鼻咽癌放射治療后導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙的研究進(jìn)展

吳小戀 張 宇 陳瑞年 周海紅

廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣東湛江 524001

放射治療（放療）是鼻咽癌的主要治療方法，但放療不僅殺傷腫瘤細(xì)胞，還會損傷周圍的正常組織，引起海馬相關(guān)的學(xué)習(xí)和記憶功能障礙、局部神經(jīng)功能缺損等腦損傷表現(xiàn)。放射性腦損傷（radiation-induced brain injury，RBI）是指電離輻射后出現(xiàn)的腦部損傷，以照射結(jié)束后6～47個(gè)月最為常見。RBI依據(jù)發(fā)生時(shí)間分為急性型、早期遲發(fā)反應(yīng)型和晚期遲發(fā)反應(yīng)型[1]。晚期遲發(fā)型腦損傷中常出現(xiàn)認(rèn)知功能障礙，嚴(yán)重影響患者生存質(zhì)量，給家庭帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前對鼻咽癌放射性認(rèn)知障礙的發(fā)生機(jī)制尚未完全明確，本文將從發(fā)病機(jī)制、影響因素和治療方法對其進(jìn)行綜述。

1 放射性認(rèn)知障礙的發(fā)病機(jī)制

1.1 海馬神經(jīng)發(fā)生障礙

海馬依賴性認(rèn)知功能依賴于新神經(jīng)元的產(chǎn)生和樹突結(jié)構(gòu)的維持，放射性認(rèn)知功能障礙與放射引起海馬神經(jīng)發(fā)生活動減少有關(guān)。海馬齒狀回顆粒下區(qū)（subgrnnular zone，SGZ）和側(cè)腦室的腦室下區(qū)（subventricular zone，SVZ）是神經(jīng)發(fā)生的兩個(gè)區(qū)域。放射直接損傷神經(jīng)干/前體細(xì)胞的DNA，當(dāng)DNA損傷無法及時(shí)修復(fù)時(shí)細(xì)胞則啟動凋亡，導(dǎo)致神經(jīng)干/前體細(xì)胞、功能性神經(jīng)元數(shù)量減少，從而抑制神經(jīng)發(fā)生，并且通過p53和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）等信號途徑調(diào)節(jié)神經(jīng)干/前體細(xì)胞的生長、分化[2]。有研究表明小鼠接受單劑量10 Gy可誘導(dǎo)顯著的海馬依賴性認(rèn)知損傷，與SGZ細(xì)胞增殖減少和未成熟神經(jīng)元數(shù)量減少有關(guān)[3]。轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）是一種響應(yīng)放射損傷而釋放的細(xì)胞因子，研究顯示受照射的腦內(nèi)皮細(xì)胞通過TGF-β/Smad3信號傳導(dǎo)誘導(dǎo)神經(jīng)干/祖細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致SVZ區(qū)域的神經(jīng)發(fā)生減少，并觀察到體內(nèi)阻斷TGF-β信號傳導(dǎo)可阻止細(xì)胞凋亡和誘導(dǎo)神經(jīng)干/祖細(xì)胞增殖，改善受照射小鼠的神經(jīng)發(fā)生，有望用于防治放療后的神經(jīng)發(fā)生減少和認(rèn)知功能障礙[4]。總之，目前認(rèn)為海馬神經(jīng)發(fā)生障礙是導(dǎo)致放射性認(rèn)知功能障礙發(fā)生的關(guān)鍵因素。

1.2 海馬神經(jīng)元興奮性和突觸可塑性改變

海馬CA1神經(jīng)元中興奮性谷氨酸能和抑制性γ氨基丁酸（gamma amino butyric acid，GABA）能傳遞之間的平衡對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的正常功能非常重要。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)小鼠在接受顱腦照射后3個(gè)月出現(xiàn)認(rèn)知障礙，并觀察到海馬CA1錐體神經(jīng)元中自發(fā)放電和興奮性突觸輸入顯著減少，以及抑制性輸入顯著增強(qiáng)，在受照射的小鼠中，海馬中的長期增強(qiáng)減弱，谷氨酸受體1（glutamate receptor，GluR1）表達(dá)受到抑制，提示放射會損害海馬CA1錐體神經(jīng)元興奮性和突觸可塑性影響認(rèn)知功能[5]，為放射性認(rèn)知功能障礙的治療提供了新方向。

