急性放射性腸損傷發病機制及防治進展

王 盈 朱鳳琴 韓 偉

腸道細胞尤其是上皮類細胞因其快速增殖和更新，對電離輻射表現出高敏感性。在腹盆腔及腹膜后腫瘤放射治療中，放射性腸損傷是常見的并發癥。根據其發病時間不同，可分為急性和慢性兩類。急性放射性腸損傷常出現在放療后3個月內，發病率80%～90%，表現為腹瀉、腹痛、里急后重、便血等；慢性放射性腸損傷則出現在放療后3個月～30年，其中2%～15%患者發展為嚴重的腸道疾病，表現為腸管縮窄、腸梗阻、腸穿孔等[1-2]。急性放射性腸損傷發病率高，影響放射治療效果和患者生活質量。目前，其發病機制仍未完全明確，臨床治療效果欠佳，本文對急性放射性腸損傷的發病機制及防治進展進行回顧。

1 發病機制

腸上皮細胞、腸干細胞的高增殖率，使腸道成為易受到輻射損傷的器官之一。近年來，研究[3-4]認為，急性放射性腸損傷主要與腸道黏膜干細胞死亡、血管內皮損傷、腸道菌群失調及炎癥因子表達異常有關。見圖1。

圖1 急性放射性腸損傷發病機制

1.1 輻射損傷的病理生理機制 電離輻射可導致細胞DNA的直接和/或間接損傷。射線攜帶的能量破壞DNA結構，導致DNA單鏈和/或雙鏈斷裂，以及堿基損傷等[1]。輻射還可導致水分子電離，產生活性氧(reactive oxygen species，ROS)和活性氮自由基，引發線粒體“呼吸爆發”產生大量ROS[5]?；钚曰鶊F可進一步導致DNA或RNA損傷、氨基酸氧化及脂質過氧化等[6]，激活多種信號通路，造成細胞周期阻滯、細胞凋亡或壞死、炎性因子釋放等病理改變。

1.2 腸道黏膜干細胞死亡 腸道黏膜是隔絕腸道組織和腸腔內容物的屏障，主要由腸上皮細胞組成，未分化的腸干細胞位于黏膜表面的隱窩內。輻射導致腸上皮細胞損傷，繼而引起腸道屏障受損。研究[7]表明，Lgr5+腸干細胞死亡，無法及時補充受損的腸上皮細胞，是腸道黏膜持續損傷的關鍵。此外，急性放射性腸損傷時期，輻射引起血管內皮損傷，血管及組織交界處出現滲出、水腫，導致血管通透性增加，紅細胞及中性粒細胞進入黏膜固有層。最終，腸上皮屏障完整性被破壞，微生物、電解質、大分子等抗原物質流入黏膜固有層，導致由巨噬細胞、樹突狀細胞和中性粒細胞共同參與的炎癥發生[1,8]。此外，非傳統型前折疊束RPB5交互因子(unconventional prefoldin RPB5 interactor，URI)也參與腸道黏膜干細胞的死亡。URI廣泛參與生物體內轉錄調節、凋亡調控和保護DNA完整性[9]等生理學過程。最新研究[10]表明，URI表達水平降低可激活β-catenin-c-MYC信號通路，使緩慢分裂的干細胞樣標記物細胞依賴性增殖，增加其對輻射的敏感性。該研究[10]發現，高劑量輻照后早期(24～48 h)小鼠腸隱窩中URI水平增加，再生期(輻射后72～96 h)內URI水平下降；過表達URI可顯著緩解小鼠輻射后的胃腸道反應，而降低URI表達則導致腸道細胞輻射敏感性增高。

研究[11-12]發現，輻射敏感組織在輻射后顯示出延長的p53信號激活，可導致凋亡信號通路激活，引起腸道干細胞凋亡；輻射耐受組織僅表現短暫的p53激活，且p53缺陷小鼠對凋亡產生抗性。有學者對實驗小鼠，通過基因敲除或藥物抑制組蛋白去乙?；?sirtuin 1，SIRT1)，給予致死劑量輻射，結果顯示抑制SIRT1增加p53乙?；?，使得p53穩定，可促進Lgr5+腸干細胞的恢復和腸上皮細胞的生存[13]。Wnt/β-catenin信號通路也參與放射性腸損傷過程，激活Wnt/β-catenin信號通路，可降低放射后隱窩細胞的凋亡，促進輻射后腸道細胞再生[7]。黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2，AIM2)作為細胞內雙鏈DNA識別器，可由輻射導致的胞質雙鏈DNA活化，引發半胱氨酸天冬氨酸酶-1(caspase-1)介導的腸隱窩細胞焦亡，釋放白介素1β(IL-1β)等炎性因子，導致放射性腸損傷的產生；而AIM2敲除鼠較野生鼠輻射腸損傷程度緩解，存活時間延長[14]。

