放射性诱导肠损伤发病机制及中医病因病机探讨

夏 霖，张 梅

(1.安徽中医药大学研究生院，安徽 合肥 230012；2.安徽医科大学第一附属医院，安徽 合肥 230022)

放射治疗是临床上治疗盆腔、腹腔、腹膜后恶性肿瘤的重要手段之一，在接受放射治疗时，原发病灶及相应淋巴引流区均需达到一定照射剂量及重复照射才能获得有效临床疗效，而周围正常组织和器官由于重复的辐射暴露，导致组织损伤和愈合不及时，易引发放射性诱导肠损伤(radiation-induced intestinal injury，RIII)。有研究[1]显示，超过75%接受盆腔放射治疗的患者会发生急性肠损伤，15%的患者会发展为慢性肠损伤，但由于仅有55%的患者寻求就医，实际上RIII发病率极有可能远高于目前统计。

RIII的主要病理变化是肠道上皮细胞和血管内皮细胞受到放射性损伤，造成局部黏膜炎症水肿、坏死，甚至纤维化。根据肠损伤的发病时间及病程变化，RIII可分为急性期和慢性期。急性期发生在放射治疗期间或之后的3个月之内，表现为恶心呕吐、腹痛腹泻、里急后重及血便等，大多可缓解，呈现一过性和自愈性，但出现上述症状可能需要减少放射剂量，甚至中断放射治疗，从而影响肿瘤治疗效果；慢性放射性肠损伤多由急性期迁延而来，或始发于根治性放射治疗结束3个月后或数年后，出现反复发作的腹痛、便血、乏力，严重者可出现肠道狭窄、溃疡和瘘管，甚至直接导致患者死亡[2]。目前，RIII发生机制尚未明确，现代医学防治RIII手段进展缓慢，缺乏统一的治疗策略及流程，且针对已经发生不可逆性的放射性损伤无有效的治疗方法。临床实践[3-4]证明，中医药在防治RIII方面具有较好疗效。现就RIII发病机制及中医病机分析的研究进展综述如下，为临床制定合理有效的中西医结合防治RIII提供思路。

1 RIII发病机制

RIII发生发展的基本机制复杂，受放射治疗技术、照射剂量、照射范围及个体差异等多因素影响，涉及的发病机制包括自由基的过度产生、炎症途径的激活、肠干细胞损伤和血管内皮功能障碍及肠道微生物群变化等。

1.1 自由基的过度产生 据报道，电离辐射引起的DNA损伤75%是由羟基自由基引起的[5]，原因是细胞内有大量水，电离辐射会引起水的辐射分解，刺激氮氧化物合成酶分别产生活性氧(reactive oxygen species，ROS)和活性氮(reactive nitrogen species，RNS)。同时，辐射还会导致电子从线粒体泄漏，线粒体通过有氧呼吸产生，从而产生强大的ROS超氧化物[6]。过量的ROS和RNS能使DNA/RNA链断裂以及蛋白质氧化和脂质过氧化，导致核酸损伤、突变以及细胞内蛋白质和脂质的破坏，最终引起受辐射细胞的衰老、凋亡和坏死[7]。因而肠道细胞的氧化损伤是RIII发生的关键。

1.2 炎症途径的激活

1.2.1 核转录因子kappa B(nuclear factor-kappa B，NF-κB)信号通路 NF-κB信号通路是经典的炎症信号通路，其是真核生物中普遍存在的一种核转录因子，在细胞增殖、分化、凋亡以及炎症、免疫反应中均起到关键作用，涉及炎症细胞因子、趋化因子和生长因子等基因表达[8]。在正常细胞中，NF-κB以没有活性的形式存在于细胞质内，与NF-κB抑制因子(inhibitor kappa B，IκB)形成复合体而被抑制，当受到放射线刺激后，其变为活化形式，随之转移到细胞核中，发挥促进基因转录的作用，活化下游信号分子，从而增加了炎症细胞因子和炎症物质的表达，前者包括肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)，白介素1(interleukin 1，IL-1)和白介素6(interleukin 6，IL-6)等，后者包括一氧化氮(nitric oxide，NO)、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)及环氧化酶(cyclooxygenase，COX)等，产生大量线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential，MMP)，又进一步降解细胞外基质以及放大促炎症因子生成信号[9]。

