[研究]放疗会增加胶质瘤等患者认知功能等障碍风险吗 从分子机制寻找答案
放疗是脑胶质瘤等神经系统恶性肿瘤的主要治疗手段之一，但是随着对患者生存质量越来越关注，近期越来越多的专家注意到了放疗引发的患者认知等功能障碍等问题。
在不久前召开的一次学术会议上，就有神经外科专家就提出了这个问题，如何避免放疗可能带来的认知功能障碍风险，当时相关研究领域的院士有过精彩的解答。
近期，也有神经神外专家在接受神外前沿访谈时，对放疗及二次手术，对脑胶质瘤患者认知功能明显下降问题，表达了强烈的关注。
这篇研究文章试图从分子层面寻找这个问题的答案，该文章指出，海马依赖性认知障碍已成为放射性脑损伤常见不良反应，严重影响了患者远期生活质量。研究发现若干蛋白质分子、ｍｉＲＮＡ 及其相应通路参与了电离辐射导致神经发生障碍过程，这为今后临床防治奠定了重要基础。
电离辐射导致神经发生障碍的分子机制研究现状
本文作者：苏州大学附属第二医院放疗科黄萍、张力元、田野； 苏州大学医学部放射医学与防护学院杨红英；通信作者：张力元；本文发表在中华放射肿瘤学杂志2017年4月第26卷第4期；基金项目：国家自然科学基金面上项目（81372411、81402517、81472804）
电离辐射引起的认知障碍主要表现为海马依赖性认知功能下降，目前多认为与电离辐射抑制海马区神经发生有关，因此有必要深入了解电离辐射抑制神经发生的相关机制。本文对近年来有关电离辐射作用于神经发生的相关分子机制进行综述。
认知是指人脑接受外界信息处理转换成内在心理活动，从而获取或应用知识的过程，包括记忆、语言、理解等方面，认知障碍是指上述认知功能一项或多项受损。有数据显示＜10Gy电离辐射即可引起没有组织病理学改变的记忆损伤［１］ 。ICRP118号报告指出成人接受10Gy脑部照射可有细微生物学改变，儿童接受1～2Gy脑部照射即可能产生长期认知缺陷，婴儿接受＞０.１Gy 脑部照射成年后即可能出现长期认知损害［２］ 。Gondi等［３］ 对肺癌患者行预防性脑照射(36Gy），放疗后半年观察其认知功能，有＞20％～40％患者较未照射者出现认知损伤，１ 年时发生的可能性更大。
目前认为电离辐射引起认知损伤，主要包括多项海马依赖性学习、记忆能力的损伤［４］ 。其具体机制尚不清楚，近年来对该发生机制展开了相关研究［５］ ，主要认为与神经发生障碍、脑内炎症反应、脑内血管损伤等有关，其中神经发生障碍被普遍认为是放射性认知功能损害关键因素之一［６］ 。电离辐射抑制神经发生主要通过两条途径实现：一是直接损伤神经干或前体细胞，降低其增殖、分化能力，射线损伤分裂期神经干或前体细胞时如损伤无法及时修复细胞就会被诱导凋亡；二是改变脑内微环境，射线能引发脑内炎症反应、氧化应激反应，改变神经发生微环境使其受抑制。
一、电离辐射通过直接损伤神经干或前体细胞抑制神经发生的分子水平研究
电离辐射对于神经干或前体细胞的直接损伤主要表现为损伤胞内的ＤＮＡ，致ＤＮＡ碱基序列出差错、染色体结构或数量发生异常。ＤＮＡ双链断裂是电离辐射造成的最有害的ＤＮＡ 损伤形式［７］ 。非同源性ＤＮＡ 末端连接修复是成年大脑内最主要ＤＮＡ 损伤修复方式，有数据显示对大鼠进行全脑照射达20Gy时，损伤超过了自身ＤＮＡ 双链断裂的修复能力，非同源性ＤＮＡ 末端连接相关修复基因ｍＲＮＡ 和蛋白表达水平不再进一步升高［８⁃９］ 。当损伤无法及时修复时细胞则启动凋亡机制，发生程序化死亡，导致神经干或前体细胞、功能性神经元数量减少，由此神经发生受抑制。已有研究发现若干蛋白分子及其相关通路参与神经发生调节。
