氨磷汀与放射性肺损伤中肺剂量体积因素V20的关系

郑保珍,陈朝阳,王天奇,王海龙,庞敏,郭民*

(1山西省肿瘤医院放疗胸一科,太原 030013;2山西医科大学实验动物中心,实验动物和人类疾病动物模型山西省重点实验室;3山西医科大学第二医院麻醉科;4山西医科大学第一医院呼吸科;*通讯作者,E-mail:gm5647@163.com)

氨磷汀与放射性肺损伤中肺剂量体积因素V20的关系

郑保珍1,陈朝阳2,王天奇3,王海龙2,庞敏4,郭民2*

(1山西省肿瘤医院放疗胸一科,太原 030013;2山西医科大学实验动物中心,实验动物和人类疾病动物模型山西省重点实验室;3山西医科大学第二医院麻醉科;4山西医科大学第一医院呼吸科;*通讯作者,E-mail:gm5647@163.com)

目的 建立氨磷汀干预下60Co-γ放射性肺损伤大鼠模型,并探讨氨磷汀在放射性肺损伤剂量体积因素V20=25%和V20=35%条件下发生肺损伤的作用。 方法 雄性SD大鼠随机分为空白组、模型组Ⅰ(照射V20=25%)、模型组Ⅱ(照射V20=35%)、药物干预组Ⅰ(氨磷汀+照射V20=25%)、药物干预组Ⅱ(氨磷汀+照射V20=35%)。模型组、药物干预组用60Co-γ射线对大鼠右肺进行照射,于照射后第1,2,4,8和12周末处死大鼠,腹主动脉取血,ELISA法测定血清中转化生长因子β1(TGF-β1)含量;同时间点取照射后肺组织,HE、Massons染色观察肺组织的病理损伤变化。 结果 与空白组比较,模型组大鼠肺泡壁增厚，肺泡间质大部分为增生纤维组织和弹力纤维组织,血清TGF-β1显著升高(P<0.05);与模型组比较,大鼠肺组织在药物干预组(V20分别为25%和35%)出现肺泡壁增厚和纤维化的时间滞后且程度轻,仍见大部分正常肺泡结构,且血清TGF-β1明显降低(P<0.05);模型组Ⅱ中大鼠肺组织病理损伤和血清TGF-β1均高于模型组Ⅰ,而其在药物干预组Ⅰ和Ⅱ之间未见显著改变。 结论 氨磷汀能减轻放射性肺损伤发生的概率,对V20限定值可适当提高。

氨磷汀; 放射性肺损伤; 肺剂量体积因素; 转化生长因子

放射治疗为肿瘤三大治疗手段之一,在胸部肿瘤的治疗中起着举足轻重的作用。肿瘤照射剂量的高低与照射体积的关系又直接影响治疗效果,其中各种放射性并发症(如放射性肺损伤)是放疗的瓶颈。放射性肺损伤一旦发生,治疗较为困难,因此当前放射性肺损伤主要是以预防为主。在放射治疗计划中,通过限定肺剂量体积因素值来减少正常组织发生损伤的概率,减少放疗并发症的发生。在临床工作中,既要考虑对肿瘤的照射治疗剂量,又要考虑正常肺组织的耐受情况,正常肺组织的耐受剂量是受肺剂量体积因素值调控,超出一定范围,放射性肺损伤概率明显增加。其中剂量体积因素V20是常用且重要的指标,临床实际操作中限定为小于30%。氨磷汀是美国在1950年代研制成功的放射防护剂,对人体的放射性损害具有较好的保护作用。临床前期的实验证实,氨磷汀可以减少除中枢神经系统以外的正常组织辐射损伤,对肿瘤组织无影响[1,2]。而在氨磷汀保护作用下,适当放宽V20限定值来观察放射性肺损伤发生的概率情况,目前此方面的研究还未见报道。

因此,本课题通过建立氨磷汀干预下放射性肺损伤中不同V20值的大鼠动物模型,检测放射性肺损伤早期分子生物学预测指标TGF-β1、肺组织病理结构等指标变化,来探讨氨磷汀与放射性肺损伤中肺剂量体积因素V20值的关系,为临床解决肿瘤照射剂量的提升提供实验依据。

