電離輻射誘發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化的研究進(jìn)展

肖林林 金問森 張江虹 邵春林

·綜述·

電離輻射誘發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化的研究進(jìn)展

肖林林 金問森 張江虹 邵春林

電離輻射可以誘發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化（AS）。隨著接受輻射治療后長(zhǎng)期存活腫瘤患者的增多，受照射人群心血管疾病的發(fā)病率也明顯增加。輻射誘發(fā)AS涉及炎癥性改變、氧化應(yīng)激及基因不穩(wěn)定性等過程，電離輻射旁效應(yīng)也可能與AS的發(fā)病存在一定相關(guān)性。筆者對(duì)近年來(lái)輻射誘發(fā)AS的相關(guān)研究進(jìn)行了概述，試圖為深入研究輻射誘導(dǎo)AS的形成機(jī)制、為放射治療預(yù)防藥物靶點(diǎn)的選擇提供一定的思路。

輻射，電離；動(dòng)脈粥樣硬化；輻射旁效應(yīng)

電離輻射導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）于1959年被首次報(bào)道[1]。AS發(fā)病原因十分復(fù)雜，其確切病因尚未完全闡明，大量流行病學(xué)調(diào)查顯示，眾多遺傳或環(huán)境因素與AS的發(fā)生存在明顯相關(guān)性，但是尚不能確定具有直接的因果關(guān)系，習(xí)慣上稱這些因素為AS的危險(xiǎn)因素。與高血壓、高血脂、吸煙和糖尿病一樣，電離輻射也是誘發(fā)AS的獨(dú)立危險(xiǎn)因素之一，其亦可與其他因素一起共同作用于動(dòng)脈血管，加速AS的形成。輻射所致的AS被認(rèn)為是輻射導(dǎo)致心血管疾病致死的主要原因，尤其是照射10年之后，其發(fā)病率大大提高[2-3]。

1 輻射誘導(dǎo)的AS

人類接觸電離輻射的來(lái)源很多，有環(huán)境來(lái)源的照射和職業(yè)照射，公眾在接受診斷和治療疾病的過程中也會(huì)受到電離輻射，尤其是接受放療的患者局部會(huì)受到大劑量的照射。電離輻射可誘發(fā)癌癥，接受頸部放療的患者會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的后遺癥，包括中風(fēng)和短暫性腦缺血發(fā)作[4]。心血管疾病成為長(zhǎng)期存活的癌癥患者除腫瘤以外首要的致死因素，流行病學(xué)調(diào)查研究表明，在進(jìn)行胸部放療后長(zhǎng)期存活的癌癥患者中，心血管疾病的發(fā)病率明顯增加，例如：霍奇金淋巴瘤患者或者兒童期患有癌癥的患者，在接受2Gy的分割照射、總劑量為30～40Gy照射后，由心血管疾病導(dǎo)致的病死率提高了2～7倍，且受照射時(shí)年齡越小，因心血管疾病發(fā)作而死亡的概率越高[5]。目前，AS的發(fā)病機(jī)制還不清楚，通常認(rèn)為AS是一種炎癥性疾病，全身受照射可導(dǎo)致炎癥因子的持續(xù)增加[6]，炎癥介質(zhì)在AS的發(fā)病過程中起著重要作用。Little等[7]研究表明，單核細(xì)胞死亡和單核趨化蛋白1（MCP-1）水平增加在低劑量輻射所致的AS起始和發(fā)展階段有著重要影響。

由于早期診斷技術(shù)和先進(jìn)治療手段的不斷產(chǎn)生，腫瘤患者存活時(shí)間大大增加，這使得腫瘤患者的預(yù)后受到廣泛重視。全球腫瘤患者至少有1/2接受了放療，放療的早期和晚期副作用嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量和存活期。實(shí)際上，很多需要放療的腫瘤，如頭頸部腫瘤、乳腺癌、霍奇金淋巴瘤均出現(xiàn)心腦血管疾病并發(fā)癥[2，8-9]。臨床研究資料表明，頸動(dòng)脈照射可導(dǎo)致AS的發(fā)生，并導(dǎo)致血管的狹窄、血栓和中風(fēng)[3，10]，電離輻射還會(huì)導(dǎo)致與年齡有關(guān)的AS的快速發(fā)展[11]。

