암 치료를 위한 온열치료 방사선치료의 병행

방사선치료는 전체 암 환자의 약 50%를 치료하는 데 사용되며, 다양한 성공을 거두고 있습니다. 방사선치료는 최근 수십 년 동안 다양한 유형의 암 치료 전략의 필수적인 부분이 되었지만 장기적인 부작용의 위험과 관련이 있습니다. 

 

이러한 부작용 중 심장 합병증은 삶의 질에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 생명을 위협할 수 있기 때문에 특히 중요합니다. 종양에 제공될 수 있는 방사선의 용량은 주변 정상 조직의 민감도에 따라 결정됩니다. 

 

따라서 방사선치료를 개선하기 위한 전략은 종양에 미치는 영향을 증가시키거나 정상 조직에 미치는 영향을 줄이는 것을 목표로 합니다. 

 

온열치료는 방사선(IR)을 이온화하여 세포 사멸을 유발하는 강력한 감작제로, 열이 단백질 구조를 변경하여 여러 세포 구성 요소에 영향을 미쳐 DNA 손상 반응에 영향을 미치기 때문일 수 있습니다. 고체온증은 열 충격 단백질 70(Hsp70; HSPA1A) 합성을 유도하고 텔로머라제 활성을 향상시킵니다. HSPA1A 발현은 방사선 저항성과 관련이 있습니다. HSPA1A와 텔로머라제의 비활성화는 IR 노출 후 잔여 DNA DSB를 증가시키며, 이는 세포 사멸 증가와 상관관계가 있으며, 이는 IR로 인한 DNA 손상 복구에서 HSPA1A와 텔로머라제의 역할을 지지합니다. 따라서 고체온증은 종양 세포를 방사선에 민감하게 하는 데 관여하는 여러 분자 매개변수에 영향을 미치며 표적 방사선 치료의 잠재력을 향상시킬 수 있습니다. 치료 유도 벡터는 기존 치료 방식에 의한 유전자 발현 제어를 기반으로 유전자 치료에서 조건부 유전자 발현에 유용합니다.

 

이온화 방사선에 대한 세포와 조직의 분자 반응에 대한 이해는 종양의 악용 가능한 유전적 변화에 대한 새로운 인식과 종양이나 정상 조직을 보다 구체적으로 표적으로 하는 이온화 방사선과 약물적 개입을 결합한 치료법의 개발로 이어져 효능이 향상되었습니다.

 

1. 소개

열충격 단백질(HSP)은 세포 스트레스 반응과 면역 조절에 중요한 역할을 합니다.

 

HSP와 악성 종양 연구에서 활발히 관심을 받고 있는 분야는 종양 내에서 높은 수준으로 발현될 때 종양 세포 보호와 반대로 종양 유래 HSP-펩타이드 복합체의 항원 제시 및 처리를 통한 종양 세포 파괴의 이중 역할을 하는 것입니다. 점점 더 많은 증거가 인간 암에서 HSP의 중요성을 뒷받침하고 있습니다.

 

세포 내에서 HSP는 다양한 "보유 및 접힘" 경로를 통해 세포를 단백질 독성 스트레스로부터 보호하며, 이는 변성 단백질의 형성과 괴사 경로 및 세포 사멸 경로에 의한 치명적인 응집 연쇄 진행을 방지합니다 [1,2]. HSP는 또한 면역 체계 조절에 중심적인 역할을 하며, HSP72(HSPA1A/B)는 면역학적 보조제로 작용할 수 있습니다 [3,4].

 

세포 내 HSPA1A/B는 항원에서 유래한 처리된 펩타이드와 결합하여 항원 처리(TAP)와 관련된 세포 수송체로 전환합니다. HSPA1A/B는 종양 관련 항원이 HSP에 결합할 필요가 없는 세포독성 T-림프구(CTL)에도 추가적인 영향을 미치는 것으로 보입니다. 정제된 HSPA1A/B는 펩타이드 로딩이 없는 상태에서 CD8+ CTL의 활성화와 종양 괴사 인자-알파(TNF-α) 및 IFN- γ의 분비를 유도합니다 [5].

 

HSP의 세포 외부 영향은 최근 몇 년 동안 더욱 밝혀졌습니다. 세포에 외인성으로 첨가된 HSPA1A/B는 항원 제시 세포(APC)에 의해 염증성 사이토카인 TNF-α, 인터루킨-1 베타(IL-1β) 및 IL-6의 생성을 자극합니다. 이 과정은 HSPA1/B의 샤페로카인 활성이라고 합니다. 현재까지 인간 악성 종양에서 HSPA1A/B에 대한 연구는 주로 진단 시점에 얻은 추출된 악성 조직에서 HSPA1A/B의 발현을 정의하는 데 중점을 두고 있습니다 [11,12]. HSPA1A/B의 순환 혈청 수치에 대해서는 상대적으로 거의 알려져 있지 않으며 [13], 현재까지 일반적인 암 치료가 순환 HSPA1A/B에 미치는 영향은 정의되지 않았습니다.

임상적으로 관련된 환경에서 HSP 프로파일의 특성화는 암 박멸을 위한 구체적인 새로운 치료 전략 개발로 이어질 수 있으므로, 본 연구는 전립선암 치료를 받고 있는 환자에서 HSPA1A/B의 세포외 발현과 면역 체계 반응에 미치는 잠재적 영향을 평가하기 위해 설계되었습니다. 그 후, 종양 특이 면역 반응 가능성과 온전한 방사선 종양에서 HSP 방출 메커니즘을 포함한 임상 소견을 추가로 검증하고 특성화하기 위해 생체 내 및 시험관 내 연구를 수행했습니다.

 

2. 열충격 반응의 세포 메커니즘

진화 과정에서 세포 시스템은 열 스트레스에 적응하는 메커니즘을 개발했으며, 열 스트레스에 의해 유도되는 주요 표적 단백질은 샤페론으로 작용하는 HSP입니다. 이들은 스트레스 후 변성된 단백질의 오응집을 방지하는 데 관여합니다. HSP는 또한 초기 단백질을 필요한 기능적 형태로 적절히 접는 역할을 합니다. 이러한 단백질은 단백질 회전율과 세포 산화 환원 상태를 더욱 조절합니다 [14]. 가장 잘 알려진 HSP는 HSP40(DNAJB1), HSP60(HSPD1), HSPA1A 및 HSP90(HSP90AB1) 계열의 구성원입니다. 이들은 원핵생물과 진핵생물 전반에 걸쳐 고도로 보존되어 있어 세포 보호 메커니즘에서 중요성을 시사합니다 [15]. 열 충격 반응을 매개하는 메커니즘은 열에만 국한되지 않는 것으로 나타났습니다. 흥미롭게도, 이들은 종종 다른 스트레스 요인에 대해서도 교차 보호적입니다. 사실, 이러한 세포 반응의 변화는 임상 환경에서 원하는 치료 목적으로 세포를 세포자멸사/괴사 경로로 강제하는 데 있어 온열치료를 사용하는 데 결정적입니다.

열에 의해 유도된 HSP 발현은 특정 프로모터 서열인 열충격 요소(HSE)에 의해 매개됩니다. 이러한 프로모터의 실제 열 반응은 이러한 HSE 서열에 결합하여 HSP와 같은 특정 표적 유전자의 발현을 매개하는 열충격 인자(HSF)의 활동에 의해 매개됩니다. 포유류 세포에서는 기능적 변이를 위한 추가적인 동형을 가진 세 가지 HSF(HSF-1, 2, 4)가 확인되었습니다 [16]. 그 중 HSF-1은 열 매개 유전자 발현 조절의 핵심 역할을 하는 반면, HSF-2 및 HSF-4 활성은 유전자 발현의 열 반응 조절과 직접적으로 연결되지 않습니다. 가열되지 않은 세포에서 HSF-1은 세포질에서 단량체로 국한되어 HSP(예: HSPA1A, HSPAB1)에 결합됩니다. 열 활성화 동안 HSF-1은 HSP에서 방출되어 핵으로 들어갑니다. 이 활성화 상태에서 HSF-1은 단량체로서 구성적으로 저인산화됩니다. 핵에 들어간 후 HSF-1 단량체는 삼체화되어 유도성으로 과인산화됩니다 [17]. 삼체 HSF-1의 인산화 상태는 DNA 결합 활성에 필수적이며 전사를 유도하는 능력에 결정적입니다 [18]. 또한 프로모터 내에 여러 HSE가 존재하면 유전자 치료에서 열 반응성 유전자 발현 벡터를 구축하는 데 활용되는 유전자 전사의 열 유도성이 향상됩니다. HSF-1 매개 전사 활성화의 강력하고 효율적인 활성화는 이 조건부 시스템을 유전자 치료 용도로 매력적으로 만드는 주요 요인 중 하나입니다.