1.3 腸道菌群失調 腸道微生物組是調節全身免疫反應的關鍵因素。腸道微生物群與腫瘤治療的有效性和毒副作用緊密相關。輻射可導致腸道內微生物組的豐度和多樣性發生顯著變化，如擬桿菌(Bacteroides)和腸桿菌科(Enterobacteriaceae)增加，雙歧桿菌(Bifdobacterium)、柔嫩梭菌群(Faecalibacterium prausnitzii)和梭菌簇XIVa(Clostridium)減少等[15]。Gerassy-Vainberg等[16]發現，輻射后6周腸道微生物組成變化最為顯著，蘇特氏菌屬(Suterella spp)、維氏微孢子菌門(Verucomicrobia)和阿克曼菌屬(Akkermansia spp)顯示出顯著的豐度變化；在腸炎小鼠模型中，阿克曼菌屬、擬桿菌、吉氏副擬桿菌(Parabacteroides)、蘇特氏菌屬、尿酸桿菌(Turicibacter)等6個屬的細菌數量增加；腸炎段微生物組增強了IL-1β和TNF-α表達，證實了腸道微生物與放射性炎癥發展的密切關系。Guo等[17]發現，高劑量輻射幸存小鼠(存活至正常壽命)腸道微生物群改變顯著，毛螺菌科和腸球菌科豐度顯著上升，且隨時間延長而增加。另外，輻射幸存小鼠中豐度最高的3種細菌(螺菌、糞腸球菌、脆弱擬桿菌)及鼠李糖乳桿菌(已報道有輻射防護作用)，移植至GF級或SPF級小鼠，均可顯著提高輻射存活率。腹盆腔放療患者的腸道微生物群多樣性也發生改變。英國一項臨床研究[18]招募了早期組(放療后隨訪1年，n= 32)、晚期組(放療后隨訪2年，n= 87)、腸鏡組(放射性腸病患者，n=9；健康對照組，n=6)的腹盆腔放療患者，發現梭菌簇Ⅳ、羅氏菌屬(Roseburia)和考拉桿菌屬(Phascolarctobacterium)的高計數與放射性腸損傷顯著相關。放射性腸損傷患者中IL-7、IL-12/IL-23 p40、IL-15、IL-16顯著降低，這些細胞因子與腸道微生物調節和腸壁維持動態平衡相關。Mitra等[19]分析了35名接受同步放化療的宮頸癌患者的腸道微生物組(基線和放療第1、3、5周)，發現腸道菌群多樣性持續下降，在第5周下降幅度最大。

1.4 炎癥因子表達異常 在放射性腸損傷急性期，由于腸道黏膜屏障破壞和上皮細胞死亡導致炎癥，受損的血管內皮刺激細胞因子、趨化因子和生長因子的分泌以及黏附分子的表達，單核細胞的額外募集和常駐肥大細胞激活，導致促炎因子IL-1β、IL-6和TNF-α等水平升高，可激活NF-κB/AP-1、Wnt、Notch、PI3K等信號通路，引起級聯反應，形成炎癥的正反饋回路，放大炎癥反應和增加炎癥所致慢性損傷程度[20]。

NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3，NLRP3)炎性小體是固有免疫中關鍵的胞質內感受器，可激活caspase-1，促進IL-1β等炎性因子的分泌和細胞焦亡的發生[21]。線粒體氧化應激、生物能損傷和NLRP3炎性小體激活參與放射性腸損傷的過程[22]。Wu等[23]在放射性腸病小鼠模型中發現，NLRP3炎性小體激活參與了輻射誘導的腸道損傷，鞭毛素蛋白A N/C抑制輻射誘導的ROS生成，降低NLRP3活性，減少caspase-1依賴性焦亡的發生。Hu等[24]同樣發現，在放射性腸損傷大鼠模型中，羅格列酮可抑制caspase-1、NLRP3、IL-1β和TNF-α的表達，緩解腸道損傷。體外實驗發現，羅格列酮可降低NLRP3的表達，而NLRP3激活劑尿酸單鈉可逆轉羅格列酮對巨噬細胞中IL-1β和TNF-α的抑制，逆轉羅格列酮對輻射致大鼠腸道損傷的保護作用。

