鼻咽癌放射治疗后导致认知功能障碍的研究进展

吴小恋 张 宇 陈瑞年 周海红

广东医科大学附属医院神经内科，广东湛江 524001

放射治疗（放疗）是鼻咽癌的主要治疗方法，但放疗不仅杀伤肿瘤细胞，还会损伤周围的正常组织，引起海马相关的学习和记忆功能障碍、局部神经功能缺损等脑损伤表现。放射性脑损伤（radiation-induced brain injury，RBI）是指电离辐射后出现的脑部损伤，以照射结束后6～47个月最为常见。RBI依据发生时间分为急性型、早期迟发反应型和晚期迟发反应型[1]。晚期迟发型脑损伤中常出现认知功能障碍，严重影响患者生存质量，给家庭带来沉重的经济负担。目前对鼻咽癌放射性认知障碍的发生机制尚未完全明确，本文将从发病机制、影响因素和治疗方法对其进行综述。

1 放射性认知障碍的发病机制

1.1 海马神经发生障碍

海马依赖性认知功能依赖于新神经元的产生和树突结构的维持，放射性认知功能障碍与放射引起海马神经发生活动减少有关。海马齿状回颗粒下区（subgrnnular zone，SGZ）和侧脑室的脑室下区（subventricular zone，SVZ）是神经发生的两个区域。放射直接损伤神经干/前体细胞的DNA，当DNA损伤无法及时修复时细胞则启动凋亡，导致神经干/前体细胞、功能性神经元数量减少，从而抑制神经发生，并且通过p53和脑源性神经营养因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）等信号途径调节神经干/前体细胞的生长、分化[2]。有研究表明小鼠接受单剂量10 Gy可诱导显著的海马依赖性认知损伤，与SGZ细胞增殖减少和未成熟神经元数量减少有关[3]。转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）是一种响应放射损伤而释放的细胞因子，研究显示受照射的脑内皮细胞通过TGF-β/Smad3信号传导诱导神经干/祖细胞凋亡，导致SVZ区域的神经发生减少，并观察到体内阻断TGF-β信号传导可阻止细胞凋亡和诱导神经干/祖细胞增殖，改善受照射小鼠的神经发生，有望用于防治放疗后的神经发生减少和认知功能障碍[4]。总之，目前认为海马神经发生障碍是导致放射性认知功能障碍发生的关键因素。

1.2 海马神经元兴奋性和突触可塑性改变

海马CA1神经元中兴奋性谷氨酸能和抑制性γ氨基丁酸（gamma amino butyric acid，GABA）能传递之间的平衡对神经元网络的正常功能非常重要。最近一项研究发现小鼠在接受颅脑照射后3个月出现认知障碍，并观察到海马CA1锥体神经元中自发放电和兴奋性突触输入显著减少，以及抑制性输入显著增强，在受照射的小鼠中，海马中的长期增强减弱，谷氨酸受体1（glutamate receptor，GluR1）表达受到抑制，提示放射会损害海马CA1锥体神经元兴奋性和突触可塑性影响认知功能[5]，为放射性认知功能障碍的治疗提供了新方向。

1.3 神经炎症

颅脑放射治疗后主要通过持续激活小胶质细胞和引起星形胶质细胞增生来介导慢性神经炎症的进展，可能造成神经干细胞命运发生改变，从而抑制神经发生，导致放射性脑损伤晚期出现神经认知障碍。

1.3.1 小胶质细胞 小胶质细胞是中枢神经系统（central nervous system，CNS）中的常驻免疫细胞。小胶质细胞受照射后发生活化，活化的小胶质细胞有M1型和M2型，M1型小胶质细胞分泌不利于海马神经发生的促炎细胞因子，而M2型分泌有利于海马神经发生的抗炎细胞因子[6]。当促炎和抗炎信号失衡时，进展成为慢性炎症，持续活化的小胶质细胞同时释放氧活性物质，导致各种炎症介质的表达，如细胞因子、黏附分子和趋化因子，加重神经炎症，与认知功能受损密切相关。本课题组前期研究发现受照射小鼠海马组织炎症因子水平在照射后显著升高，照射可促进小胶质细胞向促炎表型转变，并观察到促进小胶质细胞M2极化对辐射诱发的小鼠认知功能障碍起到改善作用[7]。目前越来越多的研究旨在改变活化的小胶质细胞极化状态来防治放射性脑损伤和随后的认知功能障碍。