另一方面，臨床和實(shí)驗(yàn)室研究表明，原子彈爆炸幸存者受輻射的劑量與膽固醇水平增加、血壓升高有關(guān)，并且其亞臨床的炎癥標(biāo)志物，如：IL-6、C反應(yīng)蛋白（CRP）水平在受照射后持續(xù)升高，同時(shí)，其WBC、紅細(xì)胞血沉、唾液酸、α-1和α-2球蛋白均升高[12-13]。與輻射誘導(dǎo)的腫瘤的病死率相比，輻射誘導(dǎo)的心血管疾病的病死率是其2倍。近年來(lái)，AS作為輻射誘導(dǎo)的非腫瘤性疾病受到國(guó)際科學(xué)組織重視，且尤為重視受到慢性照射的人群[14]。

2 輻射誘發(fā)AS的生物學(xué)機(jī)制

心血管系統(tǒng)是輻射輕度敏感組織，但是血管內(nèi)層的內(nèi)皮細(xì)胞是中度敏感組織細(xì)胞，血管內(nèi)皮細(xì)胞的衰老和凋亡是AS發(fā)生的關(guān)鍵因素[15-16]。受損的內(nèi)皮細(xì)胞和單核細(xì)胞的粘附能力增加[通過一些炎癥因子，如：人E選擇素（E-selectin），血管細(xì)胞粘附分子-1（VCAM-1）和細(xì)胞間黏附分子-1（ICAM-1）]，進(jìn)而會(huì)通過MCP-1跨膜進(jìn)入內(nèi)膜。單核細(xì)胞會(huì)吞噬低密度脂蛋白，形成富含脂質(zhì)的巨噬細(xì)胞，即AS的早期斑塊。內(nèi)皮細(xì)胞在受到> 2 Gy照射后會(huì)導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，分泌粘附分子，促進(jìn)白細(xì)胞的粘附[17-18]。

DNA的損傷被認(rèn)為是輻射引起細(xì)胞損傷的最主要的起始事件，最終導(dǎo)致癌癥的發(fā)生和遺傳性疾病。同時(shí)，大量數(shù)據(jù)表明，氧化應(yīng)激導(dǎo)致的DNA損傷和端粒功能失調(diào)對(duì)AS斑塊的發(fā)展以及并發(fā)癥的發(fā)生有重要作用[19]。在人AS斑塊中，有的細(xì)胞DNA損傷非常嚴(yán)重，如：整個(gè)或部分染色體的丟失或增加；有較輕的損傷，包括雜合子的丟失、微衛(wèi)星的不穩(wěn)定性（DNA區(qū)域的突變，進(jìn)而影響基因表達(dá)）、DNA鏈的斷裂、修飾（包括氧化）及聚合。研究表明，嚴(yán)重縮短的端粒導(dǎo)致了血管細(xì)胞的衰老，白細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度可以用來(lái)預(yù)測(cè)心血管疾病的發(fā)生及其導(dǎo)致的病死率[20]。端粒的縮短、DNA損傷均與DNA損傷信號(hào)通路關(guān)系密切，這些會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期的阻滯、促進(jìn)修復(fù)，但是如果損傷嚴(yán)重則會(huì)誘導(dǎo)凋亡的發(fā)生。如果DNA損傷不能修復(fù)，會(huì)導(dǎo)致凋亡或者持久的細(xì)胞周期阻滯，致使細(xì)胞處于衰老的狀態(tài)。未修復(fù)的DNA損傷會(huì)導(dǎo)致基因突變，最終導(dǎo)致細(xì)胞功能的改變[21]。