模式識別受體Toll 樣受體(Toll-like receptors，TLRs)可影響調節性T細胞(regulatory T cells，Treg)的增殖和免疫抑制功能，參與炎性因子表達。Yoshino等[25]研究發現，電離輻射通過ROS介導的c-jun氨基末端激酶(c-jun N-terminal kinase，JNK)激活，增加Toll 樣受體2(Toll-like receptor 2，TLR2)和Toll 樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)的細胞表面表達。在培養細胞和動物試驗中，TLR2、Toll 樣受體5(Toll-like receptor 5，TLR5)或Toll 樣受體9(Toll-like receptor 9，TLR9)激動劑均被證明可以抑制輻射誘導的細胞凋亡并促進細胞存活，如TLR5配體CBLB502可以減輕實驗動物腸道損傷，TLR9配體對中空腸有保護作用[26]。

2 急性放射性腸損傷的危險因素及預防

腸道癥狀的嚴重程度呈劑量依賴性，急性放射性腸損傷相關的危險因素包括放療總劑量、分割方式、靶區范圍、腸道照射體積及腸道受照射量。Li等[27]回顧性研究100例婦科腫瘤術后放療患者中輻照小腸體積與急性腹瀉發展間的關系，發生2～3級腹瀉的患者小腸受照射體積顯著高于0～1級腹瀉患者，小腸V25[(290.35±130.22)cm3，P= 0.001]是所有患者出現中重度腹瀉的獨立危險因素。充盈膀胱、排空直腸、使用腹板進行定位等方法均可減少小腸受照射體積。圖像引導放療使用成像來顯示放射治療靶區和解剖結構，可保證靶區精準，減少正常器官誤照。

放療技術的改良，有利于降低急性放射性腸損傷發病率。調強放療技術可保證放療靶區適形性，且較普放及三維適形放療可減少40%的腸道輻射劑量[28]。Cucinotta等[29]利用新計算模型系統，反向驗證人類小腸上皮細胞對分割照射的響應，結果顯示，在相同的總劑量下，低分割放射治療方案對人類正常小腸上皮的累積損傷效應小于傳統分割放射治療方案。FLASH放療是一種超高劑量率超快輻射的先進放療技術。Diffenderfer等[30]發現，FLASH放療可減少全腹放療或局灶性腸道放射治療后的急性細胞損失和晚期纖維化。

急性放射性腸損傷其他的危險因素有吸煙、高血壓、糖尿病、血管疾病、炎癥性腸病、既往手術史、肥胖等，因此，在治療前及治療期間采取相應的預防措施可降低急性放射性腸損傷發病率，如吸煙患者絕對戒煙，高血壓、糖尿病患者于放療前進行良好的內科治療等[31]。放療聯合其他腫瘤內科治療或是危險因素之一。有文獻[32]報道，盆腔放療聯合CDK4/6抑制劑哌柏西利治療，表現出嚴重的腸炎癥狀。

3 急性放射性腸損傷治療進展

急性放射性腸損傷常在放療開始后較短時間內出現，臨床常表現為便血、便急、便頻、腹瀉、粘液糞便、里急后重和肛門疼痛[33]。治療上主要以營養支持、對癥治療為主，目前常用的治療藥物包括益生菌、抗氧化劑、抗炎類藥物、抗生素等。

3.1 益生菌 腸道菌群失調與急性放射性腸損傷的發生發展相關。益生菌可維持腸道菌群平衡及腸道穩態，可改善放療后腹痛腹瀉的發生率和嚴重程度，降低止瀉藥使用率[34]。近年來，體內外試驗均驗證了益生菌對放射性腸損傷的療效。Lu等[35]輻射前對小鼠進行藻藍蛋白灌胃預處理連續1個月，發現藻藍蛋白可改善腸道放射損傷程度，調節腸道微生物組成，增加有益菌比例，減少有害菌比例，從而降低脂多糖水平，抑制TLR4/Myd88/NF-κB通路的激活。臨床研究中，有學者[36]發現，重組清酒乳酸菌是一種安全有效的腸道放射防護劑，可有效緩解放射性腸損傷癥狀，降低發病率。一項薈萃研究[37]納入6項隨機對照試驗(共917名接受腹盆腔放療患者)，其中490例接受預防性益生菌(乳酸菌、雙歧桿菌、鏈球菌)治療，427例接受安慰劑治療，結果顯示益生菌組的腹瀉發生率更低。

