随着核能、电磁能等在军事、科技、医学及日常生活中的广泛应用, 人们接触辐射的机会越来越多, 当辐射剂量超过一定范围时, 就会给人们造成辐射损伤。如何预防辐射损伤、做好辐射损伤的医学救治, 一直是人们研究的重点。随着科学技术的进步, 辐射损伤的防护和治疗也取得了较大的进展, 现主要将近几年来电离辐射损伤防护和治疗研究上的进展概述如下。

1 辐射防护药物研究进展:

随着科学技术的进步, 人们对射线的认识也逐步加深。但到目前为止, 仍没有发现一种轻便的可以阻挡或吸收γ射线的材料。而在物理学意义上的辐射防护也仅仅是限于减少暴露时间、和放射源保持安全距离以及采用适当的屏蔽措施。这在可预知的照射时可以做到, 如治疗性的照射或核事故时应急救援人员可采取一些措施减轻照射对机体造成的损伤。但在事故照射时, 这种防护显然是不可能应用的。虽然射线是一种物理致伤因素, 但随着研究的深入, 发现也可以通过化学治疗的方法进行辐射防护。辐射防护药的开发也是在物理防护手段相对缺乏的条件下, 放射医学研究领域中的重点。

辐射防护药一般指能抑制辐射损伤的原初阶段, 如具有在机体内减少由于辐射作用所产生的自由基、降低氧分压以减轻辐射损伤的氧效应、保护生物敏感分子等作用的物质, 或在照射后早期使用能减轻辐射损伤的进展、促进损伤恢复的药物^[1]。据文献报道, 已发现上万种对辐射损伤的防护剂, 但大多存在一定的局限性, 如毒性、药效、能否用于临床和服用不方便等问题, 因此人们仍在寻找理想的防护剂。下面是几种比较有效或研究较多的辐射防护药。

1.1 含硫化合物

氨磷汀(WR-2721, amifostine)是一种有机硫代磷酸盐, 有着较为全面的辐射防护作用。它可清除对细胞产生损伤的氧自由基, 还可以促进DNA损伤的修复, 并可调节与细胞内氧化还原反应、细胞周期调控点以及细胞因子诱导相关基因的表达。尽管这些特点让许多研究者将氨磷汀认为是辐射防护药中的“金标准”, 但是较大的副作用以及比较容易诱导药物耐受也限制了它的开发和使用。尽管1996年经FDA批准其在美国上市, 但目前被批准的适应症也仅限用于接受大剂量头和颈部照射后的肿瘤病人唾液腺保护和减轻急性口腔干燥综合征^[2]。寻找效果相当或更佳, 但毒性更小的氨磷汀类似物也是目前研究中的热点, 但目前还没有在这方面取得较大进展的报道。

1.2 中药类^{[3, 4]}

早在20世纪60年代, 我国的抗辐射药物研究就已经扩展到了中草药方面。在经过对中药、草药、天然产物进行广泛的筛选后发现, 当归、柴胡、猴菇、蜜环菌等有较高的辐射防护作用, 人参、刺五加、苦参、银耳、灵芝等有着中度的辐射防护作用, 党参的辐射防护作用则较弱。在进一步对这些药物组分分析和研究中发现, 多糖类、甙类、生物碱类、黄酮类、香豆素类、儿茶素类等有着较好的辐射防护作用。而不同种类的重要组分在清除氧自由基、减轻DNA损伤、促进细胞因子分泌、保护正常组织和器官方面有着不同程度的效果。尽管这些中药组分副作用相对较小, 但在单一应用时的辐射防护效果仍不能达到令人满意的效果。加强中草药辐射防护机制研究, 开发更为高效的单体药物, 或联合应用作用于辐射损伤不同靶点的药物治疗效果研究是未来研究的方向。

1.3 激素类药物

Stickney等发现5-雄烯二醇(5-androstenediol, AED)可以促进4Gy全身照射诱导的骨髓抑制猴骨髓多系细胞的增殖, 同时可提高6Gy全身照射猴活存率, 缩短白细胞和血小板最低值持续时间^[5]。金雀异黄素等黄酮类植物雌激素也有一定的辐射防护作用, 但效果不如雌三醇。E838是一种人工合成的炔雌醇衍生物, E838预防用药能够明显提高照射动物的30d存活率及平均活存时间, 减低因辐射引起的造血细胞下降幅度, 而其雌激素活力仅为炔雌醇的千分之一^[6]。多年的应用经验也表明雌激素类药物在辐射防护中的作用相对较好, 但副作用也限制了它的应用。

1.4 细胞因子类

随着分子生物学和现代制药学的发展, 细胞因子在辐射防护中的作用也得到了广泛研究。G-CSF(粒细胞集落刺激因子)、IL-11(白细胞介素11)、SCF(干细胞因子)、IL-1 (白细胞介素1)等造血细胞生长因子照射前应用, 模型动物的造血作用恢复得到了加快, 死亡率下降。有报道证明这些因子可以使造血干细胞停滞在S期, 这可以减少DNA损伤和细胞死亡^[7]。尽管细胞因子的辐射防护作用较好, 但价格偏高、保存不便等缺点也使得其在辐射防护中的应用有一定的限制。

