鼻咽癌放射治療后導致認知功能障礙的研究進展

吳小戀 張 宇 陳瑞年 周海紅

廣東醫科大學附屬醫院神經內科，廣東湛江 524001

放射治療（放療）是鼻咽癌的主要治療方法，但放療不僅殺傷腫瘤細胞，還會損傷周圍的正常組織，引起海馬相關的學習和記憶功能障礙、局部神經功能缺損等腦損傷表現。放射性腦損傷（radiation-induced brain injury，RBI）是指電離輻射后出現的腦部損傷，以照射結束后6～47個月最為常見。RBI依據發生時間分為急性型、早期遲發反應型和晚期遲發反應型[1]。晚期遲發型腦損傷中常出現認知功能障礙，嚴重影響患者生存質量，給家庭帶來沉重的經濟負擔。目前對鼻咽癌放射性認知障礙的發生機制尚未完全明確，本文將從發病機制、影響因素和治療方法對其進行綜述。

1 放射性認知障礙的發病機制

1.1 海馬神經發生障礙

海馬依賴性認知功能依賴于新神經元的產生和樹突結構的維持，放射性認知功能障礙與放射引起海馬神經發生活動減少有關。海馬齒狀回顆粒下區（subgrnnular zone，SGZ）和側腦室的腦室下區（subventricular zone，SVZ）是神經發生的兩個區域。放射直接損傷神經干/前體細胞的DNA，當DNA損傷無法及時修復時細胞則啟動凋亡，導致神經干/前體細胞、功能性神經元數量減少，從而抑制神經發生，并且通過p53和腦源性神經營養因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）等信號途徑調節神經干/前體細胞的生長、分化[2]。有研究表明小鼠接受單劑量10 Gy可誘導顯著的海馬依賴性認知損傷，與SGZ細胞增殖減少和未成熟神經元數量減少有關[3]。轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）是一種響應放射損傷而釋放的細胞因子，研究顯示受照射的腦內皮細胞通過TGF-β/Smad3信號傳導誘導神經干/祖細胞凋亡，導致SVZ區域的神經發生減少，并觀察到體內阻斷TGF-β信號傳導可阻止細胞凋亡和誘導神經干/祖細胞增殖，改善受照射小鼠的神經發生，有望用于防治放療后的神經發生減少和認知功能障礙[4]。總之，目前認為海馬神經發生障礙是導致放射性認知功能障礙發生的關鍵因素。

1.2 海馬神經元興奮性和突觸可塑性改變

海馬CA1神經元中興奮性谷氨酸能和抑制性γ氨基丁酸（gamma amino butyric acid，GABA）能傳遞之間的平衡對神經元網絡的正常功能非常重要。最近一項研究發現小鼠在接受顱腦照射后3個月出現認知障礙，并觀察到海馬CA1錐體神經元中自發放電和興奮性突觸輸入顯著減少，以及抑制性輸入顯著增強，在受照射的小鼠中，海馬中的長期增強減弱，谷氨酸受體1（glutamate receptor，GluR1）表達受到抑制，提示放射會損害海馬CA1錐體神經元興奮性和突觸可塑性影響認知功能[5]，為放射性認知功能障礙的治療提供了新方向。

1.3 神經炎癥

顱腦放射治療后主要通過持續激活小膠質細胞和引起星形膠質細胞增生來介導慢性神經炎癥的進展，可能造成神經干細胞命運發生改變，從而抑制神經發生，導致放射性腦損傷晚期出現神經認知障礙。

1.3.1 小膠質細胞 小膠質細胞是中樞神經系統（central nervous system，CNS）中的常駐免疫細胞。小膠質細胞受照射后發生活化，活化的小膠質細胞有M1型和M2型，M1型小膠質細胞分泌不利于海馬神經發生的促炎細胞因子，而M2型分泌有利于海馬神經發生的抗炎細胞因子[6]。當促炎和抗炎信號失衡時，進展成為慢性炎癥，持續活化的小膠質細胞同時釋放氧活性物質，導致各種炎癥介質的表達，如細胞因子、黏附分子和趨化因子，加重神經炎癥，與認知功能受損密切相關。本課題組前期研究發現受照射小鼠海馬組織炎癥因子水平在照射后顯著升高，照射可促進小膠質細胞向促炎表型轉變，并觀察到促進小膠質細胞M2極化對輻射誘發的小鼠認知功能障礙起到改善作用[7]。目前越來越多的研究旨在改變活化的小膠質細胞極化狀態來防治放射性腦損傷和隨后的認知功能障礙。

