電離輻射致人眼后節(jié)血管性病變的分子學(xué)機制研究進展＊

于豐萁，馬得勛，王松雷，劉書鋒

電離輻射可導(dǎo)致機體組織出現(xiàn)急性、慢性或遲發(fā)性的損害，目前多以放射治療或意外照射后并發(fā)癥的形式表現(xiàn)出來［1-4］。人眼解剖結(jié)構(gòu)精細，組織類型特殊復(fù)雜，受到電離輻射影響的表現(xiàn)也很復(fù)雜。人眼以晶狀體為界分為前節(jié)和后節(jié)，后節(jié)包括的主要組織有玻璃體、脈絡(luò)膜、視網(wǎng)膜、前部視神經(jīng)等。玻璃體無血管、無神經(jīng)、透明，脈絡(luò)膜組織含有大血管層、中血管層及毛細血管層，視網(wǎng)膜及前部視神經(jīng)包含有神經(jīng)細胞及供養(yǎng)血管。電離輻射引起的相關(guān)性視網(wǎng)膜病變本質(zhì)上是因血管內(nèi)皮細胞（vascular endothelial cell，VEC）丟失、毛細血管閉塞引起視網(wǎng)膜微血管病變［5-8］，電離輻射相關(guān)性視神經(jīng)病變（radiation-induced optic neuropathy，RION）也可表現(xiàn)為血管炎性病變，且屬于不可逆性病變［9-11］。脈絡(luò)膜組織大多為血管，在受到電離輻射后血管組織會受到嚴重的損害。由此可見，電離輻射對人眼血管系統(tǒng)的影響是造成眼后節(jié)疾病的一個重要因素。該文重點綜述電離輻射對人眼后節(jié)血管系統(tǒng)影響的分子學(xué)機制。

1 電離輻射造成血管通透性改變的分子學(xué)機制

Archer等［12］認為早期電離輻射造成視網(wǎng)膜VEC死亡，引起十分微小的血管上皮損傷，緊接著不斷出現(xiàn)視網(wǎng)膜VEC的死亡、遷移、分裂及遠期死亡，造成內(nèi)皮細胞緊密連接結(jié)構(gòu)破壞，這種惡性循環(huán)觸發(fā)血管內(nèi)皮的炎癥反應(yīng)和瀑布效應(yīng)［13］。血管內(nèi)皮細胞在電離輻射損傷中扮演著重要的角色。

電離輻射后VEC的變化：電離輻射通過破壞血管VEC間連接增加血管通透性。VEC對電離輻射敏感，在電離輻射損傷中扮演著重要的角色，它是血管損傷中的靶細胞，電離輻射對VEC的損害是組織放射損傷的起始反應(yīng)，VEC在電離輻射損傷發(fā)生、發(fā)展及愈合過程中起著重要作用。電離輻射通過影響VEC之間的連接，造成血管內(nèi)皮通透性的改變，最終導(dǎo)致血管通透性的改變［14］。

1.1 VEC細胞間的連接方式內(nèi)皮細胞通過兩種方式實現(xiàn)連接——緊密連接和黏著連接。緊密連接有密封蛋白（claudins，構(gòu)成緊密連接的一種小的分子質(zhì)量為20～27 kDa的穿膜蛋白）和閉鎖蛋白（occludin）兩類主要的功能蛋白，通過這些蛋白連

接起相鄰的細胞骨架［15，16］。黏著連接是鈣黏素通過連環(huán)蛋白家族中的蛋白附著于細胞骨架上，其特點是鈣依賴性的，都要通過細胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)介導(dǎo)同細胞骨架的肌動蛋白相連從而引起細胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)［17］，VE-鈣黏蛋白，就是一種特異性內(nèi)皮黏著連接蛋白，對血管內(nèi)皮屏障功能維持起至關(guān)重要的作用［18，19］。 起源于不同類型血管的內(nèi)皮細胞，連接蛋白的組成和連接方式存在差異［20］。對人冠狀動脈內(nèi)皮細胞（human coronary artery endothelial cells，HCAEC）電離輻射損傷的試驗研究提示了相關(guān)分子機制。

