【转帖】放射性肠病的发病机理、治疗与预防

放射性肠病的发病机理、治疗与预防
感谢咯咯咯咯哒、JackHZ、灰裤子小姐、weioncol等的翻译
该临床问题的重要性
治疗手段的进步已经使如下方法成为可能：比从前更精确地将放射线送达肿瘤部位。然而，健康组织的毒性仍然是限制射线剂量以及阻碍肿瘤治疗的最重要原因。再者，一些作者曾经表达出对新治疗方法及其毒性范围的关切。在腹腔或骨盆肿瘤的放疗过程中，部分小肠、大肠或者直肠不可避免地包含在治疗野中，从而使重要的健康组织处于风险之下。放射性肠病的发病率和严重性与一些因素有关。治疗相关的因素包括放射剂量、被照射的肠体积（长度），时间剂量分割参数以及伴随进行的化疗或者生物治疗。患者相关的因素包括体重指数（肥胖可有所保护，而体重指数减小的则有放射性毒性的倾向）；腹部手术史（可增加放射性肠损害的风险，因腹膜粘连可导致处于放射野中的小肠肠管固定）；一些并存病如IBD、糖尿病、血管异常、胶原血管病等。吸烟是盆腔或者腹部肿瘤放疗后肠并发症独立的强预测因子。遗传易感性也是非常重要的因素之一，这可能解释为何某些患者经过治疗无明显不良反应，而另一些患者经过同样的治疗，却发生严重的毒性反应。
放射性肠病通常可分为早发型（急性），即放疗后3个月内出现，以及迟发型，即放疗后3个月以后出现。每年估计全美有超过20万患者接受盆腔或腹部放疗，60-80%可出现急性肠毒性的症状。目前，美国有超过1300万的癌症幸存者，到2022年这一数字可能升至1800万。这些患者中超过半数是腹部或者盆腔癌症的幸存者。严重迟发性放射性肠病（3-4期）的发生随着时间的推移已经有所减小，大多得益于放疗计划以及辐射传输技术的改善。然而，一系列细致的随访显示，至少一半的患者存在某种形式的慢性胃肠功能失调。大多数临床研究严重低估了迟发性肠毒性的普遍性。然而，某些作者声称，某些程度的胃肠功能失调是盆腔或者腹部放疗几乎不可避免的结果。我们保守估计，美国放射后肠功能失调的患者可能超过160万，相对而言，美国IBD的发病率仅是396/10万，共约140万IBD患者。
临床与病理特点
在开始放射治疗疗程的最初几天，早期的肠损伤表现为显著的快速增生的隐窝上皮细胞坏死以及黏膜固有层的长期急性炎症反应。隐窝上皮细胞坏死是由于绒毛上皮细胞更新替换不足，以及黏膜屏障功能破坏和黏膜发生炎症反应导致的。（图2显示了实验性放射性黏膜炎，使用临床相关模型来定位小鼠小肠的放射位置。图3显示的是一位接受放射治疗的前列腺癌患者的直肠临床放射性黏膜炎。）60—80%在腹部或盆腔接受放疗治疗的肿瘤患者，会出现早期的肠毒症状（恶心、腹痛、腹泻、疲倦）。典型的患者会在相对早期出现恶心的症状，而腹泻和腹痛则通常会在接受放疗后的2—3周出现。多数患者会在完成放疗后的1—3个月内出现急性肠毒症状。
迟发型肠毒症可以出现在早期肠毒症状减轻之前，但是典型的晚期症状会经过6个月至3年的潜伏期才出现。然而，放疗结束后潜伏期长达20—30年也很常见。迟发型放疗肠病的发病机制十分复杂，病变累及大部分肠壁。黏膜萎缩，肠壁纤维化和微血管硬化十分显著，并且通常是不可逆的（图4）。迟发型放射性肠病的主要临床症状是肠道变形，营养吸收障碍以及肠道运动功能障碍，它是一种慢性进行性疾病，伴有大量长期的症状。严重的迟发型肠病（3—4期）较之前越来越少见。然而，如接受了放化疗治疗的宫颈癌患者，重症迟发型肠炎的发病率仍保持在10%左右。严重的迟发型肠炎也许会发展到肠梗阻，形成瘘管或者肠穿孔。修复术后并发症发病率和死亡率都很高。长期来看，大部分病人会出现长期的或反复的症状，大约有10%的病人因放射性肠病直接死亡。孤立结肠损伤的病人不常出现营养障碍，水和电介质紊乱，因而这类病人的预后较好。对放射性肠病的临床症状和发病机制特点的全面描述可以在其它文献中看到。

疾病的理解与认识

