《Radiotherapy Oncology》杂志 2024 年7月25日在线发表德国Universität zu Berlin的Sanaria Al-Rubaiey , Carolin Senger, Jan Bukatz ,等撰写的综述《动物模型中脑放射性坏死的决定因素:系统综述。Determinants of cerebral radionecrosis in animal models: A systematic review》（doi: 10.1016/j.radonc.2024.110444. ）。
重点
•在实验动物模型中，下列因素已被证明对放射性坏死的发展有重大影响。
•在大鼠和小鼠中，单次半球形辐照剂量分别超过30 Gy和50 Gy与放射性坏死的发生有关，剂量越高，发病越早。
•较大的辐照量与放射性坏死的可能性增加有关。
•事实证明，分割时间表不足以预防放射性坏死，即使单次分割当量剂量作为单剂量施用时已处于亚坏死状态，也可能产生放射性坏死。
•白质似乎比灰质更脆弱，海马体和脑室下区对辐射高度敏感。
•高度发达的物种更容易发生放射性坏死。
•BALB/c小鼠和年轻动物更容易发生辐射损伤，而性别证明无关。
•关于高级别胶质瘤模型中辐照对瘤内坏死的影响，有相互矛盾的报道。
背景:
放射性坏死是放射肿瘤学中一种常见的并发症，其发生机制和危险因素尚未得到充分探讨。因此，我们进行了系统综述，以了解发病机制和确定显著影响发展的因素。
放射治疗(RT)是脑肿瘤的重要治疗方法。 脑转移瘤的发病率正在增加，估计在实体瘤患者中为20% %至30% %，部分原因是成像技术的改进，以及由于更新的系统治疗而提高的生存率。 过去，全脑放射治疗(WBRT)是多发性脑转移瘤最常用的治疗方法。然而，由于WBRT有一些不良反应，对于有限数目的脑转移瘤，更精确的放射治疗技术已得到优先考虑。 立体定向放射外科(SRS)是一种精确的技术，可以将高剂量的电离辐射输送到相对较小的体积。然而，与WBRT相比，单次高剂量的应用可能造成更高的放射性坏死风险。某些系列的发病率估计高达27% % 。 由于SRS的使用越来越多，放射性坏死在临床常规中变得越来越重要。
总之，放射性坏死可能是放疗治疗脑转移瘤的主要并发症。 放射性坏死通常被定义为放疗后发生的强烈局部组织反应。由于不一致的定义和临床常规诊断，发病率只能估计，在当前的综述中报道的范围为5 %至25 %。例如，在接受SRS治疗的160例患者的271个脑转移瘤中，在12 个月内，高达17% %的患者发生放射性坏死，在24 个月内，高达34% %的患者发生放射性坏死。Minniti等人报道，与大分割相比，单次分割SRS的放射性坏死率增加(20 %和8 %)。 对于单次剂量小于2.5 Gy的分割放疗，预计在120 Gy和150 Gy的生物有效剂量下，放射性坏死的发生率分别为5 %和10 %。 由于放射性坏死已被证明不仅通过神经功能损害，而且通过长期摄入类固醇和需要进一步治疗而使患者病情恶化，因此更好地了解放射性坏死的发病机制以避免其发生是至关重要的。
放射性坏死可由多种因素引起，包括血管损伤、活性氧、炎症和脱髓鞘。已知某些因素，如辐照位置、体积和治疗持续时间，有助于临床环境中放射性坏死的发展。原发肿瘤类型与放射性坏死之间的关系仍在讨论中，一些研究显示没有关联，而其他人则报告了相互矛盾的结果。最近一项对1900多名脑转移瘤患者的研究发现，肿瘤生物学，包括受体和突变状态，也可能影响放射性坏死的可能性。
为了解放射性坏死的复杂发病机制，分析其危险因素及防治的潜在靶点，需要开展临床前动物实验。然而，尽管目前有一些研究，但对其病理过程和危险因素缺乏了解。我们进行了一项系统综述，以确定先前的分析和动物模型中导致脑放射性坏死的潜在因素，目的是通过汇集现有数据，开发符合3Rs原则的新模型来研究肿瘤对放射性坏死的特异性影响，以减少对新动物研究的需求，并更好地靶向未来的实验。
方法:
我们根据PRISMA指南使用PubMed、Ovid和Web of Science数据库进行了系统的文献检索。完整的检索策略可以在PROSPERO (CRD42023361662)上作为预注册协议找到。
我们按照系统评价和荟萃分析(PRISMA)指南的首选报告项目进行了系统综述。我们使用PICO结构来制定我们的研究问题，并遵循实验动物实验系统审查中心的方案模板来规范审查过程。该协议在PROSPERO (CRD42023361662)中注册。为了尽量减少不同类型的偏倚并保持结果的有效性，我们使用了标准化且完善的sycle偏倚风险评估工具。在补充方法(补充信息-检索策略和研究选择)中详细介绍了检索策略和研究选择。为了确保内部效度，我们使用了sycle的偏倚风险工具和CAMARADES检查表来评估研究的方法学质量。
