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首页合作平台在线期刊中华实用医药杂志2004年第4卷第18期论著

肝癌放射治疗癌细胞辐射敏感性的预测研究

来源:中华实用医药杂志
摘要:【摘要】目的利用早熟染色体凝集技术预测γ射线对肝癌细胞辐射效应。方法用60Co产生的γ射线照射人肝癌细胞系SMMC-7721,以克隆形成法测定经照射后的细胞存活率,用化学诱导剂Calyculin-A。诱导的早熟染色体凝集技术研究染色体损伤。结果G2期细胞染色单体和等点染色单体断裂数与照射剂量之间存在着线性相关......

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  【摘要】 目的  利用早熟染色体凝集技术预测γ射线对肝癌细胞辐射效应。 方法  用 60 Co产生的γ射线照射人肝癌细胞系SMMC-7721,以克隆形成法测定经照射后的细胞存活率,用化学诱导剂Calyculin-A.诱导的早熟染色体凝集技术研究染色体损伤。 结果  G2期细胞染色单体和等点染色单体断裂数与照射剂量之间存在着线性相关性;染色单体断裂总数与细胞存活率之间存在良好的线性相关性。 结论  辐射诱导的染色单体断裂是预测肝癌细胞内在辐射敏感性的一个良好指标,可为肝癌的临床放射治疗计划提供依据。
      
  关键词  肝癌 放射 敏感性 预测
      
  Predictive study of hepatoma cells radiosensitivity in hepatoma radiotherapy
     
  Yang Jianshe,Li Wenjian,Wang Zhuanzi,et al.
   
  Graduate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing100039.
   
  【Abstract】 Objective To predictive the irradiation response of hepatoma cells exposed toγrays by using the prematurely chromosome condensation technique.Methods Hepatoma cell line SMMC-7721was exposed toγrays,cell survival fraction was measured by colony assay and chromosome damage was detected by chemically induced pre-maturely chromosome condensation technique.Results Chromatid-type and isochromatid-type breaks have the lin-ear relationship in G2phase;the total number of chromatid breaks was well correlated with the cell survival fraction.Conclusion This study implied that radiation-induced chromatid/isochromatid breaks can be possibly used as a good predictor of radiosensitivity of hepatoma cells,also it could be used to design radiotherapy schedule for liver can-cer patients.
   
  Key words liver cancer irradiation sensitivity predict
      
  肝癌是一类高发病率、高致死率的消化系统恶性肿瘤,放射治疗是有效的治疗方法之一。精确的肿瘤放射效应的预测分析方法不仅可以为癌症的治疗提供理论依据,而且能为临床医生制定诊疗方案提供极大的帮助。
   
  克隆形成法是一种常用的研究肿瘤放射效应的方法之一 [1] ,但是作为一种常规的方法,它至少需要2~3周的时间才能形成克隆斑,对于肿瘤的临床诊断和治疗就不太可行。自从Johnson [2] 应用早熟染色体凝集(premature chromo-some condensation,PCC)技术研究放射诱导的染色体损伤以来,早熟染色体凝集技术已经成为一种研究辐射诱导各细胞周期时相染色体原初损伤的成熟的方法(Gotoh [3] ,Du-rante [4] ,Kawata [5,6] ),尤其在G2期,这一技术效果更佳。先前的研究(Cornforth [7] ,Suzuki [8] ,李文建 [9] )报道了不同种类的细胞系经不同种类的射线辐照表现出了线性剂量依赖关系。我们将采用化学诱导的早熟染色体凝集技术对人类肝癌细胞系SMMC-7721对γ射线的放射效应进行预测性研究。
    
  1 材料和方法
    
  1.1 细胞培养 人类肝癌细胞系SMMC-7721(购自CCTCC)用含有10%胎牛血清的RMPI-1640培养液在37℃,5%CO 2 的恒温培养箱内培养。
   
  1.2 细胞照射 指数生长期的SMMC-7721细胞在兰州医学院第一附属医院 60 Co源产生的γ射线(剂量率0.2Gy/min)进行照射。
   
  1.3 PCC方法和染色体制备 Calyculin-A(购自美国BIOMOL公司)是一种良好的PCC诱导剂,将其溶于100%的乙醇制成1mM的储存液。照射前将其加入需照射细胞的培养液内,终浓度为50nM。细胞经照射后在37℃,5%CO 2 的恒温培养箱内继续培养30min。收集细胞,75mMKCl低渗处理20min,卡诺液固定,最后以少量固定液悬浮细胞,滴片,在热蒸汽上烘干,5%Giemsa染色。
 
  图1 SMMC-7721细胞存活曲线(略)
    
  1.4 染色体观察、计数 按照Savage [10] 报道的标准,每个剂量点不少于40个的G2期细胞被观察并计算其染色单体和等点染色单体的断裂数,每个等点染色单体断裂被计为两个断裂。

  2 结果
    
  2.1 细胞存活率测定 见图1。
   
  图1为SMMC-7721经γ射线照射后的存活曲线。该曲线经线性平方拟合后结果良好,方程为S=exp(-0.03D-0.06D 2 ),R 2 =1,α和β值分别为0.03和0.06。β值大于α值表明在细胞杀伤贡献方面,高剂量辐射较好地克服了细胞即时修复效应,存活率以指数形式衰减,而不像低剂量辐射时以线性衰减为主。
 
  图2 G2期染色单体断裂剂量效应关系(略)
    
  2.2 G2期细胞照射后染色单体断裂 见图2。
     
  图2显示了G2期细胞染色单体断裂数与照射剂量之间的关系。从图中可以看到染色单体断裂数与剂量呈线性增长关系。经线性回归分析,其回归方程为y=0.01+0.2x,R 2 =0.99,说明二者的线性相关性良好。