1.3.2 星形膠質細胞 受照射的小膠質細胞可以誘導星形膠質細胞增生，成為反應性星形膠質細胞。星形膠質細胞對于維持血腦屏障（blood brain barrier，BBB）完整性至關重要。分泌促炎因子的反應性星形膠質細胞可促進BBB分解和外周浸潤性T細胞（CD3）的浸潤，釋放神經毒性因子，誘導持續的神經炎癥反應，從而誘導神經元細胞凋亡，導致長期神經認知功能障礙[8]。然而，也有研究表明反應性星形膠質細胞形成的瘢痕可以通過阻止免疫細胞入侵CNS來減輕炎癥反應，從而保護腦組織。星形膠質細胞在RBI引起的神經炎癥中的雙重作用需要進一步研究。

1.4 神經營養因子

神經營養因子對神經元發育、成熟神經元的突觸活動和可塑性、神經元的增殖、分化和存活等過程發揮關鍵作用。目前小鼠海馬體中豐富的BDNF和神經生長因子（nerve growth factor，NGF）備受關注。研究表明小鼠全腦照射可顯著降低海馬BDNF水平，BDNF信號傳導損傷與學習記憶能力受損密切相關[9]。BDNF及其受體啟動的信號級聯反應是突觸可塑性的關鍵調節因子，在多種神經退行性疾病中發現[10]。有研究顯示抑郁癥患者海馬齒狀回中BDNF mRNA水平降低，同時觀察到海馬依賴性記憶障礙以及海馬體積縮小[11-12]，提示BDNF可能參與海馬體依賴性學習、記憶以及情緒調節。NGF具有調節神經元生長發育、促進神經元存活及修復受損神經細胞等關鍵作用。NGF和BDNF及其受體的表達會因極低劑量的輻射而改變，表明神經營養因子在發育過程中對輻射高度敏感[13]。目前神經營養因子藥物已廣泛應用于放射性腦損傷及其他類型腦損傷患者。

1.5 血管和血腦屏障的損傷

腦微血管是供給大腦營養和維持內環境穩定的結構基礎，體外研究顯示輻射可誘導腦微血管內皮細胞凋亡和衰老[14]。顱內照射后內皮細胞凋亡的直接后果是血腦屏障結構的破壞。有研究發現放射能誘導局部組織缺氧，刺激血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）產生，進而增加BBB通透性，可能與患者認知功能障礙相關[15]。顱腦放射后晚期可出現小血管動脈粥樣硬化，容易導致血栓形成和血管閉塞，進而影響腦局部血流，引起腦缺血、腦梗死、腦白質壞死等，導致認知功能障礙甚至病死。

1.6 氧化應激

電離輻射通過產生活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species， RNS）誘導氧化應激，如羥自由基（·OH）、過氧化氫（H2O2）和一氧化氮（NO）等。氧化還原穩態對于調節神經干細胞/前體細胞的命運和功能至關重要。神經干細胞對輻射存在顯著敏感性，研究證明低劑量（＜1 Gy）的帶電粒子可引起急性和持續的氧化應激反應，并導致認知功能受損[16]。輻射誘導的氧化應激不僅誘導神經元凋亡，還干擾腦內微環境，影響神經干細胞分化，影響神經發生。ROS的過度生成可破壞線粒體蛋白質、質膜和線粒體DNA等，引起線粒體損傷，導致線粒體功能障礙，影響線粒體的生物能量和生物合成代謝，并誘導程序性細胞凋亡[17]，促進氧化應激損傷。此外，氧化應激引起促炎性介質過度表達，與腦微血管內皮細胞功能障礙和血腦屏障破壞密切相關，可導致神經退行性疾病的發生和發展[18]。

2 放射性認知障礙的影響因素

2.1 性別

大多數關于放射性腦損傷的動物研究使用雄性小鼠，但最近的研究表明輻射引起的認知功能障礙存在性別差異。一項研究顯示雄性和雌性小鼠在出生后第14天接受單劑量8 Gy顱腦照射后2個月進行位置學習，雌性小鼠出現位置學習障礙，而雄性小鼠則沒有出現[19]。

2.2 年齡和隨訪時間

研究顯示與大鼠成年海馬體相比，幼年海馬體對輻射的反應在小膠質細胞的密度、活化小膠質細胞的數量、細胞凋亡水平等方面有明顯的不同。在幼年時接受照射的大鼠在3個月時存在物體記憶缺陷，而受照射的中年大鼠則沒有出現類似的缺陷[20]。老年大鼠在放療后1個月和3個月未出現認知功能障礙，但在放療后6～7個月開始出現認知障礙，說明如果有足夠的隨訪時間，老年大鼠可能表現出認知障礙[21]。年齡和隨訪時間對放射性認知功能障礙可能存在影響，輻射引起的認知功能障礙的機制可能隨著年齡的變化而不同。

