低劑量輻射誘導(dǎo)適應(yīng)性反應(yīng)的研究進(jìn)展

1、    低劑量輻射誘導(dǎo)適應(yīng)性反應(yīng)的研究進(jìn)展作者：劉自民，于洪升，崔復(fù)憲 作者單位：(青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腫瘤科，山東 青島 266003)【關(guān)鍵詞】 輻射劑量;適應(yīng)性反應(yīng);綜述NSCEAR(聯(lián)合國原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會)1986年規(guī)定，就人體照射而言，低水平輻射指劑量在0.2 Gy以內(nèi)的低LET輻射或0.05 Gy以內(nèi)的高LET輻射，同時劑量率在0.05 mGy/min以內(nèi)。實際研究中把照射劑量符合上述條件而劑量率高于0.05 mGy/min者稱低劑量輻射(LDR)。近年來，許多實驗證實低劑量照射預(yù)處理細(xì)胞或機(jī)體后可產(chǎn)生對隨后相對高劑量照射誘發(fā)損傷的抗

2、性，稱低劑量輻射誘導(dǎo)的適應(yīng)性反應(yīng)。1 適應(yīng)性反應(yīng)的基本特點1984年，OLIVIER等首先證實人淋巴細(xì)胞在低劑量輻射條件下可誘導(dǎo)出細(xì)胞遺傳學(xué)反應(yīng)，此后這一現(xiàn)象不斷被不同的體外或體內(nèi)實驗證實，其基本特點如下。(1)離體照射可誘導(dǎo)出適應(yīng)性反應(yīng) 人胚成纖維細(xì)胞受0.1 Gy的誘導(dǎo)劑量(D1)照射后4 h，再接受1.5 Gy的攻擊劑量(D2)，其對D2的抗性增高1。卵巢瘤細(xì)胞OVCAR3及骨髓瘤細(xì)胞RPMI8226受0.01 Gy劑量照射后，間隔4872 h給6 Gy照射劑量，細(xì)胞凋亡較對照組降低2。淋巴瘤EL4細(xì)胞先給0.075 Gy X線照射，6 h后再給2 Gy攻擊劑量，其G0/G1期細(xì)胞數(shù)高于

3、對照組。(2)體內(nèi)照射亦可誘導(dǎo)出適應(yīng)性反應(yīng) 75 mGy X線全身照射小鼠6 h后，再給1.5 Gy照射劑量，可減輕對免疫系統(tǒng)的損傷程度，表現(xiàn)為胸腺和脾細(xì)胞的3HTdR摻入率，脾細(xì)胞對ConA反應(yīng)性和脾細(xì)胞IL2活性均高于對照組3。李秀娟等4研究表明，采用C57BL/6J小鼠誘發(fā)胸腺淋巴瘤模型，每次1.75 Gy照射前6 h或12 h接受25 mGy或75 mGy全身照射均可降低胸腺淋巴瘤發(fā)生率，但預(yù)先接受75 mGy全身照射的作用效果更為明顯，即低劑量輻射可誘導(dǎo)輻射誘發(fā)胸腺淋巴瘤適應(yīng)性反應(yīng)。(3)適應(yīng)性反應(yīng)的劑量率效應(yīng)、時間效應(yīng)和劑量效應(yīng)劉淑春等5報道，小鼠全身X線照射75 mGy(D1)，

4、劑量率為6.2525.00 mGy/min，再給予1.5 Gy(D2)照射，劑量率為287 mGy/min，D1和D2間隔6 h，可誘導(dǎo)出小鼠胸腺細(xì)胞DNA裂解的適應(yīng)性反應(yīng)。小鼠全身照射75 mGy X射線后3、6、12、24和60 h分別給攻擊劑量1.5 Gy，結(jié)果在3、6和12 h誘導(dǎo)出小鼠胸腺細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期進(jìn)程的適應(yīng)性反應(yīng)，而24和60 h則未產(chǎn)生上述反應(yīng)6。FEINENDEGN實驗證明低劑量輻射誘導(dǎo)的適應(yīng)性反應(yīng)有劑量要求，低LET射線劑量范圍在0.010.2 Gy能誘導(dǎo)出適應(yīng)性反應(yīng)，高于0.2 Gy，適應(yīng)性反應(yīng)很少被誘導(dǎo)出，而當(dāng)超過0.5 Gy,適應(yīng)性反應(yīng)幾乎不出現(xiàn)7。(4)化學(xué)物