目前認為，腸道微生物通過其代謝產物保護腸道免受輻射損傷。在高劑量輻射幸存鼠(存活至正常壽命)糞便中發現，微生物衍生的丙酸和色氨酸代謝物濃度增加，可緩解輻射致胃腸道綜合征嚴重程度[16]。吲哚- 3-丙酸(3-indolepropionic acid，IPA)，是一種腸道微生物衍生的色氨酸脫氨產物，可通過增強上皮和黏液屏障，改善腸道屏障功能[38]。Xiao等[39]研究發現，對受輻射小鼠進行糞菌移植可提高其糞便中IPA水平，通過口服途徑補充IPA也可有效緩解受輻射小鼠的造血系統和胃腸道損傷，且不會促進腫瘤生長。全佳等[40]利用丁酸鈉對大鼠腸損傷模型進行干預，證實其可增加放射性腸損傷大鼠腸黏膜血流量，降低一氧化氮產生量，發揮保護腸黏膜作用。此外，糞球菌屬、真桿菌屬等腸道微生物短鏈脂肪酸代謝產物戊酸，也被證實有類似功效[41]。

3.2 抗氧化劑 電離輻射可誘導大量ROS產生，繼而引起細胞損傷?？寡趸瘎┤邕€原性谷胱甘肽、維生素、谷氨酰胺等，在臨床上使用較多。谷氨酰胺可為快速分裂細胞(如腸道干細胞、血管內皮細胞等)提供能源，能合成還原性谷胱甘肽，提高機體抗氧化能力。既往研究[42]認為，谷氨酰胺可以緩解發生在頭頸、食管、胃腸部位與放化療相關的黏膜潰瘍。但近來一項Meta分析[43]提出不同結論，結果顯示谷氨酰胺并不能改善放射性腸炎的嚴重程度和癥狀。

染料木黃酮(Genistein)具有較強的抗氧化性和蛋白酪氨酸酶激酶抑制活性，具有良好的抗輻射作用[44]。Zhang等[45]從苦參中提取染料木黃酮，證明染料木黃酮可通過上調Rassf1a和Ercc1基因表達水平減輕DNA輻照損傷，對小鼠放射性腸損傷具有保護作用。逄志駿等[46]研究發現，槐角中提取的低劑量染料木黃酮能促進小腸上皮細胞細胞增殖，提高輻照后細胞存活率，高劑量染料木黃酮則會抑制細胞增殖。動物研究[46]發現，槐角染料木黃酮可減少輻射小鼠的腸道結構破壞，使細胞凋亡程度得到緩解。

其他抗氧化劑，如：大黃多糖可上調Nrf2/HO-1水平，減少細胞凋亡，降低炎癥因子水平，從而降低輻射誘導的腸道損傷[47]；n-乙酰半胱氨酸可降低輻射所致小腸組織中丙二醛水平和caspase-3表達水平[48]；香蘭素衍生物VND3207可促進細胞增殖和抑制細胞凋亡，在體外保護輻射后的腸上皮細胞，并通過調節DNA-PKcs通路促進輻射損傷后腸道修復[49]；核桃寡肽增強小鼠的抗氧化防御系統，也可限制炎癥級聯反應以及減少腸道上皮損傷、促進上皮完整性[50]；?；撬峥赏ㄟ^激活 Nrf2 /HO-1通路，降低細胞內ROS水平，對電離輻射引起的腸道損傷發揮保護作用[51]。但上述抗氧化劑的相關臨床功效尚需證實。

3.3 抗炎類藥物 炎性因子異常表達引起的級聯炎癥反應是放射性腸損傷的發生機制之一，多類抗炎藥物已被嘗試用于治療，如5-氨基水楊酸的衍生物美沙拉嗪和柳氮吡啶。二者可減少自由基和抑制前列環素生物合成，通常用于炎癥性腸病，治療急性放射性腸損傷。一項多中心的隨機對照Ⅲ期臨床研究[52]，納入盆腔放療患者87例，隨機采用柳氮磺胺吡啶或安慰劑預防急性腹瀉，在中期毒性分析中，柳氮磺胺吡啶組的3級腹瀉發生率比安慰劑組明顯升高(29% 比 11%，P=0.04)，兩組在主要研究終點(腹瀉嚴重程度)方面差異無統計學意義。

