# 放射性肺损伤：从机制到预后及药物治疗
引言
在全球范围内，胸部肿瘤的发病率和死亡率居高不下。放射治疗是胸部肿瘤重要的治疗手段，但放射性肺损伤（Radiation-induced lung injury，RILI）作为胸部放疗最常见的不良反应，其患病率高达 31.4%。RILI 根据严重程度分为 1 - 5 级，短期内会引发咳嗽、气短、发热等症状，严重时在后期可导致肺纤维化、肺功能减弱甚至死亡，是肿瘤治疗的一大阻碍。
传统观点认为，RILI 是由电离辐射直接损伤 II 型肺泡上皮细胞和毛细血管引起的，但近年来的研究表明，它是一个涉及氧化应激损伤、靶细胞损伤和细胞因子释放的级联反应过程。RILI 在急性期 / 亚急性期表现为炎症介质诱导的免疫反应，慢性期则表现为成纤维细胞激活、增殖，细胞外基质（ECM）沉积，最终发展为肺纤维化。
值得注意的是，随着免疫检查点抑制剂在临床上的广泛应用，联合治疗引发 RILI 的风险进一步增加。基于近年来对 RILI 的研究，本文从肺泡上皮细胞、血管内皮细胞、肌成纤维细胞 / 成纤维细胞和巨噬细胞等关键效应细胞的角度，阐述了与疾病发生发展相关的机制，总结了 TGF-β 经典和非经典通路、HMGB1/NF-κB 通路和自噬相关通路等关键信号通路的作用，还概括了 RILI 预测和药物治疗的研究进展，旨在为 RILI 的预防、评估和管理提供帮助。
放射性肺损伤中的关键效应细胞
肺泡上皮细胞（AECs）
肺泡上皮细胞是毛细血管屏障的重要组成部分，在受到电离辐射后，会首先受到活性氧（ROS）的氧化应激损伤。I 型肺泡上皮细胞缺乏增殖能力，在电离辐射作用下会发生衰老、坏死和凋亡。II 型肺泡上皮细胞作为 I 型肺泡上皮细胞的祖细胞，能够分化为 I 型肺泡上皮细胞，还具有清除多余肺泡液、减轻肺部炎症和固有免疫反应的功能。
然而，辐射损伤后，II 型肺泡上皮细胞在 TGF-β 信号的驱动下，通过上皮 - 间质转化（EMT）转变为肌成纤维细胞，并异常增殖和积累，从而加剧肺纤维化。此外，II 型肺泡上皮细胞功能障碍会导致肺表面活性蛋白分泌减少，使肺泡张力增加，结构稳定性下降，进而引发肺水肿和肺不张。同时，肺泡上皮细胞的损伤还会促进 IL-13、TGF-β1和 PDGF 等促炎和促纤维化因子的分泌，进一步加重放射性肺损伤。
血管内皮细胞（VECs）
血管内皮细胞是肺泡气体交换机制的重要组成部分，也是毛细血管屏障的一部分。ROS 会损伤血管内皮细胞，使其一氧化氮合酶活性受损，内皮一氧化氮生成减少，导致内皮依赖性血管舒张功能障碍。
作为血管腔内连续的一层细胞，血管内皮细胞在受到电离辐射诱导释放的氧自由基和蛋白酶作用后，会失去屏障功能，进而导致血管形态恶化。在急性期，会出现血管内皮肿胀、血管通透性增加、炎症浸润和组织水肿；在慢性期，则会出现毛细血管塌陷和克隆形成功能丧失。
近期研究发现，急性肺损伤后血管内皮细胞会出现高度异质性。单细胞测序显示，放疗后出现的高表达 PD-L1 和 TGF-β 的新内皮细胞亚群，可能与细胞外基质沉积和肺纤维化有关。这些发现表明，血管内皮细胞由于其异质性和功能改变，在 RILI 过程中可能发挥不同的作用。
肌成纤维细胞和成纤维细胞
肌成纤维细胞被认为是细胞外基质合成的主要效应细胞，在正常肺组织中含量较低。在 RILI 过程中，它可以通过成纤维细胞分化、上皮 / 内皮细胞向间充质细胞转化以及骨髓干细胞起源这三条主要途径转化而来。而成纤维细胞作为肌成纤维细胞的主要来源，在促进伤口愈合、细胞外基质重塑和炎症免疫反应中发挥着重要作用。
