволовых клеток, отличающихся химио- и радиорезистентностью. В свою очередь, выраженность гипоксии во многом зависит от особенностей кровоснабжения опухоли. При этом не только количество, но и качественные характеристики сосудов могут влиять на развитие тканевой гипоксии в опухоли. Заключение. Таким образом, комплексная оценка выраженности гипоксии, особенностей ангиогенеза и эпителиально-мезенхимальной трансформации может способствовать лучшему пониманию механизмов развития радиорезистентности злокачественных новообразований.

Еще

Злокачественные опухоли, лучевая терапия, радиорезистентность, гипоксия, эпителиально-мезенхимальная трансформация, ангиогенез

Короткий адрес: https://sciup.org/140254391

IDR: 140254391   |   DOI: 10.21294/1814-4861-2020-19-6-141-147

Список литературы Современные представления о роли гипоксии в развитии радиорезистентности злокачественных опухолей

  • Iyer N.G., Tan D.S., Tan V.K., Wang W, Hwang J., Tan N.C., Si-vanandan R., Tan H.K., Lim W.T., Ang M.K., Wee J., Soo K.C., Tan E.H. Randomized trial comparing surgery and adjuvant radiotherapy versus concurrent chemoradiotherapy in patients with advanced, nonmetastatic squamous cell carcinoma of the head and neck: 10-year update and subset analysis. Cancer. 2015 May 15; 121(10): 1599-607. doi: 10.1002/ cncr.29251.
  • Roxburgh C.S., WeiserM.R. Selective use of radiation for locally advanced rectal cancer: one size does not fit all. Minerva Chir. 2018 Dec; 73(6): 592-600. doi: 10.23736/S0026-4733.18.07791-X.
  • Baskar R., Itahana K. Radiation therapy and cancer control in developing countries: Can we save more lives? Int J Med Sci. 2017 Jan 1; 14(1): 13-17. doi: 10.7150/ijms.17288.
  • Hekim N., Cetin Z., Nikitaki Z., CortA., Saygili E.I. Radiation triggering immune response and inflammation. Cancer Lett. 2015 Nov 28; 368(2): 156-63. doi: 10.1016/j.canlet.2015.04.016.
  • Wennerberg E., Lhuillier C., Vanpouille-Box C., Pilones K.A., García-MartínezE., RudqvistN.P., Formenti S.C., Demaria S. Barriers to Radiation-Induced In Situ Tumor Vaccination. Front Immunol. 2017 Mar 13; 8: 229. doi: 10.3389/fimmu.2017.00229.
  • TsoutsouP.G., ZamanK., MartinLluesma S., CagnonL., KandalaftL., Vozenin M.C. Emerging Opportunities of Radiotherapy Combined With Immunotherapy in the Era of Breast Cancer Heterogeneity. Front Oncol. 2018 Dec 12; 8: 609. doi: 10.3389/fonc.2018.00609.
  • RachmadiL., SiregarN.C., KanokoM., AndrijonoA., BardosonoS., Suryandari D.A., Sekarutami S.M., Hernowo B.S. Role of Cancer Stem Cell, Apoptotic Factor, DNA Repair, and Telomerase Toward Radiation Therapy Response in Stage IIIB Cervical Cancer. Oman Med J. 2019; 34(3): 224-30. doi: 10.5001/omj.2019.43.
  • Tang L, Wei F., Wu Y, He Y., Shi L, Xiong F, Gong Z, Guo C., Li X., Deng H, Cao K, Zhou M, Xiang B, Li X., Li Y, Li G., Xiong W., Zeng Z. Role of metabolism in cancer cell radioresistance and radiosen-sitization methods. J Exp Clin Cancer Res. 2018 Apr 23; 37(1): 87. doi: 10.1186/s13046-018-0758-7.