1.2 電離輻射致血管通透性增加造成VE-鈣黏蛋白的胞外域脫落裂解是血管通透性增加的潛在的分子學(xué)機制［21］。免疫熒光法通過測量VE-鈣黏蛋白和密封蛋白5（CLDN5），提示細胞連接的破壞與輻射劑量成正相關(guān)。高劑量電離輻射會顯著造成VE-鈣粘蛋白和密封蛋白5的水平降低，引起VEC通透性增加。但是這兩種蛋白質(zhì)數(shù)量的降低，并不是因為轉(zhuǎn)錄水平的降低造成的，也不是因為這兩種蛋白質(zhì)代謝降解的增加造成的。對產(chǎn)生兩種蛋白的轉(zhuǎn)錄因子CDH5和CLDN5 mRNA的測定發(fā)現(xiàn)，電離輻射反而造成CDH5和CLDN5 mRNA數(shù)量的輕度上調(diào)。至于何種原因造成的這兩種蛋白質(zhì)數(shù)量的降低，有研究［21］認為電離輻射暴露后會引起解整合素金屬蛋白酶10水平 （a disintegrin and metalloproteinase 10，ADAM10）增高。 ADAM10 可通過胞外域脫落的方式裂解VE-鈣黏蛋白，胞外域脫落是指細胞表面的內(nèi)肽酶將穿膜蛋白的胞外域水解下來的現(xiàn)象，是細胞響應(yīng)外來刺激時下調(diào)表面受體或黏附分子數(shù)量的一種方式，具有調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的作用。多見于發(fā)炎、細胞降解、凋亡和癌變等病理過程。這一作用直接導(dǎo)致血管內(nèi)皮通透性增加［22，23］。電離輻射暴露后，生成ADAM10蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄過程隨照射劑量增加呈現(xiàn)出較溫和的增高。ADAM10的生成過程為：首先形成一個84kDa的非活化前體，通過Furin肽鏈內(nèi)切酶或前體蛋白轉(zhuǎn)化酶7作用生成68kDa 的活性酶［24］。 電離輻射暴露后，ADAM10 的前體蛋白和活性蛋白均有增高，但是活性蛋白水平增加的程度更高，也提示了電離輻射促進ADAM10前體蛋白的活化［25］。 研究［21］也認為血管內(nèi)皮生長因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）活 化介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在電離輻射造成的血管內(nèi)皮通透性增加的過程中并沒有起到作用，而是通過細胞內(nèi)Ca2+的聚積實現(xiàn)的。細胞內(nèi)Ca2+聚積可誘導(dǎo)ADAM10活化［26-28］。

電離輻射后，VE-鈣黏蛋白介導(dǎo)了CLDN5的降低。對肝細胞E-鈣黏蛋白（另一種黏著連接蛋白）的研究發(fā)現(xiàn)，缺乏E-鈣黏蛋白可減慢緊密連接的生成速率，因此黏著連接形成過程可促進緊密連接的形成，反之，起到抑制作用［29］。 有研究［30］提示 VE-鈣黏蛋白通過控制性增高CLDN5基因轉(zhuǎn)錄影響緊密連接的形成過程。綜上所述，電離輻射暴露后ADAM10介導(dǎo)的VE-鈣黏蛋白的胞外域脫落裂解是血管通透性增加的潛在分子機制。

2 電離輻射引起VEC糖組改變的分子機制

免疫細胞的浸潤是電離輻射誘導(dǎo)組織或腫瘤炎癥反應(yīng)的生物學(xué)基礎(chǔ)，血管內(nèi)皮起到了一個綜合的作用。VEC、血循環(huán)細胞的蛋白質(zhì)糖基化是急慢性炎癥反應(yīng)中免疫細胞趨化作用的一個關(guān)鍵步驟［31-33］。蛋白質(zhì)糖基化引申出一個新的概念——糖組，糖組是指一個生物體或細胞中全部糖類的總和，包括簡單的糖類和綴合的糖類。在糖綴合物（糖蛋白和糖脂等）中的糖鏈部分有龐大的信息量。電離輻射造成VEC糖組改變，引起相應(yīng)功能的改變。

