放射性口干症动物模型建立及颌下腺放射性组织损伤的生物学效应

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.32.014

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (32): 5164-5169.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.32.014

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放射性口干症动物模型建立及颌下腺放射性组织损伤的生物学效应

李碧霞1，陈倩怡1，戴振晖2，叶景云1，王文静1，陈珊1，张嘉鹏1，陈佩仪1

(1广州中医药大学护理学院，广东省广州市 510006；2广东省中医院大学城放疗科，广东省广州市 510006)

收稿日期:2017-06-25 出版日期:2017-11-18 发布日期:2017-11-15
通讯作者: 陈佩仪，硕士，教授，广州中医药大学护理学院，广东省广州市 510006
作者简介:李碧霞，女，1990年生，广东省五华县人，汉族，2017年广州中医药大学毕业，硕士，主要从事中医护理方面的研究。
基金资助:
广东省自然科学基金项目(2014A030313405)

Modeling and biological effects of radiation-induced xerostomia

Li Bi-xia1, Chen Qian-yi1, Dai Zhen-hui2, Ye Jing-yun1, Wang Wen-jing1, Chen Shan1, Zhang Jia-peng1, Chen Pei-yi1

(1School of Nursing, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510006, Guangdong Province, China; 2Department of Radiotherapy, Daxuecheng Branch of Guangdong Provincial Hospital of Chinese Medicine, Guangzhou 510006, Guangdong Province, China)

Received:2017-06-25 Online:2017-11-18 Published:2017-11-15
Contact: Chen Pei-yi, Master, Professor, School of Nursing, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510006, Guangdong Province, China
About author:Li Bi-xia, Master, School of Nursing, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510006, Guangdong Province, China
Supported by:
the Natural Science Foundation of Guangdong Province, No. 2014A030313405

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
放射性口干症：指接受放疗的头颈部肿瘤患者因其唾液腺受到照射后发生损伤，发生唾液性质和唾液量的改变，并引起口干、黏膜炎等一系列相关症状，远期反应严重者甚至出现吞咽和交谈困难、味觉丧失、龋齿发生及口腔真菌感染等。
颌下腺指数：又称为颌下腺系数颌下腺指数，能反映腺体的变化情况，指数增大，提示腺体充血、水肿或增生肥大等；指数减小，表示腺体萎缩和其他退行性变产物。

摘要
背景：目前对于唾液腺的放射性损伤机制还未明确，治疗和防护措施也处于探索阶段。
目的：建立放射性口干症大鼠模型，并观察18 Gy电子线照射后大鼠颌下腺组织损伤情况及唾液成分变化。
方法：通过随机对照实验，将115只Wistar大鼠随机分成照射组和假照射组，假照射组只麻醉不照射，照射组麻醉后使用直线加速器一次性照射18 Gy。将大鼠颌下腺部位暴露于照射区，制备放射性口干症模型。记录造模后21 d内饮水量；分1，3，7，14，21，28，35，42 d 8个时间点收集唾液、摘取颌下腺腺体，测量唾液量、颌下腺指数，对颌下腺切片行苏木精-伊红染色观察组织形态学变化。
结果与结论：①放射后1-21 d照射组大鼠每天平均饮水量为(6.42±1.91) mL，假照射组为(4.82±1.20) mL，差异有显著性意义(P < 0.05)；②在放射后42 d内照射组唾液量均少于假照射组，其中照射组大鼠照射后第7天唾液量降至最低；7，21，28，42 d比较差异有显著性意义(P < 0.05)；③1 d及21-42 d，照射组颌下腺指数均小于假照射组(P < 0.05)；④苏木精-伊红病理结果显示，照射组大鼠颌下腺炎性浸润、腺体萎缩、核固缩等损伤情况呈渐进性加重，放射后42 d损伤最为严重；⑤综上，Wistar大鼠接受直线加速器电子线18 Gy照射后，放射性口干症模型成功建立，直观表现为饮水量增加，唾液量减少，病理切片显示颌下腺病理损伤程度在42 d内随时间的增加呈进行性加重。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0002-3536-589X(李碧霞)