2 辐射损伤治疗策略研究进展

尽管辐射防护药具有预防和治疗双重效果, 但一般来讲其预防效果更加明显。在接受大剂量全身照射后, 辐射防护药只能作为一种辅助治疗措施来使用。由于在肠型急性放射病时全身损伤十分严重, 目前仍无有效手段可以控制病情进展, 在这里主要讨论骨髓型急性放射病的治疗策略。

2.1 细胞因子

全身照射伴随有剂量依赖的器官毒性, 造血损伤是最早的并发症之一。存在这些造血综合症的病人出现出血和危及生命的感染并发症的危险也大大增加。在残存少量造血干细胞的情况下, 生长因子的使用可以加速造血的恢复和改善转归。一些造血生长因子包括G-CSF、GM-CSF(粒单细胞集落刺激因子)、SCF、IL-11、IL-1和TPO(促血小板生成素)等已经在动物中进行了广泛和深入研究。总的动物实验证明许多细胞因子在放射病治疗中都有着较好的作用, 但目前能够得到临床应用的细胞因子相对较少。G-CSF是目前动物实验进行最多的细胞因子类药物, 其已经被批准用于临床, 它可以与抗生素和血制品等对症治疗联合应用于放射损伤病人。由于毒性相对较小(骨痛), 它是放射病人治疗的首选药物, 在美国被批准为战略储备药物。其他已经上市的因子如GM-CSF、IL-11等由于副作用相对较多, 应用也有一定程度的限制^[7]。

由于造血干细胞需要多种造血生长因子刺激以增殖分化, 而一般情况下细胞因子的作用效果比较单一, 提供多种造血生长因子以获得最佳恢复可能是必要的。为使得中性粒细胞和血小板计数快速恢复, 在动物模型中进行了多种造血生长因子联合用药方案。如SCF+IL-1、G-CSF+GM-CSF、G-CSF +TPO以及G-CSF+IL-11。Farese等人评价了G-CSF+ TPO在灵长类动物中的作用, 可以看到多系造血作用恢复加快。血小板减少症和中性粒细胞减少症持续时间在联合应用后缩短。这些数据证实了联合应用以缩短血小板和粒细胞减少的时间和降低其严重程度的可能性。在照射后应用造血生长因子根据受照射剂量和用药时间的不同其效果也不同。一些造血生长因子在动物模型中表现出了有效性, 但可能存在的毒性反应限制了他们的使用。最佳的造血生长因子治疗可能是一些促进血小板和中性粒细胞恢复的造血生长因子的联合应用。在照射后促进T和B淋巴细胞恢复的实验资料很少, 包括IL-2(白细胞介素2)、IL-7(白细胞介素7)、IL-15(白细胞介素15)在内的细胞因子可能对促进免疫重建有效。免疫缺陷可能会加重放射诱发的骨髓抑制, 而骨髓恢复的时间对提高活存率来讲是非常重要的。因此可能需要加用其他的细胞因子以加速免疫细胞的恢复^[7]。

SCF+Flt-3 +TPO+IL-3(SFT3)是目前动物实验中最为有效的细胞因子联用方案之一。有人提出以SFT3为主体的紧急抗凋亡细胞因子联合(emergency anti-apoptotic cytokine combination, EACK)的概念^[8]。辐射后早期造血细胞凋亡在造血干细胞的损耗中占主导地位, EACK可以保护这些细胞免于死亡并进一步刺激包括红系在内的各系造血干/祖细胞持续增殖和分化。而在临床上比较推崇的因子组合是G-CSF+EPO/ SCF。因此, Herodin等比较了SCF+EPO +Peg-G-CSF (SEG)和SFT3的疗效^[9]。9.0Gy ⁶⁰Coγ射线照射的B6D2F1小鼠照后2h或24h腹腔注射SFT3或SEG, 30d动物活存率分别为60%和55%。虽然SEG与SFT3在提高动物活存率方面没有显著差异, 但是照后30d的骨髓集落培养结果显示, SEG组造血活性明显下降, 提示此组配伍因子照后早期应用时是以损耗长期造血能力来维持早期动物活存率的。因此, SEG似乎不宜用于照后早期治疗。细胞因子具有多效性和相互作用的特点, 提示细胞因子伍用在急性辐射损伤治疗过程中可能有潜在副作用, 如长期给予造血生长因子可能诱发促炎症反应或免疫原性反应。造血生长因子持续使用是否会导致造血干细胞池耗竭, 抗凋亡细胞因子是否会诱发细胞癌变或染色体畸变目前还不十分清楚。虽然多因子伍用的实验研究取得了一定进展, 但如何优化配伍方案、明确用药时机及用药剂量、以及确定临床试验效果都需要深入探讨。此外, 所用细胞因子多为生物工程制剂, 多因子伍用时的稳定性及成本问题也不容忽视。动物实验和适宜的临床试验都不能可靠预测受照者的反应。加速恢复的最佳剂量和治疗方案经验性使用后需要谨慎的资料收集和分析随访研究以完善治疗指导方案。尽管SFT3在动物实验中表现出了良好的效果, 但TPO目前仍不能上市, 使得临床应用可能性不大。但就目前临床可得到的应用方案来讲, 早期应用G-CSF+IL-11可能是一个比较好的选择。

