放射性肺損傷機制及相關因子研究進展

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，放射野內正常的肺組織發生的早期急性肺炎炎癥反應，嚴重者后期容易轉化為放射性肺纖維化。其不僅嚴重影響了患者的生活質量，甚至可導致患者死亡。放射性肺損傷的發病機制至今尚沒有被完全認識。目前報道的相關機制有靶細胞學說、細胞因子學說、氧自由基產生過多學說、免疫反應學說。本文就以上學說展開的相關研究做一綜述。

關鍵詞：放射性肺損傷；發病機制；綜述；細胞因子

中圖分類號：R256.1文獻標志碼：A文章編號：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行放射治療。而肺是劑量限制性器官，極大地限制了對腫瘤的放療劑量，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周后出現間質性肺炎，后逐漸發展為慢性炎癥，部分患者最終形成肺纖維化乃至肺實變。放射性肺損傷的發生率國內外報道不一，約8.25%-58%[1]。

放射性肺損傷的發病機制至今尚沒有被完全認識。20世紀50年代的研究多為病理形態學的觀察；80年代主要集中于“關鍵靶細胞”的研究，近期關于細胞因子的研究居多，本文將相關機制歸納起來有以下幾種學說。

1靶細胞學說

血管內皮細胞和肺泡Ⅱ型上皮細胞是放射線損傷肺臟的最重要的靶細胞。血管內皮細胞（VEC）是血管中重要的輻射敏感細胞，正常的血管內皮細胞能調節血管的生長、血管的舒張和收縮、血細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構的完整性，保持血液的流動性，介導炎癥反應和對免疫的應答都起著重要的作用。壓致死量照射后早期即可出現微血管的形態改變，血管內皮細胞空泡化，隨著放射劑量增加與時間延長，空泡擴大成囊狀，把細胞膜推擠至對側的毛細血管壁上，以致阻塞管腔，細胞破裂、脫落，在細胞脫落的內皮損傷部位有血小板附著，造成毛細血管的栓塞。可見膠原纖維在管腔內堆積，造成阻塞和纖維化[2-3]。血管內皮細胞合成的血管緊張素轉換酶（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，造成肺間質水腫和炎癥細胞浸潤而導致放射性肺炎[1]。 放射線會同時損傷Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮細胞，Ⅱ型肺泡上皮細胞在肺中至少有兩個重要功能：1、合成和分泌肺泡表面活性物質，對于維持肺泡穩定性起作用；2、是肺泡上皮細胞的干細胞，Ⅰ型肺泡上皮細胞損傷往往由Ⅱ型肺泡上皮細胞分裂分化和再生加以修復。增生的Ⅱ型肺泡上皮細胞一部分可作為對Ⅰ型肺泡上皮細胞損傷的修復，另一部分異常不成熟的Ⅱ型肺泡上皮細胞可能喪失代替Ⅰ型肺飽上皮細胞的修復功能導致肺內成纖維細胞過度增殖，最終形成纖維化。已有研究表明型肺泡上皮細胞受損時，分泌功能喪失，使成纖維細胞異常增生，同時影響其對Ⅰ型肺泡上皮細胞的修復，導致不可逆的肺纖維化的發生[4-5]。白蘊紅等[6]采用光鏡、電鏡及半定量方法連續觀察了大鼠經胸部照射30 gy后Ⅱ型肺泡上皮細胞的變化。結果顯示照射后早期Ⅱ型肺飽上皮細胞增生、肥大，線粒體腫脹、膜破裂，板層小體早期數量少、體積小，后期數量多、體積大。Ⅱ型肺泡上皮細胞數目在照射后0.5個月減少，1個月后增加，3個月達高峰，而后下降。這說明Ⅱ型肺泡上皮細胞在照射后發生了改變。

2細胞因子學說

但是隨著分子生物學技術的發展，人們逐漸認識到單一靶細胞或靶組織受損的觀念已無法解釋肺照射后一系列的動態變化。大量動物實驗和臨床研究表明，放射性肺損傷不僅僅是單一靶細胞損傷的結果，而是一個有多種細胞參與，多種細胞因子調控的復雜過程。現在一般認為：細胞因子介導的多細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）、單核細胞趨化蛋白（MCP）。以及參與組織修復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）、轉化生長因子β（TGF-β）、成纖維細胞生長因子（FGF）。

