γ 和质子束照射诱导神经炎症相关的星形胶质细胞独特激活模式：放疗管理的新见解

《Scientific Reports》：Distinct astrocyte activation patterns associated with neuroinflammation induced by gamma and proton beam irradiation

为探究辐射暴露对星形胶质细胞（Astrocytes）反应的影响及其在周围神经细胞中的潜在作用与机制，研究人员用不同辐射诱导大鼠神经炎症。结果发现 γ 射线和质子束照射有不同炎症反应，前者促炎，后者抗炎。该研究为放疗管理提供了重要依据。

　　在癌症治疗的领域中，放疗（Radiotherapy）是原发性和转移性脑肿瘤的一线治疗方法。然而，它却带来了一个棘手的问题 —— 辐射诱导的脑损伤（RBI）。RBI 是癌症患者放疗后常见的并发症，往往不可逆转，严重影响患者的预后和生活质量。目前，我们对 RBI 在细胞和分子水平的损伤机制了解有限，而辐射对神经系统（CNS）的影响也尚未完全明晰。在这样的背景下，北京理工大学等研究机构的研究人员开展了一项研究，致力于揭示辐射对星形胶质细胞（Astrocytes）的影响以及相关神经炎症的发生机制。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为深入理解辐射诱导的神经炎症过程提供了重要线索，有望为未来的放疗管理和神经保护策略开发提供理论支持。

研究人员采用了多种关键技术方法。在动物实验方面，以健康雄性 SD 大鼠为实验对象，用钴 - 60（Co⁶⁰）γ 射线和质子束进行全身照射构建辐射模型。对于细胞实验，培养 SH - SY5Y 神经元细胞系和 U87 - MG 星形胶质细胞系，并对 U87 - MG 细胞进行 γ 射线和质子束照射。通过 MTS 法检测细胞活力，RNA 提取和 RT - PCR 技术分析基因表达水平，酶联免疫吸附测定（ELISA）检测细胞因子、谷氨酰胺（Gln）和多巴胺（DA）水平等。

研究结果如下：

1. γ 和质子辐射对体内炎症反应的影响：成功构建全身照射诱导的神经炎症大鼠模型，4Gyγ 射线显著增加大鼠海马区 IL - 1β、IL - 6、IL - 8 和 TNF - α 的表达，而 1Gy 质子束照射使 IL - 6 表达增加，IL - 8 水平降低，对 IL - 1β 和 TNF - α 水平无影响。同时，γ 射线使胶质纤维酸性蛋白（GFAP）和 Iba1 表达显著升高，质子束照射则使其降低，表明 γ 射线具有促炎作用，质子束辐射有一定抗炎特性。
2. 两种辐射对星形胶质细胞活力的影响：建立体外星形胶质细胞激活模型，选取 γ 射线 2Gy 和 10Gy、质子束 0.1Gy 和 0.5Gy 进行实验。结果显示，辐射后 U87 - MG 细胞形态从纺锤形变为不规则形且伸长，细胞增殖受到显著抑制，呈现剂量依赖性。γ 射线照射后，caspase - 8 和 caspase - 3 酶活性显著上调，提示可能发生细胞凋亡；质子束照射下，caspase - 8 活性无显著差异，0.1Gy 时 caspase - 3 活性降低，0.5Gy 时与对照组无显著差异，但较 0.1Gy 时显著增加，表明两种辐射对星形胶质细胞凋亡相关信号分子的影响不同。
3. 辐射对星形胶质细胞激活和谷氨酰胺水平的影响：分析 GFAP、IL - 6、C3 和 PTX3 基因表达，γ 射线照射使 GFAP、C3 和 PTX3 基因表达上调，质子束辐射使其下调；两种辐射均使 IL - 6 表达上调。在谷氨酰胺含量方面，γ 射线照射后无显著变化，质子束照射在半致死剂量时谷氨酰胺含量显著升高，表明不同辐射对星形胶质细胞激活、炎症反应和谷氨酰胺水平影响不同，质子束照射可能通过调节神经炎症水平和增强谷氨酸摄取来调控神经损伤。
4. 辐射后星形胶质细胞对神经元功能的影响：体内模型中，γ 射线照射使海马区成熟神经元数量增加，质子束照射则使其减少。体外实验中，用辐射后星形胶质细胞的条件培养基培养神经元，发现 γ 射线和质子束在耐受剂量照射下对神经元增殖无显著影响，但均使 caspase - 8 和 caspase - 3 酶活性上调。同时，辐射后星形胶质细胞的条件培养基会导致神经元线粒体损伤，影响多巴胺代谢水平和葡萄糖摄取，γ 射线使神经元葡萄糖摄取增加，质子束使其减少。
5. miRNA 在调节辐射炎症反应中的作用：过表达 miR92a - 3p、miR26a - 5p 和 miR25 - 3p 后发现，miR92a - 3p 和 miR26a - 5p 显著下调 GFAP 表达，miR92a - 3p 还显著下调 IL - 6 表达。γ 射线显著下调 miR92a - 3p 和 miR25 - 3p 表达，质子束照射则使其上调，表明电磁辐射（γ 射线）和粒子辐射（质子）对动物和细胞的炎症作用可能相反，受 miRNA 调节。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了辐射暴露下神经炎症的复杂性。不同类型的辐射对 U87 - MG 细胞活力和增殖有抑制作用，γ 射线可诱导细胞凋亡。GFAP 和 IL - 6 在辐射后的变化表明不同辐射对星形胶质细胞激活和炎症反应影响不同。此外，不同辐射对星形胶质细胞谷氨酰胺含量的影响不同，进而可能影响神经元的多种功能。miRNA 在调节辐射诱导的炎症反应中起重要作用。然而，肿瘤微环境（TME）的复杂生物学效应以及放疗影响长期神经功能障碍的具体促炎机制仍需进一步研究。这项研究为理解辐射诱导的炎症机制提供了重要依据，对未来的保护或辅助治疗策略具有指导意义，有助于优化放疗方案，减少放疗对正常脑组织的损伤，提高患者的生活质量。