  • ВасильченкоН.Г., Кутилин Д.С., ТимошкинаН.Н., Потемкин Д.С., Полуэктов С.И., ГусареваМ.А., КошелеваН.Г., СолдатоваК.И., Максимов А.Ю., Кит О.И., СидоренкоЮ.С. Современные схемы лучевой терапии и биомаркеры радиорезистентности опухолевых клеток прямой кишки. Сибирский онкологический журнал. 2019; 18(6): 105-113. [VasilchenkoN.G., KutilinD.S., TimoshkinaN.N., PotyomkinD.S., Poluek-tov S.I., Gusareva M.A., Kosheleva N.G., Soldatova K.I., MaksimovA.Y., Kit O.I., Sidorenko Yu.S. Modern radiotherapy regimens and biomarkers of radioresistant rectal tumor cells. Siberian Journal of Oncology. 2019; 18(6): 105-113. (in Russian)]. doi: 10.21294/1814-4861-2019-18-6-105-113.
  • Akiyama A., Minaguchi T., Fujieda K., Hosokawa Y., Nishida K., ShikamaA., TasakaN., SakuraiM., OchiH., Satoh T. Abnormal accumulation of p53 predicts radioresistance leading to poor survival in patients with endometrial carcinoma. Oncol Lett. 2019; 18(6): 5952-58. doi: 10.3892/ol.2019.10940.
  • Chou S.Y., Yen S.L., Huang C.C., Huang E.Y. Galectin-1 is a poor prognostic factor in patients with glioblastoma multiforme after radiotherapy. BMC Cancer. 2018 Jan 30; 18(1): 105. doi: 10.1186/s12885-018-4025-2.
  • DuregonE., SenettaR., Pittaro A., Verdun di CantognoL., Stella G., De Blasi P., Zorzetto M., Mantovani C., Papotti M., Cassoni P. CAVEO-LIN-1 expression in brain metastasis from lung cancer predicts worse outcome and radioresistance, irrespective of tumor histotype. Oncotarget. 2015 Oct 6; 6(30): 29626-36. doi: 10.18632/oncotarget.4988.
  • Fiedler M., Weber F., Hautmann M.G., Haubner F., Reichert T.E., Klingelhöffer C., Schreml S., Meier J.K., Hartmann A., Ettl T. Biological predictors of radiosensitivity in head and neck squamous cell carcinoma. Clin Oral Investig. 2018 Jan; 22(1): 189-200. doi: 10.1007/s00784-017-2099-x.
  • Чернышова А.Л., Старцева Ж.А., Затолокина А.А. Оптимизация выбора адъювантной лучевой терапии у больных раком тела матки I стадии. Сибирский онкологический журнал. 2014; (6): 54-59. [Chernyshova A.L., Startseva Z.A., Zatolokina А.А. Optimization of the choice of adjuvant therapy in patients with uterine corpus cancer. Siberian Journal of Oncology. 2014; (6): 54-59. (in Russian)].
  • Horsman M.R., Overgaard J. The impact of hypoxia and its modification of the outcome of radiotherapy. J Radiat Res. 2016 Aug; 57 Suppl 1(Suppl 1): i90i98. doi: 10.1093/jrr/rrw007.
  • Span P.N., Bussink J. The Role of Hypoxia and the Immune System in Tumor Radioresistance. Cancers (Basel). 2019 Oct 14; 11(10): 1555. doi: 10.3390/cancers11101555.
  • Brown J.M., Wilson W.R. Exploiting tumour hypoxia in cancer treatment. Nat Rev Cancer. 2004 Jun; 4(6): 437-47. doi: 10.1038/ nrc1367.
  • EalesK.L., Hollinshead K.E., TennantD.A. Hypoxia and metabolic adaptation of cancer cells. Oncogenesis. 2016; 5(1): e190. doi: 10.1038/ oncsis.2015.50.
  • Wang H., Jiang H., Van De Gucht M., De Ridder M. Hypoxic Radioresistance: Can ROS Be the Key to Overcome It? Cancers (Basel). 2019 Jan 18; 11(1): 112. doi: 10.3390/cancers11010112.