1.3 神經(jīng)炎癥

顱腦放射治療后主要通過持續(xù)激活小膠質(zhì)細(xì)胞和引起星形膠質(zhì)細(xì)胞增生來介導(dǎo)慢性神經(jīng)炎癥的進(jìn)展，可能造成神經(jīng)干細(xì)胞命運(yùn)發(fā)生改變，從而抑制神經(jīng)發(fā)生，導(dǎo)致放射性腦損傷晚期出現(xiàn)神經(jīng)認(rèn)知障礙。

1.3.1 小膠質(zhì)細(xì)胞 小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）中的常駐免疫細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞受照射后發(fā)生活化，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞有M1型和M2型，M1型小膠質(zhì)細(xì)胞分泌不利于海馬神經(jīng)發(fā)生的促炎細(xì)胞因子，而M2型分泌有利于海馬神經(jīng)發(fā)生的抗炎細(xì)胞因子[6]。當(dāng)促炎和抗炎信號失衡時(shí)，進(jìn)展成為慢性炎癥，持續(xù)活化的小膠質(zhì)細(xì)胞同時(shí)釋放氧活性物質(zhì)，導(dǎo)致各種炎癥介質(zhì)的表達(dá)，如細(xì)胞因子、黏附分子和趨化因子，加重神經(jīng)炎癥，與認(rèn)知功能受損密切相關(guān)。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)受照射小鼠海馬組織炎癥因子水平在照射后顯著升高，照射可促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向促炎表型轉(zhuǎn)變，并觀察到促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞M2極化對輻射誘發(fā)的小鼠認(rèn)知功能障礙起到改善作用[7]。目前越來越多的研究旨在改變活化的小膠質(zhì)細(xì)胞極化狀態(tài)來防治放射性腦損傷和隨后的認(rèn)知功能障礙。

1.3.2 星形膠質(zhì)細(xì)胞 受照射的小膠質(zhì)細(xì)胞可以誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞增生，成為反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞。星形膠質(zhì)細(xì)胞對于維持血腦屏障（blood brain barrier，BBB）完整性至關(guān)重要。分泌促炎因子的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞可促進(jìn)BBB分解和外周浸潤性T細(xì)胞（CD3）的浸潤，釋放神經(jīng)毒性因子，誘導(dǎo)持續(xù)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)，從而誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致長期神經(jīng)認(rèn)知功能障礙[8]。然而，也有研究表明反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞形成的瘢痕可以通過阻止免疫細(xì)胞入侵CNS來減輕炎癥反應(yīng)，從而保護(hù)腦組織。星形膠質(zhì)細(xì)胞在RBI引起的神經(jīng)炎癥中的雙重作用需要進(jìn)一步研究。

1.4 神經(jīng)營養(yǎng)因子

神經(jīng)營養(yǎng)因子對神經(jīng)元發(fā)育、成熟神經(jīng)元的突觸活動和可塑性、神經(jīng)元的增殖、分化和存活等過程發(fā)揮關(guān)鍵作用。目前小鼠海馬體中豐富的BDNF和神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）備受關(guān)注。研究表明小鼠全腦照射可顯著降低海馬BDNF水平，BDNF信號傳導(dǎo)損傷與學(xué)習(xí)記憶能力受損密切相關(guān)[9]。BDNF及其受體啟動的信號級聯(lián)反應(yīng)是突觸可塑性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在多種神經(jīng)退行性疾病中發(fā)現(xiàn)[10]。有研究顯示抑郁癥患者海馬齒狀回中BDNF mRNA水平降低，同時(shí)觀察到海馬依賴性記憶障礙以及海馬體積縮小[11-12]，提示BDNF可能參與海馬體依賴性學(xué)習(xí)、記憶以及情緒調(diào)節(jié)。NGF具有調(diào)節(jié)神經(jīng)元生長發(fā)育、促進(jìn)神經(jīng)元存活及修復(fù)受損神經(jīng)細(xì)胞等關(guān)鍵作用。NGF和BDNF及其受體的表達(dá)會因極低劑量的輻射而改變，表明神經(jīng)營養(yǎng)因子在發(fā)育過程中對輻射高度敏感[13]。目前神經(jīng)營養(yǎng)因子藥物已廣泛應(yīng)用于放射性腦損傷及其他類型腦損傷患者。

1.5 血管和血腦屏障的損傷

腦微血管是供給大腦營養(yǎng)和維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，體外研究顯示輻射可誘導(dǎo)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和衰老[14]。顱內(nèi)照射后內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的直接后果是血腦屏障結(jié)構(gòu)的破壞。有研究發(fā)現(xiàn)放射能誘導(dǎo)局部組織缺氧，刺激血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）產(chǎn)生，進(jìn)而增加BBB通透性，可能與患者認(rèn)知功能障礙相關(guān)[15]。顱腦放射后晚期可出現(xiàn)小血管動脈粥樣硬化，容易導(dǎo)致血栓形成和血管閉塞，進(jìn)而影響腦局部血流，引起腦缺血、腦梗死、腦白質(zhì)壞死等，導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙甚至病死。