１．ｐ53参与了电离辐射抑制神经发生的调节：ｐ53 对于ＤＮＡ 损伤修复、凋亡、细胞周期的调节等过程都有重要作用。研究还发现ｐ53对神经发生中细胞更新起着重要调节作用［９］ ，同时神经干或前体细胞凋亡也与ｐ53反式激活能力有关。Ｕｂｅｒｔｉ 等［１０］ 用γ 射线对ｐ53⁃／ ⁃及ｐ53＋／ ＋ 小鼠行全身照射，发现两组小鼠海马齿状回中ｐ34ｃｄｃ２（海马齿状回增殖早期标志物）阳性细胞在照后3ｈ 均明显减少，10 ｈ 后开始回升，ｐ53⁃／ ⁃组阳性细胞数在24 ｈ 内可恢复至某一控制值，而ｐ53＋／ ＋组需8ｄ 才可恢复。由此提出ｐ53 参与了电离辐射抑制神经发生的调控，其敲除可加快神经发生的恢复。随后Ａｒｍｅｓｉｌｌａ⁃Ｄｉａｚ 等［１１］ 课题组研究也发现ｐ53 可影响小鼠脑内神经干或前体细胞的自我更新、分化。
２．ＢＤＮＦ 对电离辐射抑制神经发生的调节作用：ＢＤＮＦ对神经干或前体细胞的生长、分化有重要作用，可保护神经元免受损伤、改善神经元状态、促进损伤神经元再生、分化及神经发生等生物效应。ＢＤＮＦ⁃ｐＣＲＥＢ 信号的增强还有助于增加海马区新生神经元的数目。Ｓｏｎ 等［１２］ 的研究显示，电离辐射作用于大脑后１～３ 个月内海马区神经发生障碍、海马依赖性的行为失调与ｍＲＮＡ 编码的突触可塑性相关信号分子的下调有关，ＢＤＮＦ 即为这类信号分子。ＢＤＮＦ 可增强突触反应，通过调节海马区长时程增强作用来发挥其保护效应。未活化的ＣＲＥＢ 与ＢＤＮＦ 的启动子结合促使ＣＲＥＢ 磷酸化，将转录因子招募至启动子处，使得ＢＤＮＦ 编码的ｍＲＮＡ 被转录，发挥其对神经干或前体细胞的保护作用。研究显示电离辐射后海马区基础的ＢＤＮＦ⁃ＣＲＥＢ 信号明显减弱，提示全脑照射导致海马区ＢＤＮＦ 表达水平及ＣＲＥＢ 磷酸化程度明显降低，抑制神经发生，出现某些学习、记忆能力的缺失。本课题组研究发现30Gy全脑照射可快速明显抑制小鼠神经发生，同时ＢＤＮＦ⁃ｐＣＲＥＢ 信号途径相关基因及蛋白表达明显受抑制，然而给予ＨＤＡＣ 抑制剂ＴＳＡ 后发现小鼠脑内ＢＤＮＦ 相关转录基因受抑制程度明显减轻，神经发生得到一定改善［１３］ 。其结果提示全脑电离辐射后或许可通过抑制ＨＤＡＣ 来激活ＢＤＮＦ⁃ｐＣＲＥＢ 途径，从而减轻神经发生受抑制的程度。另外，研究还发现ＢＤＮＦ⁃ｐＣＲＥＢ 信号途径也参与了强迫轮转锻炼改善全脑照射抑制神经发生作用的过程［１３⁃１４］ 。
３．ＳＯＤ 缺陷可改善电离辐射后神经发生受抑制的程度：ＳＯＤ 根据其在细胞的不同位置可分为ＳＯＤ１、ＳＯＤ２、ＳＯＤ３，其中ＳＯＤ１ 位于细胞质中，ＳＯＤ２ 位于线粒体内，而ＳＯＤ３（ＥＣ⁃ＳＯＤ）则位于细胞外。Ｒｏｌａ 等［１５］ 课题组早期发现ＳＯＤ３ 敲除小鼠脑内神经发生基线水平低于野生型小鼠，而５ Ｇｙ 照射后野生型小鼠脑内神经发生明显受抑制，ＥＣ⁃ＳＯＤ 敲除小鼠未见明显改变。为探讨内在机制，该课题组进一步建立了新的小鼠模型，使其体内ＥＣ⁃ＳＯＤ 高表达于成熟神经元内，其他部位不表达［１６］ 。