放射性肺损伤的研究进展

2015-01-21 15:35伍海琼综述李贤富文世民审校
肿瘤预防与治疗 2015年4期
关键词:肺纤维化放射治疗放射性

伍海琼 综述,柳 弥,李贤富,文世民 审校

(1.川北医学院,四川 南充637000;2.川北医学院附属医院肿瘤科,四川 南充637000;3.南充市中心医院肿瘤科,四川南充637000)

放射治疗是胸部肿瘤的主要治疗手段。放射性肺损伤(radiation-induced lung injury,RILI)是胸部肿瘤放射治疗的常见并发症。文献[1]报道RILI发生率约13%~47%。有研究显示[2],RILI的发生是由于射线使肺泡Ⅱ型细胞和表面活性物质减少,受照部位肺组织发生急性渗出、炎细胞浸润,甚至肺泡崩解、胶原纤维增生,形成肺损伤。RILI包括急性放射性肺炎(早期,常发生在放疗后1~3个月)和放射性肺纤维化(后期,常发生在放疗后3至6个月甚至更长时间)。数十年来,放射性肺损伤的治疗无明显进展。因此,寻求防护放射性肺损伤的有效措施,成为近年国内外学者研究的热点。本文就目前国内外有关放射性肺损伤的发病机制、影响因素、防护技术、防护药物的研究进展作一简要综述。

1 放射性肺损伤的发生机制及影响因素

放射性肺损伤发生机制尚未完全阐明。有研究表明[3],放射性肺损伤不仅仅是单一靶细胞损伤的结果,而是多种细胞参与、多种细胞因子调控的复杂过程。传统观点认为,放射性肺炎和放射性肺纤维化是同一病理过程的两个不同阶段,两者可同时发生,目前,普遍认为,RILI的发生是一个极其复杂的网状交织过程,并相互影响、相互调节。目前学者主要从以下几方面来研究:(1)细胞因子学说:多种细胞因子共同参与RILI的发生,其中白细胞介素(IL-1、IL-2、IL-4、IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α),碱性成纤维细胞生长因子-2(FGF2),转化生长因子β(TGF-β)[4]、血小板源性生长因子(PDGF)、巨噬细胞生长因子(MFCF)、纤维连接素[5]及基质金属蛋白酶MMP-TIMP[6]可能与促纤维化发生相关。这些细胞因子可能由肺泡细胞、纤维细胞、肺泡巨噬细胞产生,以自分泌、旁分泌和内分泌的方式发挥作用;(2)靶细胞学说:放射性肺损伤发病机理研究始于20世纪50年代,当时多为病理形态学观察,80年代则集中于“关键靶细胞”研究。归纳起来有以下几种学说[7]:①肺泡上皮损伤;②肺血管内皮细胞损伤;③肺泡巨噬细胞生长因子;④免疫反应淋巴管受累;⑤巨细胞病毒参与;⑥淋巴管受累学说;⑦基因学说;(3)血管紧张素受体及转化酶:Molteni等[8]研究发现,血管紧张素受体及转化酶与放射性肺损伤的形成有关。放射性肺损伤影响因素较多,主要有两类:①放射物理学因素:正常肺组织受照的剂量和体积是RILI的主要影响因素。除V20、V30、MLD等经典的剂量体积直方图(dose volume histograms,DVH)参数以外,多数学者研究显示[9-11],肺V5、V10、V13也与放射性肺损伤发生相关。同时,RILI还与正常组织并发症概率(normal tissue complication probability,NTCP)、剂量分割模式、放疗技术等因素相关[12-14]。②临床因素:与放射性肺损伤相关的常见临床因素包括:年龄、性别、吸烟史、肿瘤部位、临床分期、一般状况、基础肺功能、是否接受化疗等。Claude等[15]报道老年患者发生放射性肺损伤的机率较年轻患者高,女性较男性高(15%和4%),一般状况差的患者较一般状况好的患者高(16%和2%)。放疗前肺功能与放射性肺炎(radiation pneumonitis,RP)发生相关,若放疗前第一秒呼气量 >2L,则放疗后发生 RP的概率明显降低[16]。Song等[17]等认为肿瘤部位与RILI发生相关,肺中下叶肿瘤放疗后RILI发生率较高。

