放疗导致口腔干燥的发病机制及治疗靶点研究进展

余梦瑶，许晓燕，李芳，罗霞，张智敏，谢刚

(1四川省中医药科学院，成都610041；2四川省中西医结合医院)

放疗导致口腔干燥的发病机制及治疗靶点研究进展

余梦瑶1，许晓燕1，李芳1，罗霞1，张智敏2，谢刚2

(1四川省中医药科学院，成都610041；2四川省中西医结合医院)

口腔干燥是头颈部肿瘤患者放疗后的常见不良反应，严重影响患者的生活质量，但目前临床有效治疗手段较为欠缺。放疗可导致唾液腺发生显著病理变化，并通过抑制唾液分泌、诱导细胞凋亡、促进细胞衰老、引起微血管损伤及氧化损伤等相关机制引发口腔干燥。对于放疗导致的口腔干燥，目前主要针对M胆碱能受体和肾上腺素能受体激动剂、细胞凋亡、细胞自噬、细胞衰老等相关靶点开展药物开发和治疗研究。

肿瘤；放射疗法；口腔干燥；唾液腺；M胆碱能受体激动剂；细胞凋亡；细胞自噬

放疗是头颈部肿瘤的主要治疗手段之一，但口腔干燥等不良反应发生率较高。口腔干燥持续时间长，可诱发龋齿、味觉障碍、说话吞咽困难等，严重影响患者的生活质量，甚至成为患者放疗中断或治疗失败的限制性因素。Zheng等[1]研究发现，接受放疗的鼻咽癌患者在1～5年内口腔干燥的发生率分别为80.8%、66.3%、56%、40.9%、40.9%。Teshima等[2]发现，当放射剂量达到30 Gy时，腮腺平均体积下降20.3 cm3，照射后腮腺平均体积约为照射前的71%，唾液分泌量减少3.2 g，照射后与照射前腮腺体积比与唾液减少量呈负相关。唾液腺体积下降是最明显的放疗所致唾液腺肉眼可见改变，细胞死亡、细胞质空泡形成、血管减少、纤维化、水肿是放疗后唾液腺的主要病理学变化[3]。本文就放疗导致口腔干燥的发病机制及治疗靶点作一综述。

1 放疗导致口腔干燥的发病机制

1.1 抑制唾液分泌 传统理论认为，唾液腺对放射并不十分敏感，但研究发现肿瘤患者放疗第1天即可出现唾液分泌减少，但此时并无细胞死亡或裂解现象发生。Konings等[4]研究认为，乙酰甲胆碱、苯肾上腺素、毛果芸香碱等受体激动剂预处理可抑制放疗早期引起的唾液生成减少，并提出假说认为，射线损伤了腺泡细胞质膜，阻碍M3-AchR、α1-AR、β-AR等受体介导的水分泌信号通路，从而导致在腺泡细胞尚未凋亡的情况下而出现放疗早期唾液腺水分泌障碍。水通道蛋白(AQP)是一种疏水的内在膜蛋白，可控制水在细胞的进出，其表达降低可能是放射所致口腔干燥的重要机制，其中AQP5在唾液分泌中的作用最为重要。Han等报道[5]，采用20 Gy剂量照射大鼠7天后颌下腺组织中AQP5表达降低，其在腺泡细胞顶端和侧面质膜的分布减少。Takakura等[6]发现，采用15 Gy剂量照射小鼠可导致颌下腺AQP5 mRNA和蛋白表达均显著降低。腺泡细胞分泌唾液与Cl-、Ca2+、K+、Na+等各种离子的跨膜转运有关，其中以K+的跨膜转运最为重要。朱红华等[7]采用全细胞膜片钳技术观察放射后大鼠颌下腺腺泡细胞膜上BK通道和IK1通道电流密度，结果表明照射后15、40天的大鼠颌下腺腺泡细胞膜上BK、IK1通道K+电流密度均显著低于未经照射的大鼠。

1.2 诱导细胞凋亡 p53介导的细胞凋亡是放疗后唾液腺损伤的主要机制之一。Limesand等[8]报道，放射可导致FVB小鼠唾液腺腺泡细胞凋亡，而在myr-Akt1转基因小鼠(组成性表达活化型Akt1)中细胞凋亡率则显著降低；进一步研究发现myr-Akt1小鼠中磷酸化p53(Ser18)、总p53蛋白表达均显著降低，并与Akt1介导的MDM2磷酸化(Ser163)有关，表明Akt/MDM2/p53途径在放射所致细胞凋亡中的重要作用。该研究团队[9]进一步采用基因敲除小鼠观察p53在放射后细胞凋亡中的作用，结果显示放射可提高p53+/+、p53+/-小鼠促凋亡基因PUMA、Bax表达并促进细胞凋亡，同时减少唾液流量，而在p53-/-小鼠中并未观察到上述现象。