1.3.2 星形胶质细胞 受照射的小胶质细胞可以诱导星形胶质细胞增生，成为反应性星形胶质细胞。星形胶质细胞对于维持血脑屏障（blood brain barrier，BBB）完整性至关重要。分泌促炎因子的反应性星形胶质细胞可促进BBB分解和外周浸润性T细胞（CD3）的浸润，释放神经毒性因子，诱导持续的神经炎症反应，从而诱导神经元细胞凋亡，导致长期神经认知功能障碍[8]。然而，也有研究表明反应性星形胶质细胞形成的瘢痕可以通过阻止免疫细胞入侵CNS来减轻炎症反应，从而保护脑组织。星形胶质细胞在RBI引起的神经炎症中的双重作用需要进一步研究。

1.4 神经营养因子

神经营养因子对神经元发育、成熟神经元的突触活动和可塑性、神经元的增殖、分化和存活等过程发挥关键作用。目前小鼠海马体中丰富的BDNF和神经生长因子（nerve growth factor，NGF）备受关注。研究表明小鼠全脑照射可显著降低海马BDNF水平，BDNF信号传导损伤与学习记忆能力受损密切相关[9]。BDNF及其受体启动的信号级联反应是突触可塑性的关键调节因子，在多种神经退行性疾病中发现[10]。有研究显示抑郁症患者海马齿状回中BDNF mRNA水平降低，同时观察到海马依赖性记忆障碍以及海马体积缩小[11-12]，提示BDNF可能参与海马体依赖性学习、记忆以及情绪调节。NGF具有调节神经元生长发育、促进神经元存活及修复受损神经细胞等关键作用。NGF和BDNF及其受体的表达会因极低剂量的辐射而改变，表明神经营养因子在发育过程中对辐射高度敏感[13]。目前神经营养因子药物已广泛应用于放射性脑损伤及其他类型脑损伤患者。

1.5 血管和血脑屏障的损伤

脑微血管是供给大脑营养和维持内环境稳定的结构基础，体外研究显示辐射可诱导脑微血管内皮细胞凋亡和衰老[14]。颅内照射后内皮细胞凋亡的直接后果是血脑屏障结构的破坏。有研究发现放射能诱导局部组织缺氧，刺激血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）产生，进而增加BBB通透性，可能与患者认知功能障碍相关[15]。颅脑放射后晚期可出现小血管动脉粥样硬化，容易导致血栓形成和血管闭塞，进而影响脑局部血流，引起脑缺血、脑梗死、脑白质坏死等，导致认知功能障碍甚至病死。

1.6 氧化应激

电离辐射通过产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species， RNS）诱导氧化应激，如羟自由基（·OH）、过氧化氢（H2O2）和一氧化氮（NO）等。氧化还原稳态对于调节神经干细胞/前体细胞的命运和功能至关重要。神经干细胞对辐射存在显著敏感性，研究证明低剂量（＜1 Gy）的带电粒子可引起急性和持续的氧化应激反应，并导致认知功能受损[16]。辐射诱导的氧化应激不仅诱导神经元凋亡，还干扰脑内微环境，影响神经干细胞分化，影响神经发生。ROS的过度生成可破坏线粒体蛋白质、质膜和线粒体DNA等，引起线粒体损伤，导致线粒体功能障碍，影响线粒体的生物能量和生物合成代谢，并诱导程序性细胞凋亡[17]，促进氧化应激损伤。此外，氧化应激引起促炎性介质过度表达，与脑微血管内皮细胞功能障碍和血脑屏障破坏密切相关，可导致神经退行性疾病的发生和发展[18]。

2 放射性认知障碍的影响因素

2.1 性别

大多数关于放射性脑损伤的动物研究使用雄性小鼠，但最近的研究表明辐射引起的认知功能障碍存在性别差异。一项研究显示雄性和雌性小鼠在出生后第14天接受单剂量8 Gy颅脑照射后2个月进行位置学习，雌性小鼠出现位置学习障碍，而雄性小鼠则没有出现[19]。

2.2 年龄和随访时间

研究显示与大鼠成年海马体相比，幼年海马体对辐射的反应在小胶质细胞的密度、活化小胶质细胞的数量、细胞凋亡水平等方面有明显的不同。在幼年时接受照射的大鼠在3个月时存在物体记忆缺陷，而受照射的中年大鼠则没有出现类似的缺陷[20]。老年大鼠在放疗后1个月和3个月未出现认知功能障碍，但在放疗后6～7个月开始出现认知障碍，说明如果有足够的随访时间，老年大鼠可能表现出认知障碍[21]。年龄和随访时间对放射性认知功能障碍可能存在影响，辐射引起的认知功能障碍的机制可能随着年龄的变化而不同。