对放射性肠病的经典理解基本是完全基于‘靶细胞’理论，这个理论是在20世纪20年代到30年代形成的，在20世纪40年代形成了正式的理论框架。该理论认为，肠道是一种惰性空腔管道器官，内壁被覆快速增生的上皮细胞，与肠壁其它细胞相对独立。
尽管与上皮细胞不同，增生缓慢的靶细胞（成纤维细胞、内皮细胞）过去被用于解释迟发的症状，但是肠上皮细胞的严重损伤是放射性肠病早期唯一具有决定意义的病理变化。虽然多年来对放射性肠病的病理解剖及临床症状描述没有明显的改善，然而近年来我们对其根本的病理生理机制的理解有了显著的提升。
目前普遍认为，肠道内多种细胞和组织参与了损伤的形成。例如，肠免疫系统是人体内最大的免疫系统，其显著影响化疗后二期改变的产生与发展。肠神经系统是人体内第二大神经系统，其内含有神经元的数量远远超过脊髓中的数量，它在放射性肠病的发病过程中有明显的调节作用。
肠道微血管系统在肠放射性毒素发生作用的过程中，同样被认为有重要作用。此外，肠腔中存活的100万亿个细菌，以10倍于人体细胞的数量，在放射性肠病发病过程中的作用更不容小觑。换句话说，我们已经超越了单纯的‘靶细胞’理论，愈发意识到：除了肠上皮细胞的损伤之外，肠道微血管系统，免疫系统，神经免疫相互作用，肠道微生物环境，肠道内容物以及其它一系列的因素都在放射性肠病的发生发展过程中起重要的作用。
结果迟发效应（CLE）
最初，Bourne 创造出了一个新术语—结果迟发效应（CLE）。目的是为了帮助进一步阐明早发和迟发辐射性效应之间的独特性——这一经典法则；进一步提升我们对迟发正常组织损伤病理生理学和发病机理方面的认识；更有助于进一步阐释和模拟体内辐射反应。
但是，大家逐渐发现，这个专业术语无法反映多细胞组织和器官中辐射效应的复杂性，也无法反映结果损伤与初发损伤共存这一现象（虽然结果或初发效应其中之一占据优势），同样没有意识到与细胞死亡无关的早期效应会引起慢性损伤。很多药学和遗传学模型也表明，这种关系不能被简单地描述为CLE。例如，在肥大细胞缺失型小鼠、感觉神经损伤型小鼠、TGF-β杂合型小鼠实验中，虽然它们的上皮损伤在不断恶化，但是它们间质纤维化在不断减轻，这表明早期和迟发损伤之间存在一定的不相关性。
于是，科研人员在2001年时提出用一个新的术语来对健康组织的辐射损伤反应进行分类。这个分类法列出了三种效应：第一种，杀细胞效应，用以描述辐射造成的一些细胞的死亡包括克隆原细胞死亡，有丝分裂障碍及凋亡。第二种，功能性效应，用以描述辐射导致的胞内转录因子表达水平的上升以及蛋白修饰，细胞膜及胞外空间的改变。第三种，由于描述初次辐射引起的次级效应，如，细胞炎症反应、细胞因子及其它调节因子的释放所引起的效应。需要特别指出的是，这三种效应共同影响器官功能紊乱。
分层放射治疗
大部分放射疗法以1.8-2.0Gy/日，放射持续数周。放射治疗反应不同于其他种类的组织损伤，这些损伤产生了大量自由原子团，不仅导致DNA迅即损伤，也改变了蛋白质，脂肪，碳水化合物等其他复杂大分子。考虑到健康组织放射反应的同时，意识到他们是大量重复性损伤而不仅是单次损伤而造成的结果也是非常重要的，每一分层都导致了炎症细胞的聚集和直接组织损伤的积累。除此之外，每一分层都影响了组织，使其呈现出细胞损伤，修复进行，炎症反应和其他病理生理学反应的动态过程。因此，相较于单次放射性暴露或外伤后的损伤，重复性的放射暴露会极大的加剧，抑制或改变众多细胞分子反应。这一效应最明显地表现在胃肠道的反应上。在为期六周的分层放射疗程中，产生毒性反应的患者数量稳步增加，毒性评分也是如此。然而，事实上，粘膜病理和功能性肠道损伤（用双糖和单糖的特异性尿排泄物评估的肠道渗透性）在仅仅二周的放射治疗后比疗程结束时更加严重。患者在放射治疗疗程结束时比治疗两周时获得了其三倍的放射剂量，正因如此，肠道极强的恢复功能不可忽视，也引起了人们对症状的真正原因的疑问和探索。
放射性肠病作为IBD的模型
放射性肠病可以看作胃肠炎症的理想模型，原因有如下几点。
