放射性肺炎的研究

关于放射治疗导致的不良反应和全身并发症前面已经介绍，在诸多不良反应中放射性肺炎是一个即常见又难以控制的问题，在肿瘤放射治疗过程中，不论是全身其他部位病变的放疗，还是肺癌纵隔及头颈部病变的放疗，都容易引起的一个严重的并发症就是放射性肺炎，如何预防和治疗放射性肺炎是临床上值得关注的问题，这里介绍放射性肺炎近年来的研究结果，以启迪临床。

放射性肺炎（radiation pneumonitis，RP）是肺癌放射治疗过程中部分正常肺组织不可避免地受到照射损伤后的炎症反应，是肺癌放疗的主要并发症之一，对病人的生活质量和肺功能有很大的影响。接受根治性放射治疗的肺癌病人有13%～37%会发生放射性肺炎，发生时间一般在放射治疗后6周至6个月。放射性肺炎是肺癌放疗中剂量提高的主要限定因素，影响其放疗计划的制订。制订一个理想的放射治疗计划，要求对肿瘤有最大的控制率和对周围正常组织产生较小并发症，因此，要在不同的治疗方案中优选出理想的计划，就必须找到一个可以预测正常组织放疗并发症概率的参数或方法。参考近几年的研究成果，发现影响放射性肺炎的危险因素很多，如果能找到某些参数或方法预测放射性肺损伤的概率，将有利于胸部肿瘤放疗方案的优化。现将各种影响因素和发生机制综述如下。

（一）放射性肺炎的因素

CT模拟定位和三维适形放疗计划可计算正常组织的三维剂量分布，为正常组织耐受放疗提供了更为精确的信息，尤其是部分体积正常组织接受不同水平的放疗剂量时出现放射损伤的可能性。剂量体积直方图（DVH）由三维剂量分布得出，以图和数学的方式表现正常组织剂量和体积的关系，可以用它来评价给定治疗计划的优劣。DVH用于治疗计划，其设计的剂量分布的分析是近年来治疗计划设计系统的一项极其重要的发展。在当代三维放疗计划系统中，DVH参数与放射性肺损伤概率相关的因素主要如下。

1．剂量体积直方图（dose volumehistograms，DVH）　Vdose指照射总剂量高于一定阈剂量的肺体积占全肺（两侧肺）总体积的百分数。目前，临床上比较有意义的有V20、V30、V10和V5，分别指照射剂量高于20、30、10和5Gy的肺体积占全肺（两侧肺）总体积的百分数。肺脏是一个并型组织，也就是说，肺脏的功能是由许多功能单位，即以网状结构的形式组成；如果一部分功能单位遭到破坏，并不损害其他功能单位的功能。由此可见，发生放射性肺损伤的严重程度与超过肺放射性耐受量（阈值）的肺体积大小之间可能存在非常密切的关系。全肺受到照射时，发生放射性肺损伤的阈值很低，为6～8Gy（全身照射时）；但部分肺组织受到照射时，放射性肺损伤的阈值一般为20～30Gy。有人对此进行前瞻性分析：71例接受根治性放疗的肺癌病人放射性肺炎的发生情况，放疗的平均剂量为60（48～66）Gy，每次1．8～2．0Gy，所有病人均接受同步化疗，中位随访7．5（3～19）个月。由DVH计算V20。结果显示，放射性肺炎的发生与V20相关。V20＜20%，发生率为8%；V20在21%～25%，为18%；V20在26%～30%，为51%；V20＞31%，为85%。2例病人V20分别为32%和37%。

对发生致死性放射性肺炎的单因素和多因素分析显示：V20与放射性肺炎的发生有相关性。有人报道156例接受放射治疗的肺癌病人，6个月中有15%的病人发生放射性肺炎，经过单变量分析认为V30（P＝0．036）可以预测放射性肺炎的发生率。Piotrowski等分析了62例常规放射治疗的非小细胞肺癌病人，放疗总剂量60Gy；放射性肺炎的发生：0级为12%，1级为36%，2级为47%，3级为5%。经过对数回归分析证实，NTCP和V30是最好的预测放射性肺炎症状的危险因子。中国医学科学院肿瘤研究所肿瘤医院王淑莲等研究了非小细胞肺癌同步放化疗治疗相关的肺炎影响因素。其回顾性分析了223例接受根治性同步放化疗病人的临床资料。治疗相关肺炎分级依据3．0版不良反应通用命名标准。通过单因素和多因素分析以明确指示指标。中位随访期10．5（1．4～58）个月。3级及3级以上肺炎实际发生率6个月为22%，1年为32%。单因素分析表明：肺体积、原发肿瘤体积、平均肺剂量、相对V5～V65都与治疗相关肺炎密切相关。平均肺剂量和V5～V65高度相关（P＜0．001）。多因素表明V5是最重要的因素。3级及3级以上肺炎1年实际发生率V5≤42%和V5＞42%分别为3%和38%（P＝0．001）。因此，V5是放射性肺炎最重要的预后指标，在同步放化疗的非小细胞肺癌病人计划设计时应充分考虑。

