氨磷汀與放射性肺損傷中肺劑量體積因素V20的關系

鄭保珍,陳朝陽,王天奇,王海龍,龐敏,郭民*

(1山西省腫瘤醫院放療胸一科,太原 030013;2山西醫科大學實驗動物中心,實驗動物和人類疾病動物模型山西省重點實驗室;3山西醫科大學第二醫院麻醉科;4山西醫科大學第一醫院呼吸科;*通訊作者,E-mail:gm5647@163.com)

氨磷汀與放射性肺損傷中肺劑量體積因素V20的關系

鄭保珍1,陳朝陽2,王天奇3,王海龍2,龐敏4,郭民2*

(1山西省腫瘤醫院放療胸一科,太原 030013;2山西醫科大學實驗動物中心,實驗動物和人類疾病動物模型山西省重點實驗室;3山西醫科大學第二醫院麻醉科;4山西醫科大學第一醫院呼吸科;*通訊作者,E-mail:gm5647@163.com)

目的 建立氨磷汀干預下60Co-γ放射性肺損傷大鼠模型,并探討氨磷汀在放射性肺損傷劑量體積因素V20=25%和V20=35%條件下發生肺損傷的作用。 方法 雄性SD大鼠隨機分為空白組、模型組Ⅰ(照射V20=25%)、模型組Ⅱ(照射V20=35%)、藥物干預組Ⅰ(氨磷汀+照射V20=25%)、藥物干預組Ⅱ(氨磷汀+照射V20=35%)。模型組、藥物干預組用60Co-γ射線對大鼠右肺進行照射,于照射后第1,2,4,8和12周末處死大鼠,腹主動脈取血,ELISA法測定血清中轉化生長因子β1(TGF-β1)含量;同時間點取照射后肺組織,HE、Massons染色觀察肺組織的病理損傷變化。 結果 與空白組比較,模型組大鼠肺泡壁增厚，肺泡間質大部分為增生纖維組織和彈力纖維組織,血清TGF-β1顯著升高(P<0.05);與模型組比較,大鼠肺組織在藥物干預組(V20分別為25%和35%)出現肺泡壁增厚和纖維化的時間滯后且程度輕,仍見大部分正常肺泡結構,且血清TGF-β1明顯降低(P<0.05);模型組Ⅱ中大鼠肺組織病理損傷和血清TGF-β1均高于模型組Ⅰ,而其在藥物干預組Ⅰ和Ⅱ之間未見顯著改變。 結論 氨磷汀能減輕放射性肺損傷發生的概率,對V20限定值可適當提高。

氨磷汀; 放射性肺損傷; 肺劑量體積因素; 轉化生長因子

放射治療為腫瘤三大治療手段之一,在胸部腫瘤的治療中起著舉足輕重的作用。腫瘤照射劑量的高低與照射體積的關系又直接影響治療效果,其中各種放射性并發癥(如放射性肺損傷)是放療的瓶頸。放射性肺損傷一旦發生,治療較為困難,因此當前放射性肺損傷主要是以預防為主。在放射治療計劃中,通過限定肺劑量體積因素值來減少正常組織發生損傷的概率,減少放療并發癥的發生。在臨床工作中,既要考慮對腫瘤的照射治療劑量,又要考慮正常肺組織的耐受情況,正常肺組織的耐受劑量是受肺劑量體積因素值調控,超出一定范圍,放射性肺損傷概率明顯增加。其中劑量體積因素V20是常用且重要的指標,臨床實際操作中限定為小于30%。氨磷汀是美國在1950年代研制成功的放射防護劑,對人體的放射性損害具有較好的保護作用。臨床前期的實驗證實,氨磷汀可以減少除中樞神經系統以外的正常組織輻射損傷,對腫瘤組織無影響[1,2]。而在氨磷汀保護作用下,適當放寬V20限定值來觀察放射性肺損傷發生的概率情況,目前此方面的研究還未見報道。

因此,本課題通過建立氨磷汀干預下放射性肺損傷中不同V20值的大鼠動物模型,檢測放射性肺損傷早期分子生物學預測指標TGF-β1、肺組織病理結構等指標變化,來探討氨磷汀與放射性肺損傷中肺劑量體積因素V20值的關系,為臨床解決腫瘤照射劑量的提升提供實驗依據。

1 材料和方法

1.1 實驗動物與分組

雄性SD大鼠125只,清潔級的,體質量200 g左右,由山西醫科大學實驗動物中心提供,生產許可證號:SCXK(晉)2015-0001。用5%苦味酸溶液涂染動物背部被毛,并采用隨機數字表法將動物分為5組,每組25只,分別為空白對照組(無氨磷汀無照射組);模型組Ⅰ(無氨磷汀有照射V20=25%)、模型組Ⅱ(無氨磷汀有照射V20=35%);藥物干預組Ⅰ(有氨磷汀有照射V20=25%)、藥物干預組Ⅱ(有氨磷汀有照射V20=35%)。

