放射性肺損傷的研究進(jìn)展

侯如蓉 酈守國(guó) 林志安 綜述 王效民 審校

目前，70% ～90%的胸部腫瘤患者需要接受放射治療［1］，但是，在放射治療過(guò)程中，通常會(huì)引起放射性肺損傷，是胸部腫瘤放療后最常見(jiàn)的并發(fā)癥［2］。臨床一般表現(xiàn)為早期的放射性肺炎和后期的放射性肺纖維化2種現(xiàn)象，現(xiàn)綜述如下。

1 放射性肺損傷的發(fā)病機(jī)理

放射治療的生物效應(yīng)主要是DNA損傷所致。DNA的損傷可以是光子、電子、質(zhì)子、中子等帶電或不帶電輻射粒子與DNA鏈發(fā)生直接作用，也可以是這些輻射粒子與其他物質(zhì)尤其是水相互作用產(chǎn)生自由基，自由基再損傷DNA，稱(chēng)為間接作用。

放射性肺損傷不僅僅是單一因素?fù)p傷的結(jié)果，而是1個(gè)由多種因素共同存在，相互影響，綜合調(diào)控的復(fù)雜過(guò)程。由于研究的角度不同，關(guān)于其發(fā)病機(jī)理產(chǎn)生了多種學(xué)說(shuō)，其中認(rèn)可度較高的主要包括以下幾個(gè)方面。

1.1 細(xì)胞因子學(xué)說(shuō)

研究表明，可能導(dǎo)致肺組織纖維化的細(xì)胞生長(zhǎng)因子包括:腫瘤壞死因子 α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、纖維母細(xì)胞生長(zhǎng)因子 β(fibroblastic growth factor-β，F(xiàn)GF-β)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 β(transforming growth factor-β，TGF-β)、表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor，EGF)、白介素-1(IL-1)、白介素-6(IL-6)等。有學(xué)者［3，4］認(rèn)為，放射性肺纖維化有1個(gè)前炎癥因子和前纖維化因子鏈鎖反應(yīng)過(guò)程，這些因子刺激成纖維細(xì)胞增生，促進(jìn)膠原基因啟動(dòng)，從而形成纖維化。TGF-β是目前公認(rèn)與放射性肺損傷的發(fā)生和發(fā)展關(guān)系最密切的介導(dǎo)因子。

1.2 血管纖維化過(guò)程

毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞是放射性肺損傷最重要的靶細(xì)胞之一。血管內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)變化主要是血管內(nèi)皮細(xì)胞空泡化，以致阻塞管腔，細(xì)胞破裂、脫落，造成毛細(xì)血管的栓塞。血管內(nèi)皮細(xì)胞能合成前列環(huán)素(PGI-2)、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(angiotensin converting enzyme，ACE)、血漿素源激活因子(PLA)等，照射后PGI-2、PLA和ACE降低，直接削弱纖溶能力。

1.3 自由基與放射性肺損傷

研究發(fā)現(xiàn)吞噬細(xì)胞受炎性分泌物刺激后產(chǎn)生的過(guò)量自由基，是導(dǎo)致肺組織脂質(zhì)過(guò)氧化損傷和刺激成纖維細(xì)胞增殖的重要原因。有學(xué)者［5，6］發(fā)現(xiàn)曲克蘆丁能明顯地清除細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧自由基，對(duì)O-離子的清除率高達(dá)78.1%。

1.4 肺Ⅱ型上皮細(xì)胞損傷學(xué)說(shuō)

肺Ⅱ型上皮細(xì)胞是肺組織細(xì)胞中對(duì)射線最敏感的細(xì)胞之一，它在肺受放射后最早出現(xiàn)形態(tài)學(xué)變化，并在放射后6個(gè)月內(nèi)持續(xù)存在損傷變化。放射后肺Ⅱ型上皮細(xì)胞的異常變化，可能使其分泌的前列腺素 E2水平降低，對(duì)成纖維細(xì)胞的抑制減少，從而使成纖維細(xì)胞增生［7］。

2 放射性肺損傷過(guò)程中細(xì)胞因子的動(dòng)態(tài)變化

肺部組織受照射后肺泡細(xì)胞、纖維細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞產(chǎn)生和分泌大量細(xì)胞因子，包括可能致纖維化的 TNF-α、FGF-β、TGF-β、表皮生長(zhǎng)因子(EGF)、白介素1(IL-1)、白介素6(IL-6)、白介素8(IL-8)、血小板衍生性生長(zhǎng)因子(platelet derived growth factor，PDGF)、巨噬細(xì)胞生長(zhǎng)因子(MFGF)和纖維連接素(fibronectin)等。

2.1 TGF-β

TGF-β在正常組織的損傷修復(fù)和纖維瘢痕形成中有重要作用，它能刺激成纖維細(xì)胞基因活化，促進(jìn)胞外基質(zhì)合成，抑制基質(zhì)降解，從而合成大量膠原等等。而它在引發(fā)放射性損傷中的作用是在1990年由Anseher等［8］在1個(gè)小鼠的肝臟模型中首次發(fā)現(xiàn)。1992年Rubin等［9］首次發(fā)現(xiàn)了TGF-β在放射線引起的肺損傷中的作用。

