放射性肺損傷機(jī)制及相關(guān)因子研究進(jìn)展

張藝凡 何成詩 郞錦義等

摘要：放射性肺損傷是胸部惡性腫瘤患者接受放射治療后，放射野內(nèi)正常的肺組織發(fā)生的早期急性肺炎炎癥反應(yīng)，嚴(yán)重者后期容易轉(zhuǎn)化為放射性肺纖維化。其不僅嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量，甚至可導(dǎo)致患者死亡。放射性肺損傷的發(fā)病機(jī)制至今尚沒有被完全認(rèn)識(shí)。目前報(bào)道的相關(guān)機(jī)制有靶細(xì)胞學(xué)說、細(xì)胞因子學(xué)說、氧自由基產(chǎn)生過多學(xué)說、免疫反應(yīng)學(xué)說。本文就以上學(xué)說展開的相關(guān)研究做一綜述。

關(guān)鍵詞：放射性肺損傷；發(fā)病機(jī)制；綜述；細(xì)胞因子

中圖分類號(hào)：R256.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1007-2349（2015）05-0081-03

放射治療在胸部腫瘤的治療中占有重要的地位。約70%的胸部腫瘤患者需要進(jìn)行放射治療。而肺是劑量限制性器官，極大地限制了對(duì)腫瘤的放療劑量，并易造成肺的放射損傷。放射性肺損傷（radiation-induced pulmonary injury，RIPI）是指肺組織受放射線照射后出現(xiàn)的一系列病理變化，照射初期以滲出性炎癥為主，6-12周后出現(xiàn)間質(zhì)性肺炎，后逐漸發(fā)展為慢性炎癥，部分患者最終形成肺纖維化乃至肺實(shí)變。放射性肺損傷的發(fā)生率國內(nèi)外報(bào)道不一，約8.25%-58%[1]。

放射性肺損傷的發(fā)病機(jī)制至今尚沒有被完全認(rèn)識(shí)。20世紀(jì)50年代的研究多為病理形態(tài)學(xué)的觀察；80年代主要集中于“關(guān)鍵靶細(xì)胞”的研究，近期關(guān)于細(xì)胞因子的研究居多，本文將相關(guān)機(jī)制歸納起來有以下幾種學(xué)說。

1靶細(xì)胞學(xué)說

血管內(nèi)皮細(xì)胞和肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞是放射線損傷肺臟的最重要的靶細(xì)胞。血管內(nèi)皮細(xì)胞（VEC）是血管中重要的輻射敏感細(xì)胞，正常的血管內(nèi)皮細(xì)胞能調(diào)節(jié)血管的生長、血管的舒張和收縮、血細(xì)胞的黏附和非黏附以及抗凝和促凝的平衡，從而使其在保持血管結(jié)構(gòu)的完整性，保持血液的流動(dòng)性，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)和對(duì)免疫的應(yīng)答都起著重要的作用。壓致死量照射后早期即可出現(xiàn)微血管的形態(tài)改變，血管內(nèi)皮細(xì)胞空泡化，隨著放射劑量增加與時(shí)間延長，空泡擴(kuò)大成囊狀，把細(xì)胞膜推擠至對(duì)側(cè)的毛細(xì)血管壁上，以致阻塞管腔，細(xì)胞破裂、脫落，在細(xì)胞脫落的內(nèi)皮損傷部位有血小板附著，造成毛細(xì)血管的栓塞。可見膠原纖維在管腔內(nèi)堆積，造成阻塞和纖維化[2-3]。血管內(nèi)皮細(xì)胞合成的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）和血漿素源激活因子（PLA）降低，直接削弱纖溶能力，使血管通透性增加，造成肺間質(zhì)水腫和炎癥細(xì)胞浸潤而導(dǎo)致放射性肺炎[1]。 放射線會(huì)同時(shí)損傷Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞，Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞在肺中至少有兩個(gè)重要功能：1、合成和分泌肺泡表面活性物質(zhì)，對(duì)于維持肺泡穩(wěn)定性起作用；2、是肺泡上皮細(xì)胞的干細(xì)胞，Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞損傷往往由Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞分裂分化和再生加以修復(fù)。增生的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞一部分可作為對(duì)Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞損傷的修復(fù)，另一部分異常不成熟的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞可能喪失代替Ⅰ型肺飽上皮細(xì)胞的修復(fù)功能導(dǎo)致肺內(nèi)成纖維細(xì)胞過度增殖，最終形成纖維化。已有研究表明型肺泡上皮細(xì)胞受損時(shí)，分泌功能喪失，使成纖維細(xì)胞異常增生，同時(shí)影響其對(duì)Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞的修復(fù)，導(dǎo)致不可逆的肺纖維化的發(fā)生[4-5]。白蘊(yùn)紅等[6]采用光鏡、電鏡及半定量方法連續(xù)觀察了大鼠經(jīng)胸部照射30 gy后Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的變化。結(jié)果顯示照射后早期Ⅱ型肺飽上皮細(xì)胞增生、肥大，線粒體腫脹、膜破裂，板層小體早期數(shù)量少、體積小，后期數(shù)量多、體積大。Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞數(shù)目在照射后0.5個(gè)月減少，1個(gè)月后增加，3個(gè)月達(dá)高峰，而后下降。這說明Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞在照射后發(fā)生了改變。

