第三节　放射性皮肤损伤模型

皮肤是人体最大的器官，总重量占体重的5%~15%，总面积为1.5~2m²。皮肤辐射损伤综合征往往作为多器官损伤中的一部分，其发病机制与特点尚未得到充分研究，其发病机制主要涉及氧化应激、炎症表达及间充质干细胞丢失等过程。人类皮肤接受超过3Gy的电离辐射就会产生一过性红斑、起疱，随后有严重的红斑、坏死。不同辐射剂量诱导的坏死发生在照射后10~30天。而以特定的剂量和时间照射后，皮肤将发生可重复和剂量依赖性的肉眼可见的损伤，依据发生时间早晚，可分为早期反应和晚期反应。早期皮肤损伤往往发生在单次照射5~20Gy或分次照射30~60Gy后的70天内。最先出现的是红斑，随着照射剂量的增加，相继出现色素沉着、脱毛和脱皮，剂量足够大时可出现湿性脱皮。湿性脱皮可在受照后50天内治愈或难以愈合、进展至坏死。晚期皮肤损伤往往发生在受照10周后，会出现诸如萎缩、脱皮、毛细血管扩张、皮下组织纤维化、坏死等症状并持续进展。

一般来说，总的照射剂量决定损伤的严重程度。每天用2.5~3.0Gy的放疗计划者比每天接受1.8~2.0Gy者发生的迟发反应严重。毛细血管扩张发生在萎缩的真皮内，在变薄的表皮下，可见红色区域，主要为薄壁扩张的血管。组织学表现为扩张的血管位于真皮内，一些血管直接与基底膜相邻。皮下组织纤维化的特点为：进展性硬结、水肿，真皮及皮下组织增厚。湿性反应区纤维化最为严重，纤维化的发生、发展呈剂量依赖性，一旦发生后将缓慢进展。

临床上，了解皮肤的受照耐受剂量和病理生理学是非常重要的，这不仅涉及深部癌症的治疗受到皮肤耐受剂量的限制，也关系到位于皮肤、乳腺及距皮肤表面几厘米内肿瘤的治疗限制。因此，研究正常皮肤受照后的损伤反应有助于预防皮肤相关辐照副反应，并且有助于改善患者的治疗总体反应。

猪作为一种最常见的用来研究皮肤辐射损伤综合征的大型动物模型，被广泛运用于放射性皮肤损伤研究探索。由于猪的消化道、免疫系统等解剖和生理以及营养代谢均与人类相似，加上许多小型猪和无菌猪的育成，便于供应实验室应用，以猪作为实验动物模型的报道日益增多。猪和人的皮肤组织结构很相似，上皮再生修复性类似，皮下脂肪层和损伤后内分泌代谢的改变也相似，通过实验证明2、3月龄小猪的皮肤解剖生理特点最接近于人，包括体表毛发的疏密，表皮厚薄，表皮具有的脂肪层，表皮形态学和增生动力学（猪30天，人21天），损伤皮肤的体液和代谢变化机制等（表3-3-1）。

表3-3-1　人与3月龄小猪皮肤格结构厚度的比较（mm）

有研究报道小型猪的皮肤辐照模型揭示了组织持久性的DNA损伤并伴随炎症反应，与人类的皮肤辐射损伤反应较为相似。小型猪的皮肤辐照后有多种炎症因子分泌，如IL-1、TNF-α、TGF-β水平明显升高，另外在放射性皮肤损伤的机制探索中，TGF-β及其相关信号通路对于放射性皮肤纤维化可能起关键作用，而下游的Smad3也与放射性皮肤纤维化的发生发展紧密相关。在放射性皮肤损伤的干预措施中，早期反应的传统治疗常以抗炎处理为主，晚期反应中出现的纤维化常以手术为主，而小型猪的皮肤辐照模型提出了间充质干细胞、脂肪基质细胞等干细胞疗法的可行性。干细胞的植入促进了伤口的愈合，并且改善了受损表皮及真皮的修复反应，明显缓解了皮肤纤维化现象，为临床运用干细胞疗法提供了充分的理论依据与现实基础。

皮肤反应实验中，家兔和豚鼠皮肤对刺激反应敏感，其反应近似于人。近年来也有研究常选用仓鼠皮肤进行辐射应激对皮肤局部作用的研究。由于小鼠模型遗传修饰的可得性，提供了更多的机会进行机制性研究。举例来说，Smad3基因敲除的小鼠可以免受射线所致的皮肤损伤，这意味着可能与TGF-β信号通路有关。

非人灵长类模型是FDA认证通过的药物研发试验标准模型。非人灵长类模型有许多无法比拟的优势，它在组织结构、基因同源性、机体代谢方式、寿命等方面与人类极其相似，并在人类疾病研究上表现出与人高度相似的组织病理学改变以及分子发生机制。猕猴有20多个物种，和人类有95%以上的基因同源性，在放射生物学研究中表现出相似的剂量效应关系。其劣势在于伦理道德准则、生命周期长、饲养成本上涨、获取来源少。

皮肤放射性损伤具有时相性、潜在性、进行性、迁延性的特点，建立皮肤辐射损伤模型有助于研究放射性皮肤损伤的发病机制和防治措施。本书以雄性小型猪为例，阐述放射性造血系统损伤模型的建立与常见检测指标。

选取6~7月龄的小型猪，体重18~20kg，常规饲养。将小猪麻醉后，剃去背部体毛，应用直线加速器照射背部皮肤。非照射部位以铅板屏蔽，照射面积为3cm×6cm，射线种类为6MeV电子线，剂量为50~100Gy，剂量率为1000cGy/min，源皮距为100cm。

动物受照后，采用肉眼观察并根据放射性皮肤损伤评价标准进行评分。（表3-3-2）

表3-3-2　放射性皮肤损伤评价标准

小鼠受照后，皮肤出现干性脱皮至湿性脱皮的变化过程，并呈现明显的水肿及溃疡，见图3-3-1。

图3-3-1　放射性皮肤损伤变化过程

小鼠在接受30Gy照射后逐步出现大片潮湿的溃疡、结疤

按实验所需时间点处死动物，快速取出组织，脱水透明，石蜡包埋，切片后行HE染色，观察表皮毛囊及血管结构、真皮层淋巴细胞浸润情况等。小鼠皮肤受照后HE染色及苦味酸染色显示其表皮及真皮结构紊乱，呈明显纤维化，见图3-3-2。

图3-3-2　小鼠皮肤受照后HE染色及苦味酸染色

小鼠在接受30Gy照射后，皮肤HE染色及苦味酸染色分别显示真皮层增厚和皮下组织纤维化

放射性皮肤损伤的生物学效应受射线种类、照射剂量、剂量率、间隔时间、照射面积、生物学、理化等多种因素影响。因此有必要研究放射性皮肤损伤的分子机制，寻找有效的治疗手段，而其中最重要的步骤是建立有效可靠的动物模型。利用皮肤损伤动物模型研究组织病理学改变，如表皮增厚、过度角化、毛囊内根鞘萎缩、毛囊数量减少等，探索其长期性、持久性、潜在性和进行性的特征，其致伤程度主要取决于照射剂量，即短期受照射剂量越大，皮肤损伤越严重。没有一种动物模型能完全复制人类疾病真实情况，动物毕竟不是人体的缩影。模型实验只是一种间接性研究，只能在一个局部或几个方面与人类疾病相似。因此，模型实验结论的正确性只是相对的，最终必须在人体身上得到验证。建模过程中一旦出现与人类疾病不同的情况，必须分析其分歧范围和程度，找到相平行的共同点，正确分析其价值与原因。