结果:
我们纳入83项研究，大多数涉及健康动物(n = 72, 86.75%)。在不同的研究和设置中，大鼠和小鼠分别接受30Gy和50Gy的高剂量半球形辐照，反复导致放射性坏死。剂量越大，照射体积越大，发病时间越早。分割时间表证明在预防放射性坏死方面效果有限。不同的脑解剖结构以不同的方式对辐射作出反应。白质似乎比灰质更脆弱。年龄较小、进化程度较高的动物物种和遗传背景也是重要因素，而性别则无关紧要。只有13.25%的研究是在患原发性脑瘤的动物身上进行的，目前还没有关于脑转移瘤的研究。
我们纳入了83项研究(图1)，主要涉及健康动物(n = 72,86.75 %)。关于脑肿瘤，我们评估了11项关于原发性脑肿瘤的研究(13.25 %);没有关于脑转移瘤的研究。
图1通过数据库和注册表识别研究。
我们确定了许多预测因素，这些因素已经确定对放射性坏死的病理生理有重大影响。接下来，我们总结了辐照剂量、辐照体积和位置、分割方案和动物模型的选择如何影响放射性坏死的发展。最后，我们介绍了放射性坏死的病理生理变化，并对我们的发现进行了深入的讨论。
时间和剂量依赖性
辐射剂量已被证明在放射性坏死发病中起重要作用。 剂量-效应关系在多个实验装置以及不同的动物模型中被独立再现。一般来说，较高的辐射剂量与放射性坏死的早期发病和严重程度相关。在啮齿类动物中使用单次半球辐照的个别研究的详细情况见补充表1。MRI检查放射性坏死，经病理证实。
Münter 等首先比较分析了小体积辐照下的剂量依赖性。19 个月后，30 Gy小体积照射组中只有1只大鼠(26.66 %)出现小的、轻微坏死的病变。相比之下，受照40或50 Gy的 SRS的大鼠的坏死区域较频繁且明显较大。接受100 Gy照射的动物在9 个月内出现放射性坏死。Hartl等使用高剂量SRS大鼠模型证实了这些发现。他们发现放射性坏死的发生是剂量依赖性的，而在30至60 Gy的剂量范围内，进展率和最终体积是恒定的。受照20 Gy的大鼠无坏死迹象。Aslan等的发现为这一观点提供了额外的支持。所有大鼠均在照射后3-10 周内观察到放射性坏死，接受高剂量照射的大鼠发生时间较早。然而，12 周后，不同剂量组的坏死组织体积相似。导致放射性坏死的组织反应和分子途径也取决于剂量。高剂量照射后，主要损伤表现为白质坏死伴小血管周围出血、伴有或不伴有微钙化的内膜增厚和血管壁坏死，而低剂量照射则导致血管肥大、微钙化和轻度水肿。有趣的是，在高剂量半球形照射后，即使对侧接受了亚坏死剂量，也可以观察到对侧损伤。Perez-Torres等证实，即使对侧受照低于25 Gy，也会造成对侧损伤。在BALB/cN小鼠模型中，高达30 Gy的剂量未导致辐射损伤。因此，对侧损伤更可能与靶半球的高剂量照射有关，而不是等剂量的溢出。在大鼠右半球接受12 Gy或60 Gy辐照后，观察到剂量依赖性分子差异。12 Gy照射通过caspase-8、T细胞和凋亡级联触发受控细胞死亡，而60 Gy通过坏死体复合体激活诱导不受控制的细胞死亡。
时间分割时间表
已经提出了不同的照射计划，通过在较长的时间内分配较小的剂量来尽量减少放射性坏死和严重程度的风险。正在调查的三个主要因素是:单次分割当量剂量(SFED)、累积剂量(CD)和每次分割的剂量(SFD)。人们认为，分割状态下的单次分割当量剂量(SFED)比累积剂量（CD）对放射性坏死的发展有更大的影响。另一些人则认为累积剂量（CD）更有影响力。 采用分割时间表的研究见补充表2。
简而言之，Boria等发表了两项针对健康小鼠的不同研究;一项研究使用了50至100 Gy的单次分割体系，而另一项研究使用了四种不同的分割，每种的SFED约为50 Gy 。单次分割50 Gy未能在26 周内诱导坏死。尽管分割背景下的SFED不超过50 Gy，但在同一观察期内，通过MRI和病理组织学检测，所有四种分割方案的受试者均表现出有放射性坏死。
