抗氧化治療在放射性肺損傷中的研究進(jìn)展

李營歌 宋啟斌 姚頤 董熠 高彥君 吳彬

放射治療被認(rèn)為是腫瘤治療最重要的基本手段之一，盡管放療技術(shù)日益精進(jìn)，其帶來的不良反應(yīng)仍不可避免。而肺組織對(duì)放療的毒性反應(yīng)敏感，成為放射治療最主要的劑量限制器官[1]。放射性肺損傷（radiation induced lung injury, RILI）是胸部放療后常見的并發(fā)癥。氧化應(yīng)激在RILI發(fā)生中起著至關(guān)重要作用。隨著人們對(duì)RILI分子機(jī)制和病理機(jī)制的逐步闡明，抗氧化治療對(duì)RILI的意義日益重要。本文將就抗氧化治療在RILI中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 放射性肺損傷概述

RILI是胸部腫瘤（肺癌、食管癌、乳腺癌、惡性淋巴瘤等）患者接受放療后發(fā)生的，因肺組織受照射而引起的炎癥反應(yīng)，一般發(fā)生在放療后1個(gè)月-3個(gè)月，早期表現(xiàn)為放射性肺炎（radiation pneumonitis, RP），晚期表現(xiàn)為放射性肺纖維化（radiation induced lung fibrosis, RILF），二者界限不確定，常波動(dòng)于數(shù)周至6個(gè)月不等[2]。RILI發(fā)生同正常肺組織受照射體積呈正相關(guān)，研究表明，接受20Gy及以上照射劑量的正常肺組織的體積（V20）為30%-40%時(shí)，急性RP發(fā)生率為13%，V20超過40%，急性RP的發(fā)生率則高達(dá)36%[3]，因此正常肺組織限量至關(guān)重要，目前被廣泛接受的劑量限制方案包括：三維適形放療: 全肺平均劑量（Mean Lung Dose, MLD）≤20Gy, V20≤37%（RTOG0617）；V20≤35%（RTOG0972/CALGB36050）；立體定向體部放療: V20≤10%（RTOG0618，3次）；V20＜5%-10%（ROSEL European trial，3次或5次）[4]。RILI的發(fā)生機(jī)制主要包括傳統(tǒng)的靶細(xì)胞學(xué)說、細(xì)胞因子學(xué)說、自由基學(xué)說、血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷學(xué)說等[5-7]。RILI的始動(dòng)因素一方面來自于電離輻射能量直接作用于DNA，另一方面來自于水分子受激發(fā)和電離后產(chǎn)生大量活性氧（reactive oxygen species, ROS）間接作用導(dǎo)致蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的氧化損傷，直接影響一系列基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，最終導(dǎo)致細(xì)胞損傷或死亡[8-9]。后者的損傷潛能或許更大，不僅作用于照射早期，還可持續(xù)作用至纖維化形成階段[10]；不但引起照射部位損傷，還可引起非照射部位損傷，如旁觀者效應(yīng)（bystander effect），早期旁觀者效應(yīng)的發(fā)生主要是由線粒體依賴的ROS增加引發(fā)的，首先是引發(fā)復(fù)雜的細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)，進(jìn)一步持續(xù)導(dǎo)致細(xì)胞DNA的損傷[11]。因此氧化應(yīng)激在RILI發(fā)生中具有重要作用，值得深入探索。

2 活性氧與RILI

ROS是指一類氧化性較強(qiáng)的未被完全還原的氧分子，來源于水分子的電離輻射和照射后細(xì)胞的線粒體呼吸鏈，包括羥基自由基（·OH），氫過氧自由基（HOO·），過氧化氫（H2O2）和超氧陰離子（·O2-）等，通過調(diào)節(jié)多個(gè)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路（如NF-κB和STAT3），以及缺氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia-inducible factor 1α, HIF-1α）和多種激酶、生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子等，參與細(xì)胞轉(zhuǎn)化、炎性浸潤、組織損傷甚至誘發(fā)惡變[12]。