2細(xì)胞因子學(xué)說

但是隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到單一靶細(xì)胞或靶組織受損的觀念已無法解釋肺照射后一系列的動(dòng)態(tài)變化。大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究表明，放射性肺損傷不僅僅是單一靶細(xì)胞損傷的結(jié)果，而是一個(gè)有多種細(xì)胞參與，多種細(xì)胞因子調(diào)控的復(fù)雜過程?，F(xiàn)在一般認(rèn)為：細(xì)胞因子介導(dǎo)的多細(xì)胞間的相互作用起始并維持著放射性肺損傷的全過程[1-2]。如參與局部損傷與炎癥反應(yīng)的因子白介素（IL-1α、IL-1β、IL-4、IL-8等）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、單核細(xì)胞趨化蛋白（MCP）。以及參與組織修復(fù)和器官纖維化的因子，如腫瘤壞死因子-β（TNF-β）、血小板源性生長因子（PDGF）、轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）、成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）。

2.1對(duì)TGF-β表達(dá)的研究在眾多細(xì)胞因子中，對(duì)轉(zhuǎn)化生長因子β（Transforming Growth Factorβ，TGF-β）的研究最多，被公認(rèn)與放射性肺纖維化的形成關(guān)系最密切。其基因定位于人類19號(hào)染色體長臂上，以三種獨(dú)立的肽分子形式存在，即TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3。TGFβ可選擇性刺激人胚胎成纖維細(xì)胞Ⅰ型膠原（CⅠ）、Ⅲ型膠原（CⅢ）及纖維結(jié)合素（FN）合成，抑制蛋白水解酶表達(dá)從而減少胞外基質(zhì)降解。TGFβ1不僅促進(jìn)纖維形成，還對(duì)淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞及單核細(xì)胞有化學(xué)趨向性。Rube[7]研究了小鼠TGF-β基因表達(dá)在急性和遲發(fā)放射性損傷中的作用。分別于肺損傷的潛伏期（放射后1周內(nèi)）、肺炎期（6周內(nèi)）和纖維化期（24周）活殺小鼠并進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)在潛伏期，TGF-βmRNA水平升高與肺泡巨噬細(xì)胞的出現(xiàn)相關(guān)聯(lián)；在肺炎期，可以發(fā)現(xiàn)TGF-β表達(dá)顯著增加，并且發(fā)現(xiàn)，是Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞，而不是炎癥細(xì)胞，是TGF-β表達(dá)的重要來源，這種TGF-β表達(dá)的增加主要位于組織病理確認(rèn)的肺損傷區(qū)域。Nishioka[8]用腺病毒介導(dǎo)的可溶性轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）Ⅱ型受體改善肺放射性纖維化的研究，認(rèn)為這種受體可以作為一種顯性負(fù)性突變體吸附于TGF-β并抑制野生型受體的功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明TGF-β在導(dǎo)致肺的放射性纖維化中起著關(guān)鍵的作用。

