图像引导下小鼠膀胱活体照射对排尿模式及膀胱收缩功能影响的研究

《Scientific Reports》：Investigation of image-guided in vivo irradiation on voiding patterns and bladder contractility in female mice

本研究针对盆腔放疗所致膀胱功能障碍的临床问题，通过图像引导精准照射雌性小鼠膀胱，系统评估了单次20 Gy照射后急慢性期的排尿模式变化与膀胱收缩功能。结果发现急性期（2周）50%小鼠出现排尿位点增多、单次排尿量减少，同时离体膀胱条神经源性收缩幅度显著降低，而平滑肌收缩能力及钾通道调控机制未受影响。该研究为阐明放疗性膀胱毒性的病理生理机制提供了重要实验依据。

　　

盆腔恶性肿瘤的放射治疗虽能有效控制肿瘤，却常导致正常膀胱组织受损，引发放射性膀胱炎。患者在接受放疗后往往出现尿频、尿急、排尿困难等一系列下尿路症状，严重影响生活质量。尽管放疗技术不断进步，能够更精准地靶向肿瘤组织，但邻近的膀胱仍难以完全避免辐射影响。急性期症状多在治疗期间或治疗后90天内出现，而远期并发症可能潜伏数月甚至数年后才显现，表现为膀胱纤维化、缺血性改变等不可逆损伤。据统计，盆腔放疗患者中急性膀胱炎发生率高达28%-45%，远期重度毒性发生率亦达7.7%-14.4%。这些数据凸显了深入研究放疗相关膀胱功能障碍机制的紧迫性。

为探索辐射对膀胱功能的影响机制，研究者采用先进的小动物辐射研究平台（SARRP），通过锥形束CT（CBCT）图像引导技术对成年雌性C57Bl/6小鼠膀胱进行精准照射。该研究发表在《Scientific Reports》期刊，通过单次20 Gy的照射剂量模拟临床分割放疗的生物效应，系统观察了照射后不同时间点（2周至8个月）小鼠排尿模式与膀胱收缩功能的动态变化。

研究主要采用三项关键技术：一是基于CBCT的图像引导活体照射技术，确保辐射剂量精准递送至膀胱靶区；二是void spot assay（VSA）排尿点分析法，通过紫外成像定量分析16小时内的排尿位点、排尿次数与尿量体积；三是离体肌动描记法（myography），通过电刺激（EFS）诱发神经源性收缩，并利用受体激动剂（卡巴胆碱、ATP）和高钾溶液评估膀胱条收缩特性。研究共纳入62只小鼠，VSA分析包含32只小鼠的纵向数据，肌动描记实验涉及16只对照鼠与35只照射鼠的多时间点检测。

研究结果揭示了一系列重要发现：

在排尿模式方面，图像引导照射显著改变了小鼠的排尿行为。照射后2周、1个月和2个月时，约50%的小鼠表现出排尿位点增多。特别在2周时，半数小鼠排尿次数显著增加，且大多数小鼠的平均排尿量和最大单次排尿量均减小。通过尿量分级分析发现，小体积排尿（<50μL）的比例从19%升至46%，而大体积排尿（>100μL）的比例从31%降至19%。这些变化与临床患者急性期出现的尿频、尿急症状高度吻合。

在膀胱收缩功能方面，离体实验显示神经源性收缩幅度在照射后2周即明显降低，且此现象持续至照射后8个月。值得注意的是，收缩幅度减弱与个体小鼠是否表现排尿模式变化无关，提示辐射对膀胱神经支配的损伤可能独立于排尿行为改变。进一步机制探索发现，尽管神经源性收缩减弱，但由高钾溶液诱发的去极化收缩幅度未受影响，表明膀胱平滑肌本身的收缩能力并未被辐射破坏。

在受体介导的收缩反应中，研究观察到有趣的分化现象：毒蕈碱受体激动剂卡巴胆碱（carbachol）引发的收缩在照射组与对照组无差异，而嘌呤能受体激动剂ATP（三磷酸腺苷）引发的收缩幅度在照射后显著减小。这提示辐射可能特异性影响膀胱的嘌呤能信号通路，而非胆碱能传导系统。

关于钾通道在膀胱收缩调控中的作用，研究通过药理学阻断实验发现，小电导钙激活钾通道（SK）阻断剂阿帕敏（apamin）和大电导钙激活钾通道（BK）阻断剂帕西林（paxilline）对照射组与对照组膀胱条的神经源性收缩和卡巴胆碱收缩均产生相似程度的增强效应。联合使用帕西林与广谱钾通道阻断剂TEA（四乙胺）后，两组膀胱条的基础张力均显著升高，神经源性收缩进一步加剧。这些结果说明，辐射并未破坏钾通道对膀胱收缩的"刹车"调控功能。

综合讨论认为，图像引导膀胱照射成功建立了放射性膀胱功能障碍的动物模型，其特征性改变为急性期排尿模式异常与神经源性收缩减弱。值得注意的是，膀胱平滑肌的固有收缩能力、胆碱能信号传导及钾通道调控机制在照射后仍保持完整，而嘌呤能收缩的特异性降低可能成为未来干预的靶点。该研究的创新性在于整合了活体精准照射、多时间点排尿功能评估与离体收缩机制解析，为揭示放疗性膀胱毒性的病理生理机制提供了多层次证据。

研究结论强调，单次20 Gy图像引导膀胱照射可诱发急性期排尿模式改变，并与神经源性收缩功能受损相伴随。虽然膀胱基本收缩功能与钾通道调控未受辐射影响，但嘌呤能信号通路的特异性损伤提示该途径可能在放疗后膀胱功能障碍中扮演关键角色。本研究建立的实验范式为后续探索辐射防护策略与机制干预靶点奠定了重要基础。