以上研究尽管获取的剂量参数不尽相同，V剂量大小与放射性肺炎的发生率相关，制定放疗计划时，应注意调整V5～V10肺剂量的照射技术和照射体积。

2．MLD与放射性肺炎　MLD（mean lung dose）是指全肺受照射的平均剂量。有人把肺脏作为一个成对的器官，观察201例中39例发生≥1级放射性肺炎病人，发现RP发生率随MLD的增加而增加：即MLD＜10Gy。RP发生率为10%；MLD在11～20Gy为16%；MLD在21～30Gy，为27%：MLD＞30Gy，为45%。统计学的单变量分析表明，MLD与RP的发生率有明显的相关性。另外有人分析49例病人肺的全部、同侧、对侧、上部和下部MLD与RP发生率的关系，其中9例病人≥3级RP（RTOG），无明显数据表明二者相关。单变量分析证实，对侧、上部和下部MLD和RP发生率无明显相关性，而同侧和全肺有明显的相关性。Rancati等也分析了MLD和RP的关系，把肺脏作为一个并列器官，84例病人中14例发生≥2级的放射性肺炎（SWOG），也无数据解释二者相关以预测放射性肺炎的特性。这方面的研究表明，经过单变量分析MLD和RP的发生无明显相关性。对76例三维适形放射治疗的肺癌病人进行分析，20例放疗前做过手术，57例经过化疗，中位剂量为60Gy，经单因素分析显示MLD、V20、V30、V40、V50及NTCP均与放射性肺炎的发生有关；而多因素分析显示，只有MLD可以预测严重放射性肺炎的发生。以上结论虽然不尽相同，但大多数研究者认为，MLD是预测RP的重要指标，其值越大RP的发生率越高。

3．NTCP与放射性肺炎　NTCP（normal tissue complicationprobability）是指正常组织接受一定体积-剂量照射后发生并发症的概率。根据DVH计算出三维计划中的NTCP，从生物效应分布的角度进行治疗方案的评估和比较，不仅能预测正常组织的放射生物效应，也可以比较不同治疗计划的优劣。Hernando等研究证实，运用Lyman公式计算NTCP，随着NTCP值的增大，放射性肺炎的发生率增加。单因素分析显示，NTCP与放射性肺炎的发生有关（P＝0．006）。探讨了NTCP与RP发生率的关系，对肺的不同部分根据DVH计算出三维计划中的NTCP，结果经单变量分析，表明RP的发生率与同侧、对侧和上部肺的NTCP无明显相关性，而与全肺和下部肺有明显相关性。经过对数回归分析，认为NTCP是最佳的预测放射性肺炎症状的危险因子，而且是预测放射性肺炎的较好因子。尽管目前已有的生物模型还不能准确预测NTCP，即导致其大小并不能像人们想象的那样准确评估实际的放射性肺损伤的大小，但其与放射性肺炎的相关性仍然是现有评估方法中较为理想的方法。在临床实践中，对不同的治疗计划进行比较和评价时，可以用NTCP作为一种相对的评价标准来判断哪个计划较好。

4．其他影响因素与放射性肺炎　关于肿瘤位置是否能影响放射性肺炎的发生率观点不一致。关于化放疗综合治疗60例肺癌病人的报道，有28%的病人患≥2级放射性肺炎，其发生率肺下叶（70%）高于中叶或上叶（20%）。另有报道，分析了137例接受常规放疗和7例接受超分割放疗的病人，发现肺上叶（8%）严重放射性肺炎发生率与中叶或下叶（9%）但无显著差别。

（二）肺炎的发生机制

关于放射性肺炎的发生机制也是人们关注的热点，因为掌握了发生机制才能够更加有效地预防其发生，并且多针对性的治疗也会起到良好的指导作用，关于发生的机制，目前认为主要有如下几个方面。

