从黏膜修复角度探讨放射性食管炎的发病机制△

张福鹏，赵晓燕，汪欣文，高晋生，刘丽坤，白晋阳

1山西省中医药研究院/山西省中医院肿瘤科，太原030012

2山西省中西医结合医院肾内科，太原030012

放射性食管炎（radiation esophagitis，RE）是肺癌、食管癌、纵隔恶性肿瘤等胸部肿瘤在放射治疗过程中最为常见的并发症，主要发生机制：放射线对正常食管黏膜造成损伤后出现局部充血、水肿、黏膜上皮细胞变性与坏死，从而发生以轻中度为主的无菌性炎症反应。国内外对于RE发生率的报道不一，但当放射剂量达到30～40 Gy时，食管黏膜上皮逐渐发生坏死脱落，形成点状溃疡，引起RE[1]。目前，对于RE的治疗手段尚不统一，现代医学以解痉止痛、消炎抗菌、保护消化道黏膜的对症处理为主要治疗原则，而传统医学则以清热燥湿、益气养阴、活血行气、消肿生肌为主要治疗原则[2]。目前，对于RE的发病机制尚无一致性观点，鉴于关于放射后黏膜修复在RE发病机制中的作用的研究较少，现就RE发病机制的研究进展作一简要综述。

1 机制研究

1.1 动物模型

对于任何疾病发病机制的研究都离不开动物模型，而RE的确诊需行胃镜下活检明确，但是食管穿孔的风险较大，因此，临床上以美国肿瘤放射治疗协作组（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）和欧洲癌症治疗研究组织（European Organization for Research on Treatment of Cancer，EORTC）的诊断标准对RE进行诊断，而对于RE发病机制的研究则以动物实验为主。早在1979年，Northway等[3]报道了关于RE的研究，该研究以负鼠作为模型，应用放射剂量为22.5 Gy的60Co-γ射线构建模型，结果发现，其与目前临床所采用的6MV-X射线照射的差异较大，无法很好地模拟实际临床治疗。有学者应用X射线照射BALB/c、C57B1/6小鼠并建立了RE模型，造模剂量设定为12 Gy×5，更接近临床实际RE的发生，该实验还提示表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）可能成为RE的治疗方向，但是BALB/c、C57B1/6小鼠体积较小，构建模型时操作性不强[4]。Barnes等[5]通过实验发现，术中对狗进行30、40 Gy的射线照射后均可诱发食管炎的发生。虽然猕猴、狗等动物从形体上可以模拟人体，而且具有对辐射敏感的特点，但是价格昂贵。沈莉等[6]以Wistar大鼠为实验对象，采用剂量为43 Gy的60Co射线对其进行照射，结果显示，大鼠RE动物模型构建成功。路军章等[7]应用6MV-X射线照射Wistar大鼠，对不同照射剂量、照射时间及构建模式的RE进行比较，结果发现，照射40 Gy后，RE大鼠动物模型构建成功，且更符合临床实际，因此，目前多采用6MV-X射线照射Wistar大鼠从而构建RE模型。

1.2 炎症机制

炎症反应的激活是RE发生和发展过程中重要的病理变化，放射线对食管黏膜的作用能够造成炎症信号通路被激活，并导致淋巴细胞、单核巨噬细胞等炎症细胞在食管黏膜内发生浸润，分泌大量炎症介质并引起局部组织充血、水肿及损伤[8]。

γ射线可使食管组织中的H2O大量分解成羟自由基，导致食管组织发生严重损伤[9]。而放射线作用于食管黏膜不仅能够激活炎症反应，还能够通过电离作用将食管中的H2O大量分解成氧自由基。局部组织中大量生成的氧自由基能够引起食管黏膜发生氧化性损伤，同时生成产物丙二醛（malondialdehyde，MDA）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD），从而引起细胞膜的通透性增加，破坏溶酶体，诱导细胞凋亡，加剧炎症反应[10-11]。抗氧化酶是机体清除氧自由基的重要自身代偿机制，谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GPX）能够将过氧化物还原为羟基化合物，促进过氧化氢的分解。SOD和含Mn金属辅基的超氧化物歧化酶（Mn-superoxide dismutase，Mn-SOD）是机体将氧自由基还原为过氧化氢的关键酶，同时具有抗氧化的作用[12-13]。

肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）是在炎症反应被激活的过程中最先发生改变的炎症介质，同时参与了炎症反应的级联激活及局部组织的炎症损伤过程[14]。白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和白细胞介素-8（interleukin-8，IL-8）是白细胞介素家族中重要的促进炎症发生的介质，能够促进炎症反应的级联激活及局部组织炎症介质的瀑布式释放[15-16]。周育夫等[17]通过检测食管癌患者放疗前后血清中炎症反应指标（包括TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8等），发现放疗能够激活炎症反应；同时，分析了放疗前后患者血清中氧化应激反应指标，发现放疗能够激活氧化应激反应，并造成组织发生氧化反应从而引起食管损伤。

2 黏膜修复及相关细胞因子的作用

食管受到放射线照射后，成纤维细胞和炎症细胞趋向肌层，其病理改变过程为基底细胞增厚、水肿、纤维化，从而重建食管黏膜结构[18-20]。放射性食管损伤的修复与食管照射部位的瘢痕形成过程可能是同步的。

2.1 黏膜修复与瘢痕形成

创面愈合的过程与瘢痕形成的过程是同一种事物的两种表达过程，其既是疾病恢复的结果，也是致病因素作用的结果。创面愈合前如何加快创面上皮化是预防瘢痕形成的关键，而创面愈合及瘢痕形成均与TGF-β/Smads信号转导通路密切相关，因此，人为地调控TGF-β/Smads通路的平衡，促进创面快速修复的同时预防瘢痕的形成将是今后研究的重要方向[21]。

在人体组织或细胞受到损伤时，人体会自发地启动修复机制，其中，最主要的方式是纤维性修复，这种修复可以恢复组织结构，而转化生长因子-β（transformating growth factor-beta，TGF-β）及其下游的Smads信号转导通路在纤维修复过程中发挥着关键性的作用，但当此通路过度激活时，会刺激相关细胞增殖、迁移以及胶原蛋白过度分泌，最终导致过度纤维化，从而形成病理性瘢痕。放射性食管损伤后的自限性修复过程亦是纤维性修复过程[22]。

房芸和王海颖[23]在糖尿病肾损伤小鼠动物模型中发现，TGF-β1对纤维粘连蛋白（fibronectin，FN）等细胞外基质的分泌具有重要的调节作用，其通过TGF-β1促使成纤维细胞增殖并产生更多的FN，共同参与糖尿病肾纤维化的形成。刘英等[24]采用60Co射线照射易发生纤维化的C57BL/6J小鼠和抗纤维化的C3H/HeN小鼠复制放射性肺损伤动物模型，通过免疫组织化学法检测肺组织中FN的表达情况，说明FN主要参与C57BL/6J小鼠的早期纤维化形成过程。张翠影等[25]选取雌性C57BL/6小鼠建立放射性肺损伤动物模型，应用实时定量聚合酶链反应（quantitative real time-polymerase chain reaction，qRT-PCR）检测细胞因子TGF-β1和纤维化标志α-平滑肌肌动蛋白（alpha-smooth muscle actin，α-SMA）、I型胶原α1（collagen type Ialpha 1 chain，COL1A1）基因、纤维粘连蛋白信使RNA（fibronectin messenger RNA，FN mRNA）在放射性肺炎和肺纤维化组织中的表达情况，结果显示，TGF-β1与α-SMA、COL1A1、FNmRNA的表达均呈正相关（P＜0.05），表明TGF-β1可能通过促进肌成纤维细胞的成熟和活化调节细胞外基质蛋白的表达，参与放射性肺纤维化的形成。肖蕾等[26]利用瓦里安XIM-CX型模拟定位机，瓦里安2300C/D直线加速器单次大剂量照射斯伯雷格（Sprague Dswley，SD）大鼠肝脏，结果发现放射导致肝脏细胞分泌的TGF-β增加，从而启动因子激活磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶（serine-threonine protein kinase，AKT）信号通路后引起磷酸化AKT（p-serine/threonine protein kinase，p-AKT）表达上调，该通路可能最终导致肝纤维化的发生。由此可见，无论是放射线所致的肺纤维化和肝纤维化，还是其他疾病所致的肾纤维化，均可证实黏膜修复与瘢痕形成有关。

2.2 细胞因子与细胞外基质

TGF-β1是启动和终止细胞修复的重要因子，经放射线照射后，上皮组织中的TGF-β1水平有所增加，但对于单纯伤口，TGF-β1水平增加可能是导致放射性损伤愈合延迟的原因[27]。TGF-β1能够直接刺激成纤维细胞外基质蛋白（包括纤维蛋白）、胶原蛋白、氨基葡糖等的合成，并对新合成的细胞外基质的降解具有明显的抑制作用，局部注射TGF-β1可以促进伤口的愈合和典型肉芽组织的形成[28]。一项体外实验的研究发现，TGF-β1可以刺激肌成纤维细胞的成熟及活化，并且促进细胞外基质成分COL1A1基因、FNmRNA和蛋白质的表达[29-31]。