Hakenjos等［10］發(fā)現(xiàn)4 Gy劑量的照射即能使TGF-β量增加60%，又能使纖維母細(xì)胞向成熟纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，兩者的比例由原來(lái)的0.8升高至3.0。而經(jīng)過(guò)TGF-β抗體的作用使纖維母細(xì)胞的活性以及纖維母細(xì)胞向成熟纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化受到抑制，證明了TGF-β在觸發(fā)放射性肺炎和晚期肺纖維化中起重要作用，放射性肺纖維化本質(zhì)上是一系列的細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。

Mattos等［11］采用C57BL小鼠7 Gy全胸照射，以確定照射后肺內(nèi)潛在的和激活的TGF-β的定位，以及是否因?yàn)榉派渚€的作用激活了肺內(nèi)潛在的TGF-β的作用，并引起膠原纖維的分化。在照射后1天，TGF-β的活性不明顯，微弱而潛在。照射后14天，在支氣管上皮以及肺泡上皮處TGF-β的活性明顯增強(qiáng)。在綜合大量研究結(jié)果后可以發(fā)現(xiàn)，肺內(nèi)巨噬細(xì)胞，肺泡上皮細(xì)胞和支氣管上皮作為T(mén)GF-β的主要來(lái)源在產(chǎn)生放射性肺損傷的一系列復(fù)雜變化中可能起到重要的作用。

另?yè)?jù)隨機(jī)研究證實(shí)，TGF-β抗體對(duì)于先天性肺纖維化有確切的療效，幾個(gè)開(kāi)放性試驗(yàn)(切爾諾貝利的幸存者，腫瘤放療患者)證實(shí)，TGF-β抗體對(duì)于放射性皮膚纖維化有作用。對(duì)于系統(tǒng)性硬化，TGF-β抗體可以降低硬化基部真皮的膠原合成。

2.2 其它細(xì)胞因子及活性分子

雖然TGF-β在纖維化形成過(guò)程中的作用十分強(qiáng)大但并不是孤立的，其他細(xì)胞因子(如 TNF-α、PDGF-BB、IL-1、IL-6)以及其它活性因子(如VCAM-1、CD13)與TGF-β發(fā)揮協(xié)同作用，共同參與纖維化的形成。

腫瘤壞死因子TNF-a具有聚集炎癥細(xì)胞，刺激膠原增殖，介導(dǎo)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死的作用，血小板源生長(zhǎng)因子PDGF對(duì)成纖維細(xì)胞具有強(qiáng)烈的趨化作用和致有絲分裂活性。有學(xué)者檢測(cè)了肺纖維母細(xì)胞PDGF受體的表達(dá)，與對(duì)照組相比，照射組大鼠肺纖維母細(xì)胞對(duì)PDGF的趨化反應(yīng)明顯升高。通過(guò)碘125標(biāo)記的纖維母細(xì)胞的PDGF，BB也主要是由PDGF-BB來(lái)更新。通過(guò)卡斯查德分折發(fā)現(xiàn)PDGF-BB的數(shù)量及其與受體的結(jié)合力均較對(duì)照組明顯增高［11］。這些結(jié)果表明，PDGF-RB的過(guò)度表達(dá)導(dǎo)致了PDGF-BB效應(yīng)的放大，從而對(duì)成纖維細(xì)胞產(chǎn)生趨化作用，導(dǎo)致成纖維細(xì)胞有絲分裂與聚集，從而與放射性肺纖維化的發(fā)生有關(guān)。

血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附因子Ⅰ(VCAM-Ⅰ)是1種細(xì)胞黏附蛋白，Epperly等［12］應(yīng)用免疫組化檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了小鼠接受照射后基質(zhì)細(xì)胞增生，內(nèi)皮細(xì)胞遷移，支氣管肺泡巨噬細(xì)胞增殖，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在100天后至死亡時(shí)有血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附因子Ⅰ(VCAM-I)和胞間黏附分子Ⅰ(ICAM-Ⅰ)的上調(diào)，并逐漸增高，證明在放射損傷晚期纖維化形成與細(xì)胞間支持黏附分子增生之間的關(guān)系，提出治療后期纖維化的干預(yù)靶點(diǎn)應(yīng)該是肺內(nèi)血管內(nèi)皮細(xì)胞。

CD13是細(xì)胞表面的1種糖蛋白，廣泛分布于哺乳動(dòng)物細(xì)胞，對(duì)T細(xì)胞具有趨化活性。對(duì)大鼠全胸15 Gy單次放射后4周的肺泡灌洗液中發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，CD13的活性明顯增高，在第2周、第4周發(fā)現(xiàn)肺泡巨噬細(xì)胞氨基肽酶的活性增高。Westen雜交發(fā)現(xiàn)肺泡巨噬細(xì)胞的CD13/氨基肽酶N蛋白表達(dá)于第4周增高。這些研究證明在淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的肺泡炎中，CD13/氨基肽酶N蛋白起了重要的作用。

