image: 低劑量電離輻射（LDIR）可加速成年小鼠缺血性中風後的傷口癒合。（A）出現缺血性中風的小鼠分成兩組，其中一組小鼠接受了300mGy的低劑量X射線照射治療，另一組小鼠則只接受了「虛假照射」作為對照。（B和C）經X射線（300 mGy）照射治療小鼠的腦梗塞體積（黑色虛線），在腦創傷一天及三天之後明顯縮小。(D）磁力共振成像（MRI）監測同一隻小鼠在恢復期間的腦梗塞情況。（E）磁力共振成像證實曾接受X射線照射治療的小鼠，其平均腦梗塞體積顯著縮小（圖D的紅色虛線）。 view more
Credit: Au, N. P. et al., https://doi.org/10.1016/j.bbi.2023.09.015
創傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）和缺血性中風是全球公共衛生重大議題之一，也是導致死亡和殘疾的主要原因。由香港城市大學（城大）神經科學家領導的一支研究團隊最近便發現，低劑量電離輻射（low-dose ionizing radiation，LDIR）如X射線，可以縮小受創傷性腦損傷或缺血性中風的小鼠的腦部受損範圍，並逆轉運動神經的破損，顯示出低劑量電離輻射具潛力成為治療創傷性腦損傷或中風病人的新策略。
據統計，近半的創傷性腦損傷及中風患者會出現終生行動障礙或殘疾。「一般來說，創傷性腦損傷（例如車禍和長者跌倒而造成的機械性損傷）或中風（腦部血流受阻），會即時引起原發性損傷，令腦部出現不利和嚴峻的神經炎症環境，繼而導致繼發性的腦損傷。」負責領導這項研究的城大神經科學系馬智謙教授解釋腦創傷容易惡化的原因，他續說︰「然而，到目前為止，仍缺乏有效的治療方法，去修復腦部受創後的中樞神經系統。」
科研界早已知道低劑量X射線照射，主要是基於免疫調節，可以加強體內的適應性反應，包括延長動物的平均壽命、刺激免疫系統、促進傷口癒合和刺激細胞生長，以及在神經退化性疾病的動物模型中，具神經保護作用。根據這些研究，馬教授及其團隊便推測，低劑量離子輻射的免疫調節效應，或可在減輕腦部受傷後的傷害和促進傷口癒合方面，發揮關鍵作用。
他們最新的研究便展示出，低劑量X射線完全逆轉了創傷性腦損傷和中風小鼠的運動障礙，並令小鼠中風後恢復腦部活動。更重要的是，即使延遲低劑量X射線治療8小時，仍然能夠使中風小鼠的運動功能完全恢復，這對於把研究結果轉化為臨床應用，極具臨床相關性，因為在臨床環境中往往可能需要數小時甚至更長時間才能進行治療。
在實驗中，小鼠在遭受皮層刺傷或光血栓缺血性中風後，接受了全身X射線照射治療，而對照組的小鼠則未接受X射線照射。在皮層刺傷後的第七天，接受了X射線照射的小鼠的損傷範圍減少了48%。磁力共振成像顯示，在引發缺血性中風後的第一周內，X射線照射顯著減少了中風小鼠的腦部梗塞體積，縮少了43%至51%。這結果與常見的臨床觀察現象吻合，即是中風患者的腦部梗塞體積愈小，臨床治療效果通常愈好。
此外， 「狹窄木條行走」、「爬桿」和「握力」測試顯示，X射線照射加速了遭皮層刺傷和缺血性中風小鼠的運動功能恢復。例如，接受了X射線照射的小鼠能夠用更短的時間走過狹窄木條，而且滑倒失足的次數較少，顯示接受X射線照射的小鼠在皮層刺傷和缺血性中風後，很快便展示出更強的運動協調性和平衡能力。
研究團隊還進行了系統級的基因轉錄組分析。結果顯示，曾接受LDIR治療的小鼠體內，在涉及小膠質細胞的炎症和免疫反應相關的路徑中，增加了上調基因。LDIR誘導了抗炎和吞噬相關基因的上調，並下調了會促使發炎的關鍵細胞因子的產生。這表明LDIR 透過促進（表達）涉及抗炎和免疫反應的基因，從而達致強大的免疫調節作用。
更值得注意的是，團隊的研究顯示，LDIR促進了大腦運動皮層的「軸突投射」，即有助於受損的大腦組織「重新布線」。研究人員並在小鼠中風數月後，通過腦電圖記錄檢測到大腦活動的恢復。即使把 LDIR治療時間推遲到小鼠腦部受傷或中風後8小時，仍能夠對小鼠運動能力的恢復保持全面治療效果。
馬教授總結研究成果說：「我們的研究結果表明，LDIR是治療創傷性腦損傷和中風的一種極具前景的治療策略。因為醫學用的X射線照射設備，在各大醫院都很容易找到。我們相信這一嶄新的腦創傷治療策略，可用於解決這長久以來的醫療需要，讓病人在出現創傷性腦損傷或中風等嚴重腦損傷後有限的治療窗口內，加速其運動能力的恢復，因此值得進行進一步臨床研究，以探討作為日後治療新策略。」
上述研究成果已於學術期刊《Brain, Behavior, and Immunity》上刊登，題為〈Low-dose ionizing radiation promotes motor recovery and brain rewiring by resolving inflammatory response after brain injury and stroke〉。
論文第一作者為城大博士畢業生、現為樸次茅斯大學講師的區雁斌博士，通訊作者為馬教授。其他城大的合作者包括陳葦恩教授、余君岳教授以及博士生吳談和黎皓致。上述研究獲得香港研究資助局優配研究金、香港食物及衞生局醫療衞生研究基金，以及深圳市科技創新委員會的支持。
Journal
Brain Behavior and Immunity
Method of Research
Experimental study
Subject of Research
People
Article Title
Low-dose ionizing radiation promotes motor recovery and brain rewiring by resolving inflammatory response after brain injury and stroke
Article Publication Date
27-Sep-2023