1.2 儀器與試劑

60Co-γ射線放射治療機,產自德國西門子公司。氨磷汀,購于大連美羅大藥廠;大鼠轉化生長因子β1(TGF-β1)定量檢測試劑盒購自美國R&D公司。

1.3 放療方法與給藥劑量

動物常規消毒皮膚后,采用10%水合氯醛麻醉,根據大鼠體重按0.3 ml/100 g劑量經腹腔注射。將麻醉后的大鼠保持背部向上,頭部向前。然后采用60Co-γ射線照射右肺,用10 cm厚的擋鉛遮擋,通過調節源皮距(source skin distance,SSD)調控照射面積,射野中心距大鼠體中約74 cm時V20=25%,84 cm時V20=35%,藥物干預組和模型組均給予單野(背部)單次20 Gy照射,照射時間7.9 min。空白對照組大鼠只麻醉不進行照射。

氨磷汀400 mg/支。用藥前用13 ml 0.9%NaCl注射液將其稀釋為30.8 mg/ml,劑量按大鼠體質量150 mg/kg給予,于照射前30 min內腹腔注射,麻醉后進行照射。模型組照射前30 min給于等劑量生理鹽水,麻醉后進行相同劑量的照射。空白對照組不給予麻醉和照射。

1.4 觀察指標取材及檢測

1.5 統計學分析

2 結果

2.1 大鼠肺組織各階段病理變化

肺組織HE、Massons染色結果顯示，與空白對照組相比，模型組Ⅰ、Ⅱ的肺泡壁增厚，大部分肺間質是增生纖維組織和彈性纖維組織(見圖1)。氨磷汀干預后藥物干預組Ⅰ、Ⅱ肺組織也有肺泡壁增厚和纖維化，與模型組Ⅰ、Ⅱ相比程度輕、時間晚，大多數肺泡結構存在，肺泡壁的纖維化增生較輕。無氨磷汀照射組Ⅰ照射1周時大部分可見肺泡壁增厚，炎性細胞浸潤，2周時較前1周肺泡間隔增寬，炎性細胞浸潤明顯，4周時觀察部分出現肺纖維化；8周時全部肺纖維化；12周較8周變化不明顯，模型組ⅡV20=35%組較模型組ⅠV20=25%組更為嚴重。氨磷汀照射組Ⅰ，1周時觀察可見少量肺泡壁增厚，炎性細胞浸潤不明顯，第2周較前1周肺泡間隔略有增寬，炎性細胞浸潤，4周時觀察個別出現肺纖維化；8周時部分出現肺纖維化；12周觀察較8周時變化不明顯。干預組ⅡV20=35%組較干預組ⅠV20=25%組變化不明顯，基本一致。

2.2 血清中TGF-β1的含量變化

各實驗組不同時間點血清TGF-β1的含量變化結果見表1。空白組基本無變化,模型組各時間點與空白組比較均顯著升高(P<0.05)。模型組1周時較空白組含量逐漸升高,4周時達峰值,以后逐漸下降。模型組V20=35%與V20=25%比較,除第1周變化不明顯外,以后各時間點兩組比較均有統計學差異(P<0.05)。藥物干預組與模型組比較均有所降低,但都高于空白組,兩組間比較差異均有統計學意義(P<0.05)。藥物干預組變化趨勢,8周前為逐漸升高,8周后降低,12周時藥物干預組V20=35%與V20=25%組比較變化不明顯,差異無統計學意義。

組別 第1周 第2周 第4周 第8周 第12周 空白組276488±7678219793±6661192458±1076249367±9359210421±8237模型組Ⅰ(V20=25%)526225±18043875552±13256988509±34759796851±21175744589±17837模型組Ⅱ(V20=30%)547659±18185987461±20758?117692±21556?104453±40304?837889±18607?氨磷汀干預組Ⅰ(V20=25%)317225±15169#607625±18247#788974±38926#899270±45028#682290±47035#氨磷汀干預組Ⅱ(V20=30%)347947±37892#682290±25089#800774±37949#889276±38742#726927±29168#

