抗氧化治疗在放射性肺损伤中的研究进展

李营歌 宋启斌 姚颐 董熠 高彦君 吴彬

放射治疗被认为是肿瘤治疗最重要的基本手段之一，尽管放疗技术日益精进，其带来的不良反应仍不可避免。而肺组织对放疗的毒性反应敏感，成为放射治疗最主要的剂量限制器官[1]。放射性肺损伤（radiation induced lung injury, RILI）是胸部放疗后常见的并发症。氧化应激在RILI发生中起着至关重要作用。随着人们对RILI分子机制和病理机制的逐步阐明，抗氧化治疗对RILI的意义日益重要。本文将就抗氧化治疗在RILI中的研究进展作一综述。

1 放射性肺损伤概述

RILI是胸部肿瘤（肺癌、食管癌、乳腺癌、恶性淋巴瘤等）患者接受放疗后发生的，因肺组织受照射而引起的炎症反应，一般发生在放疗后1个月-3个月，早期表现为放射性肺炎（radiation pneumonitis, RP），晚期表现为放射性肺纤维化（radiation induced lung fibrosis, RILF），二者界限不确定，常波动于数周至6个月不等[2]。RILI发生同正常肺组织受照射体积呈正相关，研究表明，接受20Gy及以上照射剂量的正常肺组织的体积（V20）为30%-40%时，急性RP发生率为13%，V20超过40%，急性RP的发生率则高达36%[3]，因此正常肺组织限量至关重要，目前被广泛接受的剂量限制方案包括：三维适形放疗: 全肺平均剂量（Mean Lung Dose, MLD）≤20Gy, V20≤37%（RTOG0617）；V20≤35%（RTOG0972/CALGB36050）；立体定向体部放疗: V20≤10%（RTOG0618，3次）；V20＜5%-10%（ROSEL European trial，3次或5次）[4]。RILI的发生机制主要包括传统的靶细胞学说、细胞因子学说、自由基学说、血管内皮细胞损伤学说等[5-7]。RILI的始动因素一方面来自于电离辐射能量直接作用于DNA，另一方面来自于水分子受激发和电离后产生大量活性氧（reactive oxygen species, ROS）间接作用导致蛋白质、核酸等生物大分子的氧化损伤，直接影响一系列基因的转录与表达，最终导致细胞损伤或死亡[8-9]。后者的损伤潜能或许更大，不仅作用于照射早期，还可持续作用至纤维化形成阶段[10]；不但引起照射部位损伤，还可引起非照射部位损伤，如旁观者效应（bystander effect），早期旁观者效应的发生主要是由线粒体依赖的ROS增加引发的，首先是引发复杂的细胞间信号传导，进一步持续导致细胞DNA的损伤[11]。因此氧化应激在RILI发生中具有重要作用，值得深入探索。

2 活性氧与RILI

ROS是指一类氧化性较强的未被完全还原的氧分子，来源于水分子的电离辐射和照射后细胞的线粒体呼吸链，包括羟基自由基（·OH），氢过氧自由基（HOO·），过氧化氢（H2O2）和超氧阴离子（·O2-）等，通过调节多个细胞信号传导通路（如NF-κB和STAT3），以及缺氧诱导因子1α（hypoxia-inducible factor 1α, HIF-1α）和多种激酶、生长因子、细胞因子等，参与细胞转化、炎性浸润、组织损伤甚至诱发恶变[12]。

ROS主要通过诱导白细胞介素-1（interleukin-1, IL-1）、IL-4、IL-6、IL-13、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α,TNF-α）、干扰素γ（interferon-γ, IFN-γ）等从受照射组织中释放参与RP的发生[13]。与此同时，ROS还可参与免疫细胞的激活，主要机制为ROS负性调控蛋白酪氨酸磷酸酶活性，作为第二信使启动并放大下游淋巴细胞活化信号，导致淋巴细胞活化[14,15]。在组织水平，局部ROS堆积及氧化应激导致血管内皮细胞损伤及功能障碍，内皮细胞间连接被破坏，炎性细胞穿过内皮屏障，参与组织的炎症反应[16]。急性期反应后，ROS在纤维化进程中同样重要。肌成纤维细胞在RILF中占据主导地位，其来源主要为正常成纤维细胞的放射活化、肺泡上皮细胞的上皮间质转化（epithelialmesenchymal transition, EMT）等[17]。而ROS则被证明可以促进肺泡上皮细胞的EMT和肺成纤维细胞的纤维化表型的形成[18-19]、促进成纤维细胞的活化及胶原的产生[20]。因此，抗ROS治疗可能是防范RILI发生的关键。