1 材料和方法

1.1 实验动物与分组

雄性SD大鼠125只,清洁级的,体质量200 g左右,由山西医科大学实验动物中心提供,生产许可证号:SCXK(晋)2015-0001。用5%苦味酸溶液涂染动物背部被毛,并采用随机数字表法将动物分为5组,每组25只,分别为空白对照组(无氨磷汀无照射组);模型组Ⅰ(无氨磷汀有照射V20=25%)、模型组Ⅱ(无氨磷汀有照射V20=35%);药物干预组Ⅰ(有氨磷汀有照射V20=25%)、药物干预组Ⅱ(有氨磷汀有照射V20=35%)。

1.2 仪器与试剂

60Co-γ射线放射治疗机,产自德国西门子公司。氨磷汀,购于大连美罗大药厂;大鼠转化生长因子β1(TGF-β1)定量检测试剂盒购自美国R&D公司。

1.3 放疗方法与给药剂量

动物常规消毒皮肤后,采用10%水合氯醛麻醉,根据大鼠体重按0.3 ml/100 g剂量经腹腔注射。将麻醉后的大鼠保持背部向上,头部向前。然后采用60Co-γ射线照射右肺,用10 cm厚的挡铅遮挡,通过调节源皮距(source skin distance,SSD)调控照射面积,射野中心距大鼠体中约74 cm时V20=25%,84 cm时V20=35%,药物干预组和模型组均给予单野(背部)单次20 Gy照射,照射时间7.9 min。空白对照组大鼠只麻醉不进行照射。

氨磷汀400 mg/支。用药前用13 ml 0.9%NaCl注射液将其稀释为30.8 mg/ml,剂量按大鼠体质量150 mg/kg给予,于照射前30 min内腹腔注射,麻醉后进行照射。模型组照射前30 min给于等剂量生理盐水,麻醉后进行相同剂量的照射。空白对照组不给予麻醉和照射。

1.4 观察指标取材及检测

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 大鼠肺组织各阶段病理变化

肺组织HE、Massons染色结果显示，与空白对照组相比，模型组Ⅰ、Ⅱ的肺泡壁增厚，大部分肺间质是增生纤维组织和弹性纤维组织(见图1)。氨磷汀干预后药物干预组Ⅰ、Ⅱ肺组织也有肺泡壁增厚和纤维化，与模型组Ⅰ、Ⅱ相比程度轻、时间晚，大多数肺泡结构存在，肺泡壁的纤维化增生较轻。无氨磷汀照射组Ⅰ照射1周时大部分可见肺泡壁增厚，炎性细胞浸润，2周时较前1周肺泡间隔增宽，炎性细胞浸润明显，4周时观察部分出现肺纤维化；8周时全部肺纤维化；12周较8周变化不明显，模型组ⅡV20=35%组较模型组ⅠV20=25%组更为严重。氨磷汀照射组Ⅰ，1周时观察可见少量肺泡壁增厚，炎性细胞浸润不明显，第2周较前1周肺泡间隔略有增宽，炎性细胞浸润，4周时观察个别出现肺纤维化；8周时部分出现肺纤维化；12周观察较8周时变化不明显。干预组ⅡV20=35%组较干预组ⅠV20=25%组变化不明显，基本一致。

2.2 血清中TGF-β1的含量变化

各实验组不同时间点血清TGF-β1的含量变化结果见表1。空白组基本无变化,模型组各时间点与空白组比较均显著升高(P<0.05)。模型组1周时较空白组含量逐渐升高,4周时达峰值,以后逐渐下降。模型组V20=35%与V20=25%比较,除第1周变化不明显外,以后各时间点两组比较均有统计学差异(P<0.05)。药物干预组与模型组比较均有所降低,但都高于空白组,两组间比较差异均有统计学意义(P<0.05)。药物干预组变化趋势,8周前为逐渐升高,8周后降低,12周时药物干预组V20=35%与V20=25%组比较变化不明显,差异无统计学意义。

