TGF-β1在放射性肺损伤预测及防治中的临床意义

陈青，吴锦昌

（南京医科大学 肿瘤学系，南京医科大学附属苏州医院 放疗科，江苏 苏州 215001)

放射治疗是胸部肿瘤的主要治疗手段之一，在局部晚期或不能手术的早期胸部肿瘤的治疗中发挥着重要作用。而放射性肺损伤是胸部肿瘤放疗的常见且严重的并发症，临床上主要表现为早期的放射性肺炎（radiation pn-eumonitis，RP）和后期的放射性肺纤维化，直接影响患者预后和生存质量。找到放射性肺损伤发生的预测参数及放射性肺损伤的防治药物，将有利于胸部肿瘤放射治疗方案的优选。实验及临床研究证实，转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）是发生放射性肺损伤的一个关键因素。近年来，国内外学者对TGF-β1在放射性肺损伤预测和防治中的作用及价值进行了大量研究。本综述就外周血TGF-β1水平在预测放射性肺损伤中的作用、TGF-β1基因多态性预测放射性肺损伤的价值、TGF-β1与放射性肺损伤防治等方面的研究现状作一简要概述。

1 外周血TGF-β1水平预测放射性肺损伤的作用

正常人外周血的TGF-β1处于低水平,在生理条件下，局部产生的TGF-β1不可能进入血循环[1]，而当肺组织受到照射后，局部TGF-β1表达提高，由于内皮细胞受损，过量的TGF-β1漏入血液循环，导致外周血中的TGF-β1水平升高，同时TGF-β1可反向漏入受损区，被激活并且放大局部过程，导致RP及放射性肺纤维化。另一方面，当肿瘤对放疗反应良好时，循环TGF-β1水平可以下降，TGF-β1水平的下降可能是由于放射后肿瘤基质细胞的死亡。因此，TGF-β1可以作为一个血浆标记物进行检测，并且有可能通过观察其血浆水平的高低或放疗前后的变化来预测肿瘤放疗反应性及发生RP的概率。

早在1994年，Anscher等[2]观察了8例肺癌放疗患者治疗前后的血浆TGF-β1水平变化，发生RP患者的TGF-β1水平在放疗过程中持续升高，而未发生RP的患者放疗结束时TGF-β1水平正常。Mitchell等[3]对73例接受放疗的肺癌患者进行了前瞻性研究，认为放疗前高水平的TGF-β1不一定增加发生RP的风险，而放疗结束时血浆TGF-β1值对预测是否发生RP则具有重要意义，并提出放疗过程中动态监测血浆TGF-β1水平，可用于指导肺癌放疗中剂量推量的临床研究。Vujaskovi等[4]对27例3期肺癌患者的血浆TGF-β1水平进行观测，认为放疗中TGF-β1水平的升高不仅可能预示发生肺损伤的高风险，还预示着治疗失败。Fu等[5]对103例肺癌放疗患者的研究认为，放疗末TGF-β1水平的升高是放射性肺损伤的独立风险因子，将TGF-β1与整个疗程中全肺接受30 Gy以上肺体积的百分比（V30）结合分析有助于发现放射性肺损伤高风险的患者。

近年来关于外周血TGF-β1水平预测放射性肺损伤的研究逐渐向多样本量、多观察点、动态监测发展，并且联合多因素分析。2008年，Zhao等[6]监测了26例非小细胞肺癌患者放疗前、放疗中第2、第4周以及放疗结束时血浆TGF-β1水平的变化。结果显示，放疗第4周的TGF-β1水平升高与放射性肺损伤显著相关，而所选取4个观察点的TGF-β1绝对值变化与放射性肺损伤无明显关联。2009年，Zhao等[7]联合多中心的165例肺癌患者放疗资料再次进行了分析，结果显示，放疗第4周，放射性肺损伤组TGF-β1水平显著高于非放疗组（P<0.05）；将TGF-β1比率结合年龄、化疗与否、放疗前肺一氧化碳弥散量（diffusing capacity for carbon monoxide，DLCO）、全肺的平均剂量（mean lung dose，MLD）进行多因素分析显示，TGF-β1比率是与放射性肺损伤显著相关的唯一因素（OR=2.998，P<0.05）。为更好地预测放射性肺损伤，他们还将TGF-β1比率与MLD联合，根据两个高危因素（TGF-β1比率>1，MLD>20 Gy）将患者分为3个亚组（无高危因素组、带一个高危因素组、带两个高危因素组），其放射性肺损伤发生率分别为4.3%、47.4%、66.7%，对于今后建立有效的预测模型有重要参考意义。