作者使用这３ 种小鼠模型研究发现，ＯＥ小鼠神经发生的变化与ＥＣ⁃ＳＯＤ 敲除小鼠变化一致；同时发现小鼠脑内神经营养因子（Ｎｔｆ３、ＢＤＮＦ 等）、控制轴突或树突生长的分子水平受到ＥＣ⁃ＳＯＤ、电离辐射等的调控。由此提出受照ＯＥ 小鼠脑内神经营养因子水平升高，减轻了其脑内神经发生的抑制程度，该具体机制尚不清楚，可能与ｐＣＲＥＢ⁃ＥＲＫ １／２途径的活化有关。同时该课题组还对其他ＳＯＤ 进行了研究，5Gy Ｘ 射线照射２ 个月后检测海马齿状回新生神经干细胞状态，获得了与ＳＯＤ３ 类似结果［１７］ 。小鼠海马受照后不同ＳＯＤ 均不同程度地参与了电离辐射对海马区神经发生的抑制［１８］ ，而ＳＯＤ 敲除一定程度上可减轻辐射对其抑制作用。这与人们对于ＳＯＤ 一贯的理解有出入———过去认为ＳＯＤ 可清除氧自由基，减轻全脑照射所致脑内炎症反应，改善海马区神经发生。这些看似矛盾的现象仍需进一步研究。
４．ＣＣＲ２ 对电离辐射后神经发生的作用：ＣＣＲ２ 可在神经干或前体细胞、海马神经元上持续表达。Ｂｅｌａｒｂｉ 等［１９］ 课题组对ＣＣＲ２ 敲除小鼠研究发现１０ Ｇｙ 照射引起野生型小鼠空间学习、记忆能力受损，脑内新生神经元的分布发生变化；海马区Ａｒｃ 蛋白表达改变，而ＣＣＲ２ 敲除小鼠未发生上述变化。
由此得出ＣＣＲ２ 的敲除可在一定程度上保护功能性神经元免受辐射损伤。Ａｃｈａｒｙａ 等［２０］ 课题组在低剂量照射下获得了相似的结果，证实了ＣＣＲ２ 对于辐射致神经发生障碍的调节作用。
５．ＢＭＰ２ 参与了电离辐射抑制神经发生的调节：研究发现电离辐射引起神经干细胞ＤＮＡ 损伤后激活介导ＪＡＫ⁃ＳＴＡＴ 的ＢＭＰ２ 信号途径，促进衰老细胞向星形胶质细胞分化，同时还分泌细胞因子（如ＩＬ⁃６、ＩＬ⁃８）正反馈激活ＢＭＰ２ ／ＪＡＫ⁃ＳＴＡＴ 信号途径，使得功能性神经元比例降低，抑制了神经发生［２１］ 。
６．ＴｒｋＢ 激动剂可改善全脑照射后的神经发生障碍：近年来发现全脑电离辐射后ＴｒｋＢ （ＢＤＮＦ 高亲和力受体）激动剂可一定程度减轻认知损伤，研究表明全脑照射后给予小鼠连续３ 周皮下注射ＤＨＦ （ＴｒｋＢ 激动剂），增强ＴｒｋＢ 活性，保护突触相关蛋白、增加树突密度，从而提高新生神经元的长期存活能力，调节神经发生［２２］ 。
７．ＮＦＡＴｃ４ 对海马区神经发生抑制的调节作用：目前研究表明ＮＦＡＴｃ４ 主要表达于海马齿状回，受神经元细胞中Ｌ型钙通道及ＧＳＫ⁃３ 信号的调节，可被ＢＤＮＦ 激活，调节神经发生［２３］ 。罕见电离辐射作用下该分子的相关文献，亟需进一步研究。
二、电离辐射通过改变脑内微环境抑制神经发生的分子机制研究
小胶质细胞静息状态下是维持脑内神经发生的基础，为脑内神经干或前体细胞、神经元的生长提供营养支持，然而活化状态下则会释放促炎性介质。电离辐射使脑内ＲＯＳ 水平明显提高，引起小胶质细胞过度增生、活化，促发炎症反应、氧化应激反应，打破微环境稳态，抑制神经发生［２４］ 。
１．ＴＡＭ 受体可抑制促炎性因子的释放，改善脑内炎性反应：ＴＡＭ 受体主要存在于小胶质细胞、星形胶质细胞中，通过调节小胶质细胞的细胞因子信号来维持正常的海马区神经发生。Ｊｉ 等［２５］ 课题组研究发现ＴＡＭ 受体敲除通过提高ＭＡＰＫ、ＮＦ⁃κＢ 的活性来提高促炎性细胞因子（ＩＬ⁃６ 为主）的释放，放大炎症效应，导致神经发生受损。随后该课题组深入研究发现：