열 충격은 DNA 합성 및 전사, mRNA 처리 및 번역의 억제를 유도하고 세포 주기를 통한 진행을 차단합니다. 단백질의 변성과 오응집이 증가하여 프로테아좀 및 리소좀 분해가 강화됩니다 [19]. 열 충격은 세포의 열 저항성을 증가시키기 위해 유전자 발현 변화와 함께 세포골격 구성 요소의 파괴와 막 투과성의 변화를 초래합니다 [20].

많은 종양에서 HSPA1As와 HSPAB1s의 과발현 [21]은 구강암 [22], 대장암 [23], 유방암 [24]의 세포 증식 및 생존과 관련이 있습니다. HSPA1A 또는 덜 보존된 HSP27 (HSPB1) 단백질의 과발현은 정상적인 세포 기능을 유지하고 세포 사멸을 차단함으로써 고열 및 기타 형태의 스트레스에 대한 세포 저항성을 증가시킵니다 [25]. HSP110 (HSPA4) 발현은 열 저항성을 약간 증가시키는 것으로 나타났습니다 [26]. HSPA1A의 저수준 합성은 배양된 인간 세포에서 발생할 수 있으며 생쥐와 인간의 특정 조직에서도 감지되지만 많은 암 세포주에서 상향 조절되는 것으로 보입니다. 인간 세포의 기저 수준 합성 조절은 HSPA1A 프로모터[27]에 존재하는 혈청 반응 요소를 통해 매개되는 반면, 열처리 후 HSPA1A 및 기타 HSP의 세포 수준이 크게 증가하는 것은 HSF-1에 의해 매개됩니다.

HSPA1A는 모든 유기체에서 고도로 보존된 단백질로, N-말단 ATPase 도메인, 기질 결합 도메인, 그리고 C-말단 뚜껑[28]의 세 가지 도메인으로 구성되어 있습니다. 이 단백질은 기질 결합 도메인과 기질 단백질 내 소수성 펩타이드 세그먼트의 결합을 통해 N-말단 ATPase 도메인 의존 방식으로 다양한 단백질의 접힘을 돕습니다. 또한, HSPA1A 기능은 C-말단 뚜껑과의 상호작용을 통해 코치페론에 의해 고도로 조절됩니다. HSF는 HSP70 유전자의 프로모터에서 HSE에 결합하여 열 충격 반응을 매개하고, 이후 활성 전사 복합체 어셈블리의 형성을 통해 전사를 시작합니다[29].

 

3. 열반응 유전자 치료 시스템

고열증은 유방암, 대장암, 악성 흑색종, 두경부암, 자궁경부암, 식도암, 연조직 육종 또는 교모세포종의 암 치료에 널리 사용되고 있습니다 [30]. 화학 요법, 방사선 또는 고열증과 사이토카인 또는 자살 유전자의 조절된 발현을 위해 사용되는 유전자 치료를 결합하면 치료 효능의 상당한 추가적 또는 시너지 효과를 얻을 수 있습니다. 39°C에서 48°C까지의 고열증은 형질전환 유전자 발현을 유도하여 세포 및 전신 수준에서 고열증의 효과를 증대시키는 유망한 전략이 될 수 있습니다. 이를 달성하기 위해 다양한 프로모터가 바이러스 및 비바이러스 벡터를 구축하는 데 사용되었으며, 열 유도 유전자 발현에 대한 수많은 유전자 치료 연구에서 테스트되었습니다 [31].

고열증과 유전자 치료를 결합하는 직접적인 접근 방식은 유전자 발현 조절을 위해 열 반응성 프로모터를 사용하는 발현 벡터 시스템을 사용하는 것입니다. 인간 HSP70B 프로모터는 낮은 누출률과 높은 수준의 열 유발 형질전환 발현으로 인해 가장 자주 사용되었으며, 이는 시험관 내 및 생체 내에서 달성할 수 있습니다 [32]. 흑색종 치료를 위해 HSP70B 프로모터 하에서 검출 가능한 높은 전신 사이토카인 방출과 함께 열 유발 IL-12 발현이 사용되었습니다 [33]. HSP70B 프로모터 하에서 열 반응성 IL-12 발현이 방사선과 결합되면 항종양 효과가 더욱 향상되었습니다. 열 충격 단백질 70 계열은 변성 및 손상된 단백질에 대한 다기능 수리/제거제 계열로, 열, 방사선 및 화학요법제를 포함한 다양한 약제로 인한 손상 후 세포 생존을 향상시킬 수 있습니다. 유도성 HSPB1의 기저 세포 발현은 많은 암세포에서 상향 조절되며, 열이 없는 경우 방사선 및 화학요법제에 대한 높은 수준의 내성을 부여합니다.

이와 관련하여 가장 두드러진 발전은 집중 초음파(FUS)와 자기 나노 입자를 사용하여 열 반응성 유전자 치료의 시간적 및 공간적 제어를 수행하는 것입니다. FUS의 기술적 개선은 정의된 종양 부피를 비침습적이고 엄격하게 제어하는 가열을 가능하게 합니다 [34]. FUS와 자기공명영상(MRI)의 결합은 적용된 온도를 실시간으로 모니터링하고 피드백 제어할 수 있게 합니다 [35].

다른 접근 방식에서는 자성 나노 입자를 사용하여 형질도입된 조직 영역의 온열을 매개합니다. 이를 위해 자성 입자와 DNA를 포함하는 자성 양이온성 리포솜 또는 DNA가 적재된 자성 나노 입자가 사용되었습니다. 이러한 나노 입자는 교류 자기장이 적용되는 경우 표적 조직의 가열을 매개합니다. 이러한 종양에 AMF를 적용하면 GADD153 프로모터에 의해 유도된 TNF-α 발현이 유도되어 조직이 효과적으로 가열되었습니다 [36]. 유사한 접근 방식으로 자성 Mn-Zn 페라이트 나노입자가 사용되었으며, 이는 양이온성 폴리에틸렌이미드로 표면을 변형시켜 DNA 로딩 능력을 향상시켰습니다. 이러한 나노입자의 종양 내 주입과 AMF 적용은 종양 내에서 39.5°C 또는 42.8°C의 고열을 유발하여 효율적인 열 유도 HSP70B 프로모터에 의해 유도된 Lac-Z 발현을 유발했습니다. 나노입자 사용의 매력은 세포 수준의 열 발생 시스템과 효율적인 유전자 전달 기술로서의 잠재력을 결합한 것입니다.

 

4. 열 충격 및 DNA 손상 반응

열은 여러 세포 구성 요소에 다양한 정도로 영향을 미치는 다면발현성 손상 물리적 작용제로, 단백질 대사를 변화시켜 중요한 거대분자 복합체의 조립과 안정성에 영향을 미칩니다. 이온화 방사선에 의해 발생하는 DNA 손상은 주로 세포 내 신호 경로를 활성화하는 단백질의 번역 후 변형을 포함하는 분자 사건인 DNA 손상 반응을 유발합니다 [37]. 이온화 방사선에 의해 발생하는 손상과 같은 손상에 대해 손상된 DNA의 복구를 가능하게 하고 전파를 방지하는 여러 세포 주기 체크포인트가 있습니다. 세포는 세포 주기의 G1 단계에서 S 단계로의 전환, S 내 단계 및 G2/M 경계에서 정지될 수 있습니다 [38]. 결함 있는 DNA 손상 반응, 특히 세포 주기를 중단하지 못하는 것은 많은 암에서 공통적으로 나타나는 특징입니다 [37]. 일부 암에 취약한 인간 증후군은 특정 DNA 손상 반응 및 DNA 복구 유전자의 결함으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 운동신경절(ATM), 니브린(NBS1으로도 알려짐), BRCA1 및 BRCA2 [39]. 기능적인 BRCA1 또는 BRCA2의 부재는 HR에 의한 DSB 복구 능력을 저해하며, 이는 BER 및 SSBR을 유발하는 추가적인 PARP1 활성 손실을 초래하고, BRCA1 및 BRCA2 의존성 HR에 의해 복구되는 병변(내인성으로 발생하는 SSB)의 형성을 증가시킵니다. 그 결과, 세포는 내인성 대사에 의해 유발된 DNA 손상으로 사망합니다 [40]. 종양 유전자에 의해 유발된 DNA 복제 스트레스는 DNA 손상 반응과 종양 진행의 구성적 활성화의 원인으로 연루되어 있습니다 [39]. 종양 세포의 DNA 복구 및 체크포인트 반응 결함은 이온화 방사선에 대한 반응에 영향을 미치며 표적 방사선 감작 전략에 활용될 수 있습니다.