首先，放射性肠病有很高的临床相关性，正如上面所述，放射所致胃肠功能紊乱的发病率高过IBD（炎症性肠病）。第二，动物模型和病人有着相同的病理学和病理生理学基础，因此，建立在动物模型上的观察值，其转化价值是很明确的。第三，放射性肠病的动物模型能够简单又精确地调节“毒物”剂量（放射线剂量），因此，这可以比其他IBD动物模型更详细地进行剂量反应关系研究。例如，一个特别有效的，临床相关的老鼠模型已经被发表并且广泛用于时间-剂量-分层关系的研究中。这个模型，可以在照射前进行一个简单的外科手术，这样分层照射剂量就能准确照射到明确的小肠环路内，并通过放射剂量调整，来直接研究受辐射小肠环路中对放射反应起调节反应的物质。最后，通过使用相同的致病物（放射线），放射性肠病的研究可以直接转化为人类疾病情况。其他几种类型的胃肠道损伤或疾病过程（例如IBD，肠道局部缺血以及非甾体类抗炎药引发的肠病），将从中洞察到的方法理论和机制运用到放射性肠病中，这或许能够帮助推进这个重要的研究领域。尽管如此，那些放射性肠病的动物模型具有一定局限性。例如，就放射敏感的适应性而言，修复能力和差别取决于特定的治疗。
突出的问题
对于放射诱导肠上皮细胞死亡的主要模式究竟是有丝分裂细胞死亡、凋亡还是另有一些其他机制，这问题一直有争议。对肠上皮细胞凋亡的作用争议尤多。隐窝细胞凋亡已被详尽描述，且在某种程度上被作为肠放射毒性的一种衡量指标。然而，虽则缺乏p53的小鼠的隐窝细胞凋亡大幅减低，但实际上仍对肠放射损伤敏感。而且，Kirsch及其同事对Bak1缺陷小鼠进一步造成Bax缺陷，从而证实去除这些肠上皮细胞的凋亡基因并不能阻止小鼠发生肠放射综合征。要解释这些需要在p53/p21对细胞凋亡vs细胞非凋亡性死亡的作用中寻找答案。
放射主要杀死快速增生的细胞，例如肠隐窝中的祖细胞，这可导致绒毛上皮替换不足。目前非常关注肠道干细胞，目前认为至少存在两类型肠干细胞，即LGR5（富含亮氨酸重复序列G-蛋白耦合受体5）干细胞和多硫复合物蛋白BMI-1干细胞。小鼠Lgr5阳性细胞正常时为有丝分裂活性细胞且被认为是放射抗性细胞，而Bmi1阳性细胞是静止细胞且被认为是放射敏感细胞。虽然两类型干细胞似均有助于放射后肠隐窝的再生，但2014年发表的一项研究工作的数据表明，仅Lgr5阳性细胞是必需的。再生医学领域的大量工作以及认识到医学防护措施未满足放射学和/或核紧急情况时的需求，均突显了肠道干细胞研究是特别有前途的领域。
在包括肠道在内的许多健康组织的放射应答中，已知微血管床的作用处于中心地位。放射诱发内皮细胞的多种反应，诸如凋亡、从基底膜分离、内皮通透性增高、间质纤维素沉积、血栓-出血平衡向血凝固方向移位。虽然已明确微血管损伤在慢性放射性纤维化的“自维持性”（self-perpetuating nature）上至少起某些作用，但其在早期放射性肠病（尤其所谓胃肠急性放射综合征）方面的作用则较有争议。Paris及其同事2001年发表了其表明内皮细胞凋亡是引发这一综合征的原发损害的系列论文的首篇。虽然其随后的论文亦对之予以支持，但一直存在严峻的挑战：多组其他作者未能确定内皮细胞凋亡的作用。
在这一重要领域显然需要其他更多的研究。而且，诱发内皮细胞凋亡的放射阈值颇高，在传统分次放射治疗（conventionally fractionated radiation therapy）时似难起重要作用。尽管有这一仍在持续的争议，人们已从其他生物学领域获知，损害过后得以保留的肠微循环对肠上皮和肠粘膜有保护作用。因此，可想而知，放射诱发的内皮细胞凋亡或许只是指示更广泛的肠微血管床功能紊乱的领头羊或冰山一角，而内皮功能紊乱间接影响放射耐受性和/或隐窝上皮的修复能力。
健康条件下，肠神经系统调节肠道动力、血流和肠上皮细胞功能，在维持肠粘膜生理功能状态以及协调炎症和纤维增生过程中发挥中心作用。传入神经和肥大细胞、局部免疫系统其他细胞的相互作用维持着粘膜内稳态，确保对损伤（包括发生放射性肠病）的某种适当反应。