  • Muz B., de la Puente P., Azab F., Azab A.K. The role of hypoxia in cancer progression, angiogenesis, metastasis, and resistance to therapy. Hypoxia (Auckl). 2015 Dec 11; 3: 83-92. doi: 10.2147/HP.S93413.
  • Rohwer N., Cramer T. Hypoxia-mediated drug resistance: novel insights on the functional interaction of HIFs and cell death pathways. Drug Resist Updat. 2011 Jun; 14(3): 191-201. doi: 10.1016/j. drup.2011.03.001.
  • Fu Z., Chen D., Cheng H., Wang F. Hypoxia-inducible factor-1a protects cervical carcinoma cells from apoptosis induced by radiation via modulation of vascular endothelial growth factor and p53 under hypoxia. Med Sci Monit. 2015 Jan 27; 21: 318-25. doi: 10.12659/MSM.893265.
  • Ebner D.K., Tinganelli W., Helm A., Bisio A., Yamada S., Kamada T., Shimokawa T., Durante M. The Immunoregulatory Potential of Particle Radiation in Cancer Therapy. Front Immunol. 2017 Feb 6; 8: 99. doi: 10.3389/fimmu.2017.00099.
  • Menon H., Ramapriyan R., Cushman T.R., Verma V., Kim H.H., Schoenhals J.E., Atalar C., Selek U., Chun S.G., Chang J.Y., Barsou-mian H.B., Nguyen Q.N., Altan M., Cortez M.A., Hahn S.M., Welsh J.W. Role of Radiation Therapy in Modulation of the Tumor Stroma and Microenvironment. Front Immunol. 2019 Feb 15; 10: 193. doi: 10.3389/ fimmu.2019.00193.
  • Shevtsov M., Sato H., Multhoff G., Shibata A. Novel Approaches to Improve the Efficacy of Immuno-Radiotherapy. Front Oncol. 2019 Mar 19; 9: 156. doi: 10.3389/fonc.2019.00156.
  • Sethumadhavan S., SilvaM., Philbrook P., Nguyen T., HatfieldS.M., Ohta A., Sitkovsky M.V. Hypoxia and hypoxia-inducible factor (HIF) downregulate antigen-presenting MHC class I molecules limiting tumor cell recognition by T cells. PLoS One. 2017; 12(11): e0187314. doi: 10.1371/journal.pone.0187314.
  • Noman M.Z., Hasmim M., Lequeux A., Xiao M., Duhem C., Chouaib S., Berchem G., Janji B. Improving Cancer Immunotherapy by Targeting the Hypoxic Tumor Microenvironment: New Opportunities and Challenges. Cells. 2019 Sep 14; 8(9): 1083. doi: 10.3390/cells8091083.
  • Smolarczyk R., Cichon T., Pilny E., Jarosz-Biej M., Poczkaj A., Kuiach N., Szala S. Combination of anti-vascular agent DMXAA and HIF-1a inhibitor digoxin inhibits the growth of melanoma tumors. Sci Rep. 2018 May 9; 8(1): 7355. doi: 10.1038/s41598-018-25688-y.
  • Vanpouille-Box C., Diamond J.M., Pilones K.A., Zavadil J., Babb J.S., Formenti S.C., Barcellos-HoffM.H., DemariaS. TGFß Is a Master Regulator of Radiation Therapy-Induced Antitumor Immunity. Cancer Res. 2015 Jun 1; 75(11): 2232-42. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-14-3511.
  • Horsman M.R. Measurement of Tumor Oxygenation. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1998 Nov 1; 42 (4): 701-4. doi: 10.1016/s0360-3016(98)00332-0.
  • Cao X., Rao Allu S., Jiang S., Jia M., Gunn J.R., Yao C., LaRo-chelle E.P., Shell J.R., Bruza P., Gladstone D.J., Jarvis L.A., Tian J., Vinogradov S.A., Pogue B.W. Tissue pO2 distributions in xenograft tumors dynamically imaged by Cherenkov-excited phosphorescence during fractionated radiation therapy. Nat Commun. 2020 Jan 29; 11(1): 573. doi: 10.1038/s41467-020-14415-9.