綜合實(shí)驗(yàn)研究和臨床觀察，我們可以肯定的是射線引起的細(xì)胞因子作用失衡在肺纖維化發(fā)生中的重要作用。細(xì)胞因子作用的主要效應(yīng)靶細(xì)胞涉及肺泡上皮(主要是Ⅱ型上皮)，肺內(nèi)巨噬細(xì)胞、支氣管上皮、基質(zhì)細(xì)胞等各種細(xì)胞。此外，電離輻射產(chǎn)生的肺組織內(nèi)自由基增多，導(dǎo)致肺組織脂質(zhì)過(guò)氧化損傷等也是促成放射性肺損傷產(chǎn)生的因素。

3 放射性肺損傷的治療

當(dāng)前，國(guó)際上主要采用激素類(lèi)、抗氧化劑、細(xì)胞因子等防護(hù)藥物來(lái)治療放射性肺炎［5，6］，盡管這些藥物治療放射性肺炎具有一定效果，但不良反應(yīng)較大，不宜作預(yù)防性給藥或長(zhǎng)期使用。國(guó)內(nèi)，主要采用中藥治療放射性肺損傷，但是，各種中醫(yī)療法的差異性較大，療效也參差不齊，且其中的機(jī)理不明確。最新的研究還表明，曲克蘆丁對(duì)部分腫瘤細(xì)胞的增殖具有明顯的抑制作用，在未來(lái)甚至可能成為新型的抗癌藥物。目前臨床上主要用于閉塞性綜合征、血栓性靜脈炎、毛細(xì)血管出血等癥治療［13］。Maurya等［14］在對(duì)荷瘤小鼠的動(dòng)物模型的研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，給予曲克蘆丁能保護(hù)細(xì)胞DNA免受放射性損傷，并發(fā)現(xiàn)只保護(hù)正常組織，對(duì)腫瘤組織沒(méi)有保護(hù)作用。當(dāng)前對(duì)曲克蘆丁的研究主要集中于其在心腦血管疾病中的作用機(jī)制，少有曲克蘆丁對(duì)放射性肺損傷保護(hù)作用的報(bào)道，值得進(jìn)一步研究。

［1］Sasaki R，Soejima T，Matsumoto A，et al.Clinical significance of serum pulmonary surfactant proteins a and d for the early detection of radiation pneumonitis〔J〕.Int Radiat Oncol Biol Phys，2001，50(2):301.

［2］鄧 滌，周云峰.肺癌放射治療致放射性肺炎的臨床分析〔J〕.中國(guó)腫瘤臨床，2002，29(12):866.

［3］Kiazimov KI.Pathogenesis，diagnostics and treatment of radiation pneumonitis induced by radiotherapy of lung cancer〔J〕.Georgian Med News，2009，50(174):115.

［4］Kubo A，Osaki K，Kawanaka T，et al.Risk factors for radiation pneumonitis caused by whole breast irradiation following breast-conserving surgery〔J〕.Med Invest，2009，56(3-4):99.

［5］Borst GR，Ishikawa M，Nijkamp J，et al.Radiation pneumonitis after hypofractionated radiotherapy:evaluation of the LQ(L)model and different dose parameters〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2010，77(5)，1596.

［6］Asakura H，Hashimoto T，Zenda S，et al.Analysis of dose-volume histogram parameters for radiation pneumonitis after definitive concurrent chemoradiotherapy for esophageal cancer〔J〕.Radiother Oncol，2010，95(2)，240.

［7］WU KL.Radiation pneumonitis〔J〕.Pratical Cancer Magzine，2001，50(16):110.

［8］Allsoher MS，Crocker IR，Jirtle RL.Transforminggrowth factorb-1 expressionin irradiated Iiver〔J〕.Radiat Res，1990，122(1):77.

［9］Rubin P，F(xiàn)inkelstein J，Shapiro D.Molecular biology mechanisms in the radiation inductionofpulmonary injury syn＆omes:interrelationshipbetwocn the alveolar macrophage and the septal fibroblast〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，1992，24(1):93.

［10］Hakenjos L，Bamberg M，Rodemann HP.TGF-betal-mediated alterations of mt lung fibroblast differentiation resulting in the radiation-induced fibrotic phenotype〔J〕.Int J Radiat Biol，2000，76(4):503.

［11］Mattos MD，Kimura ET，Silva MR，et al.Latent TGF betal activation in the lung irradiated in vivo〔J〕.Rcv Assoc Med Bras，2002，48(4):329.

［12］Epperly MW，Sikora CA，DeFilippi SJ，et al.Pulmonary irradiation-induced expression of VCAM-I and ICAM-I is decreased by manganese superoxide dismutase plasmid/liposome(MnSOD-PL)gene therapy〔J〕.Biol Blood Marrow Transplant，2002，8(4):175.

［13］龍全江，楊 韜.蘆丁的研究概況及展望〔J〕.中國(guó)中醫(yī)藥信息雜志，2002，9(4):39.

［14］Maurya DK，Salvi VP，Krishnan Nair CK.Radioprotection of normal tissues in tumor-bearing mice by troxerutin〔J〕.Radiat Res(Tokyo)，2004，45(2):221.