低劑量輻射對(duì)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的興奮效應(yīng)

低劑量輻射對(duì)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的興奮效應(yīng)

康爽譚業(yè)輝郎悅

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院腫瘤中心，吉林長(zhǎng)春130021)

關(guān)鍵詞〔〕低劑量輻射;骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞;興奮效應(yīng)

中圖分類號(hào)〔〕R818.74；R551.3〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A〔

基金項(xiàng)目：吉林省衛(wèi)生廳

通訊作者：譚業(yè)輝(1973-)，男，副教授，主要從事白血病發(fā)病機(jī)制及骨髓移植研究。

第一作者：康爽(1983-)，女，主治醫(yī)師，主要從事白血病發(fā)病機(jī)制及骨髓移植研究。

低劑量輻射(LDR)是指劑量在0.2 Gy以內(nèi)的低傳能密度輻射或劑量在0.05 Gy以內(nèi)的高傳能密度輻射。早在1982年，Luckey首先提出LDR的興奮效應(yīng)〔1〕，認(rèn)為L(zhǎng)DR對(duì)生物體可能有益，隨后的研究逐漸證實(shí)LDR的興奮效應(yīng)存在于機(jī)體的從整體到分子、細(xì)胞水平，LDR能夠刺激動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育、提高生育力、促進(jìn)細(xì)胞代謝、降低腫瘤發(fā)生率、活化淋巴細(xì)胞、增強(qiáng)免疫功能等〔2~4〕。LDR對(duì)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)可產(chǎn)生興奮效應(yīng)。

1LDR對(duì)免疫系統(tǒng)影響

在LDR的興奮效應(yīng)中，對(duì)免疫系統(tǒng)的增強(qiáng)作用研究較多，免疫增強(qiáng)效應(yīng)主要發(fā)生在不大于0.5Gy的輻射劑量，如LDR可促進(jìn)免疫細(xì)胞分泌干擾素(IFN)-γ及白介素(IL)-2等免疫增強(qiáng)因子，增加巨噬細(xì)胞的吞噬功能，提高樹(shù)突細(xì)胞(DC)的抗原遞呈能力，加強(qiáng)自然殺傷(NK)細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性，抑制Treg細(xì)胞的活性等〔5~9〕。LDR誘導(dǎo)抗氧化作用，誘導(dǎo)DNA損傷的修復(fù)，誘導(dǎo)某些蛋白分子的表達(dá)，激活細(xì)胞的信號(hào)通路。可表現(xiàn)為外周血淋巴細(xì)胞對(duì)植物血凝素反應(yīng)增強(qiáng)，DNA修復(fù)功能增強(qiáng)，小鼠或大鼠脾細(xì)胞抗體形成增多，提高腫瘤壞死因子和IL-6表達(dá)水平，促進(jìn)胸腺細(xì)胞分化成熟和信息傳遞。LDR能夠激活細(xì)胞內(nèi)某些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，有陣發(fā)性運(yùn)動(dòng)性舞蹈手足徐動(dòng)癥(PKC)、絲裂原激活化蛋白激酶(MAPK)、P53、ATM等，可以將DNA損傷修復(fù)信號(hào)傳入細(xì)胞核內(nèi)，引起特異蛋白表達(dá)的增強(qiáng)或減弱。近年來(lái)備受關(guān)注的LDR興奮效應(yīng)中的抗腫瘤作用，是其對(duì)機(jī)體免疫興奮效應(yīng)的間接作用所致〔10〕。

2LDR對(duì)造血系統(tǒng)的影響

LDR對(duì)免疫系統(tǒng)影響同造血系統(tǒng)密切相關(guān)，研究報(bào)道LDR能促進(jìn)造血系統(tǒng)增殖，不同于大劑量輻射對(duì)造血系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害。前期研究發(fā)現(xiàn)對(duì)小鼠進(jìn)行低劑量輻射(75 mGy)可以使小鼠的粒單集落刺激因子(GM-CFU)，BFu-E數(shù)量增多，血清中GM-CSF水平升高，GM-CSF、G-CSF的轉(zhuǎn)錄升高。這些興奮效應(yīng)同造血刺激因子升高相關(guān)。人體免疫細(xì)胞來(lái)自于骨髓細(xì)胞，造血系統(tǒng)在人體占有重要地位，其中造血細(xì)胞和造血微環(huán)境相互作用，不斷地研究讓國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)LDR如何影響造血系統(tǒng)有了新的認(rèn)識(shí)。

