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本文利用三维EpiAlveolar?模型，系统比较了广束放疗与微束放疗在正常人离体肺组织中的生物学效应。研究发现，微束放疗的等效均匀剂量模式在DNA双链断裂修复和纤维化指标方面与传统广束放疗相当，且可耐受36 Gy的峰值剂量，而谷值剂量模式则导致持久性DNA损伤。研究为优化肺癌放疗策略、减轻正常组织毒性提供了新的实验依据。
1. 引言
肺癌是全球癌症死亡的主要原因之一，放疗是其标准治疗手段，但辐射引起的肺炎和纤维化等毒性反应限制了剂量提升和肿瘤控制。因此，需要改进放疗方法。微束放疗是一种基于空间剂量分割的新型放疗技术，其剂量分布由“峰”（高剂量）和“谷”（低剂量）区域组成，有望在杀伤肿瘤的同时更好地保护正常组织。传统的二维细胞模型和动物模型在模拟人体复杂微环境方面存在局限，而三维组织模型能够更真实地再现组织结构和生物学反应。本研究利用商业化的人源三维肺气血屏障共培养模型，探究了广束放疗与两种微束放疗剂量指标对肺组织的DNA损伤、细胞因子表达及纤维化相关标志物的影响。
2. 材料与方法
研究使用了EpiAlveolar?人三维肺组织模型，该模型包含原代人肺泡上皮细胞、肺内皮细胞和成纤维细胞，并在气液界面培养。实验设置了广束照射以及两种微束放疗方案：等效均匀剂量和谷值剂量。通过免疫荧光染色检测DNA双链断裂标志物γH2AX和53BP1，以及纤维化相关标志物波形蛋白、α平滑肌肌动蛋白和胶原蛋白。同时，使用ELISA和多重细胞因子检测方法分析了转化生长因子-β及炎症细胞因子的分泌水平。
3. 结果
3.1. 微束放疗导致三维肺组织中DNA损伤的空间特异性分布
在照射后第3天，广束放疗导致了均匀分布的DNA损伤焦点，而两种微束放疗则在组织中形成了与照射峰区位置相对应的、间隔分布的损伤细胞簇。到第21天，广束和微束等效均匀剂量组的DNA损伤已基本修复至本底水平，但微束谷值剂量组仍存在大量未修复的53BP1焦点。
3.2. 第21天时，微束谷值剂量照射模型显示持续的53BP1焦点
定量分析显示，在照射后第3天，所有照射方式均增加了γH2AX和53BP1焦点数量，其中微束放疗诱导的焦点数显著高于广束放疗。到第21天，广束和微束等效均匀剂量组的焦点数量恢复至接近对照组水平，而微束谷值剂量组仍保持显著更高的53BP1焦点数量，表明存在持续性的DNA损伤。
3.3. 照射和培养导致细胞数量减少
在照射后第3天，仅微束谷值剂量组细胞数量显著减少。到第21天，所有照射组的细胞数量均显著低于对照组。分析表明，细胞损失部分源于长达21天的培养过程本身，部分由照射引起，但不同照射方式间的细胞损失差异不显著。
3.4. 广束与微束放疗后转化生长因子-β水平相似
在所有时间点，各照射组与对照组之间的转化生长因子-β分泌水平均无显著差异。这表明本研究所用剂量可能低于诱发转化生长因子-β上调的阈值。
3.5. 广束与微束放疗后纤维化相关标志物表达相似
对各组细胞中波形蛋白、α平滑肌肌动蛋白和胶原蛋白阳性细胞的计数显示，照射后第3天和第21天，各照射组间均无显著差异。值得注意的是，在一个广束照射的模型中观察到一个由大量胶原沉积和波形蛋白、α平滑肌肌动蛋白双阳性细胞组成的纤维化结节，这提示该模型具有用于研究辐射诱导纤维化的潜力。
3.6. 照射后第21天，广束和微束等效均匀剂量照射上调了白介素6的分泌
在照射后第1、3、6天，各照射组细胞因子水平无显著变化。到第21天，广束和微束等效均匀剂量照射显著上调了白介素6的分泌，微束谷值剂量组也显示出上调趋势，但未达统计学显著性。肿瘤坏死因子α、白介素8和单核细胞趋化蛋白1的水平在各组间均无显著差异。
4. 讨论
研究证实，在DNA双链断裂修复结果方面，微束等效均匀剂量放疗与常规广束放疗效果相当。尽管微束谷值剂量组存在持续性DNA损伤，但未诱发上皮-间质转化标志物上调和胶原沉积，表明三维肺组织能够耐受微束放疗的高峰值剂量。白介素6在照射后期显著上调，提示存在持续的炎症反应。仅在一个广束照射模型中观察到的纤维化结节表明，EpiAlveolar?模型具有用于研究辐射诱导肺纤维化的潜力，但仍需更多样本和更长时间的培养来验证。本研究的局限性包括单次照射未能完全反映临床分次放疗方案，以及21天的培养时间可能导致细胞层数减少，影响了晚期效应的充分观察。
5. 结论
本研究证明，在人三维肺组织模型中，微束等效均匀剂量放疗在DNA损伤修复结局上与广束放疗相当。尽管微束谷值剂量导致持续性DNA损伤，但未引发明显的纤维化反应。白介素6在照射后期的上调值得进一步研究其细胞来源和功能。该工作为微束放疗在保护正常肺组织方面的潜力提供了支持，并展示了三维组织模型在辐射生物学研究中的应用价值。