2.3 遺傳異質性

鼻咽癌放療結束后晚期易導致顳葉損傷（temporal lobe injury，TLI），引起頭痛、神經認知功能障礙等表現，但存在個體遺傳異質性。在一項前瞻性的觀察研究中，對1082例患者進行了全基因組關聯分析，并分別在1119例和741例患者的兩個獨立隊列中進行驗證，鑒定出CEPl28中心體蛋白質的遺傳變異增加鼻咽癌患者發生放射性TLI的風險，確定CEPl28基因作為鼻咽癌患者發生TLI的易感基因[22]。但CEPl28基因具體如何參與放射性顳葉損傷，需要進一步的分子機制研究為患者個體化放療提供依據。

2.4 放射劑量

鼻咽癌放療后腦損傷與顳葉受照射劑量密切相關。海馬位于顳葉內，鼻咽癌患者接受放療時海馬會受到一定的照射劑量，導致認知功能損傷，損傷的程度與受照射劑量呈正相關。動物研究通常在10～40 Gy的劑量范圍內進行，所以放射引起認知障礙的相關研究集中在該范圍內。鼻咽癌放療中海馬不同部位受照劑量存在差異，海馬頭部受照射劑量最高[23]，海馬體次之，而海馬體在記憶過程中起關鍵作用，提示屏蔽海馬至關重要，鼻咽癌放療過程中限制海馬受照射劑量可能對于改善放射性認知障礙有所幫助。目前鼻咽癌放射性認知障礙與海馬受照射劑量的相關研究較少，尚無明確的引起放射性認知障礙的劑量閾值。

3 放射性認知障礙的治療

3.1 治療方法

目前認為對放射性認知功能障礙治療有效的方法如下。①運動和豐富環境：研究顯示自愿性跑步和強制跑步運動可增加海馬神經發生和神經營養因子表達，防止顱腦照射后進行性記憶衰退[24-25]。通過豐富環境可以增加海馬區神經發生，改善受照射大鼠的記憶功能[26]。②高壓氧治療：有助于提高腦組織氧供，促進神經血管再生。吸入純氧的受照射大鼠認知功能較吸入空氣的大鼠得到改善[27]。③干細胞療法：干細胞具有自我更新和多項分化的潛能，是神經再生和修復的理想細胞來源。動物研究顯示向照射后的大鼠腦內移植神經干細胞，海馬神經發生在移植后1～4個月內恢復，認知功能障礙得到改善[28]。

3.2 治療藥物

治療藥物的作用機制與發病機制密切相關，目前臨床證實有效的藥物如下。①糖皮質激素：通過抑制炎癥反應對放射治療后認知障礙有改善作用。②自由基清除劑：艾地苯醌、依達拉奉、超氧化物歧化酶等藥物通過清除自由基改善放射所致的后期效應[1]。③貝伐珠單抗：作為一種抗VEGF藥物，可通過減少毛細血管滲漏及腦水腫來減輕放射性腦損傷[29]。④鹽酸美金剛：作為興奮性氨基酸受體拮抗劑，能有效減緩顱腦放療患者的認知功能障礙進展[30]。⑤鹽酸多奈哌齊：臨床研究結果表明腦腫瘤患者接受放射治療后使用，認知功能獲得明顯改善[31]。⑥神經保護劑：奧拉西坦、神經節苷脂、神經生長因子等藥物已應用到臨床以減輕放療對神經的直接損害作用。近年來，隨著對放射性認知功能障礙的不斷重視和研究，越來越多的成果在動物研究上證實可以改善放射后的認知障礙，比如海帶多糖[32]、首烏[33]、雙去甲氧基姜黃素[34]、阿魏酸[35]等藥物。未來需要更多的努力使這些藥物進入臨床研究階段。

4 小結

放射性認知功能障礙主要與海馬神經發生障礙、海馬神經元興奮性和突觸可塑性改變、神經炎癥、神經營養因子、血管和血腦屏障損傷以及氧化應激等機制有關，近年來對影響放射性認知功能障礙的因素也越來越重視。目前對放射性認知障礙的臨床治療方法尚不成熟，一系列不同種類和作用機制的藥物通過細胞及動物實驗被證實有效，但缺乏臨床證據，有待臨床研究進一步驗證。放射性認知障礙仍是臨床工作中的難點之一。通過對放射性認知障礙的發病機制、影響因素進行研究，以期找到新的治療靶點，延緩放射性認知障礙的發生、發展。