高压氧在胶质瘤治疗中的研究进展

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作者：潘灏 王汉东 陈龙邦 南京军区南京总医院肿瘤内科

恶性胶质瘤包括胶质母细胞瘤（glioblastomas，GBM）和间变性星形细胞瘤（anaplastic astrocytomas，AA）、间变性少枝星形细胞瘤（anaplastic oligoastrocytomas，AOA）及间变性少枝细胞瘤（anaplastic oligodendrogliomas，AO）。据美国脑肿瘤注册中心（Central Brain Tumor Registry of the United States，CBTRUS）在2004~2007年间的统计数据指出，GBM在所有胶质瘤的比例为53.7%，AA占6.7%。尽管目前临床上对GBM采取如功能MRI、术中导航、术中唤醒清醒手术等多种技术辅助手术切除，并辅以术后放疗及同步辅助化疗，但是恶性胶质瘤的临床预后仍不尽如人意。其中GBM的中位生存期为3.3个月（11.3~14.6个月），GBM的5年生存率仅为4.75%，AA为27.36%，而AO则为49.40%。因此，如何提高恶性胶质瘤对于放化疗的敏感性，成为研究的热点。

既往研究表明，在胶质瘤组织内存在低氧分压的微环境。Beppu等进一步研究发现，在CT引导下通过立体定向手术向Ⅲ~Ⅳ级胶质瘤患者肿瘤和瘤周组织内安置电极，检测氧分压变化，结果提示在清醒、睡眠状态下瘤内的氧分压比瘤周组织内的氧分压均显著下降。即使吸入100%O2后，瘤内氧分压较前略有上升，但与吸氧前相比差异不显著。众所周知，瘤内的低氧环境可以通过激活缺氧诱导因子1α（HIF-1α）及其下游基因诱导肿瘤血管生成、诱导P53基因表达失衡促进肿瘤存活、提高瘤内活性氧（ROS）水平导致DNA断裂并进一步导致基因组表型改变、诱发低氧糖酵解等多个方面进一步促进肿瘤的恶性进展。此外瘤内的低氧环境还会进一步导致肿瘤对放射治疗及多种化疗药物的抵抗。因此，如果能够改善胶质瘤内的低氧环境，则势必能够改善胶质瘤放化疗抗性，改善临床预后。

高压氧可以通过增加血液内物理溶解氧的含量，从而进一步增加血液的携氧能力，并且这一能力的提高不依赖于血红蛋白的含量及携氧能力。同时高压氧还可以增强血氧在组织内的弥散程度，进一步提高组织的氧储备量。实验结果也证实，在高压氧治疗后30 min内，胶质瘤内的氧分压水平均较治疗前有明显的增高。因此，能否利用高压氧提高胶质瘤内的氧分压，从而提高胶质瘤对放化疗的敏感性，以及能否利用高压氧预防放射性脑坏死等放化疗并发症，成为众多学者关注的热点。

一、高氧环境及高压氧对胶质瘤细胞增殖及血管生成的影响

高氧环境已被证实可以改善耐药胶质瘤细胞的耐药性。利用人胶质瘤细胞D54、U87的替莫唑胺（TMZ）耐药细胞，进行常压高氧环境培养，发现高氧环境下耐药细胞的死亡增多。同时高氧环境下耐药细胞生存曲线下降，甚至逆转耐药性。进一步的研究发现，高氧可以调节凋亡相关基因[（含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（caspase）3、B淋巴细胞瘤-2基因（BCL-2）、B细胞淋巴瘤基因（Bax）]的表达，促进细胞凋亡，并激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）-细胞外调节蛋白激酶（ERK）通路，从而改善化疗敏感性。此外，高氧环境可以单独或与TMZ协同诱导胶质瘤细胞内的非折叠蛋白质反应（unfolded protein response，UPR），并通过UPR进一步导致分子伴侣P4HB高表达，从而逆转耐药胶质瘤细胞的耐药性。