Kim等[8]对34例接受胸部三维适形放疗患者的血浆TGF-β1水平进行了动态监测，结果显示，患者放疗前TGF-β1水平对于肺不良反应的发生无统计学意义（P=0.157）；在放疗过程中，发生≥2级（RTOG分级）肺不良反应的RP患者从放疗初期到放疗中期，TGF-β1水平有所下降，在放疗末RP组TGF-β1水平开始上升，于放疗后4周升高显著（P<0.05）；而未发生RP患者的TGF-β1水平自放疗中期较放疗前下降，这与Hur等[9]的发现相似，但其变化规律与Zhao等[6-7]的数据有所不同。其他一些临床研究也表明，TGF-β1水平在放疗前后的放射性肺损伤患者中都显示了有意义的变化，但其变化规律不尽相同。而造成各项研究结果差异的原因，一方面可能是由于TGF-β1既是放射性损伤的标记物，也是肿瘤应答的标志物，带瘤生存患者TGF-β1水平显著高于无瘤生存患者（P<0.05）[10]，故肿瘤间质中产生的TGF-β1影响了血清TGF-β1水平；其次，血样处理过程中，离心条件的变化和血小板的污染都会人为地提高血浆TGF-β 1水平，Kong等[11]在早期的实验中发现血小板的降解会明显提高血TGF-β1水平，血样置于室温1.5～2 h后TGF-β1水平会比最初水平提高1.4～5倍，离心条件的变化也会造成其10倍多的差别；另外，患者相关疾病、病程时间、放疗前所行治疗、是否化疗，以及样本数量等，都与TGF-β1的产生密切相关。以上各种因素都有可能造成血清TGF-β1检测的误差，混淆了其预测放射性肺损伤的价值。

2 TGF-β1基因多态性预测放射性肺损伤的价值

治疗因素如放疗技术、MLD、全肺接受20 Gy以上肺体积的百分比（V20）、手术、化疗等，以及个体因素如年龄、性别等，只能解释临床上放射性肺损伤发生存在个体差异原因的1/3，起更深刻作用的是个体间的放射敏感性差异[12]。通过基因单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）的检测，有希望预测严重的放射性肺损伤的发生。

Yuan等[13]分析了164例非小细胞肺癌放疗患者（白种人占77.4%）的DNA样本，结果显示，在发生≥2级的RP患者中，TGF-β1基因片段rs1800469：C-509T与rs1982073：T869C的SNP位点与其有明显相关性，而对于发生≥3级RP的患者，只有rs1982073：T869C的SNP位点差异具有明显相关性；在调整了卡氏评分（KPS）、吸烟情况、V20以及MLD等因素后，rs1982073：T869C的SNP位点与RP发生概率差异仍有统计学意义，提示其为独立的相关因素。将其与V20、MLD结合考虑，可以认为携带rs1982073：T869C的CT/CC基因型的患者，MLD<20 Gy或者V20<30%时，其发生RP的概率最低，这对于放射性肺损伤预测模型的建立无疑具有重要价值。

但是Wang等[14]指出，不同人种TGF-β1的基因多态性与其发生RP风险的相关程度不尽相同，在评估RP风险的同时，需要考虑不同种族的基因多样性；他们对179例中国国内的非小细胞肺癌患者的样本进行了分析，未发现任何与RP风险相关的TGF-β1基因多态性位点，且未发现其与血浆TGF-β1水平的关联；通过比较两个种族之间 TGF-β1的同位基因频率和基因型分布，发现中国人与白种人有着显著的区别，这对于今后的研究有重要的参考意义。近年来随着转化医学的发展，基因检测对化疗药物的临床选择起着意想不到的效果，这对于基因检测将来是否能同样应用于放疗无疑是很大的鼓舞，相信不久以后可以找到确切有效的放射性肺损伤相关基因位点。