類固醇類藥物如潑尼松龍、倍他米松及氫化可的松等，對放射性肺炎、放射性皮炎具有一定療效，但在放射性腸損傷中的具體療效尚不明確。曾有學者對三維適形放療的前列腺癌患者分組進行藥物灌腸干預(美沙拉嗪組、氫化可的松組、硫糖鋁組)研究[53]，急性放射性直腸損傷發生率分別為(87.5±11.7)%、(52.4±6.2)%和(61.9±6.1)%，結果表明放射性直腸損傷局部使用美沙拉嗪并不獲益，氫化可的松灌腸也并不優于硫糖鋁。另有學者對28例盆腔放療的患者進行臨床研究，結果顯示靜脈注射曲安奈德治療可有效預防急性放射性胃腸炎[54]。其他諸如黃芩苷[55]、大黃酸[20]、紅景天紅素[56]等中藥成分，因其既往研究中體現的抗炎作用，也在動物模型研究中展示出治療急性放射性腸損傷的功效。

3.4 其他治療方案 中藥組方的作用被國內學者重視。孫云川等[57]發現，安腸組方可改善急性放射性腸炎大鼠一般情況，有效緩解腸道放射損傷，其機制可能與降低腸組織ROS水平、減輕炎癥，并抑制細胞凋亡、穩定腸黏膜機械屏障有關。謝梓沄等[58]對大鼠放射性腸損傷模型進行研究，發現腸和煎液可降低大鼠小腸組織TLR4、NF-κBP65表達及IL-1、IL-6、TNF-α含量，證實腸和煎液可降低輻射損傷，保護腸道黏膜。

抗生素是治療急性放射性腸損傷的一種可選擇手段，在動物試驗中證實抗生素預處理可減輕小鼠放射性腸損傷發生率和提高存活率[59]，在臨床研究中可改善患者出血、腹瀉癥狀。納米炭懸浮液注射液作為一種臨床獲批的口服納米碳粒，可通過保護小腸隱窩干細胞，維持腸道菌群平衡，起到防護作用[60]。其他納米藥物如包裹沙利度胺的納米藥物[61]、低分子量巖藻聚糖-殼聚糖納米粒子[62]也在動物模型中展示出有效性。普伐他汀可通過調節血栓調節蛋白表達改善輻射誘導的內皮損傷，從而減輕放射性直腸炎癥狀[63]。其他關于放射性腸損傷治療的研究則聚焦在抗腸道干細胞凋亡、阻滯急性放射性腸損傷產生的細胞信號通路等方面，多個藥物及手段如褪黑素、生育三烯酚、間充質干細胞表現出對放射性腸損傷良好的功效，但均尚未進入臨床研究階段。

3.5 治療展望 臨床上目前慣用的治療藥物有抗氧化劑如谷氨酰胺、還原性谷胱甘肽，抗炎類藥物如柳氮磺胺吡啶、美沙拉嗪，類固醇類藥物如潑尼松、氫化可的松，以及抗生素等，但相關研究表明上述治療并未有顯著獲益。

雖然目前放射性腸損傷的發生機制和治療策略研究百花齊放，但進入臨床應用尚有較長距離?；诂F有的進展，未來放射性腸損傷治療策略可能的突破點有：①針對放射性腸損傷中的代表性細胞死亡方式，如凋亡、鐵死亡等，靶向死亡通路中的關鍵信號分子，降低細胞死亡率；②加快腸道上皮屏障重建，如促進隱窩干細胞增殖分化等；③通過有益腸道菌群移植，重構腸道菌群平衡；④針對放射性腸損傷發生中所激活的相關炎性通路，如NLRP3、AIM2通路關鍵靶點，進行特異性拮抗以降低炎癥程度。

4 結語

急性放射性腸損傷的發病機制較為復雜，尚無統一定論。放射技術手段的改進及腸道組織的策略性保護，一定程度上減少了腸道輻射損傷的發生。治療的藥物種類和手段也趨于多樣化，益生菌類展現出一定的治療前景，但仍缺乏統一的、公認的治療標準。進一步深入探討急性放射性腸損傷的發病機制，進行防治相結合，對于降低其發病率有著重要意義。