1.6 氧化應(yīng)激

電離輻射通過產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species， RNS）誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，如羥自由基（·OH）、過氧化氫（H2O2）和一氧化氮（NO）等。氧化還原穩(wěn)態(tài)對于調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞/前體細(xì)胞的命運(yùn)和功能至關(guān)重要。神經(jīng)干細(xì)胞對輻射存在顯著敏感性，研究證明低劑量（＜1 Gy）的帶電粒子可引起急性和持續(xù)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，并導(dǎo)致認(rèn)知功能受損[16]。輻射誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激不僅誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡，還干擾腦內(nèi)微環(huán)境，影響神經(jīng)干細(xì)胞分化，影響神經(jīng)發(fā)生。ROS的過度生成可破壞線粒體蛋白質(zhì)、質(zhì)膜和線粒體DNA等，引起線粒體損傷，導(dǎo)致線粒體功能障礙，影響線粒體的生物能量和生物合成代謝，并誘導(dǎo)程序性細(xì)胞凋亡[17]，促進(jìn)氧化應(yīng)激損傷。此外，氧化應(yīng)激引起促炎性介質(zhì)過度表達(dá)，與腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙和血腦屏障破壞密切相關(guān)，可導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和發(fā)展[18]。

2 放射性認(rèn)知障礙的影響因素

2.1 性別

大多數(shù)關(guān)于放射性腦損傷的動物研究使用雄性小鼠，但最近的研究表明輻射引起的認(rèn)知功能障礙存在性別差異。一項(xiàng)研究顯示雄性和雌性小鼠在出生后第14天接受單劑量8 Gy顱腦照射后2個(gè)月進(jìn)行位置學(xué)習(xí)，雌性小鼠出現(xiàn)位置學(xué)習(xí)障礙，而雄性小鼠則沒有出現(xiàn)[19]。

2.2 年齡和隨訪時(shí)間

研究顯示與大鼠成年海馬體相比，幼年海馬體對輻射的反應(yīng)在小膠質(zhì)細(xì)胞的密度、活化小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量、細(xì)胞凋亡水平等方面有明顯的不同。在幼年時(shí)接受照射的大鼠在3個(gè)月時(shí)存在物體記憶缺陷，而受照射的中年大鼠則沒有出現(xiàn)類似的缺陷[20]。老年大鼠在放療后1個(gè)月和3個(gè)月未出現(xiàn)認(rèn)知功能障礙，但在放療后6～7個(gè)月開始出現(xiàn)認(rèn)知障礙，說明如果有足夠的隨訪時(shí)間，老年大鼠可能表現(xiàn)出認(rèn)知障礙[21]。年齡和隨訪時(shí)間對放射性認(rèn)知功能障礙可能存在影響，輻射引起的認(rèn)知功能障礙的機(jī)制可能隨著年齡的變化而不同。

2.3 遺傳異質(zhì)性

鼻咽癌放療結(jié)束后晚期易導(dǎo)致顳葉損傷（temporal lobe injury，TLI），引起頭痛、神經(jīng)認(rèn)知功能障礙等表現(xiàn)，但存在個(gè)體遺傳異質(zhì)性。在一項(xiàng)前瞻性的觀察研究中，對1082例患者進(jìn)行了全基因組關(guān)聯(lián)分析，并分別在1119例和741例患者的兩個(gè)獨(dú)立隊(duì)列中進(jìn)行驗(yàn)證，鑒定出CEPl28中心體蛋白質(zhì)的遺傳變異增加鼻咽癌患者發(fā)生放射性TLI的風(fēng)險(xiǎn)，確定CEPl28基因作為鼻咽癌患者發(fā)生TLI的易感基因[22]。但CEPl28基因具體如何參與放射性顳葉損傷，需要進(jìn)一步的分子機(jī)制研究為患者個(gè)體化放療提供依據(jù)。