单细胞测序研究揭示，不同组织和激活状态下的成纤维细胞具有高度异质性和功能多样性。成纤维细胞可以作为炎症介质，通过 Toll 样受体感知组织损伤和重塑过程中释放的损伤相关分子模式（DAMPs），记忆炎症损伤，随后分泌多种细胞因子和趋化因子，从而重建细胞外基质、招募免疫细胞并调节慢性炎症。
在电离辐射刺激下，静止的成纤维细胞被激活并分化为肌成纤维细胞，随后持续的炎症信号与常驻的肌成纤维细胞一起启动 II 型 EMT。这会导致上皮细胞连接破坏、极性丧失、获得运动和侵袭能力、间充质基因表达上调、细胞外基质合成和积累增加，以及组织修复和伤口愈合过度增强，最终导致肺纤维化。因此，干预驱动 EMT 过程的通路以及确定转化过程中的来源细胞，是 RILI 治疗的关键。
巨噬细胞
巨噬细胞是髓系来源的固有免疫系统的重要组成部分，参与维持肺组织的稳态、调节炎症和修复损伤。在病理条件下，巨噬细胞具有显著的可塑性，表现出高度的异质性。通常，巨噬细胞大致可分为两类：经典激活的巨噬细胞 M1 和替代激活的巨噬细胞 M2。
在急性损伤阶段，肺常驻巨噬细胞和单核细胞来源的巨噬细胞会被 ROS、DAMPs 以及 TNF-α 和 IL-6 等细胞因子异常激活，极化为 M1 型巨噬细胞。M1 型巨噬细胞具有促炎和细胞毒性作用，能够分泌趋化因子和炎症因子，引发炎症风暴，形成炎症微环境，招募包括中性粒细胞和单核细胞在内的其他免疫细胞浸润肺组织，导致炎症持续存在。同时，间质巨噬细胞分泌的 IL-1β 会抑制肺泡上皮细胞的分化，导致肺组织修复不完全和再生受损。
在慢性阶段，持续的肺泡损伤和不完全修复会介导巨噬细胞的线粒体功能障碍。肺泡巨噬细胞在 IL-4 和 IL-13 的作用下极化为 M2 型巨噬细胞，M1 型巨噬细胞在 MCP 诱导蛋白 1 的作用下转化为 M2 型巨噬细胞。M2 型巨噬细胞会诱导促纤维化和伤口愈合表型的过表达，从而加剧肺纤维化。此外，研究发现巨噬细胞与其他效应细胞（如成纤维细胞、血管内皮细胞和 II 型肺泡上皮细胞）之间的相互作用在肺纤维化中起促进作用，这可能为 RILI 治疗提供新的靶点。
放射性肺损伤中的关键信号通路
TGF-β/Smad 信号通路
TGF-β/Smad 信号通路是一种经典的细胞膜 - 细胞核信号通路，通过与各种信号驱动的转录因子相互作用，在多个器官系统的病理生理过程中发挥重要作用。在生理条件下，TGF-β 与潜伏期相关肽（LAP）二聚体交联形成复合物，并沉积在细胞外基质中。在病理条件下，L - TGF-β 复合物会被多种丝氨酸蛋白酶切割，释放出活性 TGF-β；或者由整合素转导的细胞收缩产生的张力导致 LAP 结构域展开，从而释放 TGF-β。
在纤维化过程中，ROS 可以激活 TGF-β，使其识别并结合细胞膜表面的 TGF-β 受体 II，TGF-β 受体 II 进而识别并磷酸化 TGF-β 受体 I。在细胞质中，Smad2 和 Smad3 在 Smad7 蛋白的介导下磷酸化，并与 Smad4 形成复合物，转移到细胞核内，调节靶基因的表达，转录促纤维化分子，激活成纤维细胞和肌成纤维细胞。