这些相互作用由P物质、降钙素基因相关肽和其他由感觉神经分泌的神经肽类介导，而局部免疫细胞藉释放细胞因子、生长因子和其他介导因子给予肠神经信号。 阐明肠神经和局部免疫系统的相互作用在放射性肠病发生过程中所起的作用或可找出干预的新靶点，并再提供些机制见解上的启迪。
放射诱发的炎症和原发性炎症肠病两者之间的平行值得注意：在小鼠模型中微生物群定植对于结肠炎的发生是必要的，而无菌鼠对炎性结肠炎和放射性肠病的发生均有抗性。非甾体抗炎药诱发的肠病亦有明显的类似平行属性，它在生态失调时恶化，在无菌动物则显著减轻。有关肠道细菌在放射应答中的重要性，追溯到> 50年，有大量文献将全身照射后致死归因于肠道相关败血症的关键作用。在放射和抗生素治疗的背景下，大多数肠道细菌被认为是有害的，“肠净化”（'gut-decontamination'）一般可改善全身照射后实验动物的结局。早年的研究亦提示微生物群在人类是至为关键的。
相比之下，显然，临床上肠道灭菌是不可能的，应用可抗生素倾向于选择抗性微生物，而某些细菌可能比另一些更有害。如同炎症肠病时那样，益生菌在缓解放射治疗期间胃肠道炎症的潜能已产生了真实的益处。根据几项乳酸杆菌为主的益生菌随机对照临床试验，癌症支持性护理跨国协会（Multinational Association for Supportive Carein Cancer）2013年更新了其推荐益生菌预防放射治疗诱发的肠不良效应的循证指南。健康状态与暴露于放射后的菌丛评估技术联合强大的无菌动物模型以及对健康、疾病状态下肠道微生物组重要性的进一步了解，都是使得这一有前途的研究领域正不断发展前进的部分原因。
治疗和预防
很多自然物质、多肽以及小分子已开展临床前的测试，目的在于用于预防、减轻（基于照射后、症状出现之前的策略）以及治疗放射性肠炎。然而，动物模型有效与临床证实有效还是存在着相当大的区别，尤其在使用合适的偱证标准时。如下详细讨论。
临床策略
急性放射性肠炎的管理仍然大多依据症状，而且遵循治疗具有类似症状其他情况的指南。严重腹泻且对一线止泻药物不敏感的患者可给予奥曲肽或者其他类似的生长抑素。自由基清除剂阿米福丁是唯一目前被FDA证实可减少放射性治疗副作用的药物。虽然阿米福丁在一些动物实验已经显示出明显的效果，且在预防临床胃肠道放射性毒性方面也有一些作用，该药的严重不良反应（恶心，呕吐，低血压）、治疗时间窗狭窄、对其肿瘤保护这种可能性的挥之不去的担忧已经严重束缚了它的使用。
迟发性放射性肠病患者的管理应该个体化，并且针对特殊潜在的异常。关于迟发性放射性肠病明确诊断和管理的规则以及方法的全面讨论，超过了我们这篇回顾的范畴。然而，很明显，很多患者可因系统的方法而得到明显的帮助。在第7部分介绍了英国伦敦皇家马斯登医院使用的描述辐射性肠病患者治疗方法的规则及普通治疗的目标。
直肠的放射性损伤（放射性直肠炎）通常被认为可区别于小肠及大肠的损伤，这是一种前列腺癌放射治疗后的常见并发症。伴有出血的放射性直肠炎一线治疗方法是硫糖铝灌肠，通常见效快且作用明显。出血性直肠炎（硫糖铝灌肠不敏感）的患者，出血可通过局部（经腔镜）干预或者高压氧治疗。最小化早发或者迟发放射性肠炎及放射性直肠炎的偱证的策略回顾已经发表，如“癌症支持治疗无国界协会”（发表的回顾）。
临床前研究
保护健康组织不受放射损害的药物代表了一种强烈的未被满足的需求，不但在治疗方面，还在放射性突发事件的情境中。因此，大家非常有热情找到安全无害进行放射防护、且不会有肿瘤保护的化合物。针对保护健康组织不受放射性伤害的干预性措施可分为观念不同的两类。第一类包括直接作用于伤害的放射性机理。大多数放射性伤害起始于活性氧粒子，因此，抗氧化药物，自由基清除剂以及各种细胞保护因子成为了超过半个世纪以来常见的研究对象。例如，阿米福丁是一种有效的自由基清除剂。超氧化物歧化酶和各种超氧化物歧化酶类物也被追捧为潜在的防辐射手段。维生素E类似物γ-生育三烯酚是最有效的无毒的自然防辐射剂。然而，大多数这些化合物在癌症治疗状况中的问题是，常常还不清楚他们能在多大程度上保护肿瘤细胞。毒性和治疗窗狭窄也是这类中某些化合物的限制因素。