关键词: 组织构建, 组织工程, 放射性口干症, 动物模型, 颌下腺, 直线加速器, 广东省自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: There is little information available in the mechanism of radiation-induced salivary gland injury, and its treatment and prevention are still at the exploratory stage.
OBJECTIVE: To establish a rat model of radiation-induced xerostomia with 18 Gy electron beam and to observe the pathological changes of the submandibular gland and changes in saliva ingredients.
METHODS: Totally 115 Wistar rats were randomly divided into exposure and control groups: the rats in the exposure group were subjected to anesthesia, and the submandibular gland received 18 Gy electron beam radiation to establish the model of radiation-induced xerostomia. The rats in the control group were only anesthetized but not exposed to radiation. The water intake was recorded at 21 dys after modeling. The saliva was collected and the submandibular gland was removed at 1, 3, 7, 14, 21, 28, 35 and 42 days to detect the saliva volume and submandibular gland index, and the morphological changes of the submandibular gland were observed by hematoxylin-eosin staining.
RESULTS AND CONCLUSION: At 1-21 days after modeling, the average daily water intake was (6.42±1.91) mL in the exposure group and (4.82±1.20) mL in the control group, respectively (P < 0.05). During 42 days after modeling, the saliva secretion volume in the exposure group was lower than that in the control group, which was the lowest on day 7, and the difference was significant at 7, 21, 28 and 42 days after modeling between two groups (P < 0.05). The submandibular gland index in the exposure group was significantly lower than that in the control group at 1 and 21-42 days after modeling (P < 0.05). Hematoxylin-eosin staining results showed that in the exposure group, the rat submandibular gland appeared with inflammatory infiltration, glandular atrophy and karyopyknosis that were aggravated with time until day 42. To conclude, the rat model of radiation-induced xerostomia is established successfully with 18 Gy beam, characterized as increased water intake, decreased saliva volume and progressive aggravation of pathological injury of the submandibular gland.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Xerostomia, Radioactivity, Models, Animal, Submandibular Gland, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

李碧霞，陈倩怡，戴振晖，叶景云，王文静，陈珊，张嘉鹏，陈佩仪. 放射性口干症动物模型建立及颌下腺放射性组织损伤的生物学效应[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(32): 5164-5169.

Li Bi-xia1, Chen Qian-yi1, Dai Zhen-hui2, Ye Jing-yun1, Wang Wen-jing1, Chen Shan1, Zhang Jia-peng1, Chen Pei-yi1. Modeling and biological effects of radiation-induced xerostomia[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(32): 5164-5169.

图/表（结果） 3

2.1 实验动物数量分析纳入大鼠115只，随机分为2组，照射组59只，假照射组56只。全部进入结果分析，无脱失。

2.2 两组1-21 d的饮水量比较照射组大鼠饮水量明显高于假照射组，见图1。照射组大鼠由于放射导致口干，从而增加了饮水量，照射组饮水量(6.42±1.91) mL与假照射组饮水量(4.82±1.20) mL相比，经两独立样本t 检验，差异有显著性意义(t=3.268，P=0.002 < 0.05)。

2.3 两组唾液量比较假照射组唾液量增加，到21 d后恒定不再增加；而照射组唾液量先降低后上升，唾液量一直低于假照射组，且两组唾液量差异从14 d后开始逐渐增大，见图2。

在放射后42 d内照射组唾液量均少于假照射组，其中照射组大鼠照射后第7天，唾液量降至最低，2组7，21，28，42 d比较差异有显著性意义(P < 0.05)，见表1。提示照射组大鼠唾液腺受照射影响，唾液分泌功能降低，唾液量明显减少，放射性口干症模型建立成功。

2.4 两组颌下腺指数比较照射组颌下腺指数均小于假照射组，3，7，14 d比较有差别但差异无显著性意义，但1，21，28，35，42 d比较差异有显著性意义(P < 0.05)，见表2。

2.5 唾液成分分析 2组唾液成分比较，3，7 d钠离子比较差异有显著性意义，28 d钾离子差异有显著性意义，35 d淀粉酶的差异有显著性意义，其他时间2组差异无显著性意义，见表3。

2.6 两组颌下腺苏木精-伊红染色对比根据苏木精-伊红切片图信息将1-14 d划分为照射前期，21-42 d为照射后期。

图3清晰显示，颌下腺主要以浆液细胞为主，可见黏液细胞、纹管细胞、血管等。照射组颌下腺组织发生较大的病理变化，照射前期颌下腺间质水肿、炎性浸润较严重，轻微腺泡细胞萎缩、核固缩；而照射后期腺泡细胞发生明显萎缩，核固缩严重。损伤程度呈进行性加重，放射后42 d损伤最为严重，可见腺体被间质结缔组织分割成小叶，腺体周围可见有明显的炎性细胞浸润，腺体明显发生萎缩，腺细胞核可见有固缩，间质明显增宽，间质血管充血明显。