2.2對(duì)TNF、白介素等致炎因子表達(dá)的研究Rube[9]給予C57BL/6J小鼠全胸照射12 gy，在肺炎期，TNF-α、IL-1α、IL-6的表達(dá)均顯著上升并于8周時(shí)達(dá)到高峰。在照射后4周內(nèi)，肺組織的病理切片檢查僅發(fā)現(xiàn)5～30%的肺組織損傷，但是到8周、16周和24周時(shí)，組織病理切片可發(fā)現(xiàn)70～90%的肺組織存在機(jī)化性肺泡炎。實(shí)驗(yàn)顯示，在肺照射后最初的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)短暫的細(xì)胞因子反應(yīng)，沒有可檢測(cè)到的組織病理學(xué)損傷；這些致炎細(xì)胞因子持續(xù)升高時(shí)，開始出現(xiàn)明顯的急性機(jī)化性肺泡炎的病理改變。Rube[3]進(jìn)一步證實(shí)，細(xì)胞因子表達(dá)的增加并誘發(fā)的各種級(jí)聯(lián)反應(yīng)是放射性肺損傷的決定因素。Rube[10]進(jìn)一步報(bào)道，在肺的放射反應(yīng)中，最主要的促炎癥反應(yīng)因子包括TNF-α，IL-1和IL-6。

2.3對(duì)NF-β、AP-1、bFGF等其他因子表達(dá)的研究研究顯示，核因子β（nuclear factor-β，NF-β）是一種控制編碼細(xì)胞因子、細(xì)胞黏附分子、疾病和健康狀態(tài)下一些基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子。越來越多的研究證據(jù)表明NF-β極易被輻射激活，同時(shí)也顯示著它與放射性損傷有著密切的關(guān)系[11]。Haase[12]進(jìn)行了核因子（NF-β）在放射性肺損傷中的作用的研究，實(shí)驗(yàn)提示，肺受照射后，核IkappaBAIpha的缺失，導(dǎo)致NF-β的DNA結(jié)合活性被持續(xù)活化，在維持肺的慢性炎癥和間質(zhì)細(xì)胞的脯氨酸過多癥中起著重要的作用。Haase[13]研究了激活蛋白（因子）-1（AP-1）在放射性肺損傷中的作用。對(duì)Fischer大鼠左肺單次照射20 gy，在照射后早期可檢測(cè)到AP-1DNA結(jié)合活性升高，在照射后5.5周開始，AP-1DNA結(jié)合活性幾乎完全消失，而恰在此后2.5周，纖維性肺泡炎開始出現(xiàn)，提示AP-1功能的完全喪失在放射性肺損傷中起著關(guān)鍵的作用。Fuks[14]進(jìn)行了堿性成纖維細(xì)胞生長因子（bFGF）與血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡關(guān)系的研究。在照射前或后即刻靜脈注射bFGF則能抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的發(fā)展，并防護(hù)小鼠出現(xiàn)致命的放射性肺炎。但是Tee[15]卻認(rèn)為bFGF不能防護(hù)放射性肺炎的出現(xiàn)，其實(shí)驗(yàn)顯示，盡管靜脈注射了bFGF，但12.5 gy（放射抗拒的C3Hf/Kam小鼠的LD50）的全肺單次照射后，C3Hf/Kam小鼠僅出現(xiàn)少于1%的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。

3氧自由基產(chǎn)生過多學(xué)說

電離輻射的生物學(xué)效應(yīng)是由活性氧物質(zhì)的產(chǎn)生開始的，如超氧化物、過氧化氫。大量的自由基和（或）低的抗氧化作用會(huì)發(fā)生氧化應(yīng)激，導(dǎo)致生物分子的化學(xué)變化，引起結(jié)構(gòu)和功能的改變。超氧化物歧化酶（SOD）對(duì)機(jī)體的氧化與抗氧化平衡起著至關(guān)重要的作用，此酶能清除超氧陰離子自由基（O-2）保護(hù)細(xì)胞免受損傷。Kang[16]研究了氧化應(yīng)激與照射損傷的關(guān)系。認(rèn)為肺照射后15-20周，氧化應(yīng)激出現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因鼠中高表達(dá)的超氧化物歧化酶可通過降低氧化應(yīng)激而防護(hù)肺的照射損傷。