2.4 放射劑量

鼻咽癌放療后腦損傷與顳葉受照射劑量密切相關(guān)。海馬位于顳葉內(nèi)，鼻咽癌患者接受放療時(shí)海馬會受到一定的照射劑量，導(dǎo)致認(rèn)知功能損傷，損傷的程度與受照射劑量呈正相關(guān)。動物研究通常在10～40 Gy的劑量范圍內(nèi)進(jìn)行，所以放射引起認(rèn)知障礙的相關(guān)研究集中在該范圍內(nèi)。鼻咽癌放療中海馬不同部位受照劑量存在差異，海馬頭部受照射劑量最高[23]，海馬體次之，而海馬體在記憶過程中起關(guān)鍵作用，提示屏蔽海馬至關(guān)重要，鼻咽癌放療過程中限制海馬受照射劑量可能對于改善放射性認(rèn)知障礙有所幫助。目前鼻咽癌放射性認(rèn)知障礙與海馬受照射劑量的相關(guān)研究較少，尚無明確的引起放射性認(rèn)知障礙的劑量閾值。

3 放射性認(rèn)知障礙的治療

3.1 治療方法

目前認(rèn)為對放射性認(rèn)知功能障礙治療有效的方法如下。①運(yùn)動和豐富環(huán)境：研究顯示自愿性跑步和強(qiáng)制跑步運(yùn)動可增加海馬神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)營養(yǎng)因子表達(dá)，防止顱腦照射后進(jìn)行性記憶衰退[24-25]。通過豐富環(huán)境可以增加海馬區(qū)神經(jīng)發(fā)生，改善受照射大鼠的記憶功能[26]。②高壓氧治療：有助于提高腦組織氧供，促進(jìn)神經(jīng)血管再生。吸入純氧的受照射大鼠認(rèn)知功能較吸入空氣的大鼠得到改善[27]。③干細(xì)胞療法：干細(xì)胞具有自我更新和多項(xiàng)分化的潛能，是神經(jīng)再生和修復(fù)的理想細(xì)胞來源。動物研究顯示向照射后的大鼠腦內(nèi)移植神經(jīng)干細(xì)胞，海馬神經(jīng)發(fā)生在移植后1～4個(gè)月內(nèi)恢復(fù)，認(rèn)知功能障礙得到改善[28]。

3.2 治療藥物

治療藥物的作用機(jī)制與發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，目前臨床證實(shí)有效的藥物如下。①糖皮質(zhì)激素：通過抑制炎癥反應(yīng)對放射治療后認(rèn)知障礙有改善作用。②自由基清除劑：艾地苯醌、依達(dá)拉奉、超氧化物歧化酶等藥物通過清除自由基改善放射所致的后期效應(yīng)[1]。③貝伐珠單抗：作為一種抗VEGF藥物，可通過減少毛細(xì)血管滲漏及腦水腫來減輕放射性腦損傷[29]。④鹽酸美金剛：作為興奮性氨基酸受體拮抗劑，能有效減緩顱腦放療患者的認(rèn)知功能障礙進(jìn)展[30]。⑤鹽酸多奈哌齊：臨床研究結(jié)果表明腦腫瘤患者接受放射治療后使用，認(rèn)知功能獲得明顯改善[31]。⑥神經(jīng)保護(hù)劑：奧拉西坦、神經(jīng)節(jié)苷脂、神經(jīng)生長因子等藥物已應(yīng)用到臨床以減輕放療對神經(jīng)的直接損害作用。近年來，隨著對放射性認(rèn)知功能障礙的不斷重視和研究，越來越多的成果在動物研究上證實(shí)可以改善放射后的認(rèn)知障礙，比如海帶多糖[32]、首烏[33]、雙去甲氧基姜黃素[34]、阿魏酸[35]等藥物。未來需要更多的努力使這些藥物進(jìn)入臨床研究階段。

4 小結(jié)

放射性認(rèn)知功能障礙主要與海馬神經(jīng)發(fā)生障礙、海馬神經(jīng)元興奮性和突觸可塑性改變、神經(jīng)炎癥、神經(jīng)營養(yǎng)因子、血管和血腦屏障損傷以及氧化應(yīng)激等機(jī)制有關(guān)，近年來對影響放射性認(rèn)知功能障礙的因素也越來越重視。目前對放射性認(rèn)知障礙的臨床治療方法尚不成熟，一系列不同種類和作用機(jī)制的藥物通過細(xì)胞及動物實(shí)驗(yàn)被證實(shí)有效，但缺乏臨床證據(jù)，有待臨床研究進(jìn)一步驗(yàn)證。放射性認(rèn)知障礙仍是臨床工作中的難點(diǎn)之一。通過對放射性認(rèn)知障礙的發(fā)病機(jī)制、影響因素進(jìn)行研究，以期找到新的治療靶點(diǎn)，延緩放射性認(rèn)知障礙的發(fā)生、發(fā)展。