이온화 방사선은 산화된 염기 손상, 염기성 부위, 단일 가닥 파손 및 이중 가닥 파손을 포함한 다양한 DNA 병변을 유도합니다. 이러한 손상을 처리하는 DNA 복구 과정의 활동은 오랫동안 이온화 방사선에 대한 반응을 결정하는 것으로 알려져 왔습니다 [41]. 비동질 말단 결합 및 상동 재조합과 같이 이온화 방사선에 의해 유도되는 가장 치명적인 병변으로 여겨지는 이중 가닥 파손을 복구하는 경로의 결함은 세포에 특히 해롭습니다 [42]. 그러나 염기 절제 수리와 같은 이온화 방사선 후 게놈 무결성과 생존을 보장하기 위해 다른 복구 과정도 필요하다는 것이 점점 더 분명해지고 있습니다 [43]. 이 수리는 염기 손상을 복구하고 복제 포크를 만나면 이중 가닥 파손으로 전환할 수 있는 단일 가닥 파손 [44]을 복구합니다. 이차 이중 가닥 파손은 이온화 방사선의 특징인 복잡한 클러스터 손상 부위에 대한 복구 시도로 인해 발생할 수도 있습니다 [45].

 

이러한 고려 사항들은 화학 요법과 방사선 요법 후 DNA 복구에 영향을 미치는 다양한 새로운 화합물의 개발로 이어졌으며, 궁극적인 목표는 종양 세포를 치료에 민감하게 만드는 것입니다. ATM이나 DNA 의존성 단백질 키나아제(DNA-PK)와 같은 이중 가닥 절단 복구에서 중요한 분자의 억제제는 암세포와 이종 이식 종양을 방사선 치료에 민감하게 만드는 것으로 나타났습니다. PARP 억제제의 전임상 평가는 이종 이식 모델에서 이온화 방사선에 대한 종양 반응을 증가시킬 수 있음을 보여주었습니다. 여러 PARP 억제제는 이미 임상 시험에 들어갔으며, 방사선 치료와 PARP 억제제의 조합에 대한 평가가 진행 중입니다[46]. 기저 절제 복구에 중요한 AP 엔도뉴클레아제(APEX1로도 알려짐)의 일반적인 과발현은 APE 억제제 개발의 기초가 되었으며, 방사선 치료와 화학 요법 반응을 결정하는 데 있어 APE 억제제의 역할을 했습니다[47].

DNA 복구 외에도 세포 주기 체크포인트는 DNA 손상 반응의 또 다른 중요한 구성 요소입니다. DNA 손상으로 인한 G1/S 세포 주기 체크포인트 활성화는 암세포에서 거의 보편적으로 나타나지 않으며, 이러한 부재는 종종 p53 또는 p53 조절 과정의 돌연변이로 인해 발생합니다 [48]. 그러나 p53이 결핍된 종양 세포는 생존을 위해 정상 세포보다 S 또는 G2 체크포인트에 더 많이 의존해야 하며, 이는 조기 유사 분열 진입이 종양 세포를 추가 손상에 노출시킬 수 있기 때문에 치료적으로 활용될 수 있습니다 [49]. 정상 세포에서 방사선을 이온화하여 DNA 손상을 유도하면 세포 주기 동안의 진행이 중단되어 손상의 추가 축적과 심각한 결과를 방지할 수 있습니다.

운동실조-망막확장증 돌연변이 유전자 산물(ATM)은 주로 IR 또는 방사선 모방 약물에 의해 발생하는 DNA DSB에 반응하여 활성화되는 단백질 키나아제입니다. 스트레스를 받지 않은 세포는 이합체 또는 고차 다량체 형태로 비활성 ATM을 포함합니다. 열은 염색질 변화를 유도하는 것으로 알려져 있습니다 [50]. 온열요법은 DNA 가닥 파손 및 HSPA1A 상태와 무관하게 운동실조-망막확장증 돌연변이 효과의 하위 집합을 활성화합니다 [51]. 방사선 노출 전 열처리도 IR에 의한 염색체 DNA 가닥 파손 유도에 유의미한 영향을 미치지 않았습니다 [51]. 열 충격은 핵형 헤일로 직경에 변화를 일으켰지만 DNA 되감기를 억제하지 않았습니다 [51]. 반대로 IR 노출은 DNA 루프 되감기를 크게 억제합니다. 또한 열 충격 후 핵형 직경(최대 이완 시 DNA 루프의 길이를 반영함)은 감소한 반면, IR 노출은 핵형 직경을 증가시켰습니다. 또한 Hunt와 동료들은 열 충격이 G2형 염색체 이상을 유발하는지, DNA 가닥 파손의 복구를 억제하는지 또는 두 과정 모두에 영향을 미치는지 조사했습니다 [51]. Hunt와 동료들은 방사선 조사 후 검출된 염색체 이상의 수가 조사되지 않은 세포와 비교했을 때 통계적으로 유의미하다고 보고했습니다 [51]. 조사된 세포는 0.15 Gy 노출 후 염색체 이상 수준이 감지되었으며, 열만으로 처리된 세포에서는 이상이 보고되지 않았습니다[51].

이온화 방사선은 또한 손상에 대한 보호 반응으로 I형 κ B 키나제-α(IKKα, CHUK로도 알려져 있음)의 활성화를 통해 NF-κB 경로를 활성화하며, 이 키나제의 억제는 방사선 민감도를 증가시킬 수 있습니다. MAPK 경로의 억제는 또한 ATM의 조절을 통해 상동 경로와 비상동 경로 모두에 의한 이중 가닥 파괴 복구 감소를 통해 방사선 민감도를 증가시킬 수 있습니다. 이러한 신호 전달 경로 중 많은 경로가 방사선 민감도에 영향을 미치는 메커니즘은 완전히 명확하지 않습니다. AKT, MAPK 및 NF-κB 신호는 모두 DNA 손상 후 세포 사멸 반응을 억제할 수 있습니다 [52]. 특히 NHEJ 또는 HR에 의한 DSB 복구와 AKT, MAPK 및 TGF-β 경로와 DNA 복구 사이의 연관성이 발견되었습니다 [53]. 이러한 복구 경로의 억제는 방사선 민감도를 현저하게 증가시키기 때문에, 이는 아마도 위에서 설명한 신호 전달을 방사선 조사 후 세포 사멸과 연결하는 가장 그럴듯한 메커니즘일 것입니다.

종양 미세환경의 두 가지 측면, 즉 저산소증(산소 부족)과 혈관 발달은 방사선 치료 개선과 관련하여 널리 연구되어 왔습니다. 저산소증은 정상 조직에서 거의 발생하지 않기 때문에 이온화 방사선에 대한 반응을 개선하기 위한 매력적인 종양 특이적 표적입니다 [54]. 산소 농도가 0.02% 미만(0.15mmHg)일 때, 세포는 이온화 방사선에 의해 2-3배 더 저항하게 됩니다(저산소증과 정상산소증 하에서의 용량 비율이 동일한 세포 사멸을 초래함). 이는 주로 분자 산소에 의한 DNA 손상의 방사화학적 고정으로 인해 발생합니다. 저산소증은 저산소증 유도 인자(HIF)와 펼쳐진 단백질 반응(UPR) 경로의 활성화를 초래하며, 이 두 가지 경로는 이 스트레스 하에서 생존을 결정합니다 [55]. 저산소증 유도 유전자의 높은 발현은 종종 예후가 좋지 않은 것과 관련이 있습니다 [56]. 여러 약물이 임상 시험을 거쳤지만, 3상 시험에서 효능을 보여주고 일상적인 임상 사용에 남아 있는 유일한 약물은 5-니트로이마다졸 니모라졸[57]입니다. 이러한 일정의 효능은 치료 중 저산소 세포의 재산소화 기회가 더 많은 기존 일정보다 방사선 내성 저산소 하위 집단으로부터 더 큰 위험을 초래합니다. 따라서 최근의 더 극단적인 저분획화 일정은 저산소 세포 방사선 감작제 사용[58]의 대부분의 이점을 누릴 가능성이 높습니다.

