鄭保珍,陳朝陽(yáng),王天奇,王海龍,龐敏,郭民*

(1山西省腫瘤醫(yī)院放療胸一科,太原 030013;2山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人類疾病動(dòng)物模型山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院麻醉科;4山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院呼吸科;*通訊作者,E-mail:gm5647@163.com)

氨磷汀與放射性肺損傷中肺劑量體積因素V20的關(guān)系

鄭保珍1,陳朝陽(yáng)2,王天奇3,王海龍2,龐敏4,郭民2*

(1山西省腫瘤醫(yī)院放療胸一科,太原 030013;2山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人類疾病動(dòng)物模型山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院麻醉科;4山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院呼吸科;*通訊作者,E-mail:gm5647@163.com)

目的 建立氨磷汀干預(yù)下60Co-γ放射性肺損傷大鼠模型,并探討氨磷汀在放射性肺損傷劑量體積因素V20=25%和V20=35%條件下發(fā)生肺損傷的作用。 方法 雄性SD大鼠隨機(jī)分為空白組、模型組Ⅰ(照射V20=25%)、模型組Ⅱ(照射V20=35%)、藥物干預(yù)組Ⅰ(氨磷汀+照射V20=25%)、藥物干預(yù)組Ⅱ(氨磷汀+照射V20=35%)。模型組、藥物干預(yù)組用60Co-γ射線對(duì)大鼠右肺進(jìn)行照射,于照射后第1,2,4,8和12周末處死大鼠,腹主動(dòng)脈取血,ELISA法測(cè)定血清中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)含量;同時(shí)間點(diǎn)取照射后肺組織,HE、Massons染色觀察肺組織的病理?yè)p傷變化。 結(jié)果 與空白組比較,模型組大鼠肺泡壁增厚，肺泡間質(zhì)大部分為增生纖維組織和彈力纖維組織,血清TGF-β1顯著升高(P<0.05);與模型組比較,大鼠肺組織在藥物干預(yù)組(V20分別為25%和35%)出現(xiàn)肺泡壁增厚和纖維化的時(shí)間滯后且程度輕,仍見(jiàn)大部分正常肺泡結(jié)構(gòu),且血清TGF-β1明顯降低(P<0.05);模型組Ⅱ中大鼠肺組織病理?yè)p傷和血清TGF-β1均高于模型組Ⅰ,而其在藥物干預(yù)組Ⅰ和Ⅱ之間未見(jiàn)顯著改變。 結(jié)論 氨磷汀能減輕放射性肺損傷發(fā)生的概率,對(duì)V20限定值可適當(dāng)提高。

氨磷汀; 放射性肺損傷; 肺劑量體積因素; 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子

放射治療為腫瘤三大治療手段之一,在胸部腫瘤的治療中起著舉足輕重的作用。腫瘤照射劑量的高低與照射體積的關(guān)系又直接影響治療效果,其中各種放射性并發(fā)癥(如放射性肺損傷)是放療的瓶頸。放射性肺損傷一旦發(fā)生,治療較為困難,因此當(dāng)前放射性肺損傷主要是以預(yù)防為主。在放射治療計(jì)劃中,通過(guò)限定肺劑量體積因素值來(lái)減少正常組織發(fā)生損傷的概率,減少放療并發(fā)癥的發(fā)生。在臨床工作中,既要考慮對(duì)腫瘤的照射治療劑量,又要考慮正常肺組織的耐受情況,正常肺組織的耐受劑量是受肺劑量體積因素值調(diào)控,超出一定范圍,放射性肺損傷概率明顯增加。其中劑量體積因素V20是常用且重要的指標(biāo),臨床實(shí)際操作中限定為小于30%。氨磷汀是美國(guó)在1950年代研制成功的放射防護(hù)劑,對(duì)人體的放射性損害具有較好的保護(hù)作用。臨床前期的實(shí)驗(yàn)證實(shí),氨磷汀可以減少除中樞神經(jīng)系統(tǒng)以外的正常組織輻射損傷,對(duì)腫瘤組織無(wú)影響[1,2]。而在氨磷汀保護(hù)作用下,適當(dāng)放寬V20限定值來(lái)觀察放射性肺損傷發(fā)生的概率情況,目前此方面的研究還未見(jiàn)報(bào)道。