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引言

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验。

1.2 时间及地点于2015年11月至2016年1月在广州中医药大学完成。

1.3 材料

1.3.1 实验动物 Wistar大鼠由广州中医药大学动物中心统一提供，体质量180-220 g，实验机构许可证号：SCXK(粤)2013-0034。

1.3.2 仪器及试剂美国医用Varian23EX医用直线加速器；测量Na⁺、K⁺、淀粉酶的试剂盒均由南京建成生物公司提供，用分光光度计检测，型号UV1100II(上海天美公司)；微量有机除热源型超纯水，型号WP-UP-UV-20(四川沃特尔公司)。

1.4 方法

1.4.1 分组与造模大鼠按随机数字表法分为照射组(n=59)及假照射组(n=56)。假照射组只麻醉不照射，照射组麻醉后使用直线加速器一次性照射18 Gy(射线类型：电子线，能量为9 mV，剂量率为3 Gy/min)，将大鼠颌下腺部位暴露于照射区(暴露区域：1.5 cm×1.5 cm)，其他部位由2 cm铅板遮档，避免受到射线影响。2组分8个时间段：1，3，7，14，21，28，35，42 d取样，期间不限制饮食量，每组各个时间段取七至八只大鼠收集唾液并解剖。

1.4.2 取样方法大鼠称质量后用10%的水合氯醛3 mL/kg麻醉，麻醉后用棉球将大鼠口腔擦净，皮下注射0.2%的毛果芸香碱2 mg/kg，使用移液枪收集唾液20 min，将收集好的唾液放于2 mL离心管中，收集过程中，离心管置于碎冰中，避免唾液成分变性。唾液收集完毕处死大鼠，迅速取出双侧颌下腺，称质量后，将左侧腺体置于40 g/L多聚甲醛中浸泡固定，以备做苏木精-伊红染色切片。

1.4.3 样本的保存与检测唾液置于-20 ℃冰箱中保存，腺体置于40 g/L多聚甲醛中浸泡固定。Na⁺、K⁺用去离子水稀释10倍、淀粉酶用生理盐水稀释200倍，均使用分光光度计检测。Na⁺、K⁺采用比浊法，又称浊度测定法，为测量透过悬浮质点介质的光强度来确定悬浮物质浓度的方法，是一种光散射测量技术。淀粉酶采用碘-淀粉比色法，是利用淀粉酶能水解淀粉生成葡萄糖等，在底物浓度已知并且过量的情况下，加入碘液与未分解的淀粉结合生成蓝色复合物，根据蓝色的深浅算出水解的淀粉量，从而计算淀粉酶的活力。苏木精-伊红染色病理结果由广州中医药大学病理实验室测定。

1.5 主要观察指标记录2组大鼠21 d内的饮水量；分1，3，7，14，21，28，35，42 d 8个时间点收集唾液、摘取颌下腺腺体，测量唾液量、颌下腺指数(颌下腺指数又称为颌下腺系数，即颌下腺腺体质量与体质量之比)、唾液成分Na⁺、K⁺、淀粉酶浓度；对颌下腺切片行苏木精-伊红染色观察组织形态学变化。1.6 统计学分析采用SPSS 21.0统计软件建立数据库和统计分析，计量资料用x(_)±s表示，满足正态分布的采用两独立样本t 检验，不满足正态分布则采用秩和检验。以P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

头颈部肿瘤是华南地区常见的恶性肿瘤，目前主要治疗手段是以放疗为主的综合治疗，放疗主要有常规放疗、三维适行放疗、调强放疗。无论采用哪种放疗方式，其射线的能量都能使大量的水分子电离或激发，形成正、负离子，进而生成活泼自由基或强氧化剂，使细胞中的DNA、RNA等分子键断裂，最后导致细胞变形、遗传基因改变或死亡。射线在杀伤肿瘤细胞的同时，也不可避免对唾液腺造成损伤，导致放射性口干症，引起唾液分泌的数量、性质和成分改变。患者放疗1周左右，剂量达到10-15 Gy就会出现唾液迅速减少，当照射3周剂量超过27 Gy临界点就出现唾液腺不可逆的损伤，随着剂量的增加口干症状加重，放疗6-8周后唾液几乎没有^[1-3]。放射性口干发生的机制研究还处于探索阶段，对于放射性口干症动物模型的建立，国内外也有相关研究报道^[4-21]，1990年Vissink 等^[22]采用X射线5-20 Gy不同剂量损伤大鼠唾液腺，认为15-20 Gy照射后大鼠唾液流率降低最为显著，而后研究则认为用15 Gy的X射线来建立大鼠放射性口干症模型较合适^[23-24]，唾液腺损伤程度随剂量的增加而递增，而20 Gy照射后大鼠唾液腺损伤严重以致美国食品药品管理局认可的涎腺分泌刺激物匹罗卡品的治疗也无法起效。Timiri Shanmugam^[25]甚至采用分割照射法对斯普拉格道利大鼠进行多次照射，2.5 Gy/(次•d)，4次/周，照射2周，累计剂量为20 Gy。近年研究还采用⁶⁰Co15 Gy照射白化大鼠和γ射线30 Gy对Wistar大鼠进行照射建模^[26-27]。由于国内外研究采用动物种类、大小、射线种类等不同，建模方法也各异，因此，寻求更新、更接近临床的造模方法是本研究的首要任务。参考上述文献的放射剂量，本研究首先通过预实验使用直线加速器电子线15 Gy一次性照射，观察大鼠唾液量变化不明显，饮食量差异无显著性意义，腺体受损情况不明显，未能成功建模，当剂量增加到18 Gy照射后，大鼠腺体病理变化明显，初期直观表现为饮水量增加，后期唾液量显著减少。