5、質(zhì)和電離輻射之間存在交叉適應(yīng)性反應(yīng) 孟慶勇等8研究證明，小鼠整體條件下的生殖細(xì)胞，無明顯毒性劑量的MMC和H2O2均可誘導(dǎo)抗1.5 Gy X線誘發(fā)的生殖細(xì)胞染色體損傷，并且50 mGy X射線也可誘導(dǎo)抗大劑量MMC和H2O2誘發(fā)的生殖細(xì)胞染色體損傷，但低濃度的環(huán)磷酰胺和低劑量電離輻射間未誘導(dǎo)出交叉適應(yīng)性反應(yīng)。他們認(rèn)為輻射與DNA交聯(lián)劑和DNA氧化性損傷因子之間存在低劑量誘導(dǎo)相互耐受的適應(yīng)性反應(yīng)，而與產(chǎn)生DNA烷基化損傷的烷化劑之間不存在交叉抗性。2 低劑量輻射誘導(dǎo)適應(yīng)性反應(yīng)的機(jī)制(1)低劑量輻射誘導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)機(jī)制 SHADLEY等9經(jīng)實驗推算低劑量輻射誘發(fā)的DNA損傷約是細(xì)胞正常代謝自發(fā)

6、產(chǎn)生的DNA損傷的5倍，細(xì)胞對這些輻射誘導(dǎo)損傷的反應(yīng)是激活修復(fù)相關(guān)基因，合成某些產(chǎn)物或使某些酶活性增高，使對隨后高劑量照射產(chǎn)生耐受。ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶(ATPRT)是DNA修復(fù)的重要酶，其抑制劑是3氨基苯甲酰胺(3AB)，細(xì)胞中加入3AB后，低劑量輻射不再誘導(dǎo)出適應(yīng)性反應(yīng)，而且如果淋巴細(xì)胞DNA雙鏈修復(fù)缺陷，也無適應(yīng)性反應(yīng)發(fā)生。有實驗證實，低劑量輻射作用后，細(xì)胞對隨后大劑量攻擊劑量所致的DNA雙鏈斷裂的重接修復(fù)率明顯提高，而且D1輻射能促進(jìn)ATPRT特異性底物輔酶(NAD)的細(xì)胞摻入1014。(2)低劑量輻射誘導(dǎo)適應(yīng)性反應(yīng)的細(xì)胞信號傳導(dǎo)機(jī)制低劑量輻射能激活某些信號傳遞系統(tǒng)，促進(jìn)與輻射耐受有關(guān)的

7、基因和基因產(chǎn)物的生成。蛋白激酶C(PKC)是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)鍵酶，低劑量輻射可激活PKC的活性，抑制PKC可阻斷適應(yīng)性反應(yīng)發(fā)生，而適量PKC激活物可誘導(dǎo)對相對高劑量照射的抗性15。SHIMIZU等16用誘導(dǎo)劑量0.02 Gy的X射線照射培養(yǎng)的小鼠細(xì)胞激活了PKC。另外，低劑量輻射還可激活有絲分裂原激活蛋白激酶(P38MAPK)，有絲分裂原激活蛋白激酶激活后可與磷脂酶(PLC)結(jié)合，使磷脂酰肌醇二磷酸水解為二酰甘油，再進(jìn)一步激活PKC，如此形成PKC/P38MAPK/PLC反饋通路，對低劑量輻射誘導(dǎo)的適應(yīng)性反應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。(3)低劑量輻射激活抗自由基、抗氧化損傷系統(tǒng) BRAVARD17給予成人

8、淋巴細(xì)胞系A(chǔ)HH1細(xì)胞0.02 Gy 射線照射6 h后再給3 Gy照射劑量，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中主要抗氧化酶如超氧化物歧化酶2(SOD2)、谷胱甘肽s轉(zhuǎn)移酶(GST)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)、過氧化氫酶(CAT)等活性高于單給0.02 Gy或3 Gy組。YAMAOKA等18也證明低劑量輻射可激活細(xì)胞中GPX及SOD的活性，可能與較高劑量輻射損傷的降低有關(guān)。金屬硫蛋白(MT)是一種小分子富含硫基的蛋白質(zhì)，能清除氫氧自由基(·OH)及保護(hù)DNA免受氧化損傷。CAI等19實驗證實將提取的MT直接加入含有胸腺DNA的磷酸緩沖液中，再接受低劑量射線照射，結(jié)果DNA損傷明顯低于無MT組。電離輻射作用