PKCδ是线粒体依赖细胞凋亡的重要调节因子。Humphries等[10]发现，放射对PKCδ-/-小鼠导致的腮腺细胞凋亡率较野生型小鼠减少60%以上，而通过腺病毒导入PKCδ基因可恢复细胞的凋亡反应性；进一步研究发现PKCδ介导的细胞凋亡效应处于p53的下游和c-Jun激酶活化的上游。Arany等[11]研究证实，在颌下腺原代培养细胞中使用siRNA敲减PKCδ的表达可减少放射导致的细胞凋亡。

1.3 促进细胞衰老 细胞衰老是放疗引起口腔干燥的原因之一。Marmary等[12]研究发现，放射导致的唾液腺功能障碍小鼠中唾液腺细胞并未出现凋亡或坏死，但却呈现出衰老的表现，包括持续DNA损伤应答，表达SA-βgal、p19ARF、DcR2等衰老相关标志物，分泌PAI-1、IL6等衰老相关分泌表型。因此，促进细胞衰老可能是放疗导致口腔干燥的发病机制之一。

1.4 引起微血管损伤 Xu等[13]研究报道，小型猪经过放射后腮腺血流量显著减少，微血管密度降低，细胞凋亡增加。Mizrachi等[14]研究报道，放射可导致牛主动脉内皮细胞凋亡以及神经酰胺生成，而采用15 Gy照射小鼠唾液腺可导致其唾液分泌减少，微血管密度降低，抗氧化剂可减轻上述变化，提示活性氧(ROS)和神经酰胺介导的微血管损伤可能参与了放射导致的口腔干燥。

1.5 引起氧化损伤 Tateishi等[15]研究发现，应用10 Gy射线照射唾液腺泡细胞株NS-SV-AC后，细胞Nox1 mRNA表达上调，ROS含量升高约3倍，细胞凋亡率明显升高；采用siRNA下调Nox1 mRNA表达并抑制ROS生成可显著降低细胞凋亡率，表明在放射所致唾液腺损伤过程中Nox/ROS通路具有关键作用。

2 放疗导致口腔干燥的治疗靶点

2.1 M胆碱能受体和肾上腺素能受体激动剂 M胆碱能受体激动剂、肾上腺素能受体激动剂可与其受体结合，减轻射线对唾液腺的损伤。毛果芸香碱已被批准应用于头颈部肿瘤患者放疗导致的口腔干燥。Yang等[16]发现，放疗的同时给予毛果芸香碱可增加患者非刺激性唾液流量，减轻后续口腔干燥症状，但对刺激性唾液流量降低无效。此外，氨甲酰甲胆碱、西维美林、乙酰甲胆碱、苯肾上腺素等药物也正在开展用于治疗放疗后口腔干燥的临床或临床前研究。

2.2 细胞凋亡相关靶点 抑制放射后唾液腺细胞凋亡可有效改善患者放疗后的口腔干燥症状。Choi等[17]报道，角质细胞生长因子1(KGF-1)可通过PI3K-Akt-MDM2-p53途径抑制p53介导的细胞凋亡，从而减轻放射导致的小鼠唾液腺功能障碍；并阻滞细胞周期可抑制放射导致的细胞凋亡，从而改善放射后唾液腺功能。研究表明，胰岛素样生长因子1(IGF-1)可改善照射后小鼠的唾液腺功能障碍[18]。Mitchell等[19]发现，预防性给予IGF-1可减少ΔNP63与p21启动子的结合，增强p53与p21启动子的结合，从而升高p21表达，使照射后小鼠唾液腺细胞周期阻滞于G2/M期，发挥凋亡抑制作用。Martin等[20]使用CDK抑制剂Roscovitine同样将照射后唾液腺细胞周期阻滞于G2/M期，抑制细胞凋亡发生，从而改善唾液腺的唾液生成功能。此外，促进DNA损伤修复也可抑制细胞凋亡的发生。Meyer等[21]研究发现，IGF-1可通过增加照射后唾液腺SirT-1表达和活性而促进DNA修复，该作用可被SirT-1抑制剂所拮抗。Wie等[22]报道，通过酪氨酸激酶抑制剂Dasatinib、Imatinib抑制PKCδ的Tyr64和Tyr155磷酸化可抑制PKCδ核转运，并减少放射导致的唾液腺细胞凋亡。