当纳入累积剂量（CD）时，Boria的分级模型产生了与单剂量方案相似的结果。当CD为100 Gy时，他们的脑损伤与SFD为90 Gy时的脑损伤相似。CD为90 Gy时的病变在80 Gy的SFD照射后最为相似。这表明分割方案的CD和类似的非分割方案的SFD对放射性坏死有相似的影响。Ernst -Steecken等对Wistar大鼠的左海马进行了照射，并描述了放射性坏死的发生与CD的依赖性。受照较多次分割10 Gy剂量的大鼠比受照较少次分割的相同剂量大鼠更早发生放射性坏死（ Rats receiving more fractions of 10 Gy developed radionecrosis sooner than rats receiving fewer fractions of the same dose）。
Jiang等人和Jost等人进一步支持了CD(累积剂量)的重要性，他们在小鼠模型中使用不同的分割计划，CD为40至60 Gy 。他们认为CD是放射性坏死发生和进展的重要决定因素，而不是分割. 这表明分割不足以预防放射性坏死，CD可能在放射性坏死的发展中发挥比以前认为的更重要的作用[ Rats receiving more fractions of 10 Gy developed radionecrosis sooner than rats receiving fewer fractions of the same dose]。(见表2)。
表1探讨放射性坏死发病的依赖性的单次半球照射小鼠模型的实验研究。
表1显示了剂量与放射性坏死发病的关系。
表2啮齿类动物模型中不同分馏时间与放射性坏死的关系。
表3显示了辐照体积与放射性坏死发病的关系。
表3 50 Gy单次辐照和不同辐照体积大鼠的实验研究。
辐照的体积和位置
在实验研究中，较大的辐照体积与较高的放射性坏死发生率有关。在我们的综述中，13项研究使用全脑/全身照射，33项研究使用半球照射，36项研究集中在亚半球照射。在这里，我们总结了更多关注体积的研究。Münter等证明，用3 毫米准直器照射的动物比用2 毫米准直器照射的动物发生放射性坏死的可能性更高。为了将辐照体积作为一个独立因素进行评估，我们分析了单次剂量为50 Gy的大鼠的可比较研究(补充表3)。50 Gy的大鼠单半球辐照在大约4-5 周后导致放射性坏死， 8 周后仅照射半球皮层引起放射性坏死。相同50 Gy的剂量照射海马，在12-14 个月后，以及仅照射纹状体19 个月后导致放射性坏死。因此，靶的体积和可能的位置影响放射性坏死的发展。(见表4、表5)。
表4不同非啮齿动物模型放射性坏死比较。
表5荷瘤模型动物研究。
关于位置，一些研究表明，大脑中不同的结构具有不同的剂量耐受性，不能只考虑体积， 与灰质相比，白质似乎更容易受到辐射， 在Yucatan minipigs（迷你猪）模型中，Athanasiadi等在六个月半球照射后发现白质严重破坏和肿胀，导致坏死并伴有脱髓鞘。灰质对放射性坏死的敏感性较低。Zaer等还揭示了白质和灰质的剂量耐受性不同，在猪模型中，60 Gy小体积辐照后白质发生放射性坏死，100 Gy后灰质发生放射性坏死。白质损伤最可能由轴突变性引起。Perez-Torres等人在大鼠辐射损伤模型中证实，辐照后对侧白质损伤被认为是互交通路轴突变性的结果。然而，作者无法确定退行性变是否遵循轴突通路的生理路径。
皮质和深部皮质结构内的坏死与广泛的结构改变和结构完整性丧失有关。 Constanzo等使用动态对比增强MRI (DCE-MRI)和对比增强MRI证实，在100 Gy, 100 %等剂量和37 Gy, 30 %等剂量的单剂量照射大鼠体感觉前肢区域后，从第54天开始，坏死主要发生在胼胝体中。然而坏死病变蔓延主要运动皮层（motorcortex）(使用41 ± 8 Gy),初级躯体感觉皮层(使用113 ± 4 Gy),和纹状体(使用35 ± 5 Gy)。此外，Zhou等在5 个月后发现大鼠单侧半球40 Gy照射后尾状壳核内出现坏死病变。
海马被怀疑更容易受到辐射破坏（ vulnerable）。 在大鼠模型中，平均24 Gy ± 10 Gy单次照射后，在组织学上检测到海马伞部和海马体脱髓鞘和炎症（ Fimbria and hippocampal demyelination and inflammation were detected histologically），特别是海马体(cornu ammonis ，CA)内。Herynek等人通过给大鼠海马单剂量的35 Gy来支持这些发现。16 个月后，坏死扩展至海马和东方层。CA1锥体细胞层的厚度明显减小，但有趣的是其层状结构仍保持不变。作者认为海马体结构的高可塑性有助于维持其结构。脑室下区也更容易发生放射性坏死。在灰质内，下丘脑似乎更容易受到辐射，可能超过基底神经节和杏仁核，正如对猿类动物的研究所表明的那样。放射敏感性似乎也是在细胞水平上决定的。Gueneau等人证明了不同细胞类型对4.5 Gy的WBRT的不同反应，锥体细胞对辐射的敏感性较低。图2提供了包括放射敏感区域的脑图，如我们的综述所示。