2.1MSCsMSCs為造血微環(huán)境重要組成部分，其為多能干細(xì)胞，可向成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞、成脂肪細(xì)胞、骨髓基質(zhì)甚至肝臟細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞等分化。因其貼壁生長(zhǎng)的特點(diǎn)，可以從骨髓細(xì)胞中分離出來(lái)，建立MSCs培養(yǎng)方法。MSCs形態(tài)上呈現(xiàn)紡錘性的成纖維細(xì)胞狀，能附著在塑料或玻璃培養(yǎng)皿上，生長(zhǎng)形成均勻的集落或貼壁的融合層。能在體外培養(yǎng)擴(kuò)增且能長(zhǎng)期維持其遺傳學(xué)性狀，在體外能使臍帶血造血祖細(xì)胞擴(kuò)增，在體內(nèi)與造血干細(xì)胞共移植，加速造血重建。研究的不斷開(kāi)展使人們對(duì)其生物學(xué)特性及生理功能逐漸認(rèn)識(shí)。骨髓中的粒細(xì)胞、紅細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及血小板等細(xì)胞的分化成熟均依賴于造血干細(xì)胞與MSCs和細(xì)胞外基質(zhì)等組成的微環(huán)境的接觸。同其他非造血細(xì)胞形成骨髓的結(jié)締組織，分泌各種細(xì)胞因子和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，調(diào)控造血細(xì)胞的增殖、分化、成熟。分泌如IL-6、IL-7、IL-1、1SGF、干細(xì)胞生長(zhǎng)因子及基質(zhì)細(xì)胞源性生長(zhǎng)因子，大部分有促進(jìn)造血的功能。其表面亦存在許多造血黏附受體，進(jìn)一步結(jié)合后調(diào)控骨髓造血細(xì)胞的增殖。MSCs調(diào)控髓系細(xì)胞分化增殖，對(duì)免疫調(diào)節(jié)亦貢獻(xiàn)很大。通過(guò)分泌細(xì)胞因子和小分子物質(zhì)介導(dǎo)免疫耐受和抑制，抑制T細(xì)胞增殖，抑制單核細(xì)胞向DC分化，降低樹(shù)DC激活同種反應(yīng)性T細(xì)胞增殖能力。骨髓中MSCs含量少，進(jìn)一步研究就需要體外分離、培養(yǎng)和擴(kuò)增，資料顯示方法可有密度梯度離心法，全骨髓培養(yǎng)法，細(xì)胞表面標(biāo)志分選法包括流式分選法和免疫磁珠篩選法，細(xì)胞體積限定篩選法。前兩種方法常用。

2.2LDR能夠促進(jìn)造血干細(xì)胞增殖，外周血干細(xì)胞動(dòng)員用75 mGy的X射線照射小鼠可使骨髓造血干細(xì)胞集落培養(yǎng)數(shù)目明顯增多，造血相關(guān)因子分泌增加，外周血c-KIT陽(yáng)性細(xì)胞比例增多，并能夠促進(jìn)致死劑量照射后小鼠的造血重建〔11~14〕，Otsuka等〔15〕于2008年也得出類似的結(jié)果。有研究發(fā)現(xiàn)LDR可促進(jìn)BMSCs增殖，還可以促進(jìn)BMSCs分泌干細(xì)胞因子(SCF)及GM-CSF的增多，證明了LDR對(duì)骨髓微環(huán)境的改善作用。進(jìn)一步的機(jī)制研究顯示，LDR能夠促進(jìn)BMSCs細(xì)胞周期進(jìn)程，LDR后S、G2期細(xì)胞明顯增加，Cyclin D1 、Cyclin E、p-Rb (Ser780) 、CDC25水平均明顯增高，提示LDR能促進(jìn)細(xì)胞向G1/S和G2/M期的轉(zhuǎn)化，加速細(xì)胞周期進(jìn)程。LDR興奮效應(yīng)的機(jī)制可能與加強(qiáng)DNA損傷修復(fù)、刺激機(jī)體的氧化保護(hù)系統(tǒng)、抑制細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)細(xì)胞周期及激活PKC、p53、MAPK及DNA-PK等細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑有關(guān)，但目前尚不完全清楚〔16~18〕。

3運(yùn)用DNA甲基化進(jìn)一步研究

細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)發(fā)生的本質(zhì)變化是細(xì)胞內(nèi)遺傳調(diào)控和表觀遺傳調(diào)控的變化。表觀遺傳學(xué)調(diào)控在基因表達(dá)和調(diào)控方面具有重要影響，DNA甲基化作為表觀遺傳學(xué)的重要組成部分，在細(xì)胞發(fā)育、增殖和維持基因組穩(wěn)定方面均具有至關(guān)重要的作用。前期研究從蛋白水平分析LDR對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞興奮性效應(yīng)的產(chǎn)生，可從DNA甲基化角度進(jìn)一步研究LDR對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞增殖的影響機(jī)制。通過(guò)檢測(cè)DNA甲基化水平，尋找LDR促進(jìn)BMSCs增殖的基因調(diào)控變化，從而探討LDR造血細(xì)胞興奮效應(yīng)的分子機(jī)制。

綜上所述，LDR不僅不像高劑量輻射那樣能對(duì)機(jī)體產(chǎn)生抑制和損傷作用，反而可產(chǎn)生對(duì)機(jī)體有益的興奮效應(yīng)，能夠促進(jìn)機(jī)體細(xì)胞增殖和增強(qiáng)各系統(tǒng)功能。目前放化療仍為惡性腫瘤治療重要手段，在殺傷腫瘤細(xì)胞同時(shí)如果能利用LDR對(duì)MSCs的興奮效應(yīng)，減少對(duì)正常組織損傷將有利于提高腫瘤治療療效。從DNA甲基化方面進(jìn)一步研究LDR產(chǎn)生興奮效應(yīng)的機(jī)制。LDR可應(yīng)用于臨床中，用以促進(jìn)造血減少性疾病患者的造血功能恢復(fù)，有望成為一種新的治療手段。

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〔2014-06-18修回〕

(編輯李相軍/滕欣航)