FN是广泛存在于动物组织和组织液中的一种高分子糖蛋白，在促进细胞黏附、迁移、增殖和分化等方面发挥着重要的作用，具有促进细胞再生与修复的生物学功能[32]。付小兵[33]通过观察发现，溃疡创面FN基因的表达水平较正常皮肤和瘢痕组织减少1/3，这表明溃疡创面FN基因表达水平的下调除了与传统观念所认为的与相应蛋白酶的分泌增加有关外，更重要的原因在于FN基因的表达下调使FN蛋白的合成减少，从而导致组织修复细胞的移动支架遭到破坏，造成创面延迟愈合。国外学者研究发现慢性伤口创面FN的mRNA水平较正常皮肤组织明显下降（P＜0.01）[34]。

舒崇湘等[35]比较了照射5 Gy的复合创伤组Wistar大鼠与单纯创伤组Wistar大鼠的伤口愈合情况，结果发现，巨噬细胞分泌的FN细胞外基质、TGF-β细胞生长因子均直接参与和调控组织的修复，从而影响伤口的愈合，且复合创伤组中FN、TGF-β水平的下降更为明显，提示在放射性损伤的愈合过程中，巨噬细胞受损及其分泌的FN、TGF-β水平的下降均可能导致伤口愈合延缓。Tian等[36]认为FN最能够有效地消除电离辐射产生的抗聚集效应，该研究通过将FN与乳腺良性组织共培养后分为加入FN抑制剂组和不加入FN抑制剂组，结果发现电离辐射剂量依赖性地抑制了FN的生成，从而导致放射后伤口愈合速度减慢。沈莉等[37]对RE大鼠进行干预后发现，RE组织中EGF和TGF-β1的表达水平均较干预前有所提高，且缩短了伤口愈合时间（P＜0.05）。谷庆阳等[38]为研究EGF和表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）在急性放射性皮肤溃疡组织中的表达情况及对溃疡形成、发展、愈合的影响，以雌性Wistar大鼠为实验对象，采用60Co射线局部照射法建立急性放射性皮肤溃疡模型，证实经辐射损伤的皮肤组织细胞合成并分泌EGF的功能在溃疡形成后明显下降，该机制可能是导致溃疡形成、发展及难以愈合的原因之一。

TGF-β1、EGF、FN等细胞因子及细胞外基质参与了RE的修复，那么直接补充这类因子能否使伤口愈合？实验表明，外源性补充EGF并不能够减轻或防治放射性损伤，反而可能加重损伤。其原因可能包括以下两个方面：①经照射后，外源性EGF持续存在，使存活的上皮细胞持续处于“增殖状态”，延迟了本身的成熟过程；②由于动物小肠的DNA合成和细胞增殖呈节律性，外源性EGF能否导致细胞增殖取决于小肠上皮细胞所处的细胞周期[39]。血小板胶是由富血小板血浆、钙离子、凝血酶混合而成，其释放TGF-β、EGF等细胞因子；其中，TGF-β是创面愈合阶段的必需因子。临床研究显示，局部增加EGF能够缩短植皮术后、深静脉溃疡、糖尿病足溃疡的创面愈合时间[40-41]。

FN是一种分子量为450 kD的糖蛋白大分子，其分子结构中含有多种结构域，可以选择性地与细胞外基质中的多种分子及细胞表面受体结合，发挥多种生物学效应，如细胞黏附与扩展、细胞运动、生长和分化等[42]，且参与了细胞与细胞、细胞与基质之间的粘连，从而在糖尿病足、周围神经损伤等的修复中能够有效促进细胞黏附、迁移，达到难治性损伤愈合的目的[43]。因此，无论是在创伤早期，还是在创伤后期，FN在创伤修复的过程中均发挥了重要的作用。FN与纤维蛋白交联后有助于成纤维细胞的移动，而成纤维细胞是慢性溃疡愈合的主要修复细胞之一，其分泌的重要介质之一是细胞外基质，并为细胞的增殖和迁移提供骨架，同时使TGF-β活化，从而对成纤维细胞转化为肌纤维母细胞的纤维化进程具有明显的促进作用[44]。FN目前应用较为广泛，主要对褥疮、烧伤、臁疮、糖尿病足、顽固性溃疡、术后不愈合等疾病效果良好[45]。

综上所述，RE的发病虽然与炎症密切相关，但其作为一种自限性疾病，黏膜的自我恢复与瘢痕形成亦是其发病的重要机制之一。