因此,本課題通過(guò)建立氨磷汀干預(yù)下放射性肺損傷中不同V20值的大鼠動(dòng)物模型,檢測(cè)放射性肺損傷早期分子生物學(xué)預(yù)測(cè)指標(biāo)TGF-β1、肺組織病理結(jié)構(gòu)等指標(biāo)變化,來(lái)探討氨磷汀與放射性肺損傷中肺劑量體積因素V20值的關(guān)系,為臨床解決腫瘤照射劑量的提升提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組

雄性SD大鼠125只,清潔級(jí)的,體質(zhì)量200 g左右,由山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(晉)2015-0001。用5%苦味酸溶液涂染動(dòng)物背部被毛,并采用隨機(jī)數(shù)字表法將動(dòng)物分為5組,每組25只,分別為空白對(duì)照組(無(wú)氨磷汀無(wú)照射組);模型組Ⅰ(無(wú)氨磷汀有照射V20=25%)、模型組Ⅱ(無(wú)氨磷汀有照射V20=35%);藥物干預(yù)組Ⅰ(有氨磷汀有照射V20=25%)、藥物干預(yù)組Ⅱ(有氨磷汀有照射V20=35%)。

1.2 儀器與試劑

60Co-γ射線放射治療機(jī),產(chǎn)自德國(guó)西門(mén)子公司。氨磷汀,購(gòu)于大連美羅大藥廠;大鼠轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)定量檢測(cè)試劑盒購(gòu)自美國(guó)R&D公司。

1.3 放療方法與給藥劑量

動(dòng)物常規(guī)消毒皮膚后,采用10%水合氯醛麻醉,根據(jù)大鼠體重按0.3 ml/100 g劑量經(jīng)腹腔注射。將麻醉后的大鼠保持背部向上,頭部向前。然后采用60Co-γ射線照射右肺,用10 cm厚的擋鉛遮擋,通過(guò)調(diào)節(jié)源皮距(source skin distance,SSD)調(diào)控照射面積,射野中心距大鼠體中約74 cm時(shí)V20=25%,84 cm時(shí)V20=35%,藥物干預(yù)組和模型組均給予單野(背部)單次20 Gy照射,照射時(shí)間7.9 min?？瞻讓?duì)照組大鼠只麻醉不進(jìn)行照射。

氨磷汀400 mg/支。用藥前用13 ml 0.9%NaCl注射液將其稀釋為30.8 mg/ml,劑量按大鼠體質(zhì)量150 mg/kg給予,于照射前30 min內(nèi)腹腔注射,麻醉后進(jìn)行照射。模型組照射前30 min給于等劑量生理鹽水,麻醉后進(jìn)行相同劑量的照射?？瞻讓?duì)照組不給予麻醉和照射。

1.4 觀察指標(biāo)取材及檢測(cè)

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 大鼠肺組織各階段病理變化

肺組織HE、Massons染色結(jié)果顯示，與空白對(duì)照組相比，模型組Ⅰ、Ⅱ的肺泡壁增厚，大部分肺間質(zhì)是增生纖維組織和彈性纖維組織(見(jiàn)圖1)。氨磷汀干預(yù)后藥物干預(yù)組Ⅰ、Ⅱ肺組織也有肺泡壁增厚和纖維化，與模型組Ⅰ、Ⅱ相比程度輕、時(shí)間晚，大多數(shù)肺泡結(jié)構(gòu)存在，肺泡壁的纖維化增生較輕。無(wú)氨磷汀照射組Ⅰ照射1周時(shí)大部分可見(jiàn)肺泡壁增厚，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，2周時(shí)較前1周肺泡間隔增寬，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)明顯，4周時(shí)觀察部分出現(xiàn)肺纖維化；8周時(shí)全部肺纖維化；12周較8周變化不明顯，模型組ⅡV20=35%組較模型組ⅠV20=25%組更為嚴(yán)重。氨磷汀照射組Ⅰ，1周時(shí)觀察可見(jiàn)少量肺泡壁增厚，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)不明顯，第2周較前1周肺泡間隔略有增寬，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，4周時(shí)觀察個(gè)別出現(xiàn)肺纖維化；8周時(shí)部分出現(xiàn)肺纖維化；12周觀察較8周時(shí)變化不明顯。干預(yù)組ⅡV20=35%組較干預(yù)組ⅠV20=25%組變化不明顯，基本一致。