利用高压氧处理胶质瘤细胞后，电镜观察细胞膜表面可见有大量囊泡出现，这一反应与双氧水作用后出现的反应类似，同时伴有细胞内脂质过氧化产物丙二醛（MDA）的明显上升，作者认为高压氧处理后胶质瘤细胞内的氧化应激反应加重，并可能进一步诱导肿瘤细胞的死亡。体内实验也证实，在纯氧和高压氧环境下，皮下移植的胶质瘤增长减慢。同时高压氧处理后移植瘤内空泡区域、坏死区域增多，瘤内的血管密度、直径下降；Ki67染色提示高压氧不促进肿瘤细胞的增殖；TUNEL染色提示高压氧促进肿瘤细胞凋亡；DNA微阵列分析和QPCR提示高压氧处理前后，瘤内血管形成的相关基因，如血小板衍生生长因子受体、成纤维生长因子受体、血管内皮生长因子显著下降，这些结果提示高压氧可以通过抑制肿瘤细胞增殖、促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤内血管生成等多个方面来抑制肿瘤的生长。

但是近年来，也有观点认为高压氧可能促进胶质瘤的增殖和血管生成。使用人GL261Luc细胞系于小鼠脑内原位移植成瘤，高压氧处理后活体荧光观察，可见高压氧处理后脑内代表肿瘤体积大小的荧光面积及荧光亮度值均有所增加；Ki67染色及细胞周期分析提示高压氧处理后胶质瘤细胞的增殖加快；流式细胞分析及TUNEL染色证实高压氧作用后肿瘤内凋亡细胞凋亡下降；而CD34免疫组化染色提示高压氧处理后肿瘤内血管生成增加，毛细血管密度（MVD）显著增高。这一颠覆性的实验结果认为高压氧可以进一步促进胶质瘤细胞的增殖、抑制细胞凋亡并促进瘤内血管生成。但是作者也指出，其结论与既往研究不一致，可能与采用细胞不同、皮下移植瘤与颅内原位移植瘤生长方式不同等多方面因素有关。因此，高压氧对胶质瘤细胞增殖、凋亡及血管生成的作用，还有待进一步的验证。

二、高压氧与放疗的协同作用

值得注意的是，早期的高压氧联合放疗均是在患者接受高压氧治疗的同时进行放射治疗。这种联合治疗方案需要在高压氧舱内进行放疗，操作复杂，难以推广。随着研究证实高压氧后肿瘤组织内高氧分压状态可持续近30 min，后续的相关研究都是采取的高压氧30 min内进行放射治疗。

目前报道的多篇临床研究文献均证实，高压氧联合放疗可以有效改善胶质瘤患者的临床预后。一项非随机对照性研究发现，15例胶质瘤患者术后在高压氧后15 min或30 min内接受放疗，高压氧组的治疗反应效果优于对照组，生存期延长，多因素预后判断分析提示高压氧治疗是预后的一个重要影响因素。另一项非随机对照研究中有9例高级别胶质瘤患者接受高压氧合并放疗，9例患者均出现瘤体减小50%以上的治疗效果，4例患者到随访终止依然存活，均未见放射性坏死；而该研究的12例对照患者中，只有1例瘤体完全消失，3例瘤体减小50%以上，且所有对照组患者均在放疗后36个月内死亡。

对于复发的胶质瘤，也有研究进行高压氧治疗合并伽玛刀放疗，共25例接受过放化疗的复发胶质瘤，其中14例AA，11例GBM，入组进行高压氧后伽玛刀放疗，放疗在高压氧后7 min内进行，平均随访时间11个月（3~78个月），21例死亡，4例存活（均为AA），平均存活时间AA为19个月，GBM为11个月。虽然上述多篇文献均报道了高压氧合并放疗对于高级别胶质瘤的良好的治疗效应，但是值得注意的是，这些临床研究均属于单中心非前瞻性随机对照研究，其结果可靠性仍有待进一步验证。

众所周知，放疗后脑组织极易出现放射性损伤，而迟发性放射性损伤的发生率约在5%~15%之间，一旦出现，被认为是不可逆的损伤过程，对患者造成严重的伤害。值得庆幸的是，高压氧被认为可以通过刺激血管形成来缓解放射性损伤，这一过程包括传统的血管生成和血管发生效应。有报道指出，放疗后预防性的给予高压氧治疗，可以有效降低MRI上T2或FLAIR高信号区域所代表的放射性脑损伤的发生率，减轻神经功能障碍，但是高压氧并不能减少放射性坏死的发生率，也未能有效降低肿瘤复发率。单因素分析提示高压氧组的放射性脑损伤的1年发生率仅为2%，而非高压氧组则高达36%。这一结果提示高压氧可以有效地减轻放疗导致的放射性脑损伤。此外研究也证实高压氧对于颅脑肿瘤术后的脑水肿有较好的治疗效果，可进一步减轻脑损伤。