  • Peerlings J., Van De Voorde L., Mitea C., Larue R., Yaromina A., Sandeleanu S., Spiegelberg L., Dubois L., Lambin P., Mottaghy F.M. Hypoxia and hypoxia response-associated molecular markers in esophageal cancer: A systematic review. Methods. 2017 Nov; 130: 51-62. doi: 10.1016/j.ymeth.2017.07.002.
  • Harada H. Hypoxia-inducible factor 1-mediated characteristic features of cancer cells for tumor radioresistance. J Radiat Res. 2016 Aug; 57 Suppl 1(Suppl 1): 99-105. doi: 10.1093/jrr/rrw012.
  • Zeng L., Morinibu A., Kobayashi M., Zhu Y., Wang X., Goto Y, Yeom C.J., Zhao T., Hirota K., Shinomiya K., Itasaka S., Yoshimura M., Guo G., Hammond E.M., Hiraoka M., Harada H. Aberrant IDH3a Expression Promotes Malignant Tumor Growth by Inducing HIF-1 -mediated Metabolic Reprogramming and Angiogenesis. Oncogene. 2015; 34(36): 4758-66. doi: 10.1038/onc.2014.411.
  • Yeo C.D., Kang N., Choi S.Y., Kim B.N., Park C.K., Kim J.W., Kim Y.K., Kim S.J. The role of hypoxia on the acquisition of epithelial-mesenchymal transition and cancer stemness: a possible link to epigenetic regulation. Korean J Intern Med. 2017 Jul; 32(4): 589-599. doi: 10.3904/ kjim.2016.302.
  • Kakurina G.V., Kondakova I.V., Spirina L.V., Kolegova E.S., Shashova E.E., Cheremisina O.V., Novikov V.A., Choinzonov E.L. Expression of genes encoding cell motility proteins during progression of head and neck squamous cell carcinoma. Bull Exp Biol Med. 2018; 166(2): 250-252. doi: 10.1007/S10517-018-4325-1.
  • Liu Z.J., Semenza G.L., ZhangH.F. Hypoxia-inducible factor 1 and breast cancer metastasis. J Zhejiang Univ Sci B. 2015 Jan; 16(1): 32-43. doi: 10.1631/jzus.B1400221.
  • Luo Y., LiM., ZuoX., Basourakos S.P., Zhang J., Zhao J., Han Y., Lin Y., Wang Y., Jiang Y., LanL. ßcatenin nuclear translocation induced by HIF1a overexpression leads to the radioresistance of prostate cancer. Int J Oncol. 2018 Jun; 52(6): 1827-1840. doi: 10.3892/ijo.2018.4368.
  • Koukourakis M., Kakouratos C., Kalamida D., Bampali Z., Mavropoulou S., Sivridis E., Giatromanolaki A. Hypoxia-inducible proteins HlF1a and lactate dehydrogenase LDH5, key markers of anaerobic metabolism, relate with stem cell markers and poor post-radiotherapy outcome in bladder cancer. Int J Radiat Biol. 2016 Jul; 92(7): 353-63. doi: 10.3109/09553002.2016.1162921.
  • Lee S.Y., Jeong E.K., Ju M.K., Jeon H.M., Kim M.Y., Kim C.H., Park H.G., Han S.I., Kang H.S. Induction of metastasis, cancer stem cell phenotype, and oncogenic metabolism in cancer cells by ionizing radiation. Mol Cancer. 2017 Jan 30; 16(1): 10. doi: 10.1186/s12943-016-0577-4.
  • Rycaj K., Tang D.G. Cancer stem cells and radioresistance. International journal of radiation biology. 2014; 90: 615-21. doi: 10.3109/09553002.2014.892227.
  • Gomez-Casal R., Bhattacharya C., Ganesh N., Bailey L., Basse P., Gibson M., Epperly M., Levina V. Non-small cell lung cancer cells survived ionizing radiation treatment display cancer stem cell and epithelial-mesenchymal transition phenotypes. Mol Cancer. 2013; 12(1): 94. doi: 10.1186/1476-4598-12-94.