2 放射性肺损伤的防护

2.1 放疗新技术

2.1.1 三维适形放疗 三维适形放射治疗(3-dimensional conformal radiotherapy,3D-CRT),与常规放疗相比,能有效降低正常肺组织受照剂量及受照体积,降低放射性损伤,目前国内绝大多数医院已开展该项技术。潘建基[18]对中段食管癌分别设计三种不同照射技术(A:常规3野;B:适形3野;C:适形5野),比较同一处方剂量(66Gy)下肿瘤靶区适形指数,全肺受照剂量与肺NTCP的差异。结果表明:3D-CRT靶区剂量分布较常规放疗好,且显著降低正常肺受照体积和剂量,减少放射性肺损伤发生率。

2.1.2 调强放射放疗 调强放射放疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)被公认为是放射治疗历史中革命性的进步。它能更好地保护正常器官,同时增加靶区剂量,其剂量分布与靶区适形度较3D-CRT有极大改善。因此,IMRT能有效提高肿瘤局部控制率,减少正常组织放射性损伤。Chandra等[19]对采用IMRT和3D-CRT放疗计划的远端食管癌患者进行回顾性分析,结果显示:IMRT改善计划靶区(PTV)的剂量均匀性,肺 V10、V20、MLD均有所降低。张莉等[20]比较中上段食管鳞癌3DCRT和调强放疗(IMRT)的放射性肺损伤的情况,结果表明:在食管癌放疗中,IMRT与3D-CRT相比,可减少肺Mean、V20和V30,有利于肺的保护。

2.1.3 立体定向放疗 立体定向放疗(stereotactic radiotherapy,SRT)剂量分布锐利,具有“刀”的特征,有利于保护靶区外正常组织,降低正常组织放疗副反应。Borst等[21]研究 128例接受 SBRT(6~12Gy/次)和142例接受常规分割放射治疗(conventional fractionated radiation therapy,CFRT)(2~2.5Gy/次)患者的临床资料,结果表明,与CFRT相比,接受SBRT的患者发生2级及以上放射性肺损伤概率较低(分别为 10.9%、17.6%)。Stauder等[22]研究也表明,不可手术非小细胞肺癌(nonsmall cell lung cancer,NSCLC)患者接受SRT照射是可行的,其引起的放射性肺损伤可以耐受,且并未导致过度的早期放射性肺损伤。

2.1.4 螺旋断层放射治疗 螺旋断层放疗(tomotherapy)在充分保护正常器官前提下,提高靶区照射剂量,降低并发症发生率,提高肿瘤患者疗效。Chen等[23]研究认为:食管癌放射治疗中,与IMRT、3D-CRT相比,tomotherapy在肺V20、靶区适形度方面更有优势。

2.1.5 质子放射治疗 质子治疗优势:适形度好,在组织内形成布拉格峰型剂量分布,直接提供高剂量放射线到肿瘤靶区,最大剂量区域外的剂量迅速跌落,正常肺组织受照剂量明显减少。与3D-CRT和IMRT相比,已证实质子治疗(proton therapy,PT)能明显降低正常组织剂量(肺、心脏、脊髓等)[24]。Nichols等[25]研究不能手术的Ⅲ期 NSCLC,发现:与3D-CRT相比,质子治疗能使肺V20和MLD降低29%、33%;与 IMRT比较则降低了26%、27%。Xu等[26]将质子放疗与3D-CRT及IMRT在乳腺癌区域淋巴结的治疗上进行了对比,发现质子放疗左肺V20、V5分别为31%、50%,而3D-CRT为36%(P=0.0368)、70%(P=0.0007),IMRT 为 30%(P=0.7328)、81%(P=0.0002),表明质子放疗在提高区域淋巴结剂量同时,可减少肺等危及器官受照剂量。

2.2 新的防护药物

2.2.1 活性氧清除剂 电离辐射使组织中产生过量活性氧自由基,破坏机体氧化还原平衡状态,导致组织损伤。因此,清除组织内活性氧自由基,维持其氧化还原平衡状态,可有效防护RILI。这类药物有阿米福汀、超氧化物歧化酶及其类似物、还原型谷胱甘肽、NO、硒制剂等。阿米福汀目前被认为是防护RILI的较佳药物,但价格昂贵,不良反应较多,故临床中应用较少。