21 d前照射组与假照射组比较饮水量明显，唾液量减少，但差异无显著性意义(P > 0.05)。21 d后2组饮水量差异无显著性意义；而2组唾液量比较，差异有显著性意义 (P < 0.05)，2组食物量、体质量照射前后差异均无显著性意义。该结果结合Konings等^[28]的研究可进行以下推论：21 d前射线对腺泡细胞膜造成急性损伤，从而降低了腺泡细胞的水分泌功能，唾液量减少，因此照射组大鼠出现口干、口渴，饮水量增加，由于饮水增加缓解了口干，所以前期唾液量减少相对不明显。21 d后随着时间的增加，照射组唾液腺损伤进行性加重，腺泡细胞数量减少，腺体体积萎缩，严重影响唾液腺分泌功能，因此唾液分泌显著降低，照射后唾液量持续减。

张艳丽等^[29]通过实验发现照射组的大鼠唾液Na⁺降低、K⁺先降低后升高、淀粉酶升高。Phillips等^[30]发现照射后大鼠唾液Na⁺浓度降低，K⁺、淀粉酶浓度在照射后快速的增加。研究还发现大鼠放射后唾液成分Na⁺、K⁺、淀粉酶浓度在不同时期变化不同，或增加或减少、甚至不变^[31-32]。本研究Na⁺、K⁺、淀粉酶在1，42 d内呈现无规则变化，如表5所示，2组比较后3，7 d的Na⁺浓度差异有显著性意义及28 d的K⁺浓度、35 d的淀粉酶的差异有显著性意义，其余时间的结果或增加或减少，差异无显著性意义，因此唾液Na⁺、K⁺、淀粉酶浓度不能作为建立放射性口干症动物模型结果的判断依据。

颌下腺指数能反映腺体的变化情况，指数增大，提示腺体充血、水肿或增生肥大等；指数减小，表示腺体萎缩和其他退行性变^[33]。2组颌下腺指数比较照射组均小于假照射组，1，21，28，35，42 d的差异具有显著性意义，3，7，14 d的颌下腺切片显示腺体炎性浸润、水肿情况较严重，而腺体萎缩程度轻微，因此腺体质量下降相对不明显，但腺体总体质量在下降，导致2组差异存在却无显著性意义。在2组体质量差异无显著意义的情况下，腺体指数下降，说明照射后大鼠颌下腺出现萎缩，体积减少、质量下降。从总体看来，颌下腺病理损伤程度呈进行性加重，放射后42 d损伤最为严重。

结论：综上所述，Wistar大鼠采用直线加速器电子线一次性照射18 Gy后，放射性口干症模型成功建立，大鼠直观表现为饮水量增加，唾液量减少，病理切片显示颌下腺炎性浸润、腺体萎缩、核固缩等损伤情况在42 d内随时间的增加呈进行性加重。直线加速器电子线具有剂量计算精确、放射过程中剂量均匀准确，可实现靶区剂量足够大，危及周围器官剂量足够小，既能杀灭肿瘤细胞又能降低放疗的副作用，是临床放疗的首选治疗方法，但目前国内外缺乏对Wistar大鼠使用直线加速器电子线建立放射性口干症模型的相关研究，并且Wistar大鼠具有性情温顺、繁殖力强，自发性肿瘤发生率低的优势，对实验研究的顺利进行有极大的优势。本实验首次采用直线加速器电子线18 Gy对Wistar大鼠建立放射性口干症模型，填补了目前的研究空缺，本研究使用直线加速器电子线建立模型，能更贴近临床，为今后防治放射性口干症的研究提供一个更为准确、适宜的放射性口干症动物模型。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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