저산소 세포를 훨씬 더 효율적으로 죽이는 화합물이 개발되었으며, 이는 방사선 감작 저산소 세포의 대안이며 모델링 연구에 따르면 방사선 치료와 결합하는 것이 더 효과적인 전략이라고 합니다 [59]. 새로운 독성이 적은 약물이 필요하며, 일부 티라파자민 유사체는 유망해 보입니다 [60]. 저산소 내성을 감소시키는 모델 화합물은 전임상 모델에서 효능을 보였으며, 이는 저산소 분율 감소로 인한 이온화 방사선 반응 증가를 보여줍니다 [61]. 혈관 신생은 또한 저산소증에 의존하며, 이는 재발성 종양에서 더 광범위하게 나타나며, 이는 사이토카인의 상향 조절을 유도하여 혈관 형성에 필요한 BMDC를 모집하고 활성화시킵니다 [62]. 전임상 모델에서 유전적 및 약리학적 다양한 개입을 통해 혈관 신생을 억제하는 것은 방사선 치료 후 종양 반응을 극적으로 증가시켰으며 혈관 신생을 억제하는 것보다 더 효과적이었습니다 [63].

 

5. 온열요법: 메커니즘 및 치료적 사용

열반응 유전자 치료의 성공은 원하는 조직에 효율적이고 제어된 방식으로 고열을 적용할 수 있는지 여부에 크게 달려 있습니다. 적용된 열이 온도 수준, 적시에 정의된 지속 시간 및 공간적 제어를 통해 열반응 벡터를 효율적으로 활성화하는 것이 필수적입니다. 이를 위해 이미 임상적으로 사용된 고열 시스템을 국소, 국소 또는 전신에 적용할 수 있습니다. 이러한 임상적으로 확립된 기술과 유사하게, 열반응 벡터의 제어된 고열 활성화를 위해 유사하고 새로운 접근법이 사용됩니다 [30]. 표재성 종양 병변의 치료를 위해 39.5°C에서 43°C 사이의 고열을 최초로 임상적으로 적용한 결과, 어느 정도 효과가 나타났습니다 [64]. 특정 안테나나 어플리케이터를 사용하여 표재성 병변을 치료하기 위한 국소 고열이 확립되었으며, 이는 종양 병변의 깊이가 몇 센티미터에 불과합니다. 어플리케이터는 종양 내에 이식되어 간질성 및 자궁내막성 고열의 비교적 작은 병변(b5cm)을 치료합니다. 이러한 국소적으로 제한된 고열치료와 달리 전신 고열은 원격 전이가 있는 암 치료에 적용됩니다. 이 치료에서는 심각한 부작용을 방지하기 위해 최대 온도 42°C를 1시간 동안 유지할 수 있습니다. 두경부, 유방, 뇌, 방광, 자궁경부, 직장, 식도 및 흑색종의 종양에 대해 임상 결과의 개선이 입증되었습니다. 이러한 실험에서 고열과 방사선 또는 화학 요법의 조합은 적용된 고열의 감작 활동으로 인해 가장 좋은 결과를 얻었습니다 [65].

5.1. 온열 및 저산소증
인접한 조직으로의 침입과 먼 부위로의 전이는 암세포의 주요 특징이며, 인간 암 사망의 90%를 초래합니다 [66]. 따라서 침습적 및 혈관 신생 잠재력의 획득은 저산소증 유발 인자-1 (HIF-1) 경로가 중추적인 역할을 하는 전이에 매우 중요합니다 [67-69]. 저산소증은 증식성 종양에 존재하며, 종양 저산소증의 정도는 종양의 진행 및 전이와 상관관계가 있습니다 [70]. 저산소증 하에서 HIF-1 α 단백질은 안정화되고, HIF-1β로 이합체화되며, 따라서 저산소증 반응 요소에 결합하여 혈관 신생 및 포도당 대사 촉진에 관여하는 일련의 유전자를 스트레스 환경에 적응시키기 위해 전환할 수 있습니다 [71]. 이러한 유전자의 유도는 종양의 생존 이점을 제공할 뿐만 아니라 침습 및 혈관 신생도 촉진합니다 [69,71]. 최근 연구에 따르면, 저산소증은 HIF-1α[72,73]를 전사적으로 유도하는 반면, 저산소증은 RTK의 HIF-1 매개 상향 조절을 통해 RTK 신호를 향상시킵니다 [74-76]. 두 가지 다른 발암 경로 간의 상호 관계는 암 침습 및 혈관 신생을 촉진합니다. HIF-1은 RTKs [69,74-76], 우로키나제형 플라스미노겐 활성화제 (uPA) [77], uPA 수용체 [71,78], MMP2 [71] 및 VEGF [69]를 포함한 다양한 유전자를 트랜스액티베이션하여 결국 암 진행을 촉진합니다. 가장 강력한 혈관 신생 인자인 VEGF는 세포 표면 수용체에 결합하고 활성화하여 혈관 신생을 자극하여 내피 세포의 증식과 이동을 촉진합니다. VEGF 수용체의 안정성은 HSP90AB1 기능에 의존하므로 HSP90AB1 억제제는 VEGF 수용체를 불안정하게 만듭니다 [79,80]. 따라서 HSP90AB1 억제제는 내피 세포의 증식과 분화를 효율적으로 차단하여 증식하는 종양의 신생혈관화를 억제합니다.

 

6. 방사선 치료
전체 암 환자의 약 50%는 단독으로 또는 수술이나 화학 요법과 같은 다른 치료 방식과 함께 어떤 형태로든 방사선 치료를 받게 됩니다(예: 외부 빔 또는 내부 방사선 조사). 방사선 치료 후 생존율이 높은 일부 암(예: 초기 후두암 및 비소세포폐암) 반면, 다른 많은 암 부위에서는 그렇지 않습니다(예: 교모세포종, 육종 및 진행성 비소세포폐암). 지난 2-3년 동안 이온화 방사선량의 정확한 전달이 크게 향상되어 종양에 더 정확한 용량을 배치하는 동시에 원치 않는 용량을 주변 정상 조직으로 점진적으로 줄였습니다[82]. 이러한 기술적 개선에도 불구하고 방사선 치료가 가장 효과적인 암 치료 방법 중 하나임에도 불구하고, 많은 환자들은 방사선 치료 후에도 여전히 국소적으로 재발하는 질병을 앓고 있습니다. 임상적 요인은 큰 종양 및/또는 진행성 종양 단계와 같은 일부 실패를 설명할 수 있으며, 이는 동일한 이온화 방사선량으로 더 많은 종양 세포를 죽이는 결과를 초래하여 국소 제어 확률을 감소시킵니다. 그러나 크기, 단계, 등급 및 전달된 용량이 유사한 많은 종양은 재발하고 일부는 재발하지 않습니다(이러한 '균질한' 집단의 제어율은 0% 또는 100%가 아닙니다).

 