（１） ＴＡＭ 受体可通过维持血脑屏障的完整性来保护海马区神经发生［２７］ ；
（２） ＴＡＭ 受体通过上调神经营养因子，如ＢＤＮＦ、ＮＧＦ、ＮＴ⁃３ 等的表达或调节ＥＲＫ 等下游信号分子来影响神经干细胞的增殖、分化［２６⁃２７］ 。对Ｔｙｒｏ３⁃／ ⁃Ａｘｌ⁃／ ⁃ Ｍｅｒｔｋ⁃／ ⁃ 小鼠研究发现，ＥＲＫ 磷酸化作用增强，抑制了Ｋｌｆ４ 活性，致神经干细胞自我更新减弱，影响海马区神经发生。
２．ＭＥＫ⁃ＥＲＫ １／２信号途径参与介导电离辐射小胶质细胞触发的炎症反应：全脑照射引起小胶质细胞过度活化，引发脑内炎症反应，打破微环境。电离辐射可引起ＡＰ⁃１ 蛋白活化。ｃ⁃Ｊｕｎ 是ＡＰ⁃１ 的成分之一，它可调节编码炎症、细胞因子等基因的表达，从而维持ＡＰ⁃１ 结合位点的一致性，是调节脑内炎症反应的重要分子。研究表明受照后ＲＯＳ 水平提高，ＰＫＣα、ＭＥＫ １／２、ＥＲＫ １／２磷酸化作用增强，ＮＦ⁃κＢ、ＡＰ⁃１活性增强，促炎症分子cox-２、ＭＣＰ⁃１、ＩＬ⁃１β、ＴＮＦ⁃α 增加，从而激活小胶质细胞内ＥＲＫ 信号途径，通过调节ｃ⁃Ｊｕｎ 转录活性控制炎性基因的表达［２８］ 。将ＭＥＫ⁃ＥＲＫ １／２信号途径阻滞能够抑制ｃ⁃Ｊｕｎ 活性，从而影响其转录活性，抑制炎性基因的表达，改善海马区神经发生。Ｗｕ 等［２９］ 课题组在研究人参皂荚（Ｒｇ１）的神经保护作用时发现ＭＥＫ⁃ＥＲＫ １／２信号途径也参与其中，Ｒｇ１ 通过刺激ＥＲＫ １／２、Ａｋｔ 磷酸化来活化糖皮质激素受体，促进小鼠胚胎干细胞向神经干细胞系分化。由此提出，或许ＭＥＫ⁃ＥＲＫ １／２信号途径还通过调节胚胎干细胞向神经干细胞系的分化来改善神经发生，因而仍值得进一步研究。
３．ＮＦ⁃κＢ 途径激活后促进释放炎性介质，改变脑内微环境抑制神经发生：ＮＦ⁃κＢ 参与了中枢神经系统细胞增殖、分化、死亡等多个过程，近年来研究发现它对成年脑内突触可塑性、记忆形成等也有重要的调控作用［７］ 。研究报道电离辐射引起ＤＮＡ 双链断裂后，快速激活ＮＦ⁃κＢ 途径，ｐ６５／ ｐ５０ 与ＩκＢ 分离，ｐ６５ 进入核内调节基因转录，促炎性介质ＩＬ⁃κＢ、ＩＬ⁃６ 等快速释放，从而抑制神经发生［７］ 。
４．ＶＥＧＦ、ＩＧＦ⁃Ｉ 对抗脑内促炎性因子，减轻炎症反应，改善神经发生：Ｗｏｎｇ⁃Ｇｏｏｄｒｉｃｈ 等［３０］ 课题组在研究轮转运动对于全脑照射致神经发生受抑制的作用时发现，全脑照射后海马区ＶＥＧＦ、ＩＧＦ⁃Ｉ 等神经营养因子表达水平受到不同程度的抑制，促炎性细胞因子表达量明显提高。给予小鼠轮转训练后，脑内ＶＥＧＦ、ＩＧＦ⁃Ｉ 等表达量提高，促炎性细胞因子表达量降低，脑内神经发生得到改善。
三、其他
ｍｉＲＮＡ 家族能够在转录后水平通过调节ｍＲＮＡ 降解或抑制翻译来调节基因的表达，对神经发生有重要调节作用［３１］ 。ＰＤＧＦ⁃ＢＢ 在神经干、祖细胞的增殖调控中有着至关重要的调节作用，ｍｉＲ⁃９ 为其下游基因，主要通过与ＭＣＰＩＰ１相互作用来抑制核受体ＴＬＸ 的表达参与神经祖细胞的增殖及迁移［３２］ ；同时还可激活ＮＦ⁃κＢ、ＣＲＥＢ 信号途径等来发挥作用。关于ｍｉＲＮＡ 是否参与了电离辐射对神经发生的抑制的报道还非常有限，需更多的研究。
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