2.2 血清中TGF-β1的含量變化

各實(shí)驗(yàn)組不同時(shí)間點(diǎn)血清TGF-β1的含量變化結(jié)果見(jiàn)表1?？瞻捉M基本無(wú)變化,模型組各時(shí)間點(diǎn)與空白組比較均顯著升高(P<0.05)。模型組1周時(shí)較空白組含量逐漸升高,4周時(shí)達(dá)峰值,以后逐漸下降。模型組V20=35%與V20=25%比較,除第1周變化不明顯外,以后各時(shí)間點(diǎn)兩組比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。藥物干預(yù)組與模型組比較均有所降低,但都高于空白組,兩組間比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。藥物干預(yù)組變化趨勢(shì),8周前為逐漸升高,8周后降低,12周時(shí)藥物干預(yù)組V20=35%與V20=25%組比較變化不明顯,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

組別 第1周 第2周 第4周 第8周 第12周 空白組276488±7678219793±6661192458±1076249367±9359210421±8237模型組Ⅰ(V20=25%)526225±18043875552±13256988509±34759796851±21175744589±17837模型組Ⅱ(V20=30%)547659±18185987461±20758?117692±21556?104453±40304?837889±18607?氨磷汀干預(yù)組Ⅰ(V20=25%)317225±15169#607625±18247#788974±38926#899270±45028#682290±47035#氨磷汀干預(yù)組Ⅱ(V20=30%)347947±37892#682290±25089#800774±37949#889276±38742#726927±29168#

同時(shí)間點(diǎn)與模型組V20=25%比較,*P<0.05;同時(shí)間同V20與模型組比較,#P<0.05

3 討論

放療是治療惡性腫瘤的主要手段之一,其中照射劑量與照射體積的關(guān)系直接影響腫瘤控制概率(TCP)與正常組織并發(fā)癥概率(NTCP)的發(fā)生情況,而在臨床放療中,必須通過(guò)劑量體積因素V20等限定正常組織的受照劑量來(lái)降低并發(fā)癥的發(fā)生概率。如何解決這個(gè)瓶頸問(wèn)題,成為困擾放療醫(yī)師的難題。氨磷汀(阿米福汀,amifostine,又稱wR-2721),是目前臨床中常用的細(xì)胞保護(hù)劑。研究顯示[3,4],放射治療前應(yīng)用氨磷汀能降低放射性肺炎和肺纖維化的發(fā)病率，起到保護(hù)正常組織免受放療損傷的作用。臨床常用劑量體積參數(shù)V20(受照劑量20 Gy時(shí)受照體積和全肺的百分比)來(lái)作為安全照射因子指導(dǎo)放療。常用參考數(shù)值人體V20小于30%,超出此范圍放射性肺損傷概率明顯增大。而在使用氨磷汀保護(hù)劑后,能否適當(dāng)放寬V20限定值間接提高腫瘤的治療劑量,目前還沒(méi)有涉及此類的研究。因此本研究以建立氨磷汀干預(yù)下的放射性肺損傷模型為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,觀察放射性肺損傷劑量體積因素V20在25%和35%條件下發(fā)生肺損傷的情況。

放射性肺損傷(radiation pulmonary injury,RP)是胸部放射治療的嚴(yán)重并發(fā)癥,在肺部放射治療中的發(fā)生率為6%-20%[5-7],其發(fā)病機(jī)制尚未完全明確。但多數(shù)學(xué)者[8,9]認(rèn)為放射性損傷不是單個(gè)細(xì)胞功能的作用,而是多細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞因子的復(fù)合作用引起的,稱為“細(xì)胞因子瀑布”理論。照射肺以產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子和促炎細(xì)胞因子鏈,刺激成纖維細(xì)胞增殖,并促進(jìn)膠原基因啟動(dòng)子以形成纖維化。研究證實(shí),轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)是肺纖維化形成與發(fā)展的啟動(dòng)樞紐[10]。因此,TGF-β1的表達(dá)情況則被認(rèn)為是判斷是否發(fā)生放射性肺損傷的至關(guān)重要的指標(biāo)之一[11-13]。本研究顯示,在未使用氨磷汀時(shí),各時(shí)間點(diǎn)模型組TGF-β1表達(dá)顯著高于空白組(P<0.05),且模型組V20在35%和25%條件下TGF-β1表達(dá)除第1周外各時(shí)間點(diǎn)V20=35%組均高于V20=25%組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,說(shuō)明在照射劑量一定時(shí)肺損傷發(fā)生概率隨面積增大而增大，這與Tsujino等[14]研究結(jié)果一致。而在使用氨磷汀干預(yù)后,V20=25%和35%條件下TGF-β1表達(dá)均低于模型組,V20=25%和35%兩組比較TGF-β1的表達(dá)情況差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,說(shuō)明在氨磷汀干預(yù)下適當(dāng)增大照射面積,不會(huì)影響TGF-β1的表達(dá),提示在氨磷汀保護(hù)下適當(dāng)增大照射面積,發(fā)生放射性肺損傷的概率不會(huì)有所增加。