6.1. 고열로 인한 방사선 유발 세포 사멸 개선
고열증은 육종[83], 자궁경부[84] 또는 전립선[85] 및 간[86]과 같은 외과적으로 접근 가능한 종양을 치료하는 데 사용됩니다. 아가왈과 동료들은 텔로머라제 활성화가 세포 수명 연장과 관련이 있기 때문에 열 및 적외선 유도 세포 사멸에 미치는 영향을 확인하기 위해 여러 접근법을 사용했습니다. 고열증은 이온화 방사선(IR) 기반 암 치료에 대한 반응을 개선하기 위한 수단으로 임상 연구 중인 강력한 방사선 감작제로, 국소 종양 조절을 개선하는 역할을 합니다. 최근 혈청 암 환자에서 HSPA1A/B의 순환 수준은 예후적 중요성을 정의하고 방사선 치료와 같은 새로운 치료 전략의 잠재적 표적을 식별하는 데 관심을 끌고 있습니다 [87]. Cornford 등은 전립선 절제술 시 초기 전립선암 환자로부터 얻은 조직 내 HSP의 발현을 평가하거나, TURP [88] 시점에 얻은 진행성 질환 환자로부터 얻은 조직 내 HSP의 발현을 평가했으며, 낭종 절제 시 얻은 조직을 가진 대조군 환자들과 비교했습니다. HSPA1A/B 발현에 대한 면역조직화학적 분석 결과, 초기 전립선암에서 비종양 대조군과 비교했을 때 유사한 HSPB1 발현이 나타났지만, 형태학적으로 진행된 암에서는 발현이 감소하는 것으로 나타났습니다. 125명의 국소/비치료 또는 호르몬 불응성 전립선암 환자에서 혈장 HSPA1A/B 수치가 측정되었으며, 비슷한 연령대의 건강한 남성 기증자 대조군 45명의 수치와 비교되었습니다. 국소 치료되지 않은 질환 환자의 혈장 HSPA1A/B 수치는 대조군보다 유의하게 높았습니다. 혈장 HSPA1A/B의 주요 컷오프 포인트는 국소 치료되지 않은 환자를 대조군과 유의미하게 구별하는 것으로 정의되었지만, 혈장 HSPA1A/B는 PSA보다 진단 또는 확립된 위험군으로 분류하는 예측 인자로서 더 효과적이지 않았습니다 [13]. 우리 그룹은 전립선암에 대한 일반적인 치료법이 혈청 HSPA1A/B 수치에 미치는 영향을 추가로 평가하고, 인간 전립선암의 마우스 이소토픽 이종이식을 사용하여 그 방출 메커니즘과 생물학적 중요성을 특성화했습니다. AST에 따른 증가는 없었지만, 방사선 치료에 대한 반응으로 순환하는 혈청 HSPA1A/B의 유의미한 증가가 관찰되었습니다. 또한, CD8+ 세포독성 T 림프구와 CD56+ 자연살해자(NK) 세포에서 표현형으로 특징지어지는 세포가 크게 증가했으며, 염증성 사이토카인 IL-6와 TNF-α도 동시에 증가했습니다. Zitvogel 등은 마우스 DC 펄스에 의해 생성된 엑소좀이 종양 펩타이드와 함께 생성되어 항원 특이적, T 세포 의존적 방식으로 기존 종양의 거부를 유도하며, 이는 항종양 효과가 장기 생존과 관련이 있음을 보여주었습니다[89]. 실제로 엑소좀의 이러한 특성은 현재 1상 임상시험에서 암 백신으로서의 잠재력을 평가받고 있습니다 [90]. 우리 그룹은 방사선 치료가 종양으로부터 HSPA1A/B의 수동적이고 능동적인 방출을 자극한다고 가설을 세웠습니다. 수동적인 방출은 방사선 치료에 의해 유도된 종양의 직접적인 괴사에 의해 이루어집니다. 이는 APC에 결합하고 자극하여 염증성 사이토카인, 케모카인 및 반응성 산소 종을 생성하는 열 충격 단백질 펩타이드 복합체(HSP-PC)를 방출하고, 공동 자극 분자의 발현을 증가시키며, 수지상 세포의 성숙을 촉진합니다. 이 과정은 세포 외 환경에서 발견되는 HSPA1A/B의 샤페로카인 활성으로 알려져 있습니다 [91-93]. 최근, HSPA1A/B가 능동적인 과정에 의해 유도될 수 있다는 것이 입증되었습니다 [94]. 전립선암 환자들에 대한 우리의 연구 결과와 일치하게, 방사선 노출은 인간 이종 이식편과 합성 종양을 가진 쥐 모두에서 혈청 HSPA1A/B 농도를 유의미하게 증가시켰습니다. 방사선에 직접 반응하는 HSPA1A/B 수준의 용량 의존적 특성은 노출 후 24시간까지 혈청 내로 HSPA1A/B를 최대로 방출하며, 이는 인간 이종 이식편과 합성 종양을 가진 쥐 모두에서 96시간 동안 기준값으로 돌아갑니다. 또한, 우리는 HSPA1A/B가 HSPA1A/B와 유사한 방식으로 방사선 조사에 반응하여 순환 중으로 방출된다는 것을 입증했지만, DU-145 인간 이종 이식편은 PC-3 인간 이종 이식편에 비해 낮은 수준입니다. 흥미롭게도, 감마선 조사에 의해 유도된 HSPA1A/B 방출의 동역학은 노출 후 48시간에 최고조에 달한 반면, HSPA1A/B는 PC-3 및 DU-145 전립선암 세포 모두에서 24시간에 최고조에 달했으며, 이는 HSPA1A/B가 세포 외로 방출되고 이후 세포 내로 운반되는 메커니즘의 차이를 나타냅니다.

방사선 치료 클리닉에서 적용되는 이온화 방사선은 세포 내에서 복잡한 반응을 유도합니다. 일부 과정은 손상을 복구하는 것을 목표로 하는 반면, 다른 과정은 손상의 전파를 억제하거나 세포 사멸을 유도합니다. 종양 표적 방사선 감작은 종양 내 DNA 복구 유전자의 돌연변이로 인해 발생하는 손상된 DNA 복구 과정에 부분적으로 의존합니다. 저산소증은 복구 단백질의 발현을 조절하고 HR에 영향을 미칩니다 [95]. DNA 손상의 복구는 유전체 무결성에 매우 중요하며, 복구의 결함은 이온화 방사선 후 세포 생존에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 최근에는 암세포에서 비정상적으로 활성화된 신호 전달 경로가 세포의 방사선 감작에 영향을 미칠 수 있다는 사실도 밝혀졌습니다. 마지막으로, 이온화 방사선으로 인한 손상은 산소 수준에 의해 현저하게 영향을 받으며, 대부분의 종양에서 발생하는 저산소 조건에서의 방사선 조사는 세포 사멸을 감소시킵니다.

 

6.2. 방사선으로 인한 손상
유방암의 국소 부위 관리를 위한 방사선 치료 후 심장 합병증에 대한 데이터는 많은 유방암 환자들이 수십 년에 걸쳐 임상 시험에서 치료를 받아왔기 때문에 다른 많은 데이터 세트와 구별됩니다. 이러한 분석 결과는 한편으로는 방사선에 의한 심장 합병증을 증명하는 반면, 다른 한편으로는 방사선 치료 계획 및 전달의 개선을 반영하여 심장 회피에 크게 기여하고 부작용 위험을 줄였습니다. 심장 독성은 초기 유방암 방사선 치료 연구에서 비유방암 사망률 초과의 주요 원인으로 지목되었습니다. 방사선에 의한 심장 질환의 총 발생률은 치료 후 5-10년까지 10%에서 30% 사이입니다. 최대 88%의 환자가 무증상 이상을 가지고 있습니다. 최근까지 심혈관계는 비교적 방사선 내성이 있는 것으로 간주되어 왔습니다. 방사선 치료에서 현재 권장되는 심장의 내성 용량은 장기 전체가 방사선에 노출된 경우 주당 5 × 2 Gy의 비율로 40 Gy입니다(심막염 위험). 심장의 일부만 노출된 경우 더 높은 내성 용량이 허용되며, 즉, 66%의 부피가 영향을 받으면 45 Gy, 33%의 부피가 방사선에 노출되면 최대 60 Gy까지 허용됩니다[96]. 역학적 소견에 따르면 심장은 방사선 치료에서 가장 중요한 용량 제한 기관 중 하나일 수 있습니다.

다양한 그룹의 사람들이 저선량(<1 Gy)의 방사선에 심장에 노출되었습니다. 이 중에는 원자력 산업 종사자[97]와 진단 목적으로 방사선을 받는 환자들이 포함됩니다. 방사선 전문의와 기타 의료 종사자들은 방사선 보호 조치가 거의 고려되지 않았던 20세기 전반기에 관련 직업적 방사선량을 받았습니다[98]. 저선량에 노출된 후 말기 심혈관 질환의 잠재적 위험성에 대한 인식은 최근 일본의 원자폭탄 생존자들 사이에서 암과 비악성 질환으로 인한 사망률을 분석한 결과 시작되었습니다. 이러한 사람들은 전신에 노출되었습니다. 심장에 고선량 방사선을 노출하면 다양한 발병과 함께 모든 심장 구조와 말초 혈관에 손상을 줄 수 있습니다. 이러한 모든 형태의 손상은 방사선 노출 후 발생 확률, 지연 시간 및 임상적 특징에 따라 다르며 뚜렷한 조직병리학적 변화를 초래합니다. 종종 여러 심장 구조가 영향을 받아 여러 질환의 조합이 발생합니다. 섬유성 비후와 체액 생성을 초래하는 심낭 손상은 가장 자주 설명되는 손상 형태 중 하나입니다. 심낭염은 많은 양의 심장에 40 Gy 이상의 방사선량을 받으면 수개월 또는 수년의 지연으로 발생할 수 있습니다. 대부분의 경우 무증상 삼출성 심낭염으로 시작되며, 수축성 심낭염 또는 혈역학적 손상을 동반한 심장 탐포네이드가 발생하는 환자의 약 20%에서 진행됩니다.