2.3 细胞自噬相关靶点 自噬是维持细胞稳态和存活的重要机制。Morgan-Bathke等[23]发现，放射不会引起野生型小鼠唾液腺细胞的自噬反应，但条件性敲除唾液腺腺泡细胞Atg5基因的Atg5f/f; Aqp5-Cre小鼠对放射导致的唾液腺损伤更加敏感。采用IGF-1预处理小鼠可诱导自噬体形成，并抑制唾液分泌，而这一作用在Atg5f/f; Aqp5-Cre小鼠中并未发生，表明自噬对放射后的唾液腺具有保护作用。该研究团队[24]还证实，使用Rapamycin类似物CCI-779可诱导自噬发生，改善照射后小鼠唾液腺功能，维持腺体稳定。上述研究表明，促进细胞自噬是一个减轻放疗导致口腔干燥的一个新方向。

2.4 细胞衰老相关靶点 Marmary等[12]于放射前3.5～4 h在小鼠颌下腺灌注IL-6，结果显示IL-6可加速DNA损伤修复，减轻细胞衰老，并显著降低衰老相关基因p21、p19、DcR2、PAI-1等表达，增强唾液生成能力。提示减轻细胞衰老在防治放疗导致口腔干燥中的潜在作用。

2.5 其他靶点 Hill等[25]报道，采用EDAR单抗激活EDA/EDAR信号通路可改善放射后受损唾液腺功能，修复唾液腺结构，提示EDA/EDAR信号通路在改善放疗后口腔干燥中具有重要作用。Hai等[26]研究发现，放射对Wnt转基因小鼠唾液腺Wnt/β-catenin途径并无显著影响，但瞬时表达Wnt1蛋白可激活Wnt/β-catenin途径，从而抑制细胞凋亡、保护干细胞、减轻放射导致的唾液腺功能障碍。此外，Alevizos等[27]将AQP1基因通过腺病毒导入人腮腺细胞，结果显示该方法显著改善患者涎腺的分泌功能，且未见明显不良反应。

综上所述，口腔干燥是头颈部肿瘤放疗后常见的不良反应，严重影响患者的生活质量。但目前临床有效治疗手段较为欠缺，进一步深入系统开展对放疗导致口腔干燥的发病机制和药物靶点研究，对于开发确有疗效的针对性药物和疗法、改善肿瘤患者生活质量、促进肿瘤患者身心康复均具有重要作用。

[1] Zheng Y, Han F, Xiao W, et al. Analysis of late toxicity in nasopharyngeal carcinoma patients treated with intensity modulated radiation therapy[J]. Radiation Oncology, 2015,13(10):17.

[2] Teshima K, Murakami R, Tomitaka E, et al. Radiation-induced parotid gland changes in oral cancer patients: correlation between parotid volume and saliva production[J]. Jap J Oncol, 2010,40(1):42-46.

[3] Acauan MD, Figueiredo MA, Cherubini K, et al. Radiotherapy-induced salivary dysfunction: structural changes, pathogenetic mechanisms and therapies[J]. Arch Oral Biol, 2015,60(12):1802-1810.

[4] Konings AW, Coppes RP, Vissink A. On the mechanism of salivary gland radiosensitivity[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2005,62(4):1187-1194.

[5] Han L, Wang L, Zhang F, et al. Effect of phenylephrine pretreatment on the expressions of Aquaporin 5 and c-jun N-terminal kinase in irradiated submandibular gland[J]. Radiat Res, 2015,183(6):693-700.

[6] Takakura K, Takaki S, Takeda I, et al. Effect of cevimeline on radiation-induced salivary gland dysfunction and AQP5 in submandibular gland in mice[J]. Bull Tokyo Dent Coll, 2007,48(2):47-56.

[7] 朱红华,公柏娟,宋子琦,等.电离辐射对大鼠颌下腺钙离子激活型钾通道的影响[J].口腔医学研究,2016,38(8):828-831

[8] Limesand KH, Schwertfeger KL, Anderson SM. MDM2 is required for suppression of apoptosis by activated Akt1 in salivary acinar cells[J]. Mol Cell Biol, 2006,26(23):8840-8856.