三、高压氧与化疗

有研究指出高压氧与TMZ协同作用，在体外可抑制胶质瘤细胞增殖，诱导细胞凋亡。研究发现，高压氧处理后细胞增殖明显减慢，高压氧单独作用对细胞周期影响不明显，而与TMZ联合作用后可延长G2/M期，缩短S期。高压氧单独作用可以诱导U251凋亡，与TMZ联合作用后细胞凋亡进一步增加。ELISA检测细胞上清液中的多药耐药相关蛋白1（MRP1）与血管内皮生长因子（VEGF）表达水平，可见高压氧显著下调上述两种蛋白水平。说明在体外实验中，高压氧与TMZ协同可以有效抑制细胞增殖、促进细胞凋亡，并可能影响胶质瘤细胞的增殖和血管生成能力。此外，大鼠脑内原位移植的胶质瘤模型接受高压氧和TMZ联合处理后，结果发现与单独TMZ处理相比，高压氧联合TMZ处理后瘤内Ki67指数明显下降，提示高压氧联合TMZ可有效降低胶质瘤增殖能力。

一项临床研究发现，41例患者（其中31例GBM、10例Ⅲ级胶质瘤）接受高压氧后放化疗联合治疗，其中化疗药物包括长春新碱、丙卡巴嗪、尼莫司汀；GBM患者的平均进展时间和平均存活时间分别为12.3个月和17.3个月；GBM患者2年无进展生存率和2年总体存活率为10%和23%。根据RPA分析将患者分级，并与RTOG其他临床试验比对，可以发现该研究中患者的平均生存期和两年存活率均有所提高，提示高压氧+放化疗的联合治疗方案有一定优势。对这批病例及后期增加的病例进行长周期随访研究进一步发现，2000~2006年期间共57例患者（39例GBM，18例Ⅲ级胶质瘤）接受高压氧加放化疗联合治疗，39例GBM和18例Ⅲ级胶质瘤平均存活时间分别为17.2个月和113.4个月,平均肿瘤进展时间和2年无进展生存期在GBM为9.6个月和16.4%，Ⅲ级胶质瘤为71.1个月和71.1%；将该研究中的病例按照RPA分级进行分组，并与RTOG 90-60及RTOG数据库等进行比较可以发现，该研究各组的平均生存时间和两年存活率均存在优势。

根据这一临床研究的结果，高压氧联合放化疗可以有效地改善高级别胶质瘤患者的平均存活时间和2年存活率。但是该研究仅为2个医疗中心的一项非随机对照研究，其结果仍有待大规模多中心的随机对照研究验证。吴晓翔等将86例WHOⅡ~Ⅳ级的胶质瘤患者，分为高压氧治疗组和常规放化疗组，其中高压氧治疗组在接受常规放化疗的同时，利用2.8个大气压的高压氧治疗60 min，高压氧结束后30 min内口服TMZ；结果发现高压氧组总有效率、治疗后3个月及6个月的生活能力评分和生存质量评分均较常规放化疗组有所提高。但遗憾的是该研究未比较无进展生存期及总体存活率在两组之间的差异。以上临床研究数据提示，高压氧联合放化疗可能改善高级别胶质瘤患者的平均生存时间和2年存活率，并能够改善患者生活能力及生活质量。

综上所述，高压氧可能通过影响胶质瘤细胞的凋亡、血管生成、增殖等多个方面来影响胶质瘤细胞的活性，但其具体的作用及内在机制仍有待进一步的研究；在临床研究方面，高压氧已经显示出其联合放化疗后对胶质瘤患者预后的改善，但这一联合治疗方案仍有待于进一步大规模多中心前瞻性随机对照的临床研究验证。

来源：中华神经医学杂志2016年第15卷第3期