ROS主要通過誘導(dǎo)白細(xì)胞介素-1（interleukin-1, IL-1）、IL-4、IL-6、IL-13、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α,TNF-α）、干擾素γ（interferon-γ, IFN-γ）等從受照射組織中釋放參與RP的發(fā)生[13]。與此同時(shí)，ROS還可參與免疫細(xì)胞的激活，主要機(jī)制為ROS負(fù)性調(diào)控蛋白酪氨酸磷酸酶活性，作為第二信使啟動(dòng)并放大下游淋巴細(xì)胞活化信號(hào)，導(dǎo)致淋巴細(xì)胞活化[14,15]。在組織水平，局部ROS堆積及氧化應(yīng)激導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷及功能障礙，內(nèi)皮細(xì)胞間連接被破壞，炎性細(xì)胞穿過內(nèi)皮屏障，參與組織的炎癥反應(yīng)[16]。急性期反應(yīng)后，ROS在纖維化進(jìn)程中同樣重要。肌成纖維細(xì)胞在RILF中占據(jù)主導(dǎo)地位，其來源主要為正常成纖維細(xì)胞的放射活化、肺泡上皮細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transition, EMT）等[17]。而ROS則被證明可以促進(jìn)肺泡上皮細(xì)胞的EMT和肺成纖維細(xì)胞的纖維化表型的形成[18-19]、促進(jìn)成纖維細(xì)胞的活化及膠原的產(chǎn)生[20]。因此，抗ROS治療可能是防范RILI發(fā)生的關(guān)鍵。

3 抗氧化治療

目前在研的抗氧化劑主要包括巰基化合物、抗氧化酶及類似物、植物抗氧化劑等[21-22]。

3.1 巰基化合物 巰基化合物主要包括阿米福?。╝mifostine, WR272）、還原性性谷胱甘肽（glutathione,GSH）及其前體N-乙酰半胱氨酸（N-acetylcysteine, NAC）等，主要作用機(jī)制是利用其側(cè)鏈的活潑巰基與自由基結(jié)合，中和自由基以保護(hù)自身蛋白上的巰基不被氧化，其中GSH還可以在谷胱甘肽過氧化物酶的作用下與H2O2結(jié)合將其還原為H2O。Devine等[23]比較了16項(xiàng)臨床研究中，阿米福汀對(duì)1057例接受放化療或單獨(dú)放療的非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）的放療毒性和療效的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)阿米福汀可以使急性肺毒性的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)降低44%（RR: 0.56; 95%CI: 0.41-0.75, P=0.000,1），且不影響治療效果。瞿述根等[24]研究了GSH腹腔注射分別對(duì)接受低劑量（15 Gy）和高劑量（30 Gy）照射小鼠的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相較于單純照射組，GSH的應(yīng)用可有效提高脾臟指數(shù)，降低血清中基質(zhì)金屬蛋白酶、IL-6的水平，對(duì)RILI具有保護(hù)作用，其中低劑量照射組更明顯。在GSH用于RILI的臨床探索中，楊新華等[25]將174例接受放療的NSCLC患者隨機(jī)分為兩組，實(shí)驗(yàn)組放療的同時(shí)給予GSH 2.4 g/d，對(duì)照組單純放療。結(jié)果提示有效率：治療組為89.7%，對(duì)照組為92.0%；而RP和RILF的發(fā)生率：治療組為9.2%和36.8%，對(duì)照組為21.8%和54.0%，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。王玉娟等[26]的研究結(jié)果則表明GSH不但能夠降低局部晚期肺癌患者RP和RILF的發(fā)生率（RP從46.5%降至20.9%，RILF從27.9%降至11.6%），還提高了放療療效，其中GSH組近期總有效率（76.7%）明顯高于對(duì)照組（51.2%），差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。NAC是GSH的前體物質(zhì)，Han等[27]開展的前瞻性研究則證明霧化應(yīng)用NAC可以減少RP患者的痰液產(chǎn)生，減少祛痰劑的使用。以上研究證實(shí)，無論是阿米福汀還是GSH，均可以在不影響甚至提高放療療效的前提下改善肺組織炎癥反應(yīng)，減少RILI的發(fā)生。而NAC雖然被證實(shí)有利于RILI癥狀的緩解，但尚缺乏其遏制RILI的直接證據(jù)。

