低劑量輻射誘導適應(yīng)性反應(yīng)的研究進展

1、    低劑量輻射誘導適應(yīng)性反應(yīng)的研究進展作者：劉自民，于洪升，崔復憲 作者單位：(青島大學醫(yī)學院附屬醫(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處理細胞或機體后可產(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胞在低劑量輻射條件下可誘導出細胞遺傳學反應(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)離體照射可誘導出適應(yīng)性反應(yīng) 人胚成纖維細胞受0.1 Gy的誘導劑量(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。卵巢瘤細胞OVCAR3及骨髓瘤細胞RPMI8226受0.01 Gy劑量照射后，間隔4872 h給6 Gy照射劑量，細胞凋亡較對照組降低2。淋巴瘤EL4細胞先給0.075 Gy X線照射，6 h后再給2 Gy攻擊劑量，其G0/G1期細胞數(shù)高于

3、對照組。(2)體內(nèi)照射亦可誘導出適應(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)為胸腺和脾細胞的3HTdR摻入率，脾細胞對ConA反應(yīng)性和脾細胞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，可誘導出小鼠胸腺細胞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誘導出小鼠胸腺細胞凋亡和細胞周期進程的適應(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)很少被誘導出，而當超過0.5 Gy,適應(yīng)性反應(yīng)幾乎不出現(xiàn)7。(4)化學物

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胞，無明顯毒性劑量的MMC和H2O2均可誘導抗1.5 Gy X線誘發(fā)的生殖細胞染色體損傷，并且50 mGy X射線也可誘導抗大劑量MMC和H2O2誘發(fā)的生殖細胞染色體損傷，但低濃度的環(huán)磷酰胺和低劑量電離輻射間未誘導出交叉適應(yīng)性反應(yīng)。他們認為輻射與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 低劑量輻射誘導適應(yīng)性反應(yīng)的機制(1)低劑量輻射誘導的DNA損傷修復機制 SHADLEY等9經(jīng)實驗推算低劑量輻射誘發(fā)的DNA損傷約是細胞正常代謝自發(fā)

6、產(chǎn)生的DNA損傷的5倍，細胞對這些輻射誘導損傷的反應(yīng)是激活修復相關(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修復的重要酶，其抑制劑是3氨基苯甲酰胺(3AB)，細胞中加入3AB后，低劑量輻射不再誘導出適應(yīng)性反應(yīng)，而且如果淋巴細胞DNA雙鏈修復缺陷，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，細胞對隨后大劑量攻擊劑量所致的DNA雙鏈斷裂的重接修復率明顯提高，而且D1輻射能促進ATPRT特異性底物輔酶(NAD)的細胞摻入1014。(2)低劑量輻射誘導適應(yīng)性反應(yīng)的細胞信號傳導機制低劑量輻射能激活某些信號傳遞系統(tǒng)，促進與輻射耐受有關(guān)的

7、基因和基因產(chǎn)物的生成。蛋白激酶C(PKC)是細胞信號轉(zhuǎn)導通路的關(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激活物可誘導對相對高劑量照射的抗性15。SHIMIZU等16用誘導劑量0.02 Gy的X射線照射培養(yǎng)的小鼠細胞激活了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，再進一步激活PKC，如此形成PKC/P38MAPK/PLC反饋通路，對低劑量輻射誘導的適應(yīng)性反應(yīng)進行調(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、淋巴細胞系A(chǔ)HH1細胞0.02 Gy 射線照射6 h后再給3 Gy照射劑量，發(fā)現(xiàn)細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、細胞或機體后，MT mRNA表達水平明顯增強。(4)低劑量輻射誘導的基因和蛋白的表達 低劑量照射后可激活PKC，進而導致一些基因的表達，如cfos、cjun等，并增強轉(zhuǎn)錄因子AP1和NFB的活性，然后產(chǎn)生一些蛋白質(zhì)。低劑量輻射可誘導某些蛋白質(zhì)分子的表達，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)后胸腺細胞中17種核蛋白、9種胞漿蛋白和2種細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性蛋白，保護放射誘導的DNA或細胞膜損傷。(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，刺激抗氧化保護系統(tǒng)和DNA修復，以及提高免疫力，通過正常細胞增殖取代異常細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ROS濃度過高時，會引起細胞損傷，主要是DNA損傷，非常高濃度時甚至會引起細胞壞死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?shù)姆e累，其機制雖尚未闡明，但人們已認識到低劑量輻射誘導的適應(yīng)性反應(yīng)是通過激活細胞中的信號傳遞系統(tǒng)，引起基因表達或關(guān)閉，一系列蛋白或酶的產(chǎn)生而對自由基進行消除，使損傷后DNA修復，最終通過凋亡等機制清除帶有損傷的細胞或?qū)ο嗬^高劑量輻射產(chǎn)生抗性。低劑量輻射誘導的適應(yīng)性反應(yīng)能增強正常細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?！緟⒖嘉墨I】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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