2.2 细胞治疗 2.2.1 造血干细胞移植

尽管从放射损伤机制上考虑, 造血干细胞移植在大剂量照射病人治疗中应该是有效的, 但极重度以上的骨髓型急性放射病病人除了骨髓造血和免疫功能受到极其严重的抑制外, 还常伴有消化道及全身皮肤的严重损伤。这类病人因为体内致炎因子的活化, 致炎/抗炎系统(IL-1b、TNF、IL-6、IL-8/IL-1Ra、IL-10)严重失衡, 由此导致致命的感染和出血等并发症及后期的多器官功能不全/衰竭(multipleorgan disfunction/failure, MOD/MOF)已成为SARI病人临床救治失败的主要原因, 尽管应用了不同来源的造血干细胞(Hematopoietic stem cell, HSC)移植等治疗措施, 受照射剂量 > 10Gy的SARI病人迄今尚无一例长期活存。影响HSC移植治疗SARI效果的主要原因在于:①缺乏快速准确的照射剂量估算方法。现有的染色体生物剂量计依淋巴细胞培养结果可测剂量范围 < 5Gy, > 8Gy则需要靠曲线外推来估算病人的受照射剂量。物理方法需要现场模拟, 费时费力。由于受照射剂量不明, 临床医生治疗决策晚, 常常失去HSC移植的最佳时机。②HSC的来源最好是预先保留的自体HSC或同基因双胞胎供者的HSC, 且应在受照射后72h内进行移植效果最好^[10], 但这种可能性极小。鉴于核/辐射突发事件的偶然性, 需要临时寻找供者, 患者外周血中淋巴细胞数急剧减少导致HLA配型困难, 加上患者的受照射时位置、时间、剂量等必须弄清楚的参数一时难以明确。③为了保证造血细胞的植入和移植物抗宿主病的预防, 超大剂量的甲基强的松龙、ATG等免疫抑制剂的应用给胃肠损伤的修复、脏器纤维化及最终MOF带来严重影响^{[11, 12]}。④病人因为皮肤、胃肠道严重复合损伤也是导致HSC移植治疗效果不好的重要原因之一。由于造血干细胞移植在急性放射病治疗中的种种问题, 以及事故性照射人群大多为不均匀照射, < 10Gy照射病人体内的残留造血干/祖细胞完全有可能重建造血功能, 因此造血干细胞移植在急性放射病中的治疗作用目前仍存在着很大的争议, 大多数都对其应用前景持保留态度。

2.2.2 间充质干细胞移植

间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSC)以其独特的生物学特性受到学者们青睐, 它具有分泌造血生长因子、重建造血微环境、低免疫原性、易于外源基因转染和表达等优点, 间充质干细胞单独或联合造血干细胞移植在放射病治疗中的作用也在动物模型上得到了评价。给致死剂量照射狗自体移植外周血来源的造血干细胞(HSC)与体外扩增的经绿色荧光蛋白标记的MSC, 其造血功能得到了良好的重建, 6个月后通过PCR和RT-PCR在骨髓中检测到了GFP标记的MSC来源的基质细胞。同时, MSC与HSC共移植可促进巨核系重建, 明显增加巨核细胞和血小板数, 这将有益于改善重症ARS患者的出血并发症。MSC对HSC具有肯定地扩增作用, 移植MSC可以促进HSC的植入。Devine在狒狒的动物实验中发现, 自体、同种异体MSC与HSC共移植均可长期植入受体骨髓。联合移植MSC弥补了HSC单独移植不能长期植入的缺点, 对ARS的治疗提供了新的途径。但MSC在放射损伤治疗中的应用研究才刚刚起步, 仍有许多问题亟待解决^[12]。

综上所述, 随着科学技术的进步, 我们在辐射致伤机理中的研究取得了较大的进展, 但目前仍无可靠有效的方法完全避免辐射对机体造成的损伤。在物理学没有取得里程碑式的进步前, 通过物理学方法完全阻止辐射对人体的损伤应该是不可能的, 而辐射防护药物也仅仅能降低损伤的程度。一旦在机体遭受大剂量辐射损伤时, 评价损伤程度以及残留造血功能的可恢复性是选择治疗方案的主要问题。但就目前来讲事故性不均匀照射后体内仍残留有造血细胞, 照射后尽早应用造血细胞因子加综合对症处理措施刺激残留造血干/祖细胞增殖和分化重建造血功能不失为6 ~ 10Gy事故性照射所致SARI的有效治疗策略。造血干细胞移植或骨髓间充质干细胞移植在放射损伤中的治疗作用研究仍有待于加强。MOD或MOF已成为骨髓型急性放射病病人临床救治失败的主要原因, 在SARI实验和临床治疗研究中, 应当充分重视从分子、细胞水平预防和阻断MOD的发生和发展的病理生理学基础研究。