組織病理學(xué)觀察和膠原染色的結(jié)果進(jìn)一步表明,單純照射組肺泡壁增厚,其肺泡基質(zhì)的大部分是增生纖維組織和彈性纖維組織,且V20=35%條件下病變明顯較V20=25%嚴(yán)重,而氨磷汀干預(yù)的照射組肺泡壁也有增厚和纖維化,與單純照射組相比程度輕,出現(xiàn)時(shí)間晚,仍顯示大部分肺泡結(jié)構(gòu)存在,肺纖維化增生輕于單純照射組,且在V20=35%、V20=25%條件下二者病變無(wú)顯著差異。此結(jié)果與上述TGF-β1結(jié)果相一致。說(shuō)明在氨磷汀保護(hù)下放射性肺損傷的病變程度不隨照射面積增加而加重,提示在氨磷汀保護(hù)下照射劑量一定時(shí)可適當(dāng)放寬V20限定值。

綜上所述,本研究結(jié)果顯示在氨磷汀干預(yù)的條件下,可適當(dāng)放寬V20限定值即增大照射面積,不增加放射性肺損傷,而這為臨床適當(dāng)放寬放療適應(yīng)癥提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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Relationship between amifostine and lung dose volume factor V20in radiation-induced lung injury

ZHENG Baozhen1,CHEN Zhaoyang2,WANG Tianqi3,WANG Hailong2,PANG Min4,GUO Min2*

(1DepartmentofThoracicRadiotherapy,ShanxiTumorHospital,Taiyuan030013,China;2LaboratoryAnimalCenterofShanxiMedicalUniversity,ShanxiKeyLaboratoryofExperimentalAnimalsandAnimalModelsforHumanDiseases;3DepartmentofAnesthesiology,SecondHospitalofShanxiMedicalUniversity;4DepartmentofRespiration,FirstHospitalofShanxiMedicalUniversity;*Correspondingauthor,E-mail:gm5647@163.com)

ObjectiveTo establish an animal model of lung60Co-γ radiation injury caused by amifostine and to investigate the effect of amifostine on lung injury in the lung dose volume factor 25% and 35%.MethodsSD male rats were randomly divided into control group, model group Ⅰ (radiation with V20=25% and no amifostine), model group Ⅱ (radiation with V20=35% and no amifostine), drug intervention group Ⅰ (radiation with V20=25% and amifostine), and drug intervention group Ⅱ (radiation with V20=35% and amifostine). The rats in model groups and drug intervention groups were irradiated with60Co-gamma on the right lung. The blood and irradiated lungs from rats were collected at the end of 1, 2, 4, 8 and 12 weeks after irradiation. The levels of transforming growth factor-beta 1(TGF-β1) were determined using ELISA. The pathological damage of lung tissues was assessed using HE and Massons staining.ResultsThe alveolar wall was thicker, and there was more hyperplasia fibrous tissues and elastic fiber tissues in the alveolar interstitial in model groups than in control group. The levels of TGF-β1in model groups were increased significantly compared with control group(P<0.05). The appearance time of the thicken alveolar wall and lung fibrosis in drug intervention groups(V20=25% and 35%) was lagged compared with model groups. Moreover, the pathological damage of lung tissues in drug intervention groups was slighter than that in model groups. The levels of TGF-β1in drug intervention groups were decreased compared to model group(P<0.05). The degree of pathological injury in model group Ⅱ was more severe than that in model group Ⅰ. The levels of TGF-β1in model group Ⅱ were higher than those in model group Ⅰ. However, the degree of pathological injury and the levels of TGF-β1showed no significant difference between drug intervention groups Ⅰ and Ⅱ.ConclusionAmifostine can reduce the incidence of radiation-induced lung injury and the amifostine may appropriately increase the V20limit value.

amifostine; radiation-induced lung injury; lung dose volume factor; transforming growth factor

山西省科技攻關(guān)基金資助項(xiàng)目(20130313017-5)

鄭保珍,男,1972-07生,碩士,主治醫(yī)師,E-mail:zhengbz789@163.com

2017-03-03

R730.55

A

1007-6611(2017)07-0671-05

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.07.007