4免疫反應(yīng)學(xué)說

放射性損傷在臨床上最常見的現(xiàn)象是放射損傷發(fā)生在放射野內(nèi)，即野內(nèi)效應(yīng)（in-field effect）。但臨床上有時(shí)會(huì)出現(xiàn)放射性肺炎發(fā)生于照射野之外，甚至可能在健側(cè)肺組織。這是一種由免疫介導(dǎo)引起的雙側(cè)淋巴細(xì)胞性肺泡炎，稱為散發(fā)型放射性肺炎，是由大量的T淋巴細(xì)胞受到刺激發(fā)生免疫應(yīng)答反應(yīng)所致。這種肺炎占放射性肺炎的5～10%，而患者呼吸困難的程度與肺照射體積不相符，癥狀消退后常常不繼發(fā)纖維化為特征。這類患者表現(xiàn)與過敏性肺炎類似，對(duì)激素治療較為敏感[17-18]。綜上所述，放射性肺損傷是多因素造成的結(jié)果，表現(xiàn)為照射后射線引起多種靶細(xì)胞損傷，細(xì)胞損傷后立即引起各種細(xì)胞因子、炎性因子等的表達(dá)改變。因此，研究相關(guān)細(xì)胞因子的機(jī)制，并從中篩選特異性與敏感性都適宜的臨床預(yù)測(cè)指標(biāo)，在放療前識(shí)別那些易發(fā)生RIPI的高危個(gè)體，對(duì)其設(shè)計(jì)個(gè)體化放療方案，采取有針對(duì)性防治策略均具有較高的臨床實(shí)踐意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳灝珠.實(shí)用內(nèi)科學(xué)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2009.

[2]姜煒.血管的輻射損傷[J].國外醫(yī)學(xué)：放射醫(yī)學(xué)核醫(yī)學(xué)分冊(cè)，2005，29（1）：37.

[3]Svensson H，T.R.Moller.Developments in radiotherapy.Acta Oncol[J].2003，42（5-6）：430.

[4]Adamson IYR，Hedgecock C，Bowden DH.Epithelial cell-fibroblast interaction lung injury and repair[J]Am J Pathol，1990；137：385.

[5]Leslie CC，Kathleen MS，Cook JL，et al.Macrophages stimulate DNA synthesis in rat alveolar type Ⅱ cells[J]Am Rev Respir Dis，1985；132：1246.

[6]白蘊(yùn)紅，王德文，楊怡，等.Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞在大鼠放射性肺損傷中的變化[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)雜志，1995，19（3）：201-202.

[7]Rube CE，Uthe D，Schmid KW.Dose-dependent induction of transforming growth factor beta（TGF-beta）in the lung tissue of fibrosis-prone mice after thoracic irradiation[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys，2000，47（4）：1033-1042.

[8]Desmons S，Heger M，Delfosse C，et al.A Preliminary Investigation into the Effects of X-Ray Radiation on Superficial Cranial Vascularization[J].Calcif Tissue Int，2009，F(xiàn)eb 4.

[9]Rube CE，Wilfert F，Palm J.Irradiation induces a biphasic expression of pro-inflammatory cytokines in the lung[J].Strahlenther Onkol，2004，180（7）：442-448.

[10]Rube CE，Rodemann HP，Rube C.The relevance of cytokines in theradiation-induced lung reaction.Experimental basis and clinical significance[J].Strahlenther Onkol，2004，180（9）：541-549.

[11]suzuki Y，Ruiz-Ortega M，Lorenzo O.Inflammation and angiotensin Ⅱ[J].Int Biochem Cell Biol，2003，35（6）：881-900.

[12]Haase MG，Klawitter A，Geyer P.Sustained elevation of NF-kappaB DNA binding activity in radiation-induced lung damage in rats[J].Int J Radiat Biol，2003，79（11）：863-877.

[13]Haase MG，Klawitter A，Bierhaus A.Inactivation of AP1 proteins by a nuclear serine protease precedes the onset of radiation-induced fibrosing alveolitis[J].Radiat Res，2008，169（5）：531-542.

[14]Fuks Z，Persaud RS，Alfieri A.Basic fibroblast growth factor protects endothelial cells against radiation-induced programmed cell death in vitro and in vivo[J].Cancer Res，1994，54（10）：2582-2590.

[15]Tee PG，Travis EL.Basic fibroblast growth factor does not protect against classical radiation pneumonitis in two strains of mice[J].Cancer Res，1995，55（2）：298-302.

[16]Kang SK，Rabbani ZN，F(xiàn)olz RJ.Overexpression of extracellular superoxide dismutase protects mice from radiation-induced lung injury[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys，2003，57（4）：1056-1066.

[17]吳開良，李艷如.不同分割照射所致放射性肺損傷及茶色素對(duì)其影響[J]中華放射學(xué)與防護(hù)雜志2001；21：41-42.

[18]曹京旭，梁東超.細(xì)胞因子與放射性肺損傷[J]國外醫(yī)學(xué)放射醫(yī)學(xué)核醫(yī)學(xué)分冊(cè).2001；25：181.

（收稿日期：2015-02-02）