3 抗氧化治疗

目前在研的抗氧化剂主要包括巯基化合物、抗氧化酶及类似物、植物抗氧化剂等[21-22]。

3.1 巯基化合物 巯基化合物主要包括阿米福汀（amifostine, WR272）、还原性性谷胱甘肽（glutathione,GSH）及其前体N-乙酰半胱氨酸（N-acetylcysteine, NAC）等，主要作用机制是利用其侧链的活泼巯基与自由基结合，中和自由基以保护自身蛋白上的巯基不被氧化，其中GSH还可以在谷胱甘肽过氧化物酶的作用下与H2O2结合将其还原为H2O。Devine等[23]比较了16项临床研究中，阿米福汀对1057例接受放化疗或单独放疗的非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）的放疗毒性和疗效的影响，结果发现阿米福汀可以使急性肺毒性的发生风险降低44%（RR: 0.56; 95%CI: 0.41-0.75, P=0.000,1），且不影响治疗效果。瞿述根等[24]研究了GSH腹腔注射分别对接受低剂量（15 Gy）和高剂量（30 Gy）照射小鼠的影响，结果发现相较于单纯照射组，GSH的应用可有效提高脾脏指数，降低血清中基质金属蛋白酶、IL-6的水平，对RILI具有保护作用，其中低剂量照射组更明显。在GSH用于RILI的临床探索中，杨新华等[25]将174例接受放疗的NSCLC患者随机分为两组，实验组放疗的同时给予GSH 2.4 g/d，对照组单纯放疗。结果提示有效率：治疗组为89.7%，对照组为92.0%；而RP和RILF的发生率：治疗组为9.2%和36.8%，对照组为21.8%和54.0%，差异均有统计学意义（P＜0.05）。王玉娟等[26]的研究结果则表明GSH不但能够降低局部晚期肺癌患者RP和RILF的发生率（RP从46.5%降至20.9%，RILF从27.9%降至11.6%），还提高了放疗疗效，其中GSH组近期总有效率（76.7%）明显高于对照组（51.2%），差异均有统计学意义（P＜0.05）。NAC是GSH的前体物质，Han等[27]开展的前瞻性研究则证明雾化应用NAC可以减少RP患者的痰液产生，减少祛痰剂的使用。以上研究证实，无论是阿米福汀还是GSH，均可以在不影响甚至提高放疗疗效的前提下改善肺组织炎症反应，减少RILI的发生。而NAC虽然被证实有利于RILI症状的缓解，但尚缺乏其遏制RILI的直接证据。

3.2 抗氧化酶 为维护自身的氧化还原平衡，对抗ROS，机体还存在一套抗氧化酶体系，包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase, GPx）、过氧化氢酶等，其中SOD可以将2分子的·O2-还原为H2O2和O2，而H2O2则进一步被过氧化氢酶和GPx还原为H2O。目前在RILI防治领域关于SOD的研究较多，Murigi等[28]在给小鼠全肺照射后，给予SOD小分子类似物（AEOL 10150）25 mg/kg/d治疗，共28天，结果相较于单纯照射组，AEOL 10150治疗组肺水肿和肺充血显著减少（P＜0.02），小鼠存活率也显著改善。Antonic等[29]发现单侧肺部放疗导致大鼠呼吸频率增加、组织病理学改变、氧化应激、巨噬细胞活化和转化生长因子β（transforming growth factor β, TGF-β）的表达增加，而放疗后24 h皮下注射15 mg/kg牛SOD可明显改善上述参数，因而证实单次应用SOD（15 mg/kg）可通过抑制ROS物质及活性氮物质的产生进而改善RILI。

3.3 植物抗氧化剂 自然界中有大量植物天然含有抗氧化成分。近年来，植物抗氧化剂因其来源广、低毒、病人耐受性好等优势，在放射防护领域逐渐获得重视。橙皮苷（hesperidin）是来自于芸香科柑橘类物种的二氢黄酮类化合物，具有抗氧化性能。研究发现，与单纯放疗组相比，照射前连续7 d应用橙皮苷（100 mg/kg）可明显改善大鼠放疗后8周肺组织炎症反应、纤维化和肥大细胞浸润（P＜0.05）[30]。同样作为柑橘类果皮或种子中的提取物，柚皮素也可作为RILI的另一种潜在治疗药物。Zhang等[31]发现，柚皮素可以通过降低IL-1β水平及调节炎症因子水平减少小鼠肺部照射后炎症的产生。藜芦醇苷（polydatin）是一种植物多酚类药物，因其抗氧化性被用于RILI防护的探索，Cao等[32]研究证实白藜芦醇苷可以抑制TGF-β1/Smad3信号通路和EMT，还可以缓解辐射诱导的Th1/Th2失衡，显示了潜在放射防护作用。

4 展望

尽管抗氧化剂在RILI防护中显示出了巨大潜力，然而要实现临床应用还需关注以下几方面问题：首先，抗氧化剂作为正常组织放疗保护剂，同时是否也是肿瘤细胞的保护伞？尚需进一步研究。其次，RILI的发生涉及一系列细胞、分子、组织病理的复杂动态变化，且显示出个体差异[33]，究其原因是否与某些基因的表达相关？将来应用于临床时，患者是否需要经过筛选？第三，ROS的产生可能随放疗的体积、剂量、分割、疗程、同期治疗的类型变化而变化，要达到真正的放射防护，抗氧化剂的应用时机、疗程就应当随之变化，因此，当中的个体化、规范化问题还有待进一步探索。最后，大部分抗氧化剂的研究仅停留在动物试验阶段，尚需更规范和大规模的临床研究证据支持，不仅需要涉及考察抗氧化剂对RILI的防范作用，还要关注药物同时对放疗疗效的影响。