1．血管内皮细胞与肺泡Ⅱ型上皮细胞　肺脏是辐射中度敏感器官，而其中含有丰富的血管内皮细胞及在肺损伤中起增殖修复作用的肺泡Ⅱ型上皮细胞被认为是放射引起损伤的靶细胞。有人认为，肺细小动脉、毛细血管和细小静脉对射线的敏感性高于肺泡上皮，即使在相对小的剂量照射后早期即出现肺循环的形态和功能改变，包括内皮细胞受损，发生空泡样变以致破裂及与基底膜分离、通透性增高、组织水肿、血管充血和血栓形成等。晚期则出现肺泡毛细血管堵塞、肺血管容量减少、微血管壁增厚、玻璃样变、血管闭塞和微血管进行性消失等。这些变化均可引发肺泡上皮细胞损伤、间质结缔组织增加及肺组织纤维化。肺泡Ⅱ型上皮细胞在放射性间质性肺炎中的作用近来受到人们的广泛关注。电镜研究表明，照射后最早受损的是肺泡Ⅱ型上皮细胞；照射后1h，Ⅱ型细胞的板层小体数目开始减少，细胞数减少或增生，Ⅱ型细胞的增殖在1～3个月尤其明显，有双核或多核出现，细胞内板层小体数目增多。Ⅱ型上皮细胞在肺中至少有两个功能，即合成和分泌肺泡表面活性物质及增生、修复与替代肺泡Ⅰ型上皮细胞。有人认为，肺脏受照射后，肺泡腔内含有大量表面活性物质，这是Ⅱ型细胞损伤和过度分泌所致。当辐射严重损伤肺泡Ⅱ型上皮细胞时，可丧失其替代Ⅰ型细胞的修复功能，导致成纤维细胞增生活跃和肺纤维化形成。血管内皮细胞与肺泡Ⅱ型细胞靶细胞学说也得到了Vergara等的支持，Vergara等通过超微结构定量病理学研究发现，大鼠经半胸1次30Gy照射后12周，Ⅰ型、Ⅱ型肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞数目减少50%～70%，而间质细胞和基质比周围肺组织高9%。照后26周，Ⅰ型上皮细胞、毛细血管内皮细胞数目和表面积减少到对照的5%～10%，Ⅱ型细胞数目减少75%，而间质细胞和基质比周围肺组织多77%。

2．关于细胞因子　主张肺炎的发生与细胞因子有关的学说认为，炎性改变并非由于组织损伤所致，而是一个由局部组织直接或间接产生细胞因子而导致的病理过程，在受照局部，肺泡巨噬细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞合成释放多种致炎性细胞因子，如TNF-α、IL-1、IL-6、单核细胞趋化肽及TGF-β、PDGF和IGF等。2004年，Rube CE等实验表明，C57BL小鼠接受12Gy照射后，其肺组织中TNF-α、IL-1和IL-6等前炎性因子存在一个双向升高的表达峰，第一个峰值出现在照射后1～6h，这表明细胞因子的表达比先前认为的要早得多；而第二个峰值出现在照射后8周左右，这正好同组织病理学上的急性放射性肺炎出现的时间相吻合。细胞因子表达的增加及这些细胞因子诱发的各种反应是放射性肺损伤的决定因素。大量系统实验都表明，各种生长因子和信号细胞因子表达的改变都是介导放射性肺损伤发生发展的重要因素。有人发现，失活的转录因子SP1可能是放射性肺损伤的关键因子，因为它涉及调控大量的“看家基因”。环加氧酶-2也是一个研究较多的炎性细胞因子，是将花生四烯酸转化为前列腺素的关键酶；在放射性肺炎期间，能引起前列腺素E2表达增加，从而加重炎症反应。有人通过射线对小肠损伤的研究发现，前列腺素E2能使肠道细胞避免射线所引起的凋亡。所以，现在认为，环加氧酶-2所介导的前列腺素E2的表达对机体的作用是两方面的，既抑制靶细胞的凋亡保护肺组织，又可以介导靶细胞间的炎性反应损伤肺组织，两者之间是相互并行的，所引起的结果是由机体的状态所定的。在放射性肺炎期间，细胞间黏附分子-1（ICAM-1）持续性下降，当到达放射性肺纤维化时期时，肺泡上皮细胞完全不表达ICAM-1。HaIIahan等发现，剔除ICAM-1基因小鼠在受照后发生放射性肺炎和纤维化的概率低于野生型同类小鼠。现在推论，ICAM-1可能在放射性肺炎发生的早期大量表达，引导炎性细胞的黏附，参与放射性肺炎的发生和发展，然后被耗尽，但其引起肺纤维化的相关机制有待进一步研究。在众多的促纤维细胞生长因子中，TGF-β被认为是与放射性肺纤维化的发生和形成关系最为密切的介导因子。作为强有力的促纤维细胞生长因子，TGF-β的主要作用表现为：①趋化并促进成纤维细胞分裂增殖及成熟分化。②刺激成纤维细胞大量合成胶原蛋白，尤其是Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白，以增加肺间质的胶原成分，同时TGF-β可抑制胶原蛋白酶及纤溶酶原激活物的合成，增加蛋白酶抑制物的形成，以减少肺间质的胶原成分，同时TGF-β可抑制胶原蛋白酶及纤溶酶原激活物的合成，增加蛋白酶抑制物的形成。以减少肺间质细胞外基质（ECM）的降解，造成ECM调控失衡。③趋化炎症细胞及单核巨噬细胞，合成释放PDGF、IGFS、TNF、IL-l和IL-6等细胞因子，扩大生物效应。