 

복용량 분포의 일관성이 향상됨에 따라 심낭염의 발생률이 감소했습니다. 심근 손상은 심근염을 유발하여 점진적인 이완기 기능 장애와 제한적인 혈역학(조사 후 ≥ 1년)을 초래하여 울혈성 심부전으로 이어질 수 있습니다. 이러한 임상 합병증은 확산성 간질 섬유증 및 미세 순환 손상으로 인해 모세혈관 폐쇄 또는 광범위한 섬유화가 발생하는 것과 상관관계가 있습니다. 방사선 치료 중 또는 직후의 증상성 심근병증은 안트라사이클린 화학 요법과만 함께 나타납니다.

혈관계 손상은 조기 관상동맥 질환과 가속 동맥경화증을 동반한 동맥염을 유발할 수 있으며, 이는 관상동맥의 골 및 근위부 협착을 초래할 수 있으며, 이는 방사선 유발 관상동맥 질환의 특징입니다. 혈관 병변은 내막 증식과 내강벽 콜라겐 침착에 해당하며, 마지막으로 동맥경화증은 (치명적인) 심근경색을 초래할 수 있습니다. 혈관 손상은 폐혈관을 유발하여 폐고혈압을 초래할 수도 있습니다. 관상동맥 심장 질환의 위험은 특히 전신 노출로 전달될 경우 장기 전체에 1-2 Gy의 낮은 용량으로 증가하는 것으로 보입니다. 드물게는 심내막 손상이 발생하며, 협착과 역류로 인해 시간이 지남에 따라 판막 손상이 진행됩니다. 병리학적 상관관계는 판막 첨두 및/또는 판막 섬유증입니다. 판막 질환의 발병은 혈액역학, 자연사 및 진행과 관련하여 일반 인구와 유사합니다. 자율신경 기능 장애는 심실 상부 빈맥 또는 심박수 변동성을 초래합니다. 방사선에만 기인하는 무증상 암 생존자의 전도 이상 빈도는 인과관계를 조사하기 어렵기 때문에 알려져 있지 않습니다.

쥐를 대상으로 한 체계적인 형태 측정 연구에 따르면 심장 조사 후 약 20일이 지나면 모세혈관 부피와 길이 밀도가 감소하기 시작하며, 용량 의존적으로 감소가 계속되는 것으로 나타났습니다. 쥐의 경우 조사 후 10~20주 동안 심근 세포 사멸, 심근 밀도 감소, 퇴행이 발생하며, 이는 심장 기능 저하의 초기 징후와 일치합니다. 이러한 메커니즘의 관련성은 조사 후 6개월에서 5년 사이에 유방암 환자의 국소 관류 결함을 보여주는 임상 연구를 통해 뒷받침되며, 이는 조사된 영역에 포함된 좌심실의 부피와 관련이 있습니다. 모세혈관 희박화의 경우 내피 세포 마커 효소의 손실이 있으며, 알칼리성 포스파타제는 시간이 지남에 따라 증가하여 세포 외 뉴클레오사이드 포스페이트의 탈인산화에 의해 내피 세포 증식과 미세혈관 혈류를 조절하는 데 관여합니다. 초미세구조 연구에 따르면 효소 손실은 내피 세포의 손실로 인한 것이 아니라 부종, 림프구 부착, 혈관 확장과 같은 내피 세포 활성화 징후와 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 더 큰 혈관에서는 방사선이 내피에 산화 스트레스를 유발하여 내막 비후의 발달을 가속화하고 취약한 염증성 죽상경화성 플라크를 형성하여 단핵구 부착 및 내피하 공간으로의 이동을 유도합니다.

만성 염증은 죽상동맥경화증의 발병에 기여하는 주요 병태생리학적 요인입니다 [99]. 원자폭탄 생존자의 경우 방사선량에 따라 C-반응성 단백질, 인터루킨 6, 종양 괴사 인자 α, 인터페론 γ이 증가했으며, 이는 전신 노출 후 염증 활동이 크게 증가했음을 시사하며, 이는 심장에 대한 낮은 선량에도 불구하고 원자폭탄 생존자의 허혈성 심장병 발생률 증가를 부분적으로 설명할 수 있습니다. 항염증 및 항응고 요법은 방사선 유발 죽상동맥경화증을 억제하는 데 나이와 관련된 죽상동맥경화증보다 효과적이지 않아 방사선 조사 후 병변 발생에 대한 더 복잡한 메커니즘을 시사합니다. 한 가지 접근 방식은 간세포 성장 인자(HGF)를 과발현하는 중간엽 줄기세포 또는 HGF 유전자를 보유한 복제 결핍 아데노바이러스를 주입하여 심근세포의 재생을 자극하는 것입니다. 추가 치료 방법으로는 콜레스테롤 생성을 감소시켜 자발성 심장병을 치료하는 데 사용되는 스타틴이 있을 수 있습니다. 이 적응증에서 스타틴은 염증을 줄이고 새로운 죽상동맥경화성 플라크의 형성을 늦추며, 때때로 기존 플라크의 크기를 줄이고 플라크를 안정화하며 혈전을 형성하는 경향이 적습니다.

 

6.3. 치명적인 온도와 치명적이지 않은 온도의 차이 효과
고체온증은 단독으로 사용할 수 있으며 종양의 놀라운 수축과 완전 박멸(10-15%)을 초래할 수 있지만 일반적으로 지속되지 않고 종양이 다시 성장합니다. 고체온증과 방사선을 결합하면 표재성 종양에서 방사선 단독보다 더 높은 완전하고 내구성 있는 반응을 보이는 것으로 보고되었습니다. 고체온증은 종양 세포의 방사선 저항성을 극복하는 한 가지 방법입니다. 이미 근치적인 용량이 전달된 상황에서 고체온증과 추가적인 저선량 방사선을 안전하게 결합할 수 있습니다. 또한 전신 고체온증이 방사선 유발 혈소판감소증에 대한 보호 수단을 제공한다는 증거가 있는 것으로 보입니다. 고체온증은 신생물 세포 사멸 증가뿐만 아니라 방사선 유발 손상의 발현을 억제함으로써 TBI(총체 방사선)의 치료 지수를 향상시킵니다. 정상 온도에서 세포 독성이 없는 일부 약제는 더 높은 온도에서 세포 사멸 능력을 보입니다: 알코올, 암포테리신 B, 시스테인, 시스테아민. 새로운 약제인 인터페론, TNF 및 로니다민과 일부 저산소 세포 감작제는 모두 열에 의해 강화됩니다. 고체온증은 골수 억제를 증가시키지 않으면서 세포 독성을 증강하고 화학요법제에 대한 약물 내성을 역전시킬 수 있습니다. 여러 연구에서 고체온증의 사용이 종양에 대한 단일 클론 항체의 전달을 향상시켜 항종양 효과를 향상시킬 수 있음이 입증되었습니다. 리포좀을 운반하는 화학 약물의 조직으로의 확산은 정상 온도에서보다 상당히 증가합니다. 고체온증은 또한 면역 체계 강화제이며 통증 완화, 출혈 조절에 매우 효과적이며 전립선 비대증 및 건선과 같은 다른 질환에서도 유용합니다.

외부 방법에 대한 고열 부작용으로는 소수의 환자에서 통증, 불쾌한 감각 및 화상이 있습니다. 때때로 박테리아 독소인 내부 피로겐의 경우 복용량에 따라 박테리아 독소가 사람에게 심각하고 치명적인 반응을 유발할 수 있기 때문에 상황이 더 복잡합니다. 종양이 뼈 위에 있는 부위의 초음파 고열은 뼈 통증을 유발할 수 있습니다. 전신 고열은 신경병증을 유발할 수 있습니다. 투석에서와 같이 혈액이 체외로 배출되는 체외 전신 고열은 두 가지 장점이 있습니다: 더 높은 온도와 더 균일한 가열입니다. 그러나 부작용은 빈번한 지속적인 말초 신경병증, 비정상적인(및 때로는 치명적인) 혈액 응고, 간과 신장의 일부 손상, 뇌출혈 및 발작 등으로 인해 상당한 수준으로 나타났습니다. 고열은 깨어 있는 환자에게 투여해야 하며, 이를 경험하면서 문제를 보고할 수 있습니다.