有趣的是，近期研究表明，相关的非编码 RNA 可以通过增强和延长信号活性，促进以 TGF-β/Smad 通路为主导的病理过程，这可能为 RILI 揭示新的治疗靶点。为了抵抗活性 TGF-β 的释放，先前的研究通过敲除和抑制整合素 β3，在小鼠模型中实现了对肺纤维化的预防。值得一提的是，αvβ6 的放射性配体可与 PET - CT 结合作为标记物，用于临床上 RILI 的早期诊断。针对 TGF-β 通路的起始环节，先前的研究表明，结缔组织生长因子（CTGF）抗体可以通过抑制成纤维细胞的增殖和迁移，逆转小鼠的 RILI。而靶向 TGF-β 受体 I 被认为是治疗肺纤维化的一种有前景的策略。此外，Cao 等人使用罗汉松脂素抑制 Smad3 活性和 EMT 来治疗 RILI。Lan 等人报道了一种双功能融合蛋白 M7824，其结构为 PD - L1 抗体与 TGF-β 受体 II 偶联，在小鼠模型中既能实现抗肿瘤效果，又能减轻 RILI。考虑到 TGF-β/Smad 通路在肿瘤微环境（TME）中对免疫逃逸的调节作用，通过抑制多功能通路将抗肿瘤治疗与减轻 RILI 相结合具有重要意义。
TGF-β 非经典通路
除了与 Smad 家族蛋白相互作用外，TGF-β 还可以以细胞类型依赖的方式激活其他信号分子，如 TAK1/MAPK、PI3K/AKT 和 RHOA/ROCK，这些被称为非经典通路。先前的研究揭示了非经典信号通路与纤维化之间的关联。例如，Schisantherin A 可以抑制 TGF-β1介导的 TAK1/MAPK 通路的激活，发挥抗纤维化作用。Qian 等人发现，TGF-β1激活 PI3K/AKT 通路并下调 FOXO3a 的表达，从而诱导肺泡上皮细胞发生 EMT。没食子酸已被报道通过抑制 TGF-β 刺激的 RhoA/ROCK 信号级联反应，减少 α - SMA 和 F - actin 的形成。此外，ROCK2 已被证明与经典的 TGF-β/Smad 通路存在相互作用，靶向 ROCK2 可有效减轻器官纤维化。这些发现证实了 TGF-β 非经典通路在纤维化中的重要作用，因此探索其作为慢性 RILI 治疗靶点的潜力具有重要意义。
NF - κB 信号通路
NF - κB 通路是固有免疫系统的核心通路之一，参与炎症、增殖和凋亡等多种病理生理过程的调节。辐射可以导致肿瘤细胞发生免疫原性细胞死亡（ICD），释放 HMGB1 等 DAMPs，HMGB1 可以与 TLR2 和 TLR4 等多种表面受体结合，激活 NF - κB 通路。巨噬细胞在高剂量照射后也会分泌 HMGB1，与 TLR4 结合后激活 NF - κB 通路，激活的 NF - κB 进入细胞核，与 DNA 相互作用，上调 IL - 1β、IL - 6 和 TNF - α 等促炎因子的表达。
目前，针对 HMGB1/NF - κB 通路的研究显示出了有前景的治疗效果。Garcia 等人分别探索了将 DAMPs 和 TLR4 作为 RILI 治疗靶点的可能性。Arora 使用两性霉素类似物通过抑制 NF - κB 和 MAPK 通路的级联反应，在动物模型中实现了对 RILI 的治疗效果。Verma 等人利用 NF - κB 通路抑制剂 Q - 3 - R，通过降低小鼠肺组织中炎症因子 IL - 1β、IL - 6、IL - 18 和 TNF - α 的表达，减轻了 RILI。这些发现表明，针对 DAMPs 和 NF - κB 通路在 RILI 的治疗中具有重要意义。然而，由于 DAMPs 作为 ICD 的核心方面，会促进树突状细胞（DC）成熟和细胞毒性 T 淋巴细胞（CTL）浸润，因此在针对 RILI 靶向 DAMPs 时，必须仔细考虑其对抗肿瘤效果可能产生的影响。
自噬相关通路
