目的:目前,应用伽玛刀治疗癫痫的病例越来越多,临床上虽然取得一定效果,但尚有争议,尤其在伽玛刀治疗癫痫方面的放射生物学的基础研究比较薄弱。本实验以健康猫的脑额叶运动区皮质作为照射靶点,给予不同的伽玛刀照射剂量,观察照射后不同时间点脑额叶运动区皮质的形态学变化、细胞凋亡和bcl-2蛋白的表达情况,探讨γ射线诱发细胞凋亡的时间与剂量效应的关系及其分子机制,为临床上伽玛刀治疗功能区癫痫、肿瘤等疾病选择合适治疗剂量,减少放射性脑损伤提供了理论和实验的依据。方法:选用健康家猫96只,雌雄不限,体重2500~3500克。分为正常对照组、伽玛刀15Gy照射组和伽玛刀50Gy照射组,每组32只;观察时间点为伽玛刀照射后1d、2d、3d、7d、14d,共五个时间点。每一组每一个时间点随机选取6只健康家猫,正常对照组动物不进行伽玛刀照射,另两组动物分别给予不同剂量伽玛刀照射,于上述不同时间点处死后,取脑组织制成石蜡切片,然后,用免疫组化的方法检测bcl-2蛋白,用原位末端标记法(TUNEL法)检测脑细胞凋亡。另外,于照射后14d,每组选取2只动物进行MRI检查后,取标本进行透射电子显微镜观察超微组织结构改变。所有的数据均采用均数±标准差(x±s),用SAS统计软件进行分析比较,以P<0.05为差异有显著性。结果:1动物一般情况:所有试验动物均在伽玛刀照射后6~8小时后完全清醒,逐渐恢复饮食,未出现肢体偏瘫等症状,50Gy照射组动物1周内精神萎靡,摄食较差,活动少,1周后恢复正常。2 MRI观察大脑影像学改变:15Gy和50Gy照射组动物于照射后14d时行MRI扫描,均未发现明显的坏死病灶。3光镜下脑细胞形态改变:15Gy照射组动物伽玛刀术后14d内光镜下未见到神经元变性改变,50Gy伽玛刀术后14d内光镜下可见神经元变性,噬神经细胞现象。4透射电镜细胞形态观察结果:15Gy照射组2周时电镜下神经元细胞核形态正常,内质网扩张。50Gy照射组电镜下出现神经元核内液泡,核固缩,内质网及高尔基复合体扩张。5脑细胞凋亡改变:(1)伽玛刀照射组在照射后细胞凋亡呈增加的趋势。与对照组比较,15Gy和50Gy照射组在照射后各个时间点,凋亡细胞的阳性表达率均有增高,经统计学分析,差异有显著性(P<0.05)。(2)每一个伽玛刀照射组在照射后不同时间点凋亡细胞的动态表达有一定的规律性,即照射后1d,凋亡细胞阳性表达即开始升高,2d达到最高峰,以后逐渐降低,到14d时仍高于正常对照组。(3)对每一个时间点,凋亡细胞的阳性表达与照射剂量有一定相关性,照射剂量越高,凋亡细胞表达的越明显。50Gy照射组凋亡细胞的阳性表达率均高于15Gy照射组,经q检验,两个照射组只有在照射后2d,凋亡细胞的阳性表达率差别有显著性(P<0.05)。6脑细胞bcl-2蛋白表达水平改变:(1)伽玛刀照射组在照射后bcl-2阳性表达率呈降低的趋势。与对照组比较,15Gy和50Gy照射组在照射后各个时间点,bcl-2蛋白的阳性表达率均低于对照组,经统计学分析,差异有显著性(P<0.05)。(2)每一个伽玛刀照射组在照射后不同时间点bcl-2蛋白的动态表达有一定的规律性,即照射后1d,bcl-2蛋白表达即开始降低,2d达到最低值,以后逐渐回升,到14d时仍低于正常对照组。(3)对同一个时间点,bcl-2蛋白的阳性表达与照射剂量有一定相关性,照射剂量越高,bcl-2蛋白降低的越明显。50Gy照射组bcl-2蛋白的阳性表达均低于15Gy照射组但经两两比较q检验,差别无显著性(P>0.05)。结论:1边缘剂量15Gy,等剂量曲线50%属于伽玛刀治疗的安全剂量;边缘剂量50Gy,等剂量曲线50%照射14d可引起神经元变性,其长期改变有待更深入地研究。2本研究提示15Gy照射组术后引起放射性脑损伤的机率较低,为临床上应用低剂量(边缘剂量10~15Gy,等剂量曲线40~60%)伽玛刀治疗癫痫提供了理论和实验依据。3伽玛刀照射猫正常额叶运动区皮质14d内,细胞凋亡数量的改变与照射剂量呈正相关;脑细胞bcl-2蛋白表达减弱,可能是伽玛刀照射引起脑细胞凋亡的分子机制之一。