电离辐射致人眼后节血管性病变的分子学机制研究进展＊

于丰萁，马得勋，王松雷，刘书锋

电离辐射可导致机体组织出现急性、慢性或迟发性的损害，目前多以放射治疗或意外照射后并发症的形式表现出来［1-4］。人眼解剖结构精细，组织类型特殊复杂，受到电离辐射影响的表现也很复杂。人眼以晶状体为界分为前节和后节，后节包括的主要组织有玻璃体、脉络膜、视网膜、前部视神经等。玻璃体无血管、无神经、透明，脉络膜组织含有大血管层、中血管层及毛细血管层，视网膜及前部视神经包含有神经细胞及供养血管。电离辐射引起的相关性视网膜病变本质上是因血管内皮细胞（vascular endothelial cell，VEC）丢失、毛细血管闭塞引起视网膜微血管病变［5-8］，电离辐射相关性视神经病变（radiation-induced optic neuropathy，RION）也可表现为血管炎性病变，且属于不可逆性病变［9-11］。脉络膜组织大多为血管，在受到电离辐射后血管组织会受到严重的损害。由此可见，电离辐射对人眼血管系统的影响是造成眼后节疾病的一个重要因素。该文重点综述电离辐射对人眼后节血管系统影响的分子学机制。

1 电离辐射造成血管通透性改变的分子学机制

Archer等［12］认为早期电离辐射造成视网膜VEC死亡，引起十分微小的血管上皮损伤，紧接着不断出现视网膜VEC的死亡、迁移、分裂及远期死亡，造成内皮细胞紧密连接结构破坏，这种恶性循环触发血管内皮的炎症反应和瀑布效应［13］。血管内皮细胞在电离辐射损伤中扮演着重要的角色。

电离辐射后VEC的变化：电离辐射通过破坏血管VEC间连接增加血管通透性。VEC对电离辐射敏感，在电离辐射损伤中扮演着重要的角色，它是血管损伤中的靶细胞，电离辐射对VEC的损害是组织放射损伤的起始反应，VEC在电离辐射损伤发生、发展及愈合过程中起着重要作用。电离辐射通过影响VEC之间的连接，造成血管内皮通透性的改变，最终导致血管通透性的改变［14］。

1.1 VEC细胞间的连接方式内皮细胞通过两种方式实现连接——紧密连接和黏着连接。紧密连接有密封蛋白（claudins，构成紧密连接的一种小的分子质量为20～27 kDa的穿膜蛋白）和闭锁蛋白（occludin）两类主要的功能蛋白，通过这些蛋白连

接起相邻的细胞骨架［15，16］。黏着连接是钙黏素通过连环蛋白家族中的蛋白附着于细胞骨架上，其特点是钙依赖性的，都要通过细胞质中的蛋白质介导同细胞骨架的肌动蛋白相连从而引起细胞的信号转导［17］，VE-钙黏蛋白，就是一种特异性内皮黏着连接蛋白，对血管内皮屏障功能维持起至关重要的作用［18，19］。 起源于不同类型血管的内皮细胞，连接蛋白的组成和连接方式存在差异［20］。对人冠状动脉内皮细胞（human coronary artery endothelial cells，HCAEC）电离辐射损伤的试验研究提示了相关分子机制。

1.2 电离辐射致血管通透性增加造成VE-钙黏蛋白的胞外域脱落裂解是血管通透性增加的潜在的分子学机制［21］。免疫荧光法通过测量VE-钙黏蛋白和密封蛋白5（CLDN5），提示细胞连接的破坏与辐射剂量成正相关。高剂量电离辐射会显著造成VE-钙粘蛋白和密封蛋白5的水平降低，引起VEC通透性增加。但是这两种蛋白质数量的降低，并不是因为转录水平的降低造成的，也不是因为这两种蛋白质代谢降解的增加造成的。对产生两种蛋白的转录因子CDH5和CLDN5 mRNA的测定发现，电离辐射反而造成CDH5和CLDN5 mRNA数量的轻度上调。至于何种原因造成的这两种蛋白质数量的降低，有研究［21］认为电离辐射暴露后会引起解整合素金属蛋白酶10水平 （a disintegrin and metalloproteinase 10，ADAM10）增高。 ADAM10 可通过胞外域脱落的方式裂解VE-钙黏蛋白，胞外域脱落是指细胞表面的内肽酶将穿膜蛋白的胞外域水解下来的现象，是细胞响应外来刺激时下调表面受体或黏附分子数量的一种方式，具有调节信号转导的作用。多见于发炎、细胞降解、凋亡和癌变等病理过程。这一作用直接导致血管内皮通透性增加［22，23］。电离辐射暴露后，生成ADAM10蛋白质的转录过程随照射剂量增加呈现出较温和的增高。ADAM10的生成过程为：首先形成一个84kDa的非活化前体，通过Furin肽链内切酶或前体蛋白转化酶7作用生成68kDa 的活性酶［24］。 电离辐射暴露后，ADAM10 的前体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，也提示了电离辐射促进ADAM10前体蛋白的活化［25］。 研究［21］也认为血管内皮生长因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）活 化介导的信号转导在电离辐射造成的血管内皮通透性增加的过程中并没有起到作用，而是通过细胞内Ca2+的聚积实现的。细胞内Ca2+聚积可诱导ADAM10活化［26-28］。