同時間點與模型組V20=25%比較,*P<0.05;同時間同V20與模型組比較,#P<0.05

3 討論

放療是治療惡性腫瘤的主要手段之一,其中照射劑量與照射體積的關系直接影響腫瘤控制概率(TCP)與正常組織并發癥概率(NTCP)的發生情況,而在臨床放療中,必須通過劑量體積因素V20等限定正常組織的受照劑量來降低并發癥的發生概率。如何解決這個瓶頸問題,成為困擾放療醫師的難題。氨磷汀(阿米福汀,amifostine,又稱wR-2721),是目前臨床中常用的細胞保護劑。研究顯示[3,4],放射治療前應用氨磷汀能降低放射性肺炎和肺纖維化的發病率，起到保護正常組織免受放療損傷的作用。臨床常用劑量體積參數V20(受照劑量20 Gy時受照體積和全肺的百分比)來作為安全照射因子指導放療。常用參考數值人體V20小于30%,超出此范圍放射性肺損傷概率明顯增大。而在使用氨磷汀保護劑后,能否適當放寬V20限定值間接提高腫瘤的治療劑量,目前還沒有涉及此類的研究。因此本研究以建立氨磷汀干預下的放射性肺損傷模型為實驗對象,觀察放射性肺損傷劑量體積因素V20在25%和35%條件下發生肺損傷的情況。

放射性肺損傷(radiation pulmonary injury,RP)是胸部放射治療的嚴重并發癥,在肺部放射治療中的發生率為6%-20%[5-7],其發病機制尚未完全明確。但多數學者[8,9]認為放射性損傷不是單個細胞功能的作用,而是多細胞通過細胞因子的復合作用引起的,稱為“細胞因子瀑布”理論。照射肺以產生促炎細胞因子和促炎細胞因子鏈,刺激成纖維細胞增殖,并促進膠原基因啟動子以形成纖維化。研究證實,轉化生長因子β(TGF-β)是肺纖維化形成與發展的啟動樞紐[10]。因此,TGF-β1的表達情況則被認為是判斷是否發生放射性肺損傷的至關重要的指標之一[11-13]。本研究顯示,在未使用氨磷汀時,各時間點模型組TGF-β1表達顯著高于空白組(P<0.05),且模型組V20在35%和25%條件下TGF-β1表達除第1周外各時間點V20=35%組均高于V20=25%組，差異具有統計學意義,說明在照射劑量一定時肺損傷發生概率隨面積增大而增大，這與Tsujino等[14]研究結果一致。而在使用氨磷汀干預后,V20=25%和35%條件下TGF-β1表達均低于模型組,V20=25%和35%兩組比較TGF-β1的表達情況差異無統計學意義,說明在氨磷汀干預下適當增大照射面積,不會影響TGF-β1的表達,提示在氨磷汀保護下適當增大照射面積,發生放射性肺損傷的概率不會有所增加。

組織病理學觀察和膠原染色的結果進一步表明,單純照射組肺泡壁增厚,其肺泡基質的大部分是增生纖維組織和彈性纖維組織,且V20=35%條件下病變明顯較V20=25%嚴重,而氨磷汀干預的照射組肺泡壁也有增厚和纖維化,與單純照射組相比程度輕,出現時間晚,仍顯示大部分肺泡結構存在,肺纖維化增生輕于單純照射組,且在V20=35%、V20=25%條件下二者病變無顯著差異。此結果與上述TGF-β1結果相一致。說明在氨磷汀保護下放射性肺損傷的病變程度不隨照射面積增加而加重,提示在氨磷汀保護下照射劑量一定時可適當放寬V20限定值。

綜上所述,本研究結果顯示在氨磷汀干預的條件下,可適當放寬V20限定值即增大照射面積,不增加放射性肺損傷,而這為臨床適當放寬放療適應癥提供了實驗依據。

[1] Wu HY, Hu ZH, Jin T. Sustained-release microspheres of amifostine for improved radio-protection, patient compliance, and reduced side effects[J]. Drug Deliv,2016, 23(9):3704-3711.

[2] Shen H, Chen ZJ, Zilfou JT,etal. Binding of the aminothiol WR-1065 to transcription factors influences cellular response to anticancer drugs[J]. Phmmacol Exp Ther, 2001, 297(3):1067-1073.

[3] Vujaskovic Z, Feng QF, Rabbani ZN,etal. Radioprotection of lungs by amifostine is associated with reduction in profibrogenic cytokine activity[J]. Radiat Res, 2002, 157(6):656-660.

[4] Duan Y, Chen F, Yao X,etal. Protective Effect of Lycium ruthenicum Murr. Against Radiation Injury in Mice[J]. Int J Environ Res Public Health, 2015, 12(7):8332-8347.

[6] Dabjan MB, Buck CM, Jackson IL,etal. A survey of changing trends in modelling radiation lung injury in mice: bringing out the good, the bad, and the uncertain [J]. Lab Invest, 2016, 96(9):936-949.