  2.3 G2期等点染色单体断裂 见图3。
   
  图3为G2期细胞等点染色单体断裂与照射剂量之间的关系。经线性回归分析,其回归方程为y=0.01+0.2x,R 2 =0.99,说明两者之间具有良好的线性相关关系。
 
  图3 G2期等点染色单体断裂剂量效应关系(略)
    
  2.4 染色单体断裂与细胞存活分数关系 见图4。
   
  图4a和4b分别为G2期染色单体断裂数和等点染色单体断裂数与细胞存活之间的关系。应用直线回归分析,在G2期细胞中,染色单体断裂数和等点染色单体断裂数与细胞存活率之间具有比较好的相关性。
 
  图4a G2期染色单体断裂与细胞存活率关系(略)  

  图4b G2期等点染色单体断裂与细胞存活率关系(略)
   
  3 讨论
    
  Calyculin-A是一种有效的PCC诱导剂,它可以在细胞周期的各个时相诱导染色体凝集,尤其在G2期其诱导效率更高。在此研究中,SMMC-7721细胞经 60 Coγ射线照射后细胞存活分数和照射剂量之间存在线性剂量-效应关系,这已被许多研究资料Kawata [5,6] 所证实。Durante [11] 等报道了经X射线照射后染色单体断裂数与剂量线性相关,Kawata [5,6] 等人的研究结果显示等点染色体断裂与接受照射的X射线剂量也呈线性相关。本研究中,SMMC-7721细胞染色单体断裂数和等点染色单体断裂数都随着γ射线剂量的增加而呈现线性增长,表明在更高的剂量下,将会有更多的电子击中靶物质———染色体,所以染色体断裂的产额会相应增加。
   
  然而,G2期等点染色单体断裂的绝对增加值远少于染色单体断裂的绝对增加值。Kawata [6] 等在研究不同LET射线的生物学效应后发现,在低LET射线,如X、γ射线照射后细胞染色体断裂以染色单体断裂为主,而在接受高LET射线照射后,染色体的断裂形式则以等点染色单体断裂为主,可能是因为多数等点染色单体断裂是电子分别击中姐妹染色单体所致。对于低LET射线,它在单位射程内损失的能量不足以导致姐妹染色单体断裂,因此,在击中姐妹染色单体中的一条后,能量损失殆尽或者剩余的能量不够造成对另一染色单体的损伤。因此,在低LET射线照射后染色体断裂多为染色单体断裂。
    
  4 结论
    
  放射治疗是一种非常有效的癌症治疗方法,对于临床医生和患者而言,早期诊断和制定治疗方案非常重要。化学诱导的早熟染色体凝集技术已经被广泛应用。线性增长的暗示了肝肿瘤细胞SMMC-7721染色单体断裂尤其是G2期细胞染色单体断裂与肝癌细胞系SMMC-7721内在放射敏感性之间存在着良好的相关性。
    
  参考文献

  1 Girinsky T,Bernheim A,Lubin R,et al.In vitro parameters and treat-ment outcome in head and neck cancers treated with surgery and/or ra-diation:cell characterization and correlation with local control and over-all survival.International Journal of Radiation Oncology,Biology and Physics,1994,30:789-794.
   
  2 Johnson RT,Rao PN.Mammalian cell fusion:induction of premature chromosome condensation in interphase nuclei.Nature,1970,226:717-722.
   
  3 Gotoh E,Asakawa Y,Kosaka H.Inhibition of protein serine/threonine phosphatases directly induces premature chromosome condensation in mammalian somatic cells.Biomedical Research,1995,16:63-68.

  4 Durante M,Frusawa Y,George K,et al.Rejoining and misrejoining of radiation-induced chromatin breaks.IV.Charged particle.Radiation Research,1998a,149:446-454.
   
  5 Kawata T,Gotoh E,Durante M,et al.High-LET radiation-induced aberrations in prematurely condensed G2chromosome of human fibrob-lasts.International Journal of Radiation Biology,2000,76:929-938.

  6 Kawata T,Durante M,Frusawa Y,et al.Dose-response of initial G2-chromatid breaks induced in normal human fibroblasts by heavy ions.International Journal of Radiation Biology,2001,77:165-174.
   
  7 Cornforth MN,Goodwin EH.The dose-dependent fragmentation of chromatin in human fibroblast by3.5-MeVαparticles from238Pu:Experimental and theoretical consideration pertaining to single-track effects.Radiation Research,1991,127:61-71.
   
  8 Suzuki M,Watanabe M,Suzuki K,et al.Heavy-ion induced chro-mosome breakage studied by premature chromosome condensation(PCC)in Syrian hamster embryo cells.International Journal of Radiation Biolo-gy,1992,62:581-586.
   
  9 李文建,周光明,卫增泉等.重离子辐射哺乳动物细胞敏感性的分子机理.原子核物理评论.2003,20:42-47.
   
  10 Savage JRK.Classification and relationships of induced chromosomal structural changes.Journal of Medical Genetics,1975,13:103-122.

  11 Durante M,Gialanella G,Grossi GF,et al.Radiation-induced chromosomal aberrations in mouse10T1/2cells:dependence on the cell-cycle stage at the time of irradiation.International Journal of Radia-tion Biology,1994,65:437-447.
  
  (编辑子 萱)

  * 基金项目:国家自然科学基金重点课题(10335050);国家重大基础研究前期研究专项(2003CCB00200)
  作者单位:100039北京中国科学院研究生院
   
       730000兰州中国科学院近代物理研究所
   
       730000兰州大学生命科学学院 

作者: 杨建设李文建王转子高清祥夏景光金晓东 2005-8-3
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