电离辐射后，VE-钙黏蛋白介导了CLDN5的降低。对肝细胞E-钙黏蛋白（另一种黏着连接蛋白）的研究发现，缺乏E-钙黏蛋白可减慢紧密连接的生成速率，因此黏着连接形成过程可促进紧密连接的形成，反之，起到抑制作用［29］。 有研究［30］提示 VE-钙黏蛋白通过控制性增高CLDN5基因转录影响紧密连接的形成过程。综上所述，电离辐射暴露后ADAM10介导的VE-钙黏蛋白的胞外域脱落裂解是血管通透性增加的潜在分子机制。

2 电离辐射引起VEC糖组改变的分子机制

免疫细胞的浸润是电离辐射诱导组织或肿瘤炎症反应的生物学基础，血管内皮起到了一个综合的作用。VEC、血循环细胞的蛋白质糖基化是急慢性炎症反应中免疫细胞趋化作用的一个关键步骤［31-33］。蛋白质糖基化引申出一个新的概念——糖组，糖组是指一个生物体或细胞中全部糖类的总和，包括简单的糖类和缀合的糖类。在糖缀合物（糖蛋白和糖脂等）中的糖链部分有庞大的信息量。电离辐射造成VEC糖组改变，引起相应功能的改变。

2.1 电离辐射使高甘露糖型N-聚糖水平增高N-聚糖（天冬酰胺N-连接寡糖）是连接在蛋白质肽链中天冬酰胺残基侧链酰胺氮上的寡糖。此类寡糖通常均有一个核心的五糖和类似结构的外周糖链。可分为高甘露糖型、复合型和杂合型三类。电离辐射可造成高甘露糖型N-聚糖增高。荧光标记的刀豆凝集素可与高甘露糖型、杂合型N-聚糖紧密结合，而与双联复合型N-聚糖相互作用较弱［34］。对人脐带血管内皮细胞 （Human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）的研究发现，使用 20 Gy 辐射剂量照射后，荧光显微镜检查HUVECs细胞表面荧光标记的刀豆凝集素水平在第4天增高，并且与时间成正相关。流式细胞仪测定显示在辐射后第14天荧光标记的刀豆凝集素在细胞膜表面的强度（/μm2）是第1天的两倍［35］。这些都可造成VEC长期的相关性功能损害［36］，导致循环细胞黏附性增加［37，38］。 电离辐射效应通过降低复合型N-聚糖水平提高了高甘露糖型N-聚糖比例。

2.2 电离辐射降低了VEC糖胺聚糖的水平糖胺聚糖属于杂多糖，为不分支的长链聚合物，由含己糖醛酸（角质素除外）和己糖胺成分的重复复合单位构成。其脱落后可造成内皮多糖-蛋白质复合物的宽度和大小降低［32，39］，增加了内皮细胞糖蛋白抗原表位的易亲近性，导致白细胞的黏附。咔唑试验显示HUVECs电离辐射后2 d糖胺聚糖成倍降低。

另外电离辐射诱导的单核细胞-内皮交互作用在一定程度上可以被甘露糖竞争性抑制剂所抑制，减少了单核细胞在血管内皮的聚集效应。使用α-甲基甘露糖的抑制试验证实这一结论［35］。电离辐射也深度地修饰了VEC糖基化基因表达谱。

2.3 电离辐射刺激了内皮细胞O-聚糖（丝氨酸/苏氨酸-连接聚糖）的表达O-聚糖是连接在蛋白质肽链中丝氨酸/苏氨酸残基，以及其他氨基酸残基侧链羟基上的寡糖。此类寡糖多数较短，而又呈现不同的结构，大量的成簇的位于黏蛋白上。荧光素标记的三种外源性凝集素可与黏蛋白和N-唾液酸聚合，测定电离辐射后HUVECs细胞膜O-聚糖水平，均提示细胞膜O-聚糖显著升高，与时间成正相关［35］。

综上所述可见，电离辐射造成的血管损害直接导致了视网膜、视神经相应的血管炎症性病变，视网膜及视神经对电离辐射都相当敏感，由于造成这种血管炎症性病变的分子机制仍然尚未完全阐明，视网膜及视神经一旦出现电离辐射相关性病变往往是不可逆的改变，而且缺乏有效的治疗措施［9，40-42］。因此对电离辐射造成的眼后节病变的分子学机制需要更深入研究，以期找到根本症结，探寻更有效的治疗措施，并且通过分子学机制的研究找到更好的电离辐射防护措施，降低放疗的人体负面效应。