[7] 陳偉,宮帥,尹靜靜.肺癌放射治療致放射性肺炎的臨床療效分析[J].中國實用醫藥,2014,9(27):7-9.

[8] 白蘊紅,王德文.放射性間質性肺炎的自由基生物學機理的探討[J].中華放射醫學與防護雜志,1994,14(4):253-255.

[9] Xu L, Bian W, Gu XH,etal. Differing expression of cytokines and tumor markers in combined pulmonary fibrosis and emphysema compared to emphysema and pulmonary fibrosis[J]. COPD, 2017, 14(2):245-250.

[10] Williams EJ, Benyon RC, Trim N,etal. Relaxin inhibits effective collagen deposition by cultured hepatic stellate cells and decreases rat liver fibrosis in vivo[J]. Gut, 2001, 49(4):577-583.

[11] De Jaeger K, Seppenwoolde Y, Kampinga HH,etal. Significance of plasma transforming growth factor-beta levels in radiotherapy for non-small-cell lung cancer[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2004, 58(5):1378-1387.

[12] 趙路軍.王綠化,王小震,等.血液中TGF-β、IL-6及ACE含量在預測放射性肺炎中的價值[J].中華放射腫瘤學雜志,2006,15(3):217-221.

[13] Kim JY, Kim YS, Kim YK,etal. The TGF-β1dynamics during radiation therapy and its correlation to symptomatic radiation pneumonitis in lung cancer patients[J]. Radiat Oncol, 2009, 4:59-64.

[14] Tsujino K, Hashimoto T, Shimada T,etal. Combined analysis of V20, VS5, pulmonary fibrosis score on baseline computed tomography, and patient age improves prediction of severe radiation pneumonitis after concurrent chemoradiotherapy for locally advanced non-small-cell lung cancer[J]. J Thorac Oncol, 2014, 9(7):983-990.

Relationship between amifostine and lung dose volume factor V20in radiation-induced lung injury

ZHENG Baozhen1,CHEN Zhaoyang2,WANG Tianqi3,WANG Hailong2,PANG Min4,GUO Min2*

(1DepartmentofThoracicRadiotherapy,ShanxiTumorHospital,Taiyuan030013,China;2LaboratoryAnimalCenterofShanxiMedicalUniversity,ShanxiKeyLaboratoryofExperimentalAnimalsandAnimalModelsforHumanDiseases;3DepartmentofAnesthesiology,SecondHospitalofShanxiMedicalUniversity;4DepartmentofRespiration,FirstHospitalofShanxiMedicalUniversity;*Correspondingauthor,E-mail:gm5647@163.com)

ObjectiveTo establish an animal model of lung60Co-γ radiation injury caused by amifostine and to investigate the effect of amifostine on lung injury in the lung dose volume factor 25% and 35%.MethodsSD male rats were randomly divided into control group, model group Ⅰ (radiation with V20=25% and no amifostine), model group Ⅱ (radiation with V20=35% and no amifostine), drug intervention group Ⅰ (radiation with V20=25% and amifostine), and drug intervention group Ⅱ (radiation with V20=35% and amifostine). The rats in model groups and drug intervention groups were irradiated with60Co-gamma on the right lung. The blood and irradiated lungs from rats were collected at the end of 1, 2, 4, 8 and 12 weeks after irradiation. The levels of transforming growth factor-beta 1(TGF-β1) were determined using ELISA. The pathological damage of lung tissues was assessed using HE and Massons staining.ResultsThe alveolar wall was thicker, and there was more hyperplasia fibrous tissues and elastic fiber tissues in the alveolar interstitial in model groups than in control group. The levels of TGF-β1in model groups were increased significantly compared with control group(P<0.05). The appearance time of the thicken alveolar wall and lung fibrosis in drug intervention groups(V20=25% and 35%) was lagged compared with model groups. Moreover, the pathological damage of lung tissues in drug intervention groups was slighter than that in model groups. The levels of TGF-β1in drug intervention groups were decreased compared to model group(P<0.05). The degree of pathological injury in model group Ⅱ was more severe than that in model group Ⅰ. The levels of TGF-β1in model group Ⅱ were higher than those in model group Ⅰ. However, the degree of pathological injury and the levels of TGF-β1showed no significant difference between drug intervention groups Ⅰ and Ⅱ.ConclusionAmifostine can reduce the incidence of radiation-induced lung injury and the amifostine may appropriately increase the V20limit value.

amifostine; radiation-induced lung injury; lung dose volume factor; transforming growth factor

山西省科技攻關基金資助項目(20130313017-5)

鄭保珍,男,1972-07生,碩士,主治醫師,E-mail:zhengbz789@163.com

2017-03-03

R730.55

A

1007-6611(2017)07-0671-05

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.07.007