3．机体免疫机制　以前，很少将放射性肺损伤与机体的免疫机制相联系起来研究，但随着对放射性肺损伤机制认识的逐步加深，人们渐渐发现免疫机制也是其发生和发展的一个重要因素。有人在研究放射性肺纤维化时发现，在照射后第4周肺内有明显的CD4＋T细胞聚集，并且同时有大量的IL-4mRNA表达，将这种CD4＋T细胞与纤维母细胞一同培养促进胶原产生，而且用CD4＋T细胞相对应的特殊抗体来阻断其发挥作用，将会大大降低放射性肺纤维化的发生。CD40为TNF-α受体超家族成员，首先发现于B细胞表面。近年来研究表明，机体多种细胞，包括造血系统来源和非造血系统来源的细胞都有CD40表达，CD40-CD40配体交联所介导的免疫炎性细胞之间和免疫炎性细胞与组织间质细胞之间的相互作用构成了组织炎症和纤维化的基础。Adnan等通过单克隆抗体MRl干扰CD40-CD40配体的交联，发现放射性肺炎和纤维化发生的概率大大下降，实际上机体的免疫功能会影响到疾病的发生和发展，当然也会影响到放射治疗的反应，这即使没有上述这些基础研究也是不言而喻的。

4．低氧状态　低氧在放射性肺炎中起中心作用，放射产生的活性氧粒子（ROS）直接作用于细胞DNA，导致组织损伤如内皮细胞损伤，使血管通透性增加、水肿和细胞外间质内纤维素聚集。接着，引发炎症反应，如巨噬细胞和其他炎症细胞在损伤部位聚集和激活。巨噬细胞会释放一系列细胞因子和ROS。血管本身的改变以及巨噬细胞激活导致氧耗的增加均会导致低氧的进一步加重。低氧进一步刺激ROS和细胞因子的生成，持续性的组织损伤导致通过TGF-β的纤维化和VEGF介导的血管生成。内皮细胞在试图对增殖刺激起反应时，由于原来累积的损伤而增殖性死亡。这样，低氧持续存在，通过不断产生的ROS和细胞因子的表达激活，肺损伤不断发展。同样，Vujaskovic等的研究提出，放疗后肺组织的低氧可以介导多种炎性细胞因子产生，纤维组织增生。免疫组化显示，TGF-β、VEGF及CD31表达增高，提示低氧激活了前纤维蛋白原和血管生成素原旁路。

（三）结论及展望

系统性回顾发现：尽管各种参数与放射性肺炎的发生相关，但是目前上述各种参数没有最佳的预测规律，其中，通过DVH获得的参数（V20、V30、V10、V5、MLD和NTCP）对放射性肺炎的预测较为可靠，但它们并不具有非常理想的预测价值，只能作为评价治疗计划的指标，而不能作为选择治疗计划的依据。然而，我们通过各种参数来修改放射技术，优化治疗方案，可以减少放射性肺炎的发生，临床医生了解这方面的动态有利于根据不同的患者病变的部位和性质来设计治疗方案，具有一定的参考价值，总之作为放射治疗，特别对胸部及头颈部肿瘤，在关注并预防由防治到导致肺炎的发生时是十分必要的。也就是说，把上述这些基础研究及时的转化为指导临床的依据，尚需做更多的努力，这可能是今后关注的重点。