小鼠脑部质子部分照射后小胶质细胞的细胞特异性分析及其在神经炎症与BBB损伤中的作用

推荐：本研究针对质子放疗后迟发性脑组织反应机制不明的问题，通过建立小鼠脑部亚区质子单次高剂量照射模型，结合全脑切片成像与MRI对比增强病灶分析，首次揭示了小胶质细胞(Iba1+)密度、活化状态与剂量分布的空间相关性，发现神经发生区（海马、脑室周围）较皮层更易发生辐射诱导的神经炎症，为临床预测放射性脑损伤提供了新思路。

　　

在肿瘤放射治疗领域，质子治疗因其独特的布拉格峰(Bragg peak)剂量分布特性，能显著减少肿瘤后方正常组织受量，已成为儿童脑肿瘤的根治性手段。然而对于成人患者，其相较于传统光子放疗在降低晚期毒性方面的优势仍不明确。临床计划系统默认使用1.1的相对生物有效性(RBE)值，但实验数据显示该值存在显著波动。更令人担忧的是，长期生存患者的MRI检查中常发现脑室周围无症状病灶，这些患者往往伴随神经认知功能障碍，严重影响生活质量。这种迟发性损伤与中枢神经系统(CNS)常见的胶质增生反应密切相关，其中作为常驻免疫细胞的小胶质细胞(Iba1⁺)通过持续激活引发慢性神经炎症，破坏血脑屏障(BBB)，并促进神经干细胞向胶质细胞异常分化，最终导致神经元修剪和退行性病变。

为模拟临床观察到的影像学改变，德国德累斯顿的研究团队此前建立了小鼠脑部亚区质子单次高剂量(40-85 Gy)照射模型，并发布了包含治疗计划、纵向MRI和组织学图像的开放数据集。本次发表在《Clinical and Translational Radiation Oncology》的研究，通过扩充该数据集样本量（新增5只C3H/He和6只C57BL/6小鼠），首次实现了全脑组织切片中单个小胶质细胞的自动化定量分析，并将其与剂量分布、MRI对比增强病灶进行空间关联，揭示了辐射诱导小胶质细胞反应的剂量依赖性规律及其与BBB损伤的潜在关联。

研究采用蒙特卡洛模拟(TOPAS软件)计算90 MeV质子束在右海马区的剂量分布，通过锥形束CT(CBCT)引导实施精确照射。主要技术包括：全脑切片免疫荧光染色(Iba1/Ki67/DAPI)、基于Fiji-MorphoLibJ平台的微胶质形态学自动分类（非激活/激活/高度激活三类）、Slice2Volume算法实现组织学图像与CBCT剂量图的空间配准，以及考虑重复测量因素的广义估计方程(GEE)统计分析。样本来源于先前实验的C3H/He和C57BL/6小鼠，按剂量分组（低/中/高）和品系差异设置不同绝对剂量。

研究结果部分，《动物与实验设置》显示当MRI对比增强病灶体积超过40 mm³时小鼠难以存活至6个月终点，提示严重BBB损伤的致死性后果。《免疫荧光染色与ROI评分》通过严格的质量控制排除了6只样本，确保数据分析可靠性。《小胶质细胞特异性参数自动定量》开发了基于形态学特征（面积A_i、圆形度C_i）的M-score分类系统，将小胶质细胞分为三类：静息态（细长突起）、激活态（胞体肥大）和高度激活态（阿米巴样），并通过Bland-Altman验证了自动计数的准确性。

《图像配准》技术实现了组织学切片与剂量分布的空间映射，《统计分析》则发现不同脑区对辐射敏感性存在显著差异。《结果》部分的核心发现包括：1) C57BL/6小鼠中剂量组微胶质密度(124±7个/mm²)显著高于低剂量组(80±2个/mm²)，且与MRI病灶体积呈强相关(p<0.001)；2) 增殖性小胶质细胞(Ki67⁺Iba1⁺)在中剂量组明显增多；3) 空间分布显示激活/高度激活小胶质细胞选择性聚集于照射区域（如背侧穹窿、胼胝体），而皮层相对耐受；4) 海马分区分析显示颗粒细胞层比门区更敏感(p<0.001)，脑室周围区斜率最陡峭，提示神经发生区的高辐射敏感性。

《讨论》部分强调，该研究首次在亚区质子照射模型中证实：1) 小胶质细胞密度和活化程度与剂量呈空间相关性，且早于MRI可见的BBB损伤；2) 神经发生区（海马、脑室周围）较皮层更易发生辐射诱导的神经炎症；3) 高度激活的圆形小胶质细胞（具吞噬功能）选择性分布于高剂量区，可能与迟发性认知障碍相关。这些发现为理解放射性脑损伤的细胞机制提供了新视角，提示监测小胶质细胞活化状态可能成为预测放射性脑病的生物标志物，也为开发针对辐射诱导神经炎症的干预策略（如借鉴神经退行性疾病治疗药物）提供了理论依据。未来通过整合星形胶质细胞标记、空间组学数据和线性能量传递(LET)分布分析，将进一步完善辐射诱导脑损伤的多参数评估体系。