1.2.2 磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)/哺乳动物雷帕霉素蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路 PI3K/Akt/mTOR信号通路涉及各种细胞过程，包括细胞增殖、分化、代谢，细胞免疫和炎症。研究[10]报道，辐射可以激活PI3K，进而通过一系列信号转导催化Akt的转运和磷酸化，从而调节mTOR的激活。C57BL/6小鼠以10 Gy的X射线照射后，炎症反应产生的TGF-β1通过激活PI3K/AKT/mTOR信号通路，促进肠黏膜纤维化，说明PI3K/AKT/mTOR信号通路参与RIII的发生发展。已有研究证明，PI3K抑制剂在各种体外和体内研究中均可以降低巨噬细胞的活化作用，为结肠炎的有效抗炎药。Radman等[11]研究证实，白藜芦醇通过调节PI3K/AKT/mTOR通路，降低肠炎症细胞因子TNF-α、IL-1β的含量，缓解放射治疗后肠道炎症。

1.3 肠干细胞损伤 多项研究[12-13]表明，在肠上皮组织保持稳态时，有两群肠道干细胞维持肠上皮的更新：一种是Lgr5阳性的快速循环的隐窝基底柱状细胞；另一种是Lrig1、Hopx、Tert及Bmi1(+4)阳性的慢循环干细胞。然而，肠干细胞对辐射最为敏感，主要原因在于其具有辐射损伤后细胞周期检验点适应性[14]，即干细胞能在DNA损伤修复完成之前就进入细胞周期进行分裂增殖，从而导致大量肠上皮干细胞基因组不稳定和增殖性死亡，导致细胞数量急剧下降，严重影响上皮细胞再生，从而破坏肠道屏障结构和功能的完整，使水分、电解质及蛋白质等物质渗漏于肠腔。因此，有学者认为肠干细胞大量凋亡，肠上皮更新受限是引发RIII的主要原因之一。其中，Lgr5+干细胞大量凋亡是黏膜损伤的关键。Lu等[15]发现，用3,3′-二吲哚基甲烷(3,3′-diindolylmethane，DIM)可抑制经射线照射后小肠隐窝Lgr5+干细胞凋亡而起到治疗作用，从而证实了辐射通过诱导肠Lgr5+干细胞发生调亡，干扰干细胞的增殖和定向分化，影响肠上皮损伤后的修复，损害肠上皮的屏障功能。另一方面，位于肠隐窝+4位置相对静止的Bmi1+干细胞被认为是肠内干细胞贮存库，可修复由感染、炎症或放射损伤导致的组织损伤；同时，放射损伤后间充质干细胞向肠上皮的募集增加[16]。但由于放射治疗通常涉及多个疗程，辐射毒性作用会逐渐累积，如果隐窝内整个干细胞群体均发生凋亡、坏死，则会延长修复过程，这可能是急性RIII向慢性RIII演变的潜在机制。

1.4 肠血管内皮细胞损伤 RIII发病的另一个重要因素是放射线能对肠血管造成损伤，使局部血液处于高凝状态，引起血管内皮细胞的肿胀、渗透性增加，炎症细胞黏附、迁出以及形成微血栓，造成闭塞性动脉内膜炎和静脉内膜炎，致肠壁缺血、黏膜糜烂及溃疡。Han等[17]研究发现，替普瑞酮可影响内皮细胞迁移，恢复肠血管内皮细胞功能，促进肠道血管生成，对放射性肠损伤具有治疗作用，从而揭示了RIII的发病机制与肠血管内皮细胞损伤有关。Mintet等[18]发现，纤溶酶原激活物抑制剂1型(plasminogen activator inhibitor-type 1，PAI-1)通过内皮依赖性机制在RIII中发挥作用，并在体内证明肠壁的血管内皮细胞由于炎症反应可向间质细胞转化，从而参与放射性肠炎的发生发展。Jang等[19]发现黄芩素可通过恢复内皮损伤而对放射线引起的肠道炎症具有治疗作用。

1.5 肠道微生物群失调 微生物群在黏膜免疫系统防御机制中起着重要作用，越来越多的证据表明肠道微生物组与辐射诱发肠损伤的发病机制有关[20]。Gerassy-Vainberg等[21]发现，患者在接受放射治疗后肠道微生物显著改变，并提出微生物群在辐射诱导中的变化有潜在的致病性。Ding等[22]在小鼠模型中也证实了辐射诱发的肠道微生物群的改变能造成肠损伤，并验证了粪便移植对改善辐射引起的小鼠肠损伤具有治疗作用。另有临床研究表明，辐射引起的微生物群变化程度与放射治疗后腹泻之间可能存在关联。Wang等[23]研究发现，在放射治疗期间，未出现腹泻的患者微生物群与健康对照者的微生物群存在60%的相似特征，而发生腹泻的患者在放射治疗结束时仅维持29%的相似性，说明肠道微生物群的变化可被用来预测RIII腹泻症状的发生。

2 RIII中医病因病机

中医古籍无RIII的记载，根据恶心呕吐、腹痛腹泻、里急后重、下痢脓血等临床症状，可将其归纳入中医学“腹痛”“肠澼”“泄泻”“脏毒”“肠风”“内痈”“痢疾”“便血”等疾病范畴，病位在肠腑，与脾、胃、肾有关。关于RIII的病因病机，各医家看法不一。