近年来,有学者[27]研究提示,MnTE-2-PYP(5+)能较好防护放射导致的小鼠肺损伤,这些作用可能与其抑制氧化、降低关键转录因子活性、促血管形成、促纤维细胞因子释放等有关。Pan等[28]研究重组蛋白SOD-TAT对小鼠RILI保护作用,结果认为:与氨磷汀相比,SOD-TAT更有效地增强肺抗氧化能力,降低放射性肺纤维化发生率,改善受照射小鼠生活质量。Garofalo等[29]对恒河猴实行11.5Gy全肺照射,实验组在照射后24小时每日皮下注射浓度为5mg/kg的金属卟啉抗氧化剂(metalloporphyrins antioxidants,AEOL)10150,共4 周。与对照组相比,治疗组的TGF-β1水平相对较低。该研究结果显示:AEOL10150具有减轻RILI的潜在作用。Kaya等[30]研究认为:维生素E联合己酮可可碱预防大鼠放射性肺纤维化是有效的。此外,有研究显示,牛磺酸、亚麻籽、姜黄素、大豆异黄酮等膳食营养成分,也具有防护RILI的作用。目前,上述研究均仅在动物模型基础上进行,尚需相关临床试验进一步证实这类防护药物对患者是否有效,能否用于临床。

2.2.2 血管紧张素转化酶抑制剂 (angiotensin converting enzyme inhibitors,ACEI)目前,有研究表明[8],血管紧张素受体及转化酶与放射性肺损伤的形成有关,血管紧张素转化酶抑制剂能防护放射性肺损伤,其机制是改善辐射诱导的血管反应。Gao等[31]构建了大鼠RILI模型,发现在放疗后至少一个月开始使用ACEI可以缓解大鼠放射性肺炎和/或肺纤维化。Kharofa等[32]回顾性分析 2004~2009年在Clement J Zablocki Veterans Affairs医学中心接受放射治疗的Ⅰ期至Ⅲ期小细胞和非小细胞肺癌患者中ACEI与RILI发生率的关系。结果也表明:ACEI可降低RILI发生率。因此,研究人员应该开展更多相关临床试验,以确定ACEI对放射性肺损伤防护作用及相关不良反应,为临床工作做出指导。

2.2.3 细胞因子抑制剂

2.2.3.1 转化生长因子β1(TGF-β1)抑制剂 目前,国内外研究显示:TGF-β1与RILI发生、发展关系密切,可作为RILI的危险预测因子。因此,人们设想,阻断 TGF-β1的表达信号通路,或许可阻止RILI进展。Anscher等[33]研究显示,使用抗 TGF-β1抗体,1D11,可防止辐射诱导的小鼠肺损伤。随后,TGF-β1受体抑制剂,SM16,在类似的小鼠放射性肺损伤模型中被证明有效[34]。Flechsig等[35]研究另一种TGF-β1受体抑制剂,LY2109761,通过逆转TGF-β和骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMP)-相关的促炎和促血管生成信号转导,可减轻小鼠RILI。

2.2.3.2 肿瘤坏死因子α(TNF-α)抑制剂 TNF-α是启动早期炎症反应的关键细胞因子,与RILI发生相关。因此,抑制TNF-α的表达,可防护放射性肺损伤。有文献显示[36],TNF-α抑制剂,己酮可可碱,能有效防护 RILI。2008年,Zhang等[37]发现,TNF-α 抑制剂 ,TNFR1,可有效防护小鼠RILI。

2.2.3.3 白介素(IL)抑制剂 研究发现,白介素与RILI发生、发展密切相关。因此,研制IL抑制剂防护RILI或许是一有效办法。Ogata等[38]认为,放疗前小鼠腹腔注射抗 IL-6受体抗体,IL-6RA,只能在早期暂时抑制辐射诱导的IL-6释放水平增加,并不能防止RILI发生。随后,Ogata等[39]也认为,长期使用高剂量IL-6RA,不能减轻小鼠RILI。Shu等[40]使用趋化因子受体4(CXCR4)抑制剂,MSX-122处理RILI小鼠,结果显示,该抑制剂能有效减轻小鼠的放射性肺炎。Fox等[41]在小鼠RILI模型中发现,趋化因子受体(CXCR)1/2抑制剂,DF2156A,可减轻放射性肺纤维化的发生率。