3 TGF-β1在放射性肺损伤防治中的临床意义

过去一直认为肺纤维化过程是不可逆的，然而，目前许多研究成果证实肺纤维化实际上是一个动态进程，以持续地塑形和长期的成纤维细胞活化为特征。而TGF-β1作为其中的一个关键性细胞因子，已成为现今放射性肺损伤防治的新靶点。通常认为TGF-β1的主要信号传导通路是：TGF-β1首先与II型受体结合，再结合I型受体，活化的I型受体磷酸化Smad2/3，后者与Smad4结合形成异二聚体，并转位入核，调节靶基因的表达，Smad6、Smad7则是抑制性信号蛋白，构成一个负反馈环路。多个研究表明，对TGF-β1信号通路的干预可减轻放射性肺损伤的发生：Chen等[15]认为咖啡酸苯乙基酯通过阻断TGF-β1的传导来减轻由胸部放疗引起的炎症级联反应，但对正常的肺组织不会产生毒性；Anscher等[16]对兔的动物实验研究发现TGF-β1抗体1D11，可减轻炎症反应及肺泡细胞的形态改变，并可减少表达及激活的TGF-β1。付荣泉等[17]利用TGFβRII-siRNA对肝星状细胞的研究认为，TGFβRII-siRNA具有抗肝纤维化作用，是通过下调TGFβRII、Samd2、Smad3 mRNA表达，阻断了TGFβR/Smad信号，减少肝星状细胞胶原合成实现的，通过此研究相信构建TGFβR-siRNA相关质粒对于治疗放射性肺纤维化同样具有重要意义。亦有研究认为，除Smad介导途径，TGF-β1还可以通过其他途径传导信号，如丝裂原激活的蛋白激酶（MAPKs）途径[18]。因此通过TGF-β1传导通路的靶向作用不失为阻止放射性肺损伤的有效方法。2010年，Benjamin等[19]对54只Fischer-344大鼠分组实验研究发现，MnTE-2-PyP5对放射性肺损伤有保护效应，且其对放射后8周证实的放射性肺损伤有逆转作用，MnTE-2-PyP5 组相比单放疗组TGF-β1表达水平明显降低，其机制可能与减轻氧自由基损伤有关，这对于新一代抗肺纤维化药物的研发无疑是一大福音，大大增加治愈放射性肺损伤的可能。

国内近些年的研究显示，中药应用于放射性肺损伤的防治具有很大前景。谢从华等[20]对C57BL/6小鼠分组实验发现当归能明显降低该过程中TGF-β1的表达水平，对放射性肺损伤有一定治疗作用，其机制可能与其提高SOD活性，减轻氧自由基损伤，抑制胶原沉积有关。朱砚萍等[21]对40例进行胸部放疗的胸部肿瘤患者的研究表明，川芎嗪能抑制放射治疗后血浆TGF-β1的过度表达，减轻放射治疗后弥散功能的恶化程度。Liu等[22]将90例非小细胞肺癌放疗患者随机分为安慰剂组和黄连素组，发现黄连素能显著降低放射性肺损伤发生率，黄连素组患者TGF-β1水平明显下降。目前对于这些中药的作用机制和成分尚不清楚，对于指导放射性肺损伤的早期防治仍有待进一步的研究。

4 结语

对 TGF-β1在放射性肺损伤预测和防治中作用及地位的深入研究，对胸部肿瘤的放射治疗前景具有重要意义：一方面在进行高剂量高风险放疗前对可能出现严重放射性肺损伤的患者予以及早识别和判断，为其选择精确的放疗技术，以期使放疗剂量达到较高水平，或为其寻找有效的替代疗法；另一方面可以为低风险的患者选择更有效的放射剂量，从而在降低放射性肺毒性的同时最大程度提高治疗效果；并且在放疗过程中选择安全有效的防治药物更进一步地减轻患者痛苦，进而改善患者的生活质量。

[1] Grainger DJ, Mosedale DE, Metcalfe JC. TGF-beta in blood: a complex problem[J]. Cytokine Growth Factor Rev,2000,11(1):133-145.

[2] Anscher MS, Murase T, Prescott DM, et al. Changes in plasma TGF-β levels during pulmonary radiotherapy as a predictor of the risk of developing radiation pneumonitis[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys,1994,30(3):671-676.

[3] Mitchell S, Anscher MD, Kong FM, et al. Plasma transforming growth factor β1 as a predictor of radiation pneumonitis [J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys,1998,41(5):1029-1035.

[4] Vujaskovic Z, Groen HJ. TGF-beta, radiation-induced pulmonary injury and lung cancer [J]. Int J Radiat Biol,2000,76(4):511-516.