2.1對TGF-β表達的研究在眾多細胞因子中，對轉化生長因子β（Transforming Growth Factorβ，TGF-β）的研究最多，被公認與放射性肺纖維化的形成關系最密切。其基因定位于人類19號染色體長臂上，以三種獨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胞Ⅰ型膠原（CⅠ）、Ⅲ型膠原（CⅢ）及纖維結合素（FN）合成，抑制蛋白水解酶表達從而減少胞外基質降解。TGFβ1不僅促進纖維形成，還對淋巴細胞、中性粒細胞及單核細胞有化學趨向性。Rube[7]研究了小鼠TGF-β基因表達在急性和遲發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）、肺炎期（6周內）和纖維化期（24周）活殺小鼠并進行相關檢測。發現在潛伏期，TGF-βmRNA水平升高與肺泡巨噬細胞的出現相關聯；在肺炎期，可以發現TGF-β表達顯著增加，并且發現，是Ⅱ型肺泡上皮細胞和成纖維細胞，而不是炎癥細胞，是TGF-β表達的重要來源，這種TGF-β表達的增加主要位于組織病理確認的肺損傷區域。Nishioka[8]用腺病毒介導的可溶性轉化生長因子-β（TGF-β）Ⅱ型受體改善肺放射性纖維化的研究，認為這種受體可以作為一種顯性負性突變體吸附于TGF-β并抑制野生型受體的功能。實驗結果表明TGF-β在導致肺的放射性纖維化中起著關鍵的作用。

2.2對TNF、白介素等致炎因子表達的研究Rube[9]給予C57BL/6J小鼠全胸照射12 gy，在肺炎期，TNF-α、IL-1α、IL-6的表達均顯著上升并于8周時達到高峰。在照射后4周內，肺組織的病理切片檢查僅發現5～30%的肺組織損傷，但是到8周、16周和24周時，組織病理切片可發現70～90%的肺組織存在機化性肺泡炎。實驗顯示，在肺照射后最初的幾個小時內會出現短暫的細胞因子反應，沒有可檢測到的組織病理學損傷；這些致炎細胞因子持續升高時，開始出現明顯的急性機化性肺泡炎的病理改變。Rube[3]進一步證實，細胞因子表達的增加并誘發的各種級聯反應是放射性肺損傷的決定因素。Rube[10]進一步報道，在肺的放射反應中，最主要的促炎癥反應因子包括TNF-α，IL-1和IL-6。

2.3對NF-β、AP-1、bFGF等其他因子表達的研究研究顯示，核因子β（nuclear factor-β，NF-β）是一種控制編碼細胞因子、細胞黏附分子、疾病和健康狀態下一些基因表達的轉錄因子。越來越多的研究證據表明NF-β極易被輻射激活，同時也顯示著它與放射性損傷有著密切的關系[11]。Haase[12]進行了核因子（NF-β）在放射性肺損傷中的作用的研究，實驗提示，肺受照射后，核IkappaBAIpha的缺失，導致NF-β的DNA結合活性被持續活化，在維持肺的慢性炎癥和間質細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Fischer大鼠左肺單次照射20 gy，在照射后早期可檢測到AP-1DNA結合活性升高，在照射后5.5周開始，AP-1DNA結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，提示AP-1功能的完全喪失在放射性肺損傷中起著關鍵的作用。Fuks[14]進行了堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）與血管內皮細胞凋亡關系的研究。在照射前或后即刻靜脈注射bFGF則能抑制內皮細胞凋亡的發展，并防護小鼠出現致命的放射性肺炎。但是Tee[15]卻認為bFGF不能防護放射性肺炎的出現，其實驗顯示，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小鼠僅出現少于1%的內皮細胞凋亡。

3氧自由基產生過多學說

電離輻射的生物學效應是由活性氧物質的產生開始的，如超氧化物、過氧化氫。大量的自由基和（或）低的抗氧化作用會發生氧化應激，導致生物分子的化學變化，引起結構和功能的改變。超氧化物歧化酶（SOD）對機體的氧化與抗氧化平衡起著至關重要的作用，此酶能清除超氧陰離子自由基（O-2）保護細胞免受損傷。Kang[16]研究了氧化應激與照射損傷的關系。認為肺照射后15-20周，氧化應激出現，轉基因鼠中高表達的超氧化物歧化酶可通過降低氧化應激而防護肺的照射損傷。

4免疫反應學說

放射性損傷在臨床上最常見的現象是放射損傷發生在放射野內，即野內效應（in-field effect）。但臨床上有時會出現放射性肺炎發生于照射野之外，甚至可能在健側肺組織。這是一種由免疫介導引起的雙側淋巴細胞性肺泡炎，稱為散發型放射性肺炎，是由大量的T淋巴細胞受到刺激發生免疫應答反應所致。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纖維化為特征。這類患者表現與過敏性肺炎類似，對激素治療較為敏感[17-18]。綜上所述，放射性肺損傷是多因素造成的結果，表現為照射后射線引起多種靶細胞損傷，細胞損傷后立即引起各種細胞因子、炎性因子等的表達改變。因此，研究相關細胞因子的機制，并從中篩選特異性與敏感性都適宜的臨床預測指標，在放療前識別那些易發生RIPI的高危個體，對其設計個體化放療方案，采取有針對性防治策略均具有較高的臨床實踐意義。

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（收稿日期：2015-02-02）