图2小鼠脑放射敏感区图。
根据综述研究识别的小鼠脑放射敏感区域图。
Formix:穹隆。Internal Capsule:内囊。Hippocampal Area:海马区域；Optic Tract:视束；Hypothalamic Area：下丘脑区域；Subventricular Zone:脑室下区
带电粒子辐照
带电粒子辐照由于其通过布拉格峰控制剂量分布的特点，近年来得到了广泛的应用. 光子束不能在规定的深度存放能量，这可能导致辐射体积超过所需，并造成较大的放射性坏死风险。具有远处急剧下降的均匀照射野可以实现更集中的照射，而不会对周围组织造成额外损伤。利用带电粒子辐照的研究见补充表4 ， 然而，Takahashi等报道，早在碳离子束照射17 周后就会诱发放射性坏死，而Kamiryo等的一项研究表明，50 Gy辐照后长达12 个月的有效剂量显著提高后，没有发生放射性坏死。对这种差异的一种可能解释是，与伽马和x射线辐照相比，碳离子辐照具有较高的线性能量转移，因此具有较高的生物效应. 还应注意的是，在比较不同带电粒子时，生物效应似乎存在差异， 此外，在RG2 -胶质瘤大鼠模型中，与标准质子照射相比，微束治疗（minibeam therapy）显示出较多的组织保护效果，总的来说，关于这一主题的数据似乎有限，与光子照射相比，粒子照射的毒性必须进一步研究。
动物模型的选择
物种
不同的物种表现出不同的放射性坏死率。啮齿类动物是辐射性脑损伤研究中使用最多的动物，占纳入研究的67.47 %。即使在不同的啮齿动物中，对放射性坏死的易感性似乎也各不相同. 单次剂量的35 Gy在多个小鼠模型中是亚坏死的，在一个大鼠模型中引起病理改变，表明大鼠脑更容易受到伤害。
啮齿动物和非啮齿动物之间的差异甚至更大。啮齿类动物的基本神经解剖学特征与其他高度发达的物种有很大不同。 Andrews等人对灵长类动物的研究中，40 Gy的CD（累积剂量）引起了放射性坏死，而Boria等的小鼠模型中，50 Gy的CD没有引起放射性坏死，这突出了动物模型的影响。在猕猴中，低至15 Gy的剂量在WBRT后6 个月内导致放射性坏死。根据我们的文献综述，图3比较了不同动物模型的放射敏感性。使用非啮齿动物模型的研究见补充表5。
图3不同物种和菌株对放射性坏死的敏感性。
品系（strain）和年龄
关于啮齿类动物，广泛的小鼠品系被用于临床前生物医学研究。例如，Boria等人比较了BALB/cN、BALB/cJ、C57BL/6N和C57BL/6J品系和两性，以确定它们是否对放射性坏死的发展有任何影响。作者发现，辐照后时间和BALB/c品系是影响放射性坏死发展和病变大小的重要因素，而性别对其无显著影响。 N系和J系亚株被证明是无关的(见图4，组织学分级详见其他文献]。在Suckert等人的另一项研究中，与C3H/He小鼠相比，C57BL/6N小鼠在辐照后的存活时间较长. 这表明C57BL/6N小鼠具有较高的辐射抗性。
图4不同小鼠品系辐照后病变体积及组织学分级比较。
同一物种中受试对象的年龄依赖性差异是常识。Wakisaka等人在不同年龄组的恒河猴模型中证明了年龄在辐射损伤发展中的重要性。神经母细胞是高度辐射敏感的细胞，在出生后容易受到辐射引起的损伤消退。神经胶质和神经胶质的放射敏感性也以年龄依赖的方式改。因此，我们得出结论，BALB/c小鼠和年轻动物更容易受到辐射损伤，而性别和N-或j -谱系亚株对辐射损伤没有显著影响。
荷瘤啮齿动物的放射性坏死
脑肿瘤已被证明具有受肿瘤相关小胶质细胞和巨噬细胞影响的特定微环境。
因此，与肿瘤微环境相关的放射生物学是重要的。然而，我们只发现了11项关于胶质瘤、胶质母细胞瘤或胶质肉瘤的研究(补充表6)。在11项针对荷瘤动物模型的研究中，9项研究(81.82 %)使用了免疫功能正常的移植模型，2项研究(18.18 %)使用了移植到免疫功能低下小鼠体内的异种移植肿瘤细胞。所有的研究都使用了半球形或次半球形辐照。