2.3 遗传异质性

鼻咽癌放疗结束后晚期易导致颞叶损伤（temporal lobe injury，TLI），引起头痛、神经认知功能障碍等表现，但存在个体遗传异质性。在一项前瞻性的观察研究中，对1082例患者进行了全基因组关联分析，并分别在1119例和741例患者的两个独立队列中进行验证，鉴定出CEPl28中心体蛋白质的遗传变异增加鼻咽癌患者发生放射性TLI的风险，确定CEPl28基因作为鼻咽癌患者发生TLI的易感基因[22]。但CEPl28基因具体如何参与放射性颞叶损伤，需要进一步的分子机制研究为患者个体化放疗提供依据。

2.4 放射剂量

鼻咽癌放疗后脑损伤与颞叶受照射剂量密切相关。海马位于颞叶内，鼻咽癌患者接受放疗时海马会受到一定的照射剂量，导致认知功能损伤，损伤的程度与受照射剂量呈正相关。动物研究通常在10～40 Gy的剂量范围内进行，所以放射引起认知障碍的相关研究集中在该范围内。鼻咽癌放疗中海马不同部位受照剂量存在差异，海马头部受照射剂量最高[23]，海马体次之，而海马体在记忆过程中起关键作用，提示屏蔽海马至关重要，鼻咽癌放疗过程中限制海马受照射剂量可能对于改善放射性认知障碍有所帮助。目前鼻咽癌放射性认知障碍与海马受照射剂量的相关研究较少，尚无明确的引起放射性认知障碍的剂量阈值。

3 放射性认知障碍的治疗

3.1 治疗方法

目前认为对放射性认知功能障碍治疗有效的方法如下。①运动和丰富环境：研究显示自愿性跑步和强制跑步运动可增加海马神经发生和神经营养因子表达，防止颅脑照射后进行性记忆衰退[24-25]。通过丰富环境可以增加海马区神经发生，改善受照射大鼠的记忆功能[26]。②高压氧治疗：有助于提高脑组织氧供，促进神经血管再生。吸入纯氧的受照射大鼠认知功能较吸入空气的大鼠得到改善[27]。③干细胞疗法：干细胞具有自我更新和多项分化的潜能，是神经再生和修复的理想细胞来源。动物研究显示向照射后的大鼠脑内移植神经干细胞，海马神经发生在移植后1～4个月内恢复，认知功能障碍得到改善[28]。

3.2 治疗药物

治疗药物的作用机制与发病机制密切相关，目前临床证实有效的药物如下。①糖皮质激素：通过抑制炎症反应对放射治疗后认知障碍有改善作用。②自由基清除剂：艾地苯醌、依达拉奉、超氧化物歧化酶等药物通过清除自由基改善放射所致的后期效应[1]。③贝伐珠单抗：作为一种抗VEGF药物，可通过减少毛细血管渗漏及脑水肿来减轻放射性脑损伤[29]。④盐酸美金刚：作为兴奋性氨基酸受体拮抗剂，能有效减缓颅脑放疗患者的认知功能障碍进展[30]。⑤盐酸多奈哌齐：临床研究结果表明脑肿瘤患者接受放射治疗后使用，认知功能获得明显改善[31]。⑥神经保护剂：奥拉西坦、神经节苷脂、神经生长因子等药物已应用到临床以减轻放疗对神经的直接损害作用。近年来，随着对放射性认知功能障碍的不断重视和研究，越来越多的成果在动物研究上证实可以改善放射后的认知障碍，比如海带多糖[32]、首乌[33]、双去甲氧基姜黄素[34]、阿魏酸[35]等药物。未来需要更多的努力使这些药物进入临床研究阶段。

4 小结

放射性认知功能障碍主要与海马神经发生障碍、海马神经元兴奋性和突触可塑性改变、神经炎症、神经营养因子、血管和血脑屏障损伤以及氧化应激等机制有关，近年来对影响放射性认知功能障碍的因素也越来越重视。目前对放射性认知障碍的临床治疗方法尚不成熟，一系列不同种类和作用机制的药物通过细胞及动物实验被证实有效，但缺乏临床证据，有待临床研究进一步验证。放射性认知障碍仍是临床工作中的难点之一。通过对放射性认知障碍的发病机制、影响因素进行研究，以期找到新的治疗靶点，延缓放射性认知障碍的发生、发展。