2.2.3.4 酪氨酸激酶受体抑制剂 2009年,Li等[42]发现,小分子生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂:甲磺酸伊马替尼,可改善小鼠放射性肺纤维化。表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(epidermal growth factor receptor-tyrosine kinase in-hibitor,EGFR-TKI),吉非替尼,第一个用于晚期NSCLC治疗的分子靶向药物,获批用于治疗既往接受过化疗的局部晚期或转移性NSCLC。然而其少见但极其严重的副作用急性肺损伤(acute lung injury,ALI)逐渐引起关注,且ALI一旦发生,危险性大、死亡率高。吉非替尼导致ALI的机制尚不明确,有专家[43]推测是因其对EGFR的抑制妨碍肺部损伤的正常修复,从而加重肺部损伤,并使免疫炎症反应失控,导致ALI发生。也有学者[44]认为氧化应激参与了间质病的发生,但具体机制还有待进一步研究。近年来有学者研究发现[45],吉非替尼不会加重小鼠RILI,且大剂量吉非替尼(200mg/kg/d)通过减少胶原蛋白沉积途径,减少小鼠晚期放射性肺纤维化的发生率。然而,该实验中吉非替尼的剂量大于临床剂量(250mg/body/day),因此,这一试验结果不能用于临床。目前吉非替尼与放射性肺损伤的关系仍存在争议,期待开展进一步的研究证实。

目前,只有动物实验显示细胞因子抑制剂可有效防护RILI,并无相关临床试验数据。尚需开展进一步临床研究,以证实细胞因子抑制剂是否能防护RILI。

2.2.4 酶类抑制剂 有文献显示,放射性肺损伤发生与蛋白酶表达相关,抑制相关蛋白酶表达,可减轻RILI。Katoh等[46]研究发现:在小鼠 RILI模型中,尿胰蛋白酶抑制剂:乌司他丁,通过抑制TGF-β表达,减少RILI发生率。Fox等[47]研究表明:嗜中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂:西维来司钠水化合物,通过抑制中性粒细胞活性及过度炎症反应来阻止RILI的发生。Monceau等[48]报道,他汀类和Y27632通过抑制Rho/Rock通道和Smad蛋白通道活性,可减轻放射性肺损伤。2010年,Flechsig等[49]通过MMP13基因敲除小鼠RILI模型的研究表明:MMP13与放射性肺纤维化发生相关,MMP13构成减轻放射性肺纤维化潜在的药物靶标。目前,只有动物试验研究酶抑制剂对RILI的保护作用,尚无相关临床试验数据。

2.3 干细胞基因治疗

Wang等[50]研究发现,肝细胞生长因子基因修饰的骨髓间充质干细胞(MSCs-HGF)可减少TNF-α、IL-6等炎性细胞因子分泌,降低促纤维细胞因子表达,抑制纤维化进展。Xue等[51]通过研究发现,腺病毒(AD-sTβR)介导的表达可溶性TGF-βⅡ型受体的MSCs可减轻小鼠放射性肺损伤。MSCs还可保护肺泡II型细胞远离照射引起的凋亡和DNA链断裂,并抑制炎性应答,从而抑制RILI进展。目前,有关干细胞治疗RILI的研究尚处于早期动物试验阶段。

3 结语

放射性肺损伤对患者生活质量及生存期造成严重影响,成为限制胸部肿瘤放射治疗靶区剂量提高的关键因素之一,其发生率高,影响因素除物理因素外还存在诸多临床因素。因此,放疗医师在拟定放疗计划时,需综合考量以上因素,制定个体化的治疗方案。随着放疗设备改进、放疗技术提高,放射性肺损伤的发生率有所降低。虽然,近年来有研究显示一些新药物可防护RILI,但这些数据大多来自临床前期的动物试验、细胞实验,缺乏大规模、多中心的随机临床试验来验证这些药物对于RILI是否具有确切的防护作用。寻求更加有效的防治措施,对于降低放射性肺损伤发生率,提高胸部肿瘤患者的放射治疗效果,具有重要意义。

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