这些研究报道了在高剂量和高体积、脉管系统和免疫细胞浸润改变以及剂量依赖性生长延迟后放射性坏死增加。 建立脑肿瘤和放射性坏死混合模型有两种方法。一种方法是将肿瘤细胞植入已经发生放射性坏死的经放射治疗前的大脑中，另一种方法是对植入的肿瘤进行放射治疗以达到放射性坏死。组织学表现包括肿瘤细胞周围的薄壁组织内的稀疏、胶质增生和血管病变（ areas of rarefaction, gliosis, and vasculopathy ）。值得注意的是，在50 Gy的高剂量照射组中，肿瘤内胶质母细胞瘤的特征性中央坏死比未照射的肿瘤小鼠更频繁。关于辐照对肿瘤内坏死的影响，有相互矛盾的报道。Kondziolka等认为，神经胶质瘤小鼠模型辐照后与未辐照动物相比，瘤内坏死的数量没有差异。相比之下，Psarros等人观察到，在50 Gy的照射剂量下，植入胶质肉瘤细胞的小鼠瘤内坏死更为常见。单次剂量35 Gy和40 Gy引起放射性坏死，而在大鼠胶质肉瘤模型中，35 Gy分2次(每次分割17.5 Gy)和42 Gy分3次(每次分割14 Gy)的分割计划则没有， 这表明，在脑肿瘤动物模型中，分割对放射性坏死的发展有积极影响。此外，靶体积对治疗相关的毒性有明显的影响。
脑肿瘤微环境可能影响坏死的形成，然而，对潜在病理生理过程的了解仍然很少。
放射性坏死的诱导
在概述了可能导致放射性坏死的发展、发病和严重程度的既定因素后，我们将重点放在在所纳入的研究中具体导致放射性坏死的分子、细胞、免疫和结构因素上。
血管和血液供应的变化
放射性坏死被证明与辐照后血流量减少高度相关。事实上，凝固性坏死被认为是放射性坏死的主要组织学特征。 怀疑细胞水肿坏死是由自由基引起的；低水平的内源性抗氧化剂、快速的氧气消耗以及高含量的铁和多不饱和脂肪酸，这些特别容易受到活性氧(ROS)的影响，因此可能会导致辐射损伤。血管病变通常发生在脑实质病变之前，血管扩张后血管壁增厚常被观察到作为辐照的早期反应。辐照后血管重构和血管新生也可能影响放射性坏死。Andrews等研究表明，辐射诱导的脑损伤与低氧相关乳酸脱氢酶A (LDHA)白质特异性上调以及纤维连接蛋白1 (FN1)、丝氨酸蛋白酶家族E成员1 (SERPINE1)和基质金属蛋白酶2 (MMP-2)基因表达增加有关，所有这些都可能有助于延迟性辐射诱导的脑损伤的脑血管重塑。预防性贝伐单抗(一种血管内皮生长因子(VEGF)抗体)可延迟放射性坏死的发生，表明辐照后血管变化与放射性坏死发展之间存在联系。特别是在放射性坏死的情况下，决定局部脑血供的一个重要因素是水肿。 辐射对血脑屏障的损伤可导致细胞外空间积液，引起血管源性水肿，导致组织受压并可能破坏血流。 辐射引起的血脑屏障破坏已在各种动物模型中得到证实。 水肿主要发生在血管周围，因为血管壁被破坏。然而，Perez-Torres等证明病灶周围水肿与血管变化无关。因此，研究者推测所观察到的水肿是由于轴突恶化所致。辐射损伤期间也可能发生细胞毒性水肿。Kondziolka等人在神经胶质瘤大鼠模型中证实了辐射诱导的细胞毒性水肿的发展。作为对辐照的直接反应，肿瘤细胞在光镜下表现出细胞毒性水肿和细胞减少的外观。放疗后的水肿通常局限于白质和灰质似乎在水肿形成后实现了更大的血流恢复。
组织学上观察到出血、血管内血栓形成和血管坏死与放射性坏死有关，因为所有这些都有助于血流减少，导致缺氧和促坏死环境。
脑实质的结构改变
放射性坏死的诊断包括组织病理学特征，如血管周围实质凝固性坏死和血管壁纤维蛋白样坏死. 脑组织的辐照导致神经元细胞的丢失以及神经胶质细胞的活化。这通常发生在放射性坏死发生之前。也经常在组织学上观察到细胞浸润、细胞增多和锥体细胞的高色素性（Cellular infiltration, hypercellularity, and the hyperchromic appearance of pyramidal cells ）。
脑实质内常见的结构变化是轴突脱髓鞘。脱髓鞘是白质辐照的直接效应，而不是血管损伤的继发效应］. 迟发性脱髓鞘先于局灶性坏死，可能是由于少突胶质细胞前体的丢失和干细胞室无法进行补偿。长期辐射损伤与鼠脑脑室下区神经干细胞室的不可逆损伤和少突胶质前体细胞的丢失有关。虽然前体细胞的丧失在辐射损伤的发展中起着至关重要的作用，但Chari等证明，移植少突胶质细胞祖细胞不太可能有益于或预防辐射诱导的损伤。作者指出，移植的少突胶质细胞祖细胞只能在接受20 Gy或更高的照射的组织中建立，这接近放射性坏死的中位效应剂量。作者指出，移植的少突胶质细胞祖细胞只能在接受20 Gy或较高的辐照的组织中建立，这接近放射性坏死的中位有效剂量，这是使用前体细胞的另一个限制。 然而，脐带源性间充质干细胞似乎对15 Gy WBRT后的辐射性脑损伤有积极作用，小鼠的学习和记忆能力增强，坏死明显减少。为了支持辐照后修复机制受损的观点，已经观察到坏死后空腔和微空腔的形成是放射性坏死的慢性效应。