9、細(xì)胞或機(jī)體后，MT mRNA表達(dá)水平明顯增強(qiáng)。(4)低劑量輻射誘導(dǎo)的基因和蛋白的表達(dá) 低劑量照射后可激活PKC，進(jìn)而導(dǎo)致一些基因的表達(dá)，如cfos、cjun等，并增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄因子AP1和NFB的活性，然后產(chǎn)生一些蛋白質(zhì)。低劑量輻射可誘導(dǎo)某些蛋白質(zhì)分子的表達(dá)，包括新的蛋白質(zhì)分子的出現(xiàn)，原有蛋白質(zhì)分子的消失或某些蛋白質(zhì)分子水平的改變。CHEN等20用高分辨率2DPAGE和銀染分析發(fā)現(xiàn)，小鼠在低劑量全身照射(LDWBI)后胸腺細(xì)胞中17種核蛋白、9種胞漿蛋白和2種細(xì)胞外蛋白較對照組升高，而10種核蛋白、5種胞漿蛋白和4種胞外蛋白消失，這些蛋白為抗氧化性或保護(hù)性蛋白，保護(hù)放射誘導(dǎo)的DNA或細(xì)胞膜損傷。(5

10、)ROS(reactive oxygen species)的作用 ROS主要由還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶系產(chǎn)生。ROS廣泛參與細(xì)胞功能調(diào)節(jié)。實驗證實低劑量輻射能產(chǎn)生較多ROS。用低LET的137Cs射線和250 kV X線照射組織，發(fā)現(xiàn)每納克受照組織在平均吸收劑量時不到1 s就可以產(chǎn)生數(shù)百個ROS，而高LET射線照射會產(chǎn)生更多，4 MeV的粒子照射不到1 s內(nèi)即可產(chǎn)生7 000個ROS。突然增多的ROS起信息傳遞作用，通過引起凋亡，刺激抗氧化保護(hù)系統(tǒng)和DNA修復(fù)，以及提高免疫力，通過正常細(xì)胞增殖取代異常細(xì)胞而起到消除損傷的作用，在適應(yīng)性反應(yīng)中起重要作用。但ROS是把“雙

11、刃劍”，當(dāng)ROS濃度過高時，會引起細(xì)胞損傷，主要是DNA損傷，非常高濃度時甚至?xí)鸺?xì)胞壞死21,22。綜上所述，對低劑量輻射誘發(fā)適應(yīng)性反應(yīng)的證據(jù)近20余年已有了相當(dāng)?shù)姆e累，其機(jī)制雖尚未闡明，但人們已認(rèn)識到低劑量輻射誘導(dǎo)的適應(yīng)性反應(yīng)是通過激活細(xì)胞中的信號傳遞系統(tǒng)，引起基因表達(dá)或關(guān)閉，一系列蛋白或酶的產(chǎn)生而對自由基進(jìn)行消除，使損傷后DNA修復(fù)，最終通過凋亡等機(jī)制清除帶有損傷的細(xì)胞或?qū)ο嗬^高劑量輻射產(chǎn)生抗性。低劑量輻射誘導(dǎo)的適應(yīng)性反應(yīng)能增強(qiáng)正常細(xì)胞對治療劑量照射的抵抗性，即可能會減少放射治療的副作用，這點引起了許多學(xué)者的興趣和關(guān)注。但低劑量輻射的適應(yīng)性反應(yīng)現(xiàn)象比較復(fù)雜，它的出現(xiàn)受多種因素影響，要真

12、正將其用于臨床治療，還需深入研究。【參考文獻(xiàn)】1ISHII K, MISONOH J. Induction of radio adaptive response by lowdose Xirradiation on chromosome aberrations in human embryonic fibroblastsJ. Physiol Chem Phys Med NMR, 1996,28:8390.2FILIPPOICH I V, SORODINA N I, ROBICLARD N. Radiationinduced apoptosis in human tumor cell lines

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