  • Barker H.E., Paget J.T., Khan A.A., Harrington K.J. The tumour microenvironment after radiotherapy: mechanisms of resistance and recurrence. Nat Rev Cancer. 2015 Jul; 15(7): 409-25. doi: 10.1038/nrc3958.
  • Hellevik T., PettersenI., Berg V., Winberg J.O., MoeB.T., BartnesK., PaulssenR.H., Busund L.T., BremnesR., Chalmers A.,Martinez-ZubiaurreI. Cancer-associated fibroblasts from human NSCLC survive ablative doses of radiation but their invasive capacity is reduced. Radiat Oncol. 2012 Apr 13; 7: 59. doi: 10.1186/1748-717X-7-59.
  • Lindblom E.K., Dasu A., Toma-Dasu I. Hypoxia Induced by Vascular Damage at High Doses Could Compromise the Outcome of Radiotherapy. Anticancer Res. 2019 May; 39(5): 2337-2340. doi: 10.21873/ anticanres.13350.
  • Lindblom E., Toma-Dasu I., Dasu A. Accounting for Two Forms of Hypoxia for Predicting Tumour Control Probability in Radiotherapy: An In Silico Study. Adv Exp Med Biol. 2018; 1072: 183-87. doi: 10.1007/978-3-319-91287-5_29.
  • Vaupel P., Mayer A. Hypoxia in Tumors: Pathogenesis-Related Classification, Characterization of Hypoxia Subtypes, and Associated Biological and Clinical Implications. Adv Exp Med Biol 2014; 812: 19-24. doi: 10.1007/978-1-4939-0620-8_3.
  • Orel V.B., Zabolotny M.A., Orel V.E. Heterogeneity of hy-poxia in solid tumours and mechanochemical reactions with oxygen nanobubbles. Med Hypotheses. 2017 May; 102: 82-86. doi: 10.1016/j. mehy.2017.03.006.
  • BirauA., CeausuR.A., CimpeanA.M., GajeP., RaicaM., Olariu T. Assessement of angiogenesis reveals blood vessel heterogeneity in lung carcinoma. Oncol Lett. 2012 Dec; 4(6): 1183-86. doi: 10.3892/ ol.2012.893.
  • Nagy J.A., DvorakH.F. Heterogeneity ofthe tumor vasculature: the need for new tumor blood vessel type-specific targets. Clin Exp Metastasis. 2012 Oct; 29(7): 657-62. doi: 10.1007/s10585-012-9500-6.
  • Senchukova M.A., Nikitenko N.V., Tomchuk O.N., Zaitsev N.V., Stadnikov A.A. Different types of tumor vessels in breast cancer: morphology and clinical value. Springerplus. 2015 Sep 17; 4: 512. doi: 10.1186/ s40064-015-1293-z.
  • Zhou X, Liu H, Zheng Y, Han Y, Wang T, Zhang H, Sun Q, Li Z, Overcoming Radioresistance in Tumor Therapy by Alleviating Hypoxia and Using the HIF-1 Inhibitor. ACS Appl Mater Interfaces. 2020 Jan 29; 12(4): 4231-4240. doi: 10.1021/acsami.9b18633.
  • Siemann D,W, Horsman MR. Modulation of the tumor vasculature and oxygenation to improve therapy. Pharmacol Ther. 2015 Sep; 153: 107-24. doi: 10.1016/j.pharmthera.2015.06.006.
  • Liu S, Wu F, Zhang Y, Qin R,, Zhu N, Li Y, Wang M, Zeng Q, Xie D, Li Y,, Fan J,, Han Y. Apatinib Combined With Radiotherapy Enhances Antitumor Effects in an In Vivo Nasopharyngeal Carcinoma Model. Cancer Control. 2020 Jan-Dec; 27(1): 1073274820922553. doi: 10.1177/1073274820922553.
Еще
Статья обзорная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp