低剂量辐射诱导适应性反应的研究进展

【关键词】  辐射剂量；适应性反应；综述

    NSCEAR（联合国原子辐射效应科学委员会）1986年规定，就人体照射而言，低水平辐射指剂量在0.2 Gy以内的低LET辐射或0.05 Gy以内的高LET辐射，同时剂量率在0.05 mGy/min以内。实际研究中把照射剂量符合上述条件而剂量率高于0.05 mGy/min者称低剂量辐射（LDR）。近年来，许多实验证实低剂量照射预处理细胞或机体后可产生对随后相对高剂量照射诱发损伤的抗性，称低剂量辐射诱导的适应性反应。

    1  适应性反应的基本特点

    1984年，OLIVIER等首先证实人淋巴细胞在低剂量辐射条件下可诱导出细胞遗传学反应，此后这一现象不断被不同的体外或体内实验证实，其基本特点如下。

    （1）离体照射可诱导出适应性反应  人胚成纤维细胞受0.1 Gy的诱导剂量（D1）照射后4 h，再接受1.5 Gy的攻击剂量（D2），其对D2的抗性增高［1］。卵巢瘤细胞OVCAR3及骨髓瘤细胞RPMI8226受0.01 Gy剂量照射后，间隔48～72 h给6 Gy照射剂量，细胞凋亡较对照组降低［2］。淋巴瘤EL4细胞先给0.075 Gy X线照射，6 h后再给2 Gy攻击剂量，其G0/G1期细胞数高于对照组。

    （2）体内照射亦可诱导出适应性反应  75 mGy X线全身照射小鼠6 h后，再给1.5 Gy照射剂量，可减轻对免疫系统的损伤程度，表现为胸腺和脾细胞的3HTdR掺入率，脾细胞对ConA反应性和脾细胞IL2活性均高于对照组［3］。李秀娟等［4］研究表明，采用C57BL/6J小鼠诱发胸腺淋巴瘤模型，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发生率，但预先接受75 mGy全身照射的作用效果更为明显，即低剂量辐射可诱导辐射诱发胸腺淋巴瘤适应性反应。

    （3）适应性反应的剂量率效应、时间效应和剂量效应刘淑春等[5]报道，小鼠全身X线照射75 mGy（D1），剂量率为6.25～25.00 mGy/min，再给予1.5 Gy（D2）照射，剂量率为287 mGy/min，D1和D2间隔6 h，可诱导出小鼠胸腺细胞DNA裂解的适应性反应。小鼠全身照射75 mGy X射线后3、6、12、24和60 h分别给攻击剂量1.5 Gy，结果在3、6和12 h诱导出小鼠胸腺细胞凋亡和细胞周期进程的适应性反应，而24和60 h则未产生上述反应［6］。FEINENDEGN实验证明低剂量辐射诱导的适应性反应有剂量要求，低LET射线剂量范围在0.01～0.2 Gy能诱导出适应性反应，高于0.2 Gy，适应性反应很少被诱导出，而当超过0.5 Gy,适应性反应几乎不出现［7］。

    （4）化学物质和电离辐射之间存在交叉适应性反应  孟庆勇等［8］研究证明，小鼠整体条件下的生殖细胞，无明显毒性剂量的MMC和H2O2均可诱导抗1.5 Gy X线诱发的生殖细胞染色体损伤，并且50 mGy X射线也可诱导抗大剂量MMC和H2O2诱发的生殖细胞染色体损伤，但低浓度的环磷酰胺和低剂量电离辐射间未诱导出交叉适应性反应。他们认为辐射与DNA交联剂和DNA氧化性损伤因子之间存在低剂量诱导相互耐受的适应性反应，而与产生DNA烷基化损伤的烷化剂之间不存在交叉抗性。

    2  低剂量辐射诱导适应性反应的机制

    （1）低剂量辐射诱导的DNA损伤修复机制  SHADLEY等［9］经实验推算低剂量辐射诱发的DNA损伤约是细胞正常代谢自发产生的DNA损伤的5倍，细胞对这些辐射诱导损伤的反应是激活修复相关基因，合成某些产物或使某些酶活性增高，使对随后高剂量照射产生耐受。ADP核糖基转移酶（ATPRT）是DNA修复的重要酶，其抑制剂是3氨基苯甲酰胺（3AB），细胞中加入3AB后，低剂量辐射不再诱导出适应性反应，而且如果淋巴细胞DNA双链修复缺陷，也无适应性反应发生。有实验证实，低剂量辐射作用后，细胞对随后大剂量攻击剂量所致的DNA双链断裂的重接修复率明显提高，而且D1辐射能促进ATPRT特异性底物辅酶Ⅰ（NAD）的细胞掺入［10～14］。

    （2）低剂量辐射诱导适应性反应的细胞信号传导机制低剂量辐射能激活某些信号传递系统，促进与辐射耐受有关的基因和基因产物的生成。蛋白激酶C（PKC）是细胞信号转导通路的关键酶，低剂量辐射可激活PKC的活性，抑制PKC可阻断适应性反应发生，而适量PKC激活物可诱导对相对高剂量照射的抗性［15］。SHIMIZU等［16］用诱导剂量0.02 Gy的X射线照射培养的小鼠细胞激活了PKCα。另外，低剂量辐射还可激活有丝分裂原激活蛋白激酶（P38MAPK），有丝分裂原激活蛋白激酶激活后可与磷脂酶δ（PLCδ）结合，使磷脂酰肌醇二磷酸水解为二酰甘油，再进一步激活PKC，如此形成PKCα/P38MAPK/PLCδ反馈通路，对低剂量辐射诱导的适应性反应进行调节。

    （3）低剂量辐射激活抗自由基、抗氧化损伤系统  BRAVARD［17］给予成人淋巴细胞系AHH1细胞0.02 Gy γ射线照射6 h后再给3 Gy照射剂量，发现细胞中主要抗氧化酶如超氧化物歧化酶２(SOD2)、谷胱甘肽ｓ转移酶(GST)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX）、过氧化氢酶(CAT)等活性高于单给0.02 Gy或3 Gy组。YAMAOKA等［18］也证明低剂量辐射可激活细胞中GPX及SOD的活性，可能与较高剂量辐射损伤的降低有关。金属硫蛋白（MT）是一种小分子富含硫基的蛋白质，能清除氢氧自由基（·OH）及保护DNA免受氧化损伤。CAI等［19］实验证实将提取的MT直接加入含有胸腺DNA的磷酸缓冲液中，再接受低剂量γ射线照射，结果DNA损伤明显低于无MT组。电离辐射作用细胞或机体后，MT mRNA表达水平明显增强。

    （4）低剂量辐射诱导的基因和蛋白的表达  低剂量照射后可激活PKC，进而导致一些基因的表达，如cfos、cjun等，并增强转录因子AP1和NFκB的活性，然后产生一些蛋白质。低剂量辐射可诱导某些蛋白质分子的表达，包括新的蛋白质分子的出现，原有蛋白质分子的消失或某些蛋白质分子水平的改变。CHEN等［20］用高分辨率2DPAGE和银染分析发现，小鼠在低剂量全身照射（LDWBI）后胸腺细胞中17种核蛋白、9种胞浆蛋白和2种细胞外蛋白较对照组升高，而10种核蛋白、5种胞浆蛋白和4种胞外蛋白消失，这些蛋白为抗氧化性或保护性蛋白，保护放射诱导的DNA或细胞膜损伤。

    （5）ROS（reactive oxygen species）的作用  ROS主要由还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶系产生。ROS广泛参与细胞功能调节。实验证实低剂量辐射能产生较多ROS。用低LET的137Csγ射线和250 kV X线照射组织，发现每纳克受照组织在平均吸收剂量时不到1 μs就可以产生数百个ROS，而高LET射线照射会产生更多，4 MeV的α粒子照射不到1 μs内即可产生7 000个ROS。突然增多的ROS起信息传递作用，通过引起凋亡，刺激抗氧化保护系统和DNA修复，以及提高免疫力，通过正常细胞增殖取代异常细胞而起到消除损伤的作用，在适应性反应中起重要作用。但ROS是把“双刃剑”，当ROS浓度过高时，会引起细胞损伤，主要是DNA损伤，非常高浓度时甚至会引起细胞坏死［21,22］。

    综上所述，对低剂量辐射诱发适应性反应的证据近20余年已有了相当的积累，其机制虽尚未阐明，但人们已认识到低剂量辐射诱导的适应性反应是通过激活细胞中的信号传递系统，引起基因表达或关闭，一系列蛋白或酶的产生而对自由基进行消除，使损伤后DNA修复，最终通过凋亡等机制清除带有损伤的细胞或对相继高剂量辐射产生抗性。

    低剂量辐射诱导的适应性反应能增强正常细胞对治疗剂量照射的抵抗性，即可能会减少放射治疗的副作用，这点引起了许多学者的兴趣和关注。但低剂量辐射的适应性反应现象比较复杂，它的出现受多种因素影响，要真正将其用于临床治疗，还需深入研究。

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作者单位：（青岛大学医学院附属医院肿瘤科，山东 青岛 266003）