[9] Avila JL, Grundmann O, Burd R, et al. Radiation-induced salivary gland dysfunction results from p53-dependent apoptosis[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2009,73(2):523-529.

[10] Humphries MJ, Limesand KH, Schneider JC, et al. Suppression of apoptosis in the protein kinase cδ null mouse in vivo[J]. J Biol Chem, 2006,281(14):9728-9737.

[11] Arany S, Xu Q, Hernady E, et al. Pro-apoptotic gene knockdown mediated by nanocomplexed siRNA reduces radiation damage in primary salivary gland cultures[J]. J Cell Biochem, 2012,113(6):1955-1965.

[12] Marmary Y, Adar R, Gaska S, et al. Radiation-induced loss of salivary gland function is driven by cellular senescence and prevented by IL6 modulation[J]. Cancer Res, 2016,76(5):1170-1180.

[13] Xu J, Yan X, Gao R, et al. Effect of irradiation on microvascular endothelial cells of parotid glands in the miniature pig[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2010,78(3):897-903.

[14] Mizrachi A, Cotrim AP, Katabi N, et al. Radiation-induced microvascular injury as a mechanism of salivary gland hypofunction and potential target for radioprotectors[J]. Radiat Res, 2016,186(2):189-195.

[15] Tateishi Y, Sasabe E, Ueta E, et al. Ionizing irradiation induces apoptotic damage of salivary gland acinar cells via NADPH oxidase 1-dependent superoxide generation[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2008,366(2):301-307.

[16] Yang W, Liao G, Hakim SG, et al. Is pilocarpine effective in preventing radiation-induced xerostomia a systematic review and meta-analysis[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2016,94(3):503-511.

[17] Choi JS, Shin HS, An HY, et al. Radioprotective effects of keratinocyte growth factor-1 against irradiation-induced salivary gland hypofunction[J]. Oncotarget, 2017,8(8):13496-13508.

[18] Grundmann O, Fillinger JL, Victory KR, et al. Restoration of radiation therapy-induced salivary gland dysfunction in mice by post therapy IGF-1 administration[J]. BMC Cancer, 2010,10:417.

[19] Mitchell GC, Fillinger JL, Sittadjody S, et al. IGF1 activates cell cycle arrest following irradiation by reducing binding of ΔNp63 to the p21 promoter[J]. Cell Death Dis, 2010,1:50.

[20] Martin KL, Hill GA, Klein RR, et al. Prevention of radiation-induced salivary gland dysfunction utilizing a CDK inhibitor in a mouse model[J]. PLoS One, 2012,7(12):51363.

[21] Meyer S, Chibly AM, Burd R, et al. Insulin-like growth factor-1-mediated DNA repair in irradiated salivary glands is Sirtuin-1 dependent[J]. J Dent Res, 2017,96(2):225-232.

[22] Wie SM, Adwan TS, Degregori J, et al. Inhibiting tyrosine phosphorylation of protein kinase c (PKC) protects the salivary gland from radiation damage[J]. J Biol Chem, 2014,289(15):10900-10908.

[23] Morgan-Bathke M, Hill GA, Harris ZI, et al. Autophagy correlates with maintenance of salivary gland function following radiation[J]. Sci Rep, 2014,4:5206.

[24] Morgan-Bathke M, Harris ZI, Arnett DG, et al. The rapalogue, CCI-779, improves salivary gland function following radiation[J]. PLoS One, 2014,9(12):113183.

[25] Hill G, Headon D, Harris ZI, et al. Pharmacological activation of the EDA/EDAR signaling pathway restores salivary gland function following radiation-induced damage[J]. PLoS One, 2014,9(11):e112840.

[26] Hai B, Yang Z, Lei SG, et al. Concurrent transient activation of WNT/β-catenin pathway prevents radiation damage to salivary glands[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2012,83(1):109-116.

[27] Alevizos I, Zheng C, Cotrim AP, et al. Late responses to adenoviral-mediated transfer of the Aquaporin-1 gene for radiation-induced salivary hypofunction[J]. Gene Ther, 2017,24(3):176-186.

四川省公益性科研院所基本科研业务专项(A-2016N-27)；四川省科技服务业示范项目(2016GFW0186)；四川省科技计划重点研发项目(2017NZ0001)。

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.44.035

R730

A

1002-266X(2017)44-0107-03

2017-06-20)