 

중간 정도의 온열요법과 이온화 방사선을 병용하는 임상적 사용은 방사선 저항성 S상 세포가 매우 열에 민감하기 때문에 이 두 가지 방법의 세포 주기 민감성을 보완하는 데 도움이 될 것으로 생각됩니다 [100]. 특히, 중간에서 늦은 S/G2상 세포 주기 지연이 증가하면 G2/M 체크포인트 제거가 증가하여 부적절한 유사 분열 진입이 발생하는 것으로 나타났습니다. 또한, X-조사 후 늦은 S 및 G2상 지연이 발생한 후 G2/M 체크포인트 제거가 관찰되었으며, 이는 세포당 사이클린 B1 함량이 4~6배 증가하는 것과 상관관계가 있었습니다 [101]. 유사 분열 재앙과 클론 생성 생존율 감소에 대한 중간 정도의 온열요법 연구에 대한 이전 보고들은 치사율과 관련이 있습니다. 예를 들어, S상 CHO 세포가 41.5°C의 온열요법에 12시간 노출되면 유사 분열 재앙의 50% 발생률과 생존율이 감소하고 HeLa 세포가 41.5°C로 만성 노출되면 자발적인 조기 염색체 응축(SPCC)이 발생하며, 이는 핵 분열을 초래하여 세포 사멸과 일대일 상관관계가 있음을 보여주었습니다 [103]. 따라서 X-조사 전에 전달된 4시간, 41.5°C(비살상적) 노출은 최대 방사선 엔스팅을 생성했지만, 중간 정도의 온열요법 하에서 SPCC가 치사율에 미치는 인과적인 역할은 입증된 연구는 없습니다.

최적화 치료 계획 모델이 설계되었으며, 이 모델은 손상을 최대화하고 종양 내 HSP 발현을 제거함으로써 종양의 완전한 파괴를 가능하게 하는 가장 적절한 레이저 매개변수를 지정합니다. 또한, 종양 영역에서 43.8°C, 건강한 조직에서 42.8°C의 HSP 발현 유도를 통해 조직 손상을 최소화하고 회복을 촉진함으로써 건강한 주변 조직을 보존할 수 있습니다 [105,106]. 이러한 치료법을 위해 충분한 열 손상을 유도하기 위해서는 30분의 장시간 가열이 필요합니다. 1분 동안 48.8°C의 등가 열용량을 사용하면 HSP 및 손상 분율 기반 최적화와 비교할 수 있었습니다. 온도 기반 최적화는 종양 내 열 손상의 양이 충분하지 않고 높은 수준의 HSP 발현을 보였습니다. 원하는 열 손상 분율과 HSP 발현에 기반한 보다 엄격한 제약과 객관적인 기능을 부과하지 않고도, 종양 내 열 손상의 부족과 높은 HSP 발현은 종양 재발과 후속 화학 요법 및 방사선 치료에 대한 저항성을 초래할 것이 확실합니다.

최적화 과정에서 세포 및 조직 데이터를 기반으로 HSP 발현과 손상 분율 목표 함수를 모두 구현함으로써 종양에서 최대 손상과 HSP 발현 제거, 건강한 조직에서 최소 손상과 HSP 발현 증가를 갖춘 진정한 최적의 치료법을 성공적으로 선택할 수 있었습니다.

 

Penne 방정식이 제공하는 온도 예측은 전립선 종양의 레이저 조사 중 자기공명온도측정법을 사용하여 측정된 데이터와 밀접하게 일치합니다 [105,106]. 최적화를 위한 가장 가파른 하강 방법은 원하는 조직 반응과 관련된 엄격한 기준에서 개발된 특정 목적 함수를 기반으로 유효 레이저 매개변수를 결정할 수 있었습니다. 뉴턴 방법이나 준-뉴턴 방법과 같은 대체 최적화 전략은 더 나은 수렴 속도를 제공할 수 있지만, 적응형 유한 요소 알고리즘의 기존 효율성이 매우 적은 단계 내에 수렴하고 최소한의 CPU 시간이 필요하기 때문에 이를 활용하면 최소한의 개선 효과를 얻을 수 있습니다. 고려된 온도와 파장에 대해 관심 조직에 적절한 열적 및 광학적 특성을 통합하는 것은 레이저 치료에 대한 조직 반응의 정확한 예측과 최적화를 달성하는 데 매우 중요합니다. 현재 이 모델은 레이저 가열 과정에서 단백질의 변성과 관련된 동적 광학적 특성을 통합하지 않아 조직 흡수 및 산란 특성의 변화를 초래할 수 있습니다.

 

6.4. 방사선으로 인한 손상을 극복하기 위한 전략
현대의 표적 방사선 치료는 정상 조직의 손상을 최소화하면서 암세포를 최대한 죽이는 것을 목표로 합니다. 그러나 이러한 치료법에는 부작용이 없는 것은 아니며, 암 생존자들은 여전히 다양한 불쾌한, 심지어 생명을 위협하는 부작용이 발생할 위험이 높습니다. 이러한 부작용은 정상 세포 사멸(실질 세포와 혈관 세포 모두)과 염증, 혈전 및 섬유화 과정의 자극이 결합되어 발생합니다. 부작용은 두경부암에 대한 방사선 치료 후 구강 궤양이나 구강 건조증과 같은 분획 방사선 치료 과정 중 또는 직후 또는 치료 종료 후 수개월에서 수년 후(예: 유방암에 대한 방사선 치료 후 오십견 부종 및 섬유화 또는 심부전, 뇌 전이 조사 후 인지 결함)에 발생할 수 있습니다. 이온화 방사선에 대한 정상 조직 반응의 조절제는 예방적(방사선 보호제), 완화제 또는 치료제로 분류할 수 있습니다. 이온화 방사선 노출 전에 투여되는 예방제에는 초기 방사선화학적 사건의 고정을 방지하는 자유 라디칼 제거제, p53에 의해 유도된 조기 세포 사멸 억제제 및 초기 염증 반응을 억제하는 항산화제가 포함됩니다. 완화제는 방사선 치료 중 또는 직후에 이온화 방사선 손상의 임상 증상이 나타나기 전에 투여됩니다. 여기에는 항산화제, 성장 인자 및 줄기세포 또는 전구 세포 기반 접근법이 포함되며, 이는 증식 재생을 촉진하고 건강한 정상 세포의 생존과 분화를 지원합니다. 급성 이온화 방사선 반응의 심각도를 줄이기 위한 전략은 초기 세포 사멸을 방지하거나 손상된 조직의 재생을 자극하는 것을 목표로 합니다. 라디칼 제거제는 방사선 조사 전에 투여될 때 효과적이며, 산소와 경쟁하여 자유 라디칼과 반응하기 때문에 방사선 보호 정도는 산소 장력에 크게 의존하여 중간 산소화에서 최대입니다[107]. 아미포스틴은 효능 대 독성 비율 측면에서 최고의 라디칼 소거 방사선 보호제로 부상했으며, 특히 두경부암 환자에서 건성증 발생률을 줄이는 데 있어 임상에서 널리 테스트되었습니다. 폐암 환자를 대상으로 한 일부 임상 시험에서도 이온화 방사선 유발 폐렴에 대한 보호가 보고되었습니다[108].

조혈 성장 인자는 골수의 회복을 촉진하고 줄기세포 이식을 위한 골수 파괴 조건화 후 화학 요법이나 전신 방사선(TBI) 유발 호중구 감소증을 예방하기 위해 수년 동안 사용되어 왔습니다. 이 접근법은 이제 각질세포 성장 인자(KGF)와 같은 비조혈 성장 인자로 확장되고 있으며, 전임상 연구에서는 이온화 방사선 유발 구강 점막염[109], 장 손상[110] 및 폐렴[111]에 대한 상당한 보호 효과가 있는 것으로 나타났습니다.

 

p53의 일시적인 억제는 특정 상피 및 림프 조직에서 급성 이온화 방사선 손상을 보호하는 효과적인 전략이 될 수 있으며, 이는 관련 줄기세포 구획에서 세포 자멸사를 직접적으로 억제함으로써 이루어집니다. p53은 세포 주기 정지와 세포 자멸사를 매개하여 DNA가 손상된 세포의 복제를 방지하고 종양 형성을 억제하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 줄기세포의 p53 의존적인 세포 자멸사는 골수, 장, 고환을 포함한 여러 정상 조직에서도 급성 이온화 방사선 손상을 초래합니다. p53의 일시적인 억제(유전자 조작이나 소분자 억제제에 의한)는 종양 형성을 촉진하거나 종양의 이온화 방사선 민감도에 영향을 미치지 않으면서도 마우스의 TBI 후 골수와 장 세포 자멸사에 대한 효과적인 보호를 제공하는 것으로 나타났습니다 [112]. 중간엽 줄기세포(MSC)는 광범위한 증식 능력을 가지고 있으며, 골수(특정 세포 표면 마커에 기반하여)에서 선택할 수 있으며 이식 전 시험관 내에서 확장될 수 있습니다. 체계적으로 전달된 MSC는 방사선 조사된 피부, 식도 및 장에서 생착하고 조직 재생을 자극하며 이온화 방사선 손상의 심각성을 줄이는 것으로 나타났습니다 [113]. 줄기세포는 이제 여러 정상 조직에서 분리 및 확장되었지만, 지금까지 성체 줄기세포를 이식한 조직은 침샘이 유일하며, 이는 조사된 조직에 국한되어 조직 구조와 기능의 개선을 초래하는 것으로 나타났습니다 [114]. 이전 연구에서는 불멸화된 배아 신경 줄기세포의 이식이 자궁경부 제대 방사선 조사 후 이온화 방사선 유발 마비의 시작을 지연시켰다는 것을 발견했습니다 [115].