[5] Fu XL, Huang H, Bentel G, et al. Predicting the risk of symptomatic radiation-induced lung injury using both the physical and biologic parameters V(30) and transforming growth factor beta[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2001,50(4):899-908.

[6] Zhao L, Kerby S, Chen M, et al. The predictive role of plasma TGF-β1 during radiation therapy for radiation-induced lung toxicity deserves further study in patients with non-small cell lung cancer[J]. Lung Cancer,2008,59(2):232-239.

[7] Zhao L, Wang L, Ji W, et al. Elevation of plasma TGF-β1 during radiation therapy predicts radiation-induced lung toxicity in patients with non-small-cell lung cancer:a combined analysis from Beijing and Michigan [J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys,2009,74(5):1385-1390.

[8] Kim JY, Kim YS, Kim YK, et al. The TGF-β1 dynamics during radiation therapy and is correlation to symptomatic radiation pneumonitis in lung cancer patients[J]. Radiat Oncol,2009,27(4):59-68.

[9] Hur WJ, Yoon SM, Lee HS, et al. The measurements of plasma cytokines in radiation-induced pneumonitis in lung cancer patients[J]. J Korean Soc Ther Oncol,2000,18(4):314-320.

[10]Kong FM, Washington MK, Jirtle RL, et al. Plasma transforming growth factor-β1 reflects disease status in patients with lung cancer after radiotherapy:a possible tumor marker[J]. Lung Cancer,1996,16(1):47-59.

[11]Kong FM, Anscher MS, Jirtle RL. Transforming growth factor beta:a plasma tumor marker. In:Hanausek M, Walaszek Z, editors. Methods in molecular biology: tumor marker protocols[J]. New Jersey:Human Press Inc,1997(1):417-430.

[12]Awwad HK. Normal tissue radiosensitivity:Predictionon deterministic or stochastic basis?[J]. Egypt Natl Canc Inst,2005,17(4):221-230.

[13]Yuan XL, Liao ZX, Liu ZH, et al. Single nucleotide polymorphism at rs1982073:T869C of the TGF-β1gene is associated with the risk of radiation pneumonitis in patients with non-small-cell lung cancer treated with definitive radiotherapy [J]. J Clin Oncol,2009,27(20):3370-3378.

[14]Wang L, Bi N. TGF-β1 gene polymorphisms for anticipating radiation-induced pneumonitis in non-small-cell lung cancer: different ethnic association [J]. J Clin Oncol,2010,28(30):621-622.

[15]Chen MF, Keng PC, Lin PY, et al. Caffeic acid phenethyl ester decreases acute pneumonitis after irradiation in vitro and in vivo[J]. BMC Cancer,2005,9(5):158.

[16]Anscher MS, Thrasher B, Rabbani Z, et al. Antitransforming growth factor-beta antibody 1D11 ameliorates normal tissue damage caused by high-dose radiation [J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys,2006,65(3):876-881.

[17] 付荣泉,李刚,盛吉芳,等. TGFβRII-siRNA对肝星状细胞TGFβR/Smad信号通路的的影响[J]. 温州医学院学报,2010,40(4): 389-391.

[18]Kim ES, Kim MS, Moon A.Transforming growth factor(TGF)-β in conjunction with H-ras activation promotes malignant progression of MCF10A breast epithelial cells[J].Cytokine,2005,29(1):84-91.

[19]Gauter-Fleckenstein B,Fleckenstein K,Owzar K, et al. Early and late administration of MnTE-2-PyP5+in mitigation and treatment of radiation-induced lung damage [J]. Free Radic Biol Med, 2010,48(8):1034-1043.

[20] 谢丛华,周云峰,彭纲,等.当归调控放射性肺损伤TGF-β1表达水平的研究[J].中华放射医学与防护杂志,2005,25(2):143-146.

[21] 朱砚萍,王国民,傅美娜,等.川芎嗪对胸部肿瘤放射治疗后肺损伤的干预作用[J].中华放射肿瘤学杂志,2004,12(4):309-312.

[22] Liu YF, Yu HM, Zhang C, et al. Protective effects of berberine on radiation-induced lung injury via intercellular adhesion molecular-1 and transforming growth factor-beta-1 in patients with lung cancer[J]. Eur J Cancer,2008,44(16):2425-2432.