對(duì)于超過1 Sv的輻射，體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)均證實(shí)內(nèi)皮細(xì)胞的受損、炎癥、凝血機(jī)制、血小板的活性、DNA損傷、老化和細(xì)胞死亡等多方面因素與輻射誘導(dǎo)的心血管疾病有關(guān)（圖1）[22]。高劑量輻射效應(yīng)模型與一些人類流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)是一致的，高劑量輻射加速了AS的發(fā)展，容易形成炎癥、血栓，特別是ApoE（-/-）基因缺陷型小鼠更易形成AS[23-24]。

利用ApoE-/-小鼠的實(shí)驗(yàn)研究表明，p53對(duì)輻射誘導(dǎo)的AS具有調(diào)控作用。在疾病發(fā)生的早期，p53功能的降低不影響低劑量率、低劑量輻射對(duì)早期AS有保護(hù)作用，但在AS的晚期階段，p53功能的降低產(chǎn)生了損傷作用，不能對(duì)p53正常小鼠起到保護(hù)性作用[25]。這些研究提示了低劑量照射對(duì)于AS的影響機(jī)制是多樣的，其中p53起著重要作用。而輻射的劑量率也是輻射誘導(dǎo)AS一個(gè)很重要的因素，高劑量和低劑量輻射誘導(dǎo)的AS在疾病的早、晚期階段的表現(xiàn)是不同的。

圖1 輻射誘導(dǎo)的血管損傷的生物學(xué)性狀和分子水平的改變[22]圖中，eNOS：內(nèi)皮型一氧化氮合酶；NF-κB：核轉(zhuǎn)錄因子kappa B。Fig.1 Biologicalandmolecularalterations in radiation-induced vasculareffects

分子檢測(cè)表明，低劑量輻射（200 mGy）對(duì)于內(nèi)皮細(xì)胞蛋白表達(dá)的影響是顯著的，而高劑量率（190mGy/min）輻射比低劑量率（20mGy/min）更能改變蛋白質(zhì)的表達(dá)。通過生物信息學(xué)分析輻射信號(hào)通路表明，低劑量輻射效應(yīng)依賴于氧化還原電位和活性氧的水平[26]。蛋白組學(xué)和miRNA研究表明，單次劑量200mGy照射原代人冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)引起miRNA和后續(xù)的蛋白表達(dá)改變，進(jìn)而調(diào)控DNA損傷和早衰[27-28]。輻射誘導(dǎo)的DNA損傷和氧化應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致p53、p21的激活，抑制原代人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖，導(dǎo)致早衰[29]。因此，導(dǎo)致輻射誘導(dǎo)AS的另一個(gè)可能因素是基因的不穩(wěn)定性和血管的內(nèi)皮細(xì)胞衰老[30]。

總的來(lái)說，這些研究表明輻射會(huì)誘導(dǎo)或者加速AS的基因損傷，輻射所致的DNA基因修復(fù)通路的改變對(duì)于輻射誘導(dǎo)的心血管疾病有一定影響。

3 電離輻射旁效應(yīng)和AS

長(zhǎng)期以來(lái)，輻射生物學(xué)的傳統(tǒng)觀念一直認(rèn)為電離輻射直接作用或通過電離輻射水分子產(chǎn)生的間接作用引起受照射細(xì)胞的DNA損傷，此損傷是導(dǎo)致細(xì)胞突變、轉(zhuǎn)化、死亡等一系列生物學(xué)效應(yīng)的主要原因。1992年，Nagasawa和Little研究發(fā)現(xiàn)[31]，用極低劑量（0.03～0.25 cGy）α粒子照射中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞（CHO）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)α粒子穿過1%或低于1%的細(xì)胞時(shí)，有30%～50%的細(xì)胞發(fā)生姊妹染色單體互換（SCE），次黃嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（HPRT）基因突變的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于受照射細(xì)胞的比例，微核率的增加比例也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于受照射的細(xì)胞比例，說明未受到照射的中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞誘發(fā)了DNA損傷，這種現(xiàn)象被稱為輻射旁效應(yīng)。在后來(lái)的很多研究中，輻射旁效應(yīng)得到證實(shí)，因此也逐漸成為輻射生物學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。受照射細(xì)胞可以分泌損傷信號(hào)，包括活性氧（ROS）和活性氮（RNS）自由基以及一些細(xì)胞因子（包括炎癥因子），對(duì)共培養(yǎng)的未受照射細(xì)胞產(chǎn)生一系列生物學(xué)效應(yīng)[32-33]。