其次，截然不同的方法包括调节各种病理生理学上的细胞或分子应答，这些应答在放射后随之出现。这些干预措施力求增加放射耐受性，改善正常组织的二次损伤，或者增强修复能力。这些方法包括，例如各种免疫调节药物，肠营养剂，调节肠腔成分的化合物以及众多其他的种类。靶向下游放射效应的干预措施可能大体上更适合癌症治疗状况，因为他们不直接干预放射的机制。因此，相对于比起与自由基清除剂及抗氧化剂同时使用，肿瘤保护常常存在（虽然并不一定），且缺乏认知，。关于已经或正在研究中的各种策略的全面、最新的讨论不在本回顾的范畴，但在他处可见。
筛查化合物
在动物实验中，许多化合物已经显示出相当强大的防辐射效果。然而，几乎没有能在临床试验中取得进展，且它们大多失败了，可能因为临床毒性、保护效果差或者担心肿瘤保护。首先，有一个错误的理解，放射性肠病的患病率低于事实（再说一次，放射性肠病的发病率其实高于IBD）。其次，放射性肠病缺乏公众的关注，且临床医师及相关机构也对之兴趣缺缺（有些处于资金或者法医的考虑）。第三，放射性肠病是一个复杂的问题，需要多学科的专业知识，且这些知识在癌症治疗的环境中都不是现成的。第四点，很多临床医师认为，迟发型放射性肠病的治疗难有成效。最后，制药业和生物技术产业很少关注放射性肠病的研究。寻找抗辐射的所谓医疗对策的兴趣（用于放射性或者核相关紧急状态的药物，在上述情况下，生存的主要决定因素是骨髓和肠的放射性损伤），导致了研发保护肠抗辐射化合物工作的复兴。这些药物对接受放疗的癌症患者也可能有益——双重获益药物。Movsas和同仁回顾了这些药物开发的推荐步骤。首先，选择参试药物，这需要一般或者特定器官健康组织保护且无肿瘤保护的证据。满足这些标准的药物随即接受测试，明确最大耐受剂量，药代动力学，药效学及毒性。下一步，证实其在体内和体外对正常组织的保护作用，在相关移植模型体无肿瘤保护作用，并对其生物学机理进一步检验。最后，在进入临床筛查之前，进行全面的药物评估和配伍研究。
几乎没有消化系统专家能真正评估出盆腔放射治疗后出现症状的病人会出现什么样的改变。而且他们也没有充分认识到前临床模型的价值，这种模型在许多方面都与IBD相似，而且诱导其发作的始动因素放射治疗是可以精细调整的。确实，尽管肝脏纤维化是值得大量关注的，而几乎没有涉及肠道纤维化机制方面的研究，即使对于放疗后的大多数病人来说这是一个非常严重的病理生理学过程。不断进展的纤维化不但产生大量合并症，而且它也与其它许多肠道疾病的关系非常密切，例如结肠袋炎、克罗恩病、缺血性结肠炎和硬皮病。而且进行性纤维化在模型中是很容易进行研究的，在这种模型中纤维化的发作是可以预测的。相反，到目前为止放射学社团很大程度上一直远离这些领域，而作为消化科医师，则可以从其它胃肠道疾病病理生理学过程的相关知识中获得借鉴。胃肠道病学和放射生物学之间的结合可能会产生大量的方法学与机制性的想法，这些想法都是关于放疗引起的消化系统疾病过程的，以及这些过程如何受人类遗传学、免疫反应和微生构成的面貌影响的。
尽管放疗技术的进展，放射性肠病仍然是癌症治愈过程尽量简单化的一个阻碍，而且是一个很重要的临床问题，这远超过以往对其的认识，也就是说放射性肠病的流行远超过IBD的流行。放射性肠病的发病机制是多因素的，而且较以往所想的远要复杂。传统的靶细胞概念已经过时了。尽管已经进行了修正，但组织病理学和内镜的变化并不能与主观症状相平行。这种情况的复杂性需要对以往的老想法进行重新思考，也需要对这一领域发展新的让人激动的治疗策略。作为IBD的模型，由于方法与临床的相关性，为放射性肠病提供了极大的研究优势。需要对模式进行转换以应对日益提高的癌症幸存者以及治疗带来的副作用。