炎症组织反应
照射刺激促凋亡信号通路和促炎细胞因子，建立高度炎症环境，促进放射性坏死的发展. 虽然辐射可直接导致神经元细胞死亡，但小胶质细胞的活化通过促炎分子白介素-6 (IL-6)、环氧化酶-2 (Cox-2)和肿瘤坏死因子α (TNF-α)加重损伤，不仅引起促炎因子介导的毒性，而且在水肿的发生中起重要作用，它出现在脑组织坏死之前。促炎细胞因子的增加有助于细胞毒性水肿的形成，这被认为会促进坏死损伤，在某些情况下，会导致坏死后的空洞。
Das等人在C6胶质瘤模型中证实，坏死和凋亡构成了促进辐射损伤发展的结构和分子途径。他们证明，辐射导致促凋亡因子caspase-8的增加。他们还观察到坏死体复合体蛋白，受体相互作用蛋白激酶1 (RIP1)和3 (RIP3)的表达，在照射方案和剂量依赖方式下导致坏死，Beamish等发现放射性坏死也可能由程序性炎症细胞死亡引起，即坏死坏死. 他们发现辐照后高迁移率组蛋白B1 (HMGB1)阳性细胞]，它们与坏死病变中的细胞不同，表现出导致坏死下垂的免疫原性反应。
讨论：
要点
在实验动物模型中，下列因素已被证明对放射性坏死的发展有重大影响。
-在大鼠和小鼠中，单次半球形辐照剂量分别超过30 Gy和50 Gy与放射性坏死的发生有关，剂量越高，发病越早。
-较大的辐照量与放射性坏死的可能性增加有关。
-事实证明，分割时间表不足以预防放射性坏死，即使单次分割当量剂量作为单剂量施用时已处于亚坏死状态，也可能产生放射性坏死。
-白质似乎比灰质更脆弱，海马体和脑室下区对辐射高度敏感。
-高度发达的物种更容易发生放射性坏死。
-BALB/c小鼠和年轻动物更容易发生辐射损伤，而性别证明无关。
-关于高级别胶质瘤模型中辐照对瘤内坏死的影响，有相互矛盾的报道。
剂量、体积和分割的作用
由于文献中放射性坏死的定义是不一致的，并且影像学不能可靠地将放射性坏死与其他辐射引起的脑损伤区分开来，因此我们只关注在论文本身或相关论文中从组织学上证实放射性坏死的研究。在我们的研究中，我们将放射性坏死定义为放射后延迟出现的坏死性病变。
我们强调放射性坏死取决于剂量和体积。大鼠小局灶照射剂量大于35 Gy，似乎在9 个月内导致放射性坏死，40 Gy在3 - 6 个月内导致放射性坏。 较高的剂量通常导致发病较早。然而，在动物模型和辐照设备的使用上存在差异，在设计未来的研究时应考虑到这一点。临床研究证实了对辐照体积的依赖性，并将其确定为临床环境中放射性坏死的最相关因素。 Minitti等报道，放射性坏死更可能发生在适形性较低，异质性较高的最大剂量较高的较大的病变中。临床文献已经报道了不同组织的剂量-体积约束，V10 Gy和V12 Gy(受10或12 Gy照射的脑容积)是人类放射性坏死最重要的独立预测因子。Korytko等证实V12 Gy > 10 cm3的风险为55.3% %，而V12 Gy < 10 cm3的风险为22.5 %。在这种情况下，重要的是要指出，大多数啮齿动物的研究都集中在全脑或半球照射上，这可能会阻碍对微环境影响的分析。由于缺乏小鼠小体积辐照的数据，因此开发具有较高靶向精度的临床转化动物模型至关重要。
在临床环境中，已提出分割以减少对健康周围组织的辐射暴露，同时仍对目标提供高CD 。 Minniti等的一项研究报告，与大分割相比，单次剂量SRS的放射性坏死率增加(20% %和8% %)。此外，分割提供了辐射分割之间的再氧化，可能导致更高的放射敏感性和阻碍辐射抵抗性，同时允许周围受影响的组织修复（fractionation provides reoxygenation between radiation fractions, possibly leading to higher radiosensitivity and impeding radioresistance, while allowing the surrounding affected tissue to repair ）。然而，实验数据表明，分割可能不会像以前假设的那样多地保护健康脑组织（ fractionation might not spare healthy brain tissue as much as previously assumed）。因此，需要更多的肿瘤模型实验研究来阐明其发病机制。
