電離輻射致人眼后節血管性病變的分子學機制研究進展＊

于豐萁，馬得勛，王松雷，劉書鋒

電離輻射可導致機體組織出現急性、慢性或遲發性的損害，目前多以放射治療或意外照射后并發癥的形式表現出來［1-4］。人眼解剖結構精細，組織類型特殊復雜，受到電離輻射影響的表現也很復雜。人眼以晶狀體為界分為前節和后節，后節包括的主要組織有玻璃體、脈絡膜、視網膜、前部視神經等。玻璃體無血管、無神經、透明，脈絡膜組織含有大血管層、中血管層及毛細血管層，視網膜及前部視神經包含有神經細胞及供養血管。電離輻射引起的相關性視網膜病變本質上是因血管內皮細胞（vascular endothelial cell，VEC）丟失、毛細血管閉塞引起視網膜微血管病變［5-8］，電離輻射相關性視神經病變（radiation-induced optic neuropathy，RION）也可表現為血管炎性病變，且屬于不可逆性病變［9-11］。脈絡膜組織大多為血管，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的影響是造成眼后節疾病的一個重要因素。該文重點綜述電離輻射對人眼后節血管系統影響的分子學機制。

1 電離輻射造成血管通透性改變的分子學機制

Archer等［12］認為早期電離輻射造成視網膜VEC死亡，引起十分微小的血管上皮損傷，緊接著不斷出現視網膜VEC的死亡、遷移、分裂及遠期死亡，造成內皮細胞緊密連接結構破壞，這種惡性循環觸發血管內皮的炎癥反應和瀑布效應［13］。血管內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，VEC在電離輻射損傷發生、發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，造成血管內皮通透性的改變，最終導致血管通透性的改變［14］。

1.1 VEC細胞間的連接方式內皮細胞通過兩種方式實現連接——緊密連接和黏著連接。緊密連接有密封蛋白（claudins，構成緊密連接的一種小的分子質量為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，都要通過細胞質中的蛋白質介導同細胞骨架的肌動蛋白相連從而引起細胞的信號轉導［17］，VE-鈣黏蛋白，就是一種特異性內皮黏著連接蛋白，對血管內皮屏障功能維持起至關重要的作用［18，19］。 起源于不同類型血管的內皮細胞，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。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。但是這兩種蛋白質數量的降低，并不是因為轉錄水平的降低造成的，也不是因為這兩種蛋白質代謝降解的增加造成的。對產生兩種蛋白的轉錄因子CDH5和CLDN5 mRNA的測定發現，電離輻射反而造成CDH5和CLDN5 mRNA數量的輕度上調。至于何種原因造成的這兩種蛋白質數量的降低，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肽酶將穿膜蛋白的胞外域水解下來的現象，是細胞響應外來刺激時下調表面受體或黏附分子數量的一種方式，具有調節信號轉導的作用。多見于發炎、細胞降解、凋亡和癌變等病理過程。這一作用直接導致血管內皮通透性增加［22，23］。電離輻射暴露后，生成ADAM10蛋白質的轉錄過程隨照射劑量增加呈現出較溫和的增高。ADAM10的生成過程為：首先形成一個84kDa的非活化前體，通過Furin肽鏈內切酶或前體蛋白轉化酶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］也認為血管內皮生長因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）活 化介導的信號轉導在電離輻射造成的血管內皮通透性增加的過程中并沒有起到作用，而是通過細胞內Ca2+的聚積實現的。細胞內Ca2+聚積可誘導ADAM10活化［26-28］。

電離輻射后，VE-鈣黏蛋白介導了CLDN5的降低。對肝細胞E-鈣黏蛋白（另一種黏著連接蛋白）的研究發現，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組織或腫瘤炎癥反應的生物學基礎，血管內皮起到了一個綜合的作用。VEC、血循環細胞的蛋白質糖基化是急慢性炎癥反應中免疫細胞趨化作用的一個關鍵步驟［31-33］。蛋白質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）是連接在蛋白質肽鏈中天冬酰胺殘基側鏈酰胺氮上的寡糖。此類寡糖通常均有一個核心的五糖和類似結構的外周糖鏈。可分為高甘露糖型、復合型和雜合型三類。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-聚糖緊密結合，而與雙聯復合型N-聚糖相互作用較弱［34］。對人臍帶血管內皮細胞 （Human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）的研究發現，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。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長期的相關性功能損害［36］，導致循環細胞黏附性增加［37，38］。 電離輻射效應通過降低復合型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（角質素除外）和己糖胺成分的重復復合單位構成。其脫落后可造成內皮多糖-蛋白質復合物的寬度和大小降低［32，39］，增加了內皮細胞糖蛋白抗原表位的易親近性，導致白細胞的黏附。咔唑試驗顯示HUVECs電離輻射后2 d糖胺聚糖成倍降低。

另外電離輻射誘導的單核細胞-內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皮的聚集效應。使用α-甲基甘露糖的抑制試驗證實這一結論［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肽鏈中絲氨酸/蘇氨酸殘基，以及其他氨基酸殘基側鏈羥基上的寡糖。此類寡糖多數較短，而又呈現不同的結構，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［35］。

綜上所述可見，電離輻射造成的血管損害直接導致了視網膜、視神經相應的血管炎癥性病變，視網膜及視神經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，視網膜及視神經一旦出現電離輻射相關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病變的分子學機制需要更深入研究，以期找到根本癥結，探尋更有效的治療措施，并且通過分子學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。