單核巨噬細(xì)胞作為免疫細(xì)胞介導(dǎo)了電離輻射旁效應(yīng)，同時(shí)也可能參與AS的形成。有研究證實(shí)，局部受照射的淋巴瘤患者，其未受照射部位的內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)受到損傷[34]，由于內(nèi)皮細(xì)胞受損是AS的始動(dòng)因素，電離輻射所致AS的形成過程中，輻射旁效應(yīng)也可能發(fā)揮了重要作用。Xiao等[33]研究發(fā)現(xiàn)，受照射的單核巨噬細(xì)胞可通過釋放NO損傷未受照射的內(nèi)皮細(xì)胞，單核巨噬細(xì)胞是重要的旁效應(yīng)細(xì)胞，參與了AS的發(fā)生發(fā)展。Yuan[35]等研究表明，受照射的單核巨噬細(xì)胞表面粘附因子增多。這些結(jié)果表明，輻射旁效應(yīng)可能參與了輻射誘導(dǎo)的AS。

4 結(jié)論

目前，已證實(shí)電離輻射與心血管疾病存在顯著相關(guān)性，這對(duì)實(shí)際工作中的輻射防護(hù)有著重要的指導(dǎo)意義。雖然輻射誘導(dǎo)的心血管疾病是小概率事件，但是隨著核醫(yī)學(xué)與放射醫(yī)學(xué)診斷與治療人數(shù)的增加，受輻射人群日益增加。全世界大約有3000萬(wàn)工作人員受到不同劑量的輻射，其中介入透視的工作人員（包括專門做心臟手術(shù)的醫(yī)生、專家，以及放射科的醫(yī)生）接受的劑量最大，輻射誘導(dǎo)心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加。因此，了解電離輻射誘導(dǎo)心血管疾病的機(jī)制，獲得更為敏感的血管損傷和心血管疾病的分子標(biāo)志物，對(duì)預(yù)防和降低輻射誘發(fā)AS的風(fēng)險(xiǎn)性具有重要意義。

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Research progress of radiation induced atherosclerosis

Xiao Linlin*,Jin Wensen,Zhang Jianghong,Shao Chunlin.*Division ofRadiation Biology,Institute ofRadiation Medicine,Fudan University,Shanghai 200032,China

Shao Chunlin,Email：clshao@shmu.edu.cn

Ionizing radiation can induce atherosclerosis（AS）.With increasing survivalof patients after radiation therapy,the incidence of cardiovascular disease has increased significantly in the irradiated population.It is important to know the pathogenesis of ionizing radiation-induced AS.Amount of studies showed that the occurrence of AS is related to radiation-induced inflammatory,oxidative stress and genomic instability.Radiation induced bystander effectmightalso plays an effective role in AS induction. We hereby reviewed recent reports about radiation-induced AS and try to increase the knowledge of targeting therapy.

Radiation,Ionizing;Atherosclerosis;Bystandereffect

2015－02－28）

10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2015.06.012

國(guó)家自然科學(xué)基金（81273001，11179002，31200631）；教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（20120071110057）

200032上海，復(fù)旦大學(xué)放射醫(yī)學(xué)研究所放射生物研究部（肖林林，張江虹，邵春林）；230001合肥，安徽醫(yī)科大學(xué)核醫(yī)學(xué)教研室（肖林林，金問森）

邵春林（Email：clshao@shmu.edu.cn）