自噬是一种保守的分解代谢过程，通过溶酶体介导的降解作用回收多余的细胞器和蛋白质，在多种应激和疾病条件下对维持细胞内稳态起着关键作用。在 RILI 过程中，电离辐射会诱导细胞发生 ROS 依赖和非依赖的损伤，后者包括 DNA 损伤和内质网应激，这些都可以激活自噬。
轻度和中度氧化应激诱导的自噬可以促进成纤维细胞中错误折叠蛋白的溶酶体降解，并减少 II 型肺泡上皮细胞的凋亡。然而，严重和持续的氧化应激会导致内质网应激诱导的自噬紊乱，进一步增加细胞内 ROS 水平，损伤溶酶体膜，导致肺效应细胞凋亡，促进慢性炎症和肺纤维化。
与自噬相关的信号通路，如 AKT/mTOR、MAPK/ERK1/2、HIF1 - α/BNIP3 通路，已被报道参与特发性肺纤维化（IPF）和囊性肺纤维化等肺部疾病的发生发展，其机制包括诱导上皮细胞损伤、阻断自噬通量和抑制胶原蛋白降解。对于 RILI，先前的研究表明，瘦素通过激活 AKT/mTOR 通路抑制肺上皮细胞的自噬并促进 EMT，而雷帕霉素可以逆转这一过程。Li 等人通过抑制伴侣介导的自噬诱导的 GXP4 溶酶体降解，在体内和体外减轻了 RILI。此外，Wen 等人发现自噬相关基因的单核苷酸多态性（SNPs）与 RILI 的发生率和分级相关，具有作为预测靶点的潜力。尽管自噬相关通路和基因在 RILI 的治疗和预后方面显示出了一定的潜力，但相关研究仍然不足，自噬参与 RILI 的机制以及临床转化的可能性仍需进一步探索。
放射性肺损伤的预后
预测建模、识别高危人群和早期干预对于对抗 RILI 至关重要。先前预测 RILI 的研究主要集中在剂量 - 体积参数、抗肿瘤治疗方式、肺功能、合并的基础疾病和血清细胞因子等方面。本研究发现，基因多态性也与 RILI 的发生发展相关，可能作为预测靶点。随着对 RILI 机制研究的深入，预测指标的选择变得更加多元化。
为了系统地、个体化地预测患者 RILI 的发生，多方面因素的筛选和整合以及预后模型的构建和验证变得尤为重要。本文总结了近年来 RILI 预测模型的相关研究，包括预测指标、样本量、中心数量、放疗技术、建模方法、RILI 分级和验证队列的曲线下面积（AUC）等。
近年来，随着人工智能的发展，机器学习和深度学习越来越多地应用于构建预测模型，这有助于提高模型的准确性，并为医学与工业的融合提供了尝试。然而，目前预测模型在临床实践中的应用效果不佳，主要原因包括泛化性低、RILI 的客观评估困难以及放疗技术和靶区勾画的差异。此外，随着免疫检查点抑制剂（ICB）的广泛应用，ICB 与放疗的联合使用增加了肺部毒性（抗 PD - L1 + 放疗与抗 PD - L1 相比，肺部毒性发生率分别为 13.6% 和 1.9%），这已成为临床肿瘤学面临的一个重大挑战。目前，针对放射免疫治疗诱导的 RILI 的预测模型仍有待开发。而且，大多数相关研究主要集中在急性 RILI，对临床上晚期放射性肺纤维化的预测关注不足。
放射性肺损伤的药物治疗
随着对 RILI 机制的深入探索，人们尝试针对各种靶点进行早期干预和治疗。本文总结了近年来相关研究中的药物、靶点、治疗效果、对抗肿瘤治疗的影响以及研究类型。结果表明，RILI 药物治疗的相关研究取得了显著进展。
随着器官芯片技术的发展，RILI 模型变得更加多样化，不再局限于细胞或动物水平。例如，Dasgupta 等人利用微流控器官芯片更逼真地模拟人类肺部，评估洛伐他汀和泼尼松龙对急性 RILI 的影响。此外，除了探索新的靶点，人们对靶点在不同病理生理过程中的多重作用的研究兴趣也在增加。例如，Lan 等人报道了一种放疗与 M7824（一种同时靶向 PD - L1 和 TGF-β 信号的双功能融合蛋白）联合的新策略，在增强抗肿瘤效果的同时减轻 RILI，这是因为 TGF-β 信号在肺纤维化和肿瘤免疫逃逸中都起着关键作用。尽管 M7824 在随后的肿瘤治疗临床试验中失败，但该研究为减轻 RILI 并关注靶点在其他生物学过程中的多种作用提供了新的研究方向。