2.1 電離輻射使高甘露糖型N-聚糖水平增高N-聚糖（天冬酰胺N-連接寡糖）是連接在蛋白質(zhì)肽鏈中天冬酰胺殘基側(cè)鏈酰胺氮上的寡糖。此類寡糖通常均有一個核心的五糖和類似結(jié)構(gòu)的外周糖鏈?？煞譃楦吒事短切汀?fù)合型和雜合型三類。電離輻射可造成高甘露糖型N-聚糖增高。熒光標記的刀豆凝集素可與高甘露糖型、雜合型N-聚糖緊密結(jié)合，而與雙聯(lián)復(fù)合型N-聚糖相互作用較弱［34］。對人臍帶血管內(nèi)皮細胞 （Human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）的研究發(fā)現(xiàn)，使用 20 Gy 輻射劑量照射后，熒光顯微鏡檢查HUVECs細胞表面熒光標記的刀豆凝集素水平在第4天增高，并且與時間成正相關(guān)。流式細胞儀測定顯示在輻射后第14天熒光標記的刀豆凝集素在細胞膜表面的強度（/μm2）是第1天的兩倍［35］。這些都可造成VEC長期的相關(guān)性功能損害［36］，導(dǎo)致循環(huán)細胞黏附性增加［37，38］。 電離輻射效應(yīng)通過降低復(fù)合型N-聚糖水平提高了高甘露糖型N-聚糖比例。

2.2 電離輻射降低了VEC糖胺聚糖的水平糖胺聚糖屬于雜多糖，為不分支的長鏈聚合物，由含己糖醛酸（角質(zhì)素除外）和己糖胺成分的重復(fù)復(fù)合單位構(gòu)成。其脫落后可造成內(nèi)皮多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物的寬度和大小降低［32，39］，增加了內(nèi)皮細胞糖蛋白抗原表位的易親近性，導(dǎo)致白細胞的黏附。咔唑試驗顯示HUVECs電離輻射后2 d糖胺聚糖成倍降低。

另外電離輻射誘導(dǎo)的單核細胞-內(nèi)皮交互作用在一定程度上可以被甘露糖競爭性抑制劑所抑制，減少了單核細胞在血管內(nèi)皮的聚集效應(yīng)。使用α-甲基甘露糖的抑制試驗證實這一結(jié)論［35］。電離輻射也深度地修飾了VEC糖基化基因表達譜。

2.3 電離輻射刺激了內(nèi)皮細胞O-聚糖（絲氨酸/蘇氨酸-連接聚糖）的表達O-聚糖是連接在蛋白質(zhì)肽鏈中絲氨酸/蘇氨酸殘基，以及其他氨基酸殘基側(cè)鏈羥基上的寡糖。此類寡糖多數(shù)較短，而又呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)，大量的成簇的位于黏蛋白上。熒光素標記的三種外源性凝集素可與黏蛋白和N-唾液酸聚合，測定電離輻射后HUVECs細胞膜O-聚糖水平，均提示細胞膜O-聚糖顯著升高，與時間成正相關(guān)［35］。

綜上所述可見，電離輻射造成的血管損害直接導(dǎo)致了視網(wǎng)膜、視神經(jīng)相應(yīng)的血管炎癥性病變，視網(wǎng)膜及視神經(jīng)對電離輻射都相當敏感，由于造成這種血管炎癥性病變的分子機制仍然尚未完全闡明，視網(wǎng)膜及視神經(jīng)一旦出現(xiàn)電離輻射相關(guān)性病變往往是不可逆的改變，而且缺乏有效的治療措施［9，40-42］。因此對電離輻射造成的眼后節(jié)病變的分子學(xué)機制需要更深入研究，以期找到根本癥結(jié)，探尋更有效的治療措施，并且通過分子學(xué)機制的研究找到更好的電離輻射防護措施，降低放療的人體負面效應(yīng)。