再程照射的作用
另一个显著促进放射性坏死发展的重要因素是再程照射，这被认为是临床背景下最能预测脑放射性坏死的因素之一。1 年后，再程放射外科（Re-SRS）后放射性坏死的风险估计为20 %，先前使用WBRT治疗的风险为4 %，同步使用WBRT治疗的风险为8 %（The risk of radionecrosis following Re-SRS after 1 year is estimated to be 20 %, 4 % when treated previously with WBRT and 8 % when concurrent WBRT is administered）。尽管在日常生活中有很高的相关性，但目前还没有关于该主题的实验研究。
位置依赖性
放射性坏死更可能发生在某些脑解剖结构中。纹状体小体积照射19 个月后导致放射性坏死，海马12-14 个月后导致放射性坏死，单半球照射4 周后导致放射性坏死。 这突出了在靶标区域调整辐照剂量和照射量以尽量减少不良治疗效应风险的重要性。海马区和脑室下区（The hippocampal region as well as the subventricular zone）在临床研究中多次显示出较高的放射敏感性。 放射性坏死似乎在脑室下区进展得更早，更频繁，可能是由于神经干细胞的位置，这也可以解释颗粒下区的放射敏感性。 我们回顾的研究表明，小脑受累较少，这在临床实践中也观察到。部分原因是细胞周转率明显较低。在细胞水平上，增殖细胞，如神经胶质细胞或血管内皮细胞，以及干细胞似乎比成熟神经元对辐射更敏感。处于细胞周期不同阶段的细胞对辐射的敏感性也不同，处于M期和G2期的细胞更敏感。神经胶质细胞及其祖细胞的损伤可表现为脱髓鞘和白质损伤。 重要的是，白质损伤也可能独立于血管改变而发生，强调其作为独立因素的作用。在临床实践中，辐射损伤主要在白质中观察到，在影像学上比在灰质中显示更大的病变，电离辐射诱导氧化应激。 髓鞘中大量的脂质和多不饱和脂肪酸可能创造一个更容易受到氧化损伤的环境，使髓鞘更容易受到辐射诱导的氧化。脂质更集中于白质这一事实可以进一步解释为什么白质似乎特别容易受到辐射损伤。 脑室周围白质损伤极易发生放射性坏死。 这可能是由于长髓动脉供血不足，不能形成侧支血管，使得该区域在辐射引起的血管损伤后特别容易缺血， 这支持了放射性坏死是由辐照后血管病变引起的假设，这导致组织血液供应不足。
血管形成的作用（Role of vascularity）
几种局部组织反应与放射性坏死的发展有关。血管损伤是导致该并发症的最确定和公认的病理生理途径之一。电离辐射可损伤内皮细胞的遗传物质，导致细胞周期阻滞和凋亡通路激活。 这破坏了血脑屏障，创造了一个促炎环境，以及缺氧诱导因子1- α (HIF-1α)和VEGF的释放。在不足和渗漏的毛细血管中诱导新生血管生成。 由于血管损伤和重塑导致的组织灌注不足导致坏死，特别是在白质内，通过产生缺氧区域而导致坏死。在肿瘤中，HIF-1α创造了癌细胞固有的微环境和信号网络，从而赋予这些细胞辐射抗性。目前正在研究对缺氧诱导途径的临床干预措施，以减少放射抵抗性。为了抵消血管重构不足，VEGF抗体贝伐单抗也被用于临床前和临床环境，与对照组相比，已被证明在预防和治疗放射性坏死方面有益，然而，坏死体积的减少似乎相对较低。 另一个干预点是CXCR4 - CXCL12通路，因为该通路在血管发生，肿瘤再生长、侵袭性和转移中起作用。Yang等的一项实验研究探讨了CXCR4拮抗剂AMD3100和HIF-1α抑制剂拓扑替康对颅内小鼠模型放射性坏死发展的影响。 作者证明，无论用哪种方法处理，小鼠的放射性坏死进展都明显减弱，这表明靶向CXCR4-CXCL12并调节HIF-1α和VEGF通路可能潜在地减少导致放射性坏死的辐射诱导血管变化。
动物模型的重要性
在转化方面，应该高度考虑动物模型的选择。物种、遗传背景和年龄等因素影响放射性坏死的发展。在这方面，我们想要解决的转化潜力有一些限制。尽管啮齿类动物的神经解剖结构与人类有很大不同，但它们大多被用作辐射引起的脑损伤的动物模型。因此，为了分析特定大脑区域的放射敏感性，使用非啮齿动物模型可能是有益的。虽然所有的哺乳动物都具有相似的大脑结构，但啮齿类动物属于无脑物种，皮质表面光滑，而人类属于脑回物种，皮质形成脑回和脑沟。此外，啮齿动物具有较大的毛细血管网络密度和显著较低的白质与灰质比率。因此，我们假设较高的毛细血管网络密度可以保护组织免受缺氧应激和活性氧暴露，这与放射性坏死的发展有关。此外，人脑中白质的突出可能使其更容易受到辐射损伤。如前所述，大鼠脑似乎比小鼠脑更容易受到辐射。Snyder等的一项研究表明，成年大鼠大脑中含有的年轻神经元明显多于成年小鼠。大鼠在学习过程中也更有可能招募更多的神经元。 由于一些实验研究表明，即使在相对较低的剂量下，发生凋亡的神经干/前体细胞也具有较高的放射敏感性，大鼠和小鼠在放射敏感性上的差异可以用神经元的不同来解释。此外，BALB/c毒株似乎比C57BL/6毒株更脆弱，但没有解释其原因。