然而，RILI 治疗相关研究也存在与预测模型类似的问题，即临床转化效果不佳。目前大多数相关研究仍处于临床前阶段，只有少数正在进行临床试验（如 NCT02296281，吡非尼酮与安慰剂对照；NCT05637216，氯沙坦）。此外，RILI 的药物治疗应在不干扰肿瘤治疗的基础上进行探索，但这一点在相关研究中常常被忽视。
免疫检查点抑制剂（ICIs）与 RILI
在癌症免疫治疗时代，ICIs 与放疗的联合应用因能够将局部抗肿瘤活性转化为全身效应而受到关注。然而，相应地，肺炎的风险也有所增加，且这种肺炎并非 RILI 和 ICI 相关肺炎（CIP）的简单叠加，有时也被称为抗肿瘤治疗相关肺炎。
总体而言，CIP 的发生率大致在 3% - 6% 之间，其潜在机制可能包括 CD4 Th2 细胞群聚集介导的免疫损伤增加、调节性 T 细胞（Tregs）抑制表型的丧失、循环细胞因子上调以及预先存在和新出现的自身抗体增加等。此外，与度伐利尤单抗单药治疗相比，CTLA4 抑制剂的联合使用显著增加了肺炎的风险（6.7% 对 2.2%），这表明不同 ICIs 导致肺炎的机制可能存在差异。
对于 PD - 1/PD - L1 与放疗的联合，表达载脂蛋白 E 的成纤维细胞、肺泡上皮细胞、B 细胞和髓系免疫细胞的衰老样亚型可能与 RILI 有关。而且，PD - 1/PD - L1 抗体治疗通过淋巴细胞、细胞因子和蛋白质塑造了炎症微环境，有利于 RILI 的发生。对于 CTLA - 4 与放疗的联合，其抗肿瘤活性在临床和临床前研究中均已得到证实。然而，关于 CTLA - 4 抗体联合放疗对 RILI 影响的机制研究仍然较少，这可能是未来的<>
对于 CTLA - 4 与放疗的联合，其抗肿瘤活性在临床和临床前研究中均已得到证实。然而，关于 CTLA - 4 抗体联合放疗对 RILI 影响的机制研究仍然较少，这可能是未来的一个重要研究方向。
此外，还有一种独特且罕见的 RILI 模式，即放射性回忆性肺炎（RRP），其具体表现为 ICIs 诱导患者先前照射区域发生炎症。RRP 的发生可能与放疗介导的长期肺部改变有关，这些改变包括淋巴细胞浸润、CD4/CD8 失衡以及 IL - 4、NF - κB 和 CXCR4 等细胞因子的积累，使得肺组织容易受到 ICIs 的刺激而引发炎症。而且，与抗 PD - L1 相比，PD - 1 抗体刺激往往会表现出更高的 RRP 风险，这表明不同 ICIs 导致 RRP 的机制可能也存在差异。
结论
综上所述，RILI 的研究具有广阔的前景，对其进行有效管理具有重要的临床意义。在机制探索方面，借助测序和器官芯片等技术，有望更深入地了解靶细胞。在预后方面，需要针对不同阶段和治疗组合开发更完善的模型，并提高其在临床应用中的普遍性和客观性。在药物治疗方面，应积极推进临床试验，以促进基础研究成果向临床应用的转化。在与 ICIs 联合治疗方面，根据 ICIs 类型分层探索其对 RILI 影响的机制具有重要意义，尤其是针对抗 CTLA - 4 治疗的研究。通过对这些方面的深入研究，有望为 RILI 的防治提供更有效的策略，改善患者的治疗效果和生活质量。