혈관 손상은 후기 이온화 방사선 손상의 주요 원인 중 하나입니다. 작은 혈관에서는 내피 세포 손상이 염증 및 응고 연쇄 반응을 일으켜 혈관 누출, 미세 혈전 형성 및 이차 조직 허혈을 유발합니다. TGF-β 및 트롬빈과 같은 염증성 사이토카인의 과잉 생산은 섬유아세포에서 평활근 세포 증식과 콜라겐 생성을 촉진하여 섬유화 발달을 촉진합니다. 내피 세포에서 혈전-출혈 균형의 회복 [116]과 TGF-β의 이온화 방사선 유도 활성화 억제 [117]. 동물 연구에 따르면 골수 유래 수지상 세포(BMDC)는 이온화 방사선 손상 조직에 효율적으로 주입되어 식도[113] 및 침샘[118]의 조직 복구 및 기능 향상에 기여하는 것으로 나타났습니다. 새로 형성된 혈관에는 골수 유래 수지상 세포가 포함되어 있었지만, 방사선 조사된 샘으로의 동원되거나 이식된 세포의 제한된 통합과 클론 확장만이 관찰되었습니다. 분비된 성장 인자와 사이토카인과 같은 파라크린 효과로 인해 혈관 재생을 촉진하고 생존한 줄기세포의 증식이 손상을 줄이는 데 기여했습니다[118].

 

7. 현재 및 미래 방사선 종양학 전략
선택된 적응증에서 심장에 대한 복용량을 줄이는 또 다른 방향은 탄소나 헬륨 이온 및 양성자와 같은 입자를 이용한 방사선 치료일 수도 있습니다. 하전 입자는 광자와 달리 깊이 복용량 분포가 다르며, 대부분의 에너지가 조직 내에 축적되어 매우 날카롭고 국소화된 복용량 피크(Bragg 피크)를 초래합니다. 따라서 고급 광자 기술과 비교할 때, 입자를 이용한 방사선 치료는 특히 (큰) 기하학적으로 복잡한 목표 부피가 위험 장기 근처에 위치하여 급격한 복용량 감소가 필요한 경우 잠재력을 제공합니다. 복용량 측정 연구에서 양성자 방사선 치료를 통한 심장 절약의 한 예는 유방 치료로, 여기에는 지역 결절이 포함됩니다 [119]. 중심부 또는 우수한 위치에 있는 1기 비소세포폐암(NSCLC)의 경우, 양성자 치료, 특히 강도 조절 양성자 치료(IMPT)는 목표 부피에 절제된 복용량을 제공하고 정상 조직(심장, 대동맥, 폐 혈관, 폐, 상완 신경총, 척수)에 대한 복용량을 크게 줄일 수 있습니다 [120]. 강도 조절 광자 방사선 치료와 비교했을 때, IMPT는 63 Gy에서 83.5 Gy로 복용량이 증가하더라도 더 많은 폐, 심장, 척수, 식도를 절약할 수 있었습니다 [121].

최근에 치료받은 환자들에서 심장 합병증의 유병률은 현실적으로 감소할 것입니다. 위험에 처한 장기의 방사선 유발 후기 합병증은 이러한 장기에 대한 방사선량을 줄임으로써 피할 수 있는 것이 아니라 당연히 줄일 수 있습니다. 이를 위해 위험에 처한 장기에 전달되는 방사선량을 최소화하면서 목표물에 대한 방사선량을 유지하거나 최대화하기 위한 지속적인 노력이 필요합니다. 특히 흉곽의 등각선량 분포에 크게 기여하는 최근의 널리 사용되는 기술로는 영상 유도(IGRT), 예를 들어 kV 영상 및 원추형 빔 컴퓨터 단층촬영을 사용하여 설정 오류와 강도 변조 광자 방사선 치료(IMRT)를 줄이는 것 등이 있습니다[122]. IMRT는 특히 기하학적으로 복잡한 표적의 경우 등각 3D 기술에 비해 등각선량을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 다중 필드 IMRT는 저용량에서 더 많은 양의 정상 조직을 생성합니다. 따라서 심장 합병증을 피하는 측면에서 IMRT의 평가에 대한 우려가 존재합니다.

 

8. 결론
온열치료는 암 환자 치료에 유망한 결과를 보여주었습니다. 열은 DNA 이중 가닥 파손을 유도하지 않으며, 오히려 반대쪽 DNA 가닥에 복잡하게 밀집된 손상을 일으키는 방사선치료로 인한 DNA 손상의 복구를 억제하는 것으로 보입니다. 열 충격 사전 조사는 여러 단계의 복구 과정을 완료하는 데 지연을 초래합니다. 또한 열은 단백질 응집체가 DNA 손상 복구에 관여하는 단백질을 격리하게 할 수도 있습니다. 열 충격 단백질은 펼쳐진 단백질 도메인을 결합하고 단백질이 다시 접히거나 분해될 때까지 용해 가능한 형태로 유지함으로써 열의 영향을 조절하여 단백질 응집을 최소화합니다. 또한 HSP는 인간 아퓨린/아피리미딘 엔도뉴클레아제와 같은 DNA 복구 효소의 기능을 향상시키는 것으로 나타났습니다. 임상 연구에 따르면 고열은 종양 세포를 직접 죽일 수 있으며 방사선 치료나 화학 요법의 감작제 역할을 할 수 있습니다. 고열은 IR 기반 암 치료에 대한 반응을 개선하기 위한 수단으로 임상 연구 중인 강력한 방사선 감작제입니다. 고열 자체는 IR로 인한 종양 세포 사멸과 시너지 효과를 발휘해야 하는 여러 세포 효과를 가지고 있습니다. IR 반응과 달리 저산소 세포나 고원기 세포 모두 열로 인한 세포 사멸에 내성이 없습니다. 임상 시험은 여러 악성 종양에 대한 방사선 치료 요법에 고열을 추가하고 열 매개 IR 감작과 관련된 메커니즘을 이해함으로써 상당한 이점을 보여주었습니다. 따라서 종양 특이적 및 DNA 복구 경로를 결합하는 것은 열로 인한 방사선 감작을 향상시킬 뿐만 아니라 방사선 치료 중 발생하는 전반적인 정상 조직 독성 수준을 감소시켜 더 나은 임상 결과를 얻는 데 도움이 될 수 있습니다. 접근법의 특이성과 효능의 조합은 그 장점의 척도로 고려할 수 있습니다. 저산소증을 공격하거나 악용하는 것은 종양 특이성이 매우 높습니다. 왜냐하면 저산소증은 고형 종양에서 거의 보편적으로 발생하고 정상 조직에서는 드물기 때문입니다. 세포의 방사선 민감도를 높이는 것은 종양 특이성이 없습니다. 왜냐하면 방사선 민감도에 영향을 미치는 DNA 복구 및 신호 전달 경로도 정상 조직의 생존과 기능에 필수적이기 때문입니다. 세포 주기 체크포인트를 조절하는 것은 종양 세포의 방사선 민감도를 높이는 또 다른 접근 방식으로 간주될 수 있는데, 이는 위에서 논의한 바와 같이 대부분의 종양이 결함이 있는 G1/S 체크포인트를 가지고 있어 정상 조직보다 남은 체크포인트를 억제하는 데 더 취약하기 때문입니다. 비악성 세포에 대한 특이성이 높지 않는 한, 이온화 방사선에 대한 민감도를 줄임으로써 정상 조직을 보호하는 접근 방식은 위험할 수 있습니다. 온열 치료와 방사선 조사를 동시에 실시하는 것은 매우 흥미로울 것이지만, 현재까지 이용 가능한 장비가 없습니다.