转化潜力的另一个方面是受试者的高阶认知，这在认知功能较低的物种(如啮齿动物)中更难评估。放疗后患者出现的神经功能缺损通常影响高阶认知功能。放射性坏死患者多表现为认知能力下降、头痛、恶心和其他非特异性症状。一项临床研究发现，特定的皮质区域对辐照的反应呈剂量依赖性的萎缩。通常与记忆、学习和注意力相关的区域表现出明显的剂量依赖性皮质萎缩，而在照射后1年的初级(骨膜和中央旁)皮质中没有明显的关联， 认知能力下降是辐射损伤的常见症状，在创建放射性坏死的实验模型时也可进行监测. 在我们对动物模型的回顾中，我们提出了通过标准化测试来表征神经认知功能障碍的研究。 Morris水测试被发现是检测神经认知障碍的敏感工具，而开放场测试被证明是不敏感的。 被动回避和新物体/位置识别测试在检测神经认知功能障碍方面也很有效。因此，建议在动物模型中实施测试获取记忆而不仅仅是保留记忆的工具。
肿瘤模型的重要性
此外，大多数研究使用健康动物模型。已经确定的是，携带肿瘤的大脑的微环境发生了改变，与健康脑组织的微环境不同。 肿瘤和脑基质细胞之间相互作用的许多过程尚未得到充分探讨。 放射性坏死表现为促炎途径的上调和免疫细胞的募集，帮助清除坏死细胞。进一步表征发生放射性坏死的肿瘤大脑中的免疫细胞谱可能有助于我们更好地理解潜在的病理机制和免疫系统的作用。 这一点，尤其是在免疫治疗的时代，可能为试图找到减轻放射性坏死方法的研究人员提供进一步的指导。因此，使用具有免疫功能的动物模型可能更有益。临床研究能够证明脑转移性疾病的原发肿瘤实体对放射性坏死的风险有显著影响。 Miller等人的一项临床研究推测，在SRS治疗肾细胞癌脑转移后12个月的累积放射性坏死发生率为8.1 %，而其他原发肿瘤的12个月累积转移发生率分别较低，小细胞肺癌(SCLC)、非小细胞肺癌(NSCLC)和乳腺癌分别为5.4 %、5.1 %和4.7 % 。相比之下，在较小的206例患者的310个转移瘤中，Minniti等用18 Gy单剂量治疗，报告与肿瘤组织学无关联。 Miller等对此进行了更深入的探讨，分析了SRS治疗后放射性坏死与肿瘤生物学的关系，发现转移灶的组织学、受体状态和突变状态也可能对放射性坏死的发生产生影响。重要的是，脑肿瘤动物模型中放射性坏死的实验研究很少，目前也没有与转移瘤相关的研究，尽管这些在临床环境中非常重要。 鉴于临床试验证明的肿瘤组织学的相关性，需要进一步的实验研究来了解肿瘤间差异在放射性坏死发展中的作用。因此，使用分区域照射的脑肿瘤原位实验模型对于模拟可能影响肿瘤和健康脑组织对辐射和辐射相关毒性反应的方面非常重要。在这种情况下，因为在临床背景下作组织分析出现难题，将动物模型中的组织学发现与成像技术(如MRI和PET)联系起来，将组织学结构变化与成像特征联系起来也很重要。这将有助于从转化的角度解释人类的成像数据。
局限性
重要的是，因为啮齿动物和人类之间的放射性敏感性不同，动物实验不能用于确定剂量范围，以避免临床环境中的放射性坏死。例如，Zhuang等的一项研究表明，剂量高于22.68 Gy时，单次SRS治疗在人体中的放射性坏死显著增加，这比在啮齿动物中引起放射性坏死所需的剂量要低得多。然而，无论在不同物种中诱导放射性坏死所需的剂量如何，动物研究对于了解放射性坏死的发病机制至关重要。
结论:
本系统综述确定了显著影响放射性坏死诱导的各种因素。尽管脑恶性肿瘤患者是接受脑辐射的最大群体，但目前的研究状态忽视了脑肿瘤动物模型的利用。后一个方面应该主要解决在开发一个实验性放射性坏死模型的转化实施（ translational implementation）。
通过我们广泛的文献回顾，我们能够确定导致放射性坏死发展的多种因素。我们提出关于放射性坏死病理生理的主要假设。此外，我们还强调需要对脑转移瘤进行实验研究，这是颅内RT的主要临床适应症之一，为规划符合3R原则的实验提供了有价值的提示（hints）。
