多糖的輻射防護(hù)作用機(jī)制研究

拜思瓊 黎晨 何俊霞 肖文媛 郭淼 郭忠

摘要：電離輻射與人們的生活密切相關(guān)，其在對(duì)人類造福的同時(shí)也給人們的健康造成不同程度的損傷，輻射條件下產(chǎn)生過(guò)量自由基引起的氧化應(yīng)激所導(dǎo)致的生物大分子損傷會(huì)破壞正常細(xì)胞功能、影響機(jī)體代謝過(guò)程。因此開(kāi)發(fā)有效的輻射防護(hù)劑對(duì)維護(hù)人體健康有重要意義。研究表明多糖具有輻射防護(hù)作用，其在自然界中來(lái)源廣泛，且在發(fā)揮防輻射作用時(shí)有副作用小、易代謝等特點(diǎn)。多糖發(fā)揮輻射防護(hù)效應(yīng)可能是通過(guò)清除自由基、抑制脂質(zhì)過(guò)氧化、增加內(nèi)源性抗氧化酶和抑制DNA損傷等活性達(dá)成。本論述就其輻射防護(hù)作用機(jī)制作一綜述，以期為多糖作為天然防輻射防護(hù)劑更好的開(kāi)發(fā)、利用和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：多糖；輻射防護(hù)；作用機(jī)制

中圖分類號(hào)：R144文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：81560508）和國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：202010742121，202010742116）資助。

輻射按電離能力及能量的高低分為電離輻射與非電離輻射，造成人類損傷的輻射主要來(lái)源于天然輻射和醫(yī)療放射。輻射可導(dǎo)致機(jī)體造血、免疫、消化、生殖、心血管等系統(tǒng)的損害，同時(shí)可引起微循環(huán)障礙、癌變、染色體畸變，甚至引發(fā)死亡[1]，所以輻射防護(hù)劑研發(fā)值得被正視。

各種輻射防護(hù)劑的作用原理不同，主要有抑制氧化反應(yīng)、清除自由基，阻礙氫離子傳遞、螯合對(duì)酶功能有重要作用的重金屬離子等[2]。近年來(lái)，多糖作為一種天然防護(hù)劑受到越來(lái)越多的關(guān)注，本論述就其抗輻射時(shí)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、激活信號(hào)通路、維持機(jī)體氧化-抗氧化平衡、防護(hù)免疫及造血系統(tǒng)損傷等不同作用機(jī)制作一綜述，以期為多糖作為天然防輻射防護(hù)劑更好的開(kāi)發(fā)、利用和應(yīng)用提供良好的理論基礎(chǔ)。

1調(diào)節(jié)細(xì)胞周期

細(xì)胞在不同周期階段對(duì)電離輻射的敏感程度不同[3]，在受到電離輻射后均會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞周期延長(zhǎng)而干擾正常的增殖，多糖可通過(guò)阻礙細(xì)胞周期異常延長(zhǎng)來(lái)發(fā)揮抗輻射作用。

朱燕春等用大鼠SMG細(xì)胞研究狗肝菜多糖對(duì)不同劑量60Coγ射線的防護(hù)作用。使狗肝菜多糖干預(yù)60Coγ射線作用后的SMG細(xì)胞，結(jié)果表現(xiàn)其能有效削減S、G2期細(xì)胞數(shù)以減緩增殖細(xì)胞在S、G2期的停滯，提升細(xì)胞的增殖本領(lǐng)、降低細(xì)胞總凋亡率?？芍犯尾硕嗵强赏ㄟ^(guò)減緩SMG細(xì)胞S、G2期阻滯和削弱放射后SMG細(xì)胞非常凋亡來(lái)發(fā)揮輻射防護(hù)作用。

2激活信號(hào)通路

2.1線粒體凋亡通路的激活

電離輻射會(huì)使線粒體內(nèi)的促凋亡蛋白細(xì)胞色素（CytC）釋放到細(xì)胞質(zhì)中，從而介導(dǎo)細(xì)胞凋亡引起線粒體功能障礙[4]。黃歡[5]等用射線照射小鼠骨髓單核細(xì)胞（BMNCs）建立輻射損傷模型，用枸杞多糖（LBP）進(jìn)行干預(yù)，研究結(jié)果顯示LBP可降低輻射后的BMNCs的凋亡比例、阻礙電離輻射導(dǎo)致的線粒體膜電位下降去極化、抑制CytC從線粒體中釋放，由此可知LBP抑制輻射誘導(dǎo)的BMNCs凋亡是通過(guò)抑制線粒體凋亡途徑實(shí)現(xiàn)的。

Du Shaobo等[6]對(duì)LBP預(yù)處理的大鼠角膜上皮細(xì)胞（RCE）進(jìn)行中波紫外線（UVB）輻照，發(fā)現(xiàn)LBP可抑制UVB誘導(dǎo)的RCE線粒體膜電位的喪失以及caspase-3的下調(diào)和上調(diào)，能顯著阻止細(xì)胞活力喪失和細(xì)胞凋亡?？芍狶BP對(duì)UVB誘導(dǎo)的RCE細(xì)胞損傷和凋亡具有