下丘脑小胶质细胞活化在脑部放疗诱导免疫抑制中的关键作用及机制研究

Immunosuppression induced by brain radiotherapy is associated with poor prognosis, which mechanism is unknown. In our previous study, we found that glioma patients with post-operative radiotherapy suffered more lymphopenia and shorter overall survival for who received high dose of hypothalamus irradiation. In addition, we found microglia in the hypothalamus activated and produced more interleukin-1β (IL-1β) after brain irradiation for rats. Therefore, we propose our hypothesis that, active microglia of hypothalamus introduce immunosuppression by IL-1β and brain-derived neurotrophic factor (BDNF). To verify our hypothesis, we will explore whether brain-immune mechanism exist except direct lymphocyte injury by different fractions of brain irradiation and different organ radiation. And we will explore whether hypothalamus is the key tissue for brain irradiation induced immunosuppression, by precision radiotherapy for hypothalamus and other brain tissues. In addition, we will explore whether microglia activation is the key cell incident by deprivation of them or inhibiting their activation. Besides, we will explore whether IL-1β-BDNF pathway is the key molecular mechanism, by IL-1β receptor inhibitor and overexpression of BDNF. This research will help us find the methods to ameliorate immunosuppression induced by brain radiotherapy, and better efficacy of brain radiotherapy will be achieved in the future.

脑部放疗诱导的免疫抑制与患者预后不良有关，但其机制尚不清楚。我们前期研究发现：脑胶质瘤放疗后，下丘脑照射剂量高的患者淋巴细胞减少症更多，存活时间更短；大鼠脑部照射后下丘脑小胶质细胞活化，白介素（IL）-1β表达增加。因此，我们提出研究假设：下丘脑小胶质细胞活化通过IL-1β-脑源性神经营养因子(BDNF)通路介导脑部放疗后的免疫抑制。为验证此假设：我们将通过不同照射次数的脑部照射和不同器官的单次照射，探讨是否存在淋巴细胞直接损伤外的“脑-免疫”机制；通过下丘脑等脑组织的精准照射，探讨下丘脑是否是其关键脑组织；通过剥夺小胶质细胞或抑制小胶质细胞活化，探讨小胶质细胞活化是否是其关键细胞事件；通过IL-1β受体阻滞剂或提高BDNF表达，探讨IL-1β-BDNF通路是否是其关键分子机制。本课题的开展将有助于开发缓解脑部放疗诱导免疫抑制的方法，进一步提高脑部放疗的疗效。

放疗是恶性肿瘤最重要的治疗方法之一。我们前期研究发现脑胶质瘤患者接受术后放疗后会出现淋巴细胞降低，与患者预后不良有关。为研究脑照射对全身免疫系统的影响，我们首先建立小鼠脑照射模型。我们发现脑照射可以引起小鼠显著的全身免疫系统变化，脑照射可以引起一系列免疫抑制现象，包括外周血中淋巴细胞和Tc细胞总数减少，Treg细胞增多，脾脏重量减轻；同时也会引起免疫增强现象，包括脾脏T细胞和NK细胞增多。针对这些脑照射的全身效应，我们检测了下丘脑-垂体-肾上腺系统的激素水平，发现脑照射可提高小鼠外周血中的皮质酮(CORT)、促肾上腺皮质激素（ACTH）、下丘脑中的促肾上腺皮质释放激素(CRH)含量。这些应激激素水平变化可以部分解释脑照射引起的免疫抑制状态。同时我们还发现脑照射可以引起小鼠下丘脑中的脑源性神经营养因子(BDNF)增高，这可以部分解释脑照射对免疫系统的正性作用。接着我们研究脑照射对颅外肿瘤生长的影响，在小鼠脑照射2周后于大腿根部接种Lewis肿瘤细胞，发现脑照射可以抑制肿瘤生长。为检验正常组织照射引起的肿瘤生长抑制是否具有部位特异性，我们在小鼠胸部照射2周后于大腿根部接种Lewis肿瘤细胞，发现胸部照射同样可以抑制肿瘤细胞生长，说明正常组织照射引起的肿瘤生长不具有部位特异性。此外，我们发现胸部照射可以诱发小鼠外周血更为显著的免疫抑制状态，但也可以引起小鼠脾脏里的B细胞增高。在胸部肿瘤患者接受胸部照射后，观察到放疗结束时所有淋巴细胞亚群都下降约50%-90%，但不同淋巴细胞亚群在放疗后恢复特征不同：Tc细胞到放疗1月后快速恢复到基线水平；B细胞和NK在放疗7月后缓慢恢复到基线水平；Th细胞呈现持续抑制状态。我们还探索发现，断食可以部分恢复小鼠脑照射后的淋巴细胞亚群数量，这可能与断食调节小鼠脾脏和骨髓中的IL-7和IL-15含量有关。本研究已初步阐明小鼠脑照射影响颅外免疫系统的现象及机制，并创新性发现正常组织照射可以抑制肿瘤细胞生长，为放疗的远隔效应提供新的解释机制。