2.1 放射线属“火热之毒” 有医家认为RIII的病理因素为火毒(放射线)[24-25]。谢梦达等[26]认为，RIII的病机关键在于热毒蕴结于阴分，肝肾造化不及，耗伤气阴。祝朝富等[27]认为，肿瘤患者在“内虚”基础上经历放射火毒，正气愈虚，无力御邪，热毒湿浊则乘虚而入，郁积下焦肠内，发而为病。冯敬霞等[28]归纳RIII致病因素主要为火热毒邪和正气亏虚，主要病机为热伤脉络，热瘀交结。放射治疗初期，火热毒邪直中肠腑，致脾胃功能失常，脾失健运，内生湿浊，又与外入火热毒邪交结，湿热丛生，大肠传导失司，则见腹泻、腹痛、里急后重；后期此亢烈之火灼伤气血脉络，症见便血，久则耗伤人体气阴，致脾肾阳虚，先天元气虚衰，后天元气不能自复，形成火热夹气虚之证，气因火盛而衰，火因气衰而更盛，虚实夹杂，故病情反复发作，迁延难愈。在反复发作的过程中，元气逐渐被消耗，与中医“壮火食气”理论不谋而合。“壮火食气”源自《素问·阴阳应象大论》，原意为药物、饮食的纯阳刚烈之性消蚀耗散人体的元气，后世亦指亢烈之病理之火戕害人体、消耗元气[29]。因此，RIII初期病机为“火毒内蕴，脾胃湿热”，中晚期的病机为“脾肾阳虚，元气虚衰”，其病机演变以火为主，以元气渐衰为核心。治疗上，病初从火论治，清除壮火保护元气不受耗散，但药味应避大寒之属，以防伤阳；后期从气论治，重点扶植少火以生元气。因而，泻热存阴、固本培元应是治疗RIII的关键，且固本培元应贯穿治疗全过程。

2.2 放射线属“燥邪” 李仝认为放射线是一种特殊的“燥热邪气”，其致病不同于一般的火热之邪，放射线因长时间反复作用于局部脏腑，使邪气具有渐进性、持久性及蓄积性，燥邪则更能突出放射性损伤的动态演变过程[30]。放射治疗初期多属新感，燥邪伤及气分，致脾胃气虚，失于运化和降，则见恶心呕吐；脾气不升，中气下陷，症见里急后重；气机升降失调，出现纳差、腹泻；若燥热邪气未及时清解，或继续放射治疗，新感燥热邪气则引动潜伏在内的温燥之邪，伤津耗气，津液煎熬日久，伤及血分，毒伤血络，可动血耗血，发为便血。因此，RIII初期病机为“燥邪犯胃，脾胃气虚”，中晚期的病机为“伏邪内动，气血亏虚”。

3 结语

RIII的西医发病机制虽错综复杂，但在某种角度上与中医病机不谋而合。其一，西医认为RIII早期以炎症改变为主，中医认为RIII初期放射之邪内聚，多表现热象，治宜泻热存阴。其二，肠道干细胞的严重缺失是肠黏膜损伤的关键所在，放射线无论属“火热之毒”还是“燥邪”，终将导致元气渐衰，而干细胞在功能上与中医学中“元气”的概念相近[31-32]。其三，肠道微生物群失调是RIII致病因素之一，放射之邪直中肠腑，易伤及脾胃功能，而肠道菌群作为“代谢器官”，广义上当属中医学“脾”的范畴，故在助脾运化及优化精微布散的过程中具有重要作用[33]。

尽管目前对RIII的发生机制有所阐释，但RIII的治疗尚处在缺乏高效低毒的药物阶段。首先，放射治疗虽在“物理精准”上取得了长足进步，但“物理精准”方法仍然无法彻底解决辐射对正常组织的毒性问题，而诸如抗生素、肠内肠外营养、肠黏膜保护剂、生长抑素、抗氧化剂、细胞保护剂、高压氧疗、介入治疗、外科手术及灌肠等对症治疗方法，临床治疗效果并不理想，且不良反应大，价格昂贵，患者接受度不高，不仅影响患者肿瘤相关的其他治疗，还严重影响患者身心健康。其次，部分基础及临床试验虽证实了中药内服联合灌肠、针灸、耳穴埋豆等中医疗法在治疗RIII中的有效性[34-35]，但由于各时期RIII的中医病机不同，多种治疗有效的方法不具有重复性，难以大规模推广应用。因此，亟需从中西医角度进一步深入分析RIII的发病机制，从源头着手，寻求最佳的中西医结合方案，以期探寻高效、安全且经济的防治方法，降低RIII发病率，减轻临床症状，改善患者生存质量。