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

同时间点与模型组V20=25%比较,*P<0.05;同时间同V20与模型组比较,#P<0.05

3 讨论

放疗是治疗恶性肿瘤的主要手段之一,其中照射剂量与照射体积的关系直接影响肿瘤控制概率(TCP)与正常组织并发症概率(NTCP)的发生情况,而在临床放疗中,必须通过剂量体积因素V20等限定正常组织的受照剂量来降低并发症的发生概率。如何解决这个瓶颈问题,成为困扰放疗医师的难题。氨磷汀(阿米福汀,amifostine,又称wR-2721),是目前临床中常用的细胞保护剂。研究显示[3,4],放射治疗前应用氨磷汀能降低放射性肺炎和肺纤维化的发病率，起到保护正常组织免受放疗损伤的作用。临床常用剂量体积参数V20(受照剂量20 Gy时受照体积和全肺的百分比)来作为安全照射因子指导放疗。常用参考数值人体V20小于30%,超出此范围放射性肺损伤概率明显增大。而在使用氨磷汀保护剂后,能否适当放宽V20限定值间接提高肿瘤的治疗剂量,目前还没有涉及此类的研究。因此本研究以建立氨磷汀干预下的放射性肺损伤模型为实验对象,观察放射性肺损伤剂量体积因素V20在25%和35%条件下发生肺损伤的情况。

放射性肺损伤(radiation pulmonary injury,RP)是胸部放射治疗的严重并发症,在肺部放射治疗中的发生率为6%-20%[5-7],其发病机制尚未完全明确。但多数学者[8,9]认为放射性损伤不是单个细胞功能的作用,而是多细胞通过细胞因子的复合作用引起的,称为“细胞因子瀑布”理论。照射肺以产生促炎细胞因子和促炎细胞因子链,刺激成纤维细胞增殖,并促进胶原基因启动子以形成纤维化。研究证实,转化生长因子β(TGF-β)是肺纤维化形成与发展的启动枢纽[10]。因此,TGF-β1的表达情况则被认为是判断是否发生放射性肺损伤的至关重要的指标之一[11-13]。本研究显示,在未使用氨磷汀时,各时间点模型组TGF-β1表达显著高于空白组(P<0.05),且模型组V20在35%和25%条件下TGF-β1表达除第1周外各时间点V20=35%组均高于V20=25%组，差异具有统计学意义,说明在照射剂量一定时肺损伤发生概率随面积增大而增大，这与Tsujino等[14]研究结果一致。而在使用氨磷汀干预后,V20=25%和35%条件下TGF-β1表达均低于模型组,V20=25%和35%两组比较TGF-β1的表达情况差异无统计学意义,说明在氨磷汀干预下适当增大照射面积,不会影响TGF-β1的表达,提示在氨磷汀保护下适当增大照射面积,发生放射性肺损伤的概率不会有所增加。

组织病理学观察和胶原染色的结果进一步表明,单纯照射组肺泡壁增厚,其肺泡基质的大部分是增生纤维组织和弹性纤维组织,且V20=35%条件下病变明显较V20=25%严重,而氨磷汀干预的照射组肺泡壁也有增厚和纤维化,与单纯照射组相比程度轻,出现时间晚,仍显示大部分肺泡结构存在,肺纤维化增生轻于单纯照射组,且在V20=35%、V20=25%条件下二者病变无显著差异。此结果与上述TGF-β1结果相一致。说明在氨磷汀保护下放射性肺损伤的病变程度不随照射面积增加而加重,提示在氨磷汀保护下照射剂量一定时可适当放宽V20限定值。

综上所述,本研究结果显示在氨磷汀干预的条件下,可适当放宽V20限定值即增大照射面积,不增加放射性肺损伤,而这为临床适当放宽放疗适应症提供了实验依据。

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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

山西省科技攻关基金资助项目(20130313017-5)

郑保珍,男,1972-07生,硕士,主治医师,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