3.2 抗氧化酶 為維護(hù)自身的氧化還原平衡，對(duì)抗ROS，機(jī)體還存在一套抗氧化酶體系，包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase, GPx）、過氧化氫酶等，其中SOD可以將2分子的·O2-還原為H2O2和O2，而H2O2則進(jìn)一步被過氧化氫酶和GPx還原為H2O。目前在RILI防治領(lǐng)域關(guān)于SOD的研究較多，Murigi等[28]在給小鼠全肺照射后，給予SOD小分子類似物（AEOL 10150）25 mg/kg/d治療，共28天，結(jié)果相較于單純照射組，AEOL 10150治療組肺水腫和肺充血顯著減少（P＜0.02），小鼠存活率也顯著改善。Antonic等[29]發(fā)現(xiàn)單側(cè)肺部放療導(dǎo)致大鼠呼吸頻率增加、組織病理學(xué)改變、氧化應(yīng)激、巨噬細(xì)胞活化和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（transforming growth factor β, TGF-β）的表達(dá)增加，而放療后24 h皮下注射15 mg/kg牛SOD可明顯改善上述參數(shù)，因而證實(shí)單次應(yīng)用SOD（15 mg/kg）可通過抑制ROS物質(zhì)及活性氮物質(zhì)的產(chǎn)生進(jìn)而改善RILI。

3.3 植物抗氧化劑 自然界中有大量植物天然含有抗氧化成分。近年來，植物抗氧化劑因其來源廣、低毒、病人耐受性好等優(yōu)勢(shì)，在放射防護(hù)領(lǐng)域逐漸獲得重視。橙皮苷（hesperidin）是來自于蕓香科柑橘類物種的二氫黃酮類化合物，具有抗氧化性能。研究發(fā)現(xiàn)，與單純放療組相比，照射前連續(xù)7 d應(yīng)用橙皮苷（100 mg/kg）可明顯改善大鼠放療后8周肺組織炎癥反應(yīng)、纖維化和肥大細(xì)胞浸潤（P＜0.05）[30]。同樣作為柑橘類果皮或種子中的提取物，柚皮素也可作為RILI的另一種潛在治療藥物。Zhang等[31]發(fā)現(xiàn)，柚皮素可以通過降低IL-1β水平及調(diào)節(jié)炎癥因子水平減少小鼠肺部照射后炎癥的產(chǎn)生。藜蘆醇苷（polydatin）是一種植物多酚類藥物，因其抗氧化性被用于RILI防護(hù)的探索，Cao等[32]研究證實(shí)白藜蘆醇苷可以抑制TGF-β1/Smad3信號(hào)通路和EMT，還可以緩解輻射誘導(dǎo)的Th1/Th2失衡，顯示了潛在放射防護(hù)作用。

4 展望

盡管抗氧化劑在RILI防護(hù)中顯示出了巨大潛力，然而要實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用還需關(guān)注以下幾方面問題：首先，抗氧化劑作為正常組織放療保護(hù)劑，同時(shí)是否也是腫瘤細(xì)胞的保護(hù)傘？尚需進(jìn)一步研究。其次，RILI的發(fā)生涉及一系列細(xì)胞、分子、組織病理的復(fù)雜動(dòng)態(tài)變化，且顯示出個(gè)體差異[33]，究其原因是否與某些基因的表達(dá)相關(guān)？將來應(yīng)用于臨床時(shí)，患者是否需要經(jīng)過篩選？第三，ROS的產(chǎn)生可能隨放療的體積、劑量、分割、療程、同期治療的類型變化而變化，要達(dá)到真正的放射防護(hù)，抗氧化劑的應(yīng)用時(shí)機(jī)、療程就應(yīng)當(dāng)隨之變化，因此，當(dāng)中的個(gè)體化、規(guī)范化問題還有待進(jìn)一步探索。最后，大部分抗氧化劑的研究?jī)H停留在動(dòng)物試驗(yàn)階段，尚需更規(guī)范和大規(guī)模的臨床研究證據(jù)支持，不僅需要涉及考察抗氧化劑對(duì)RILI的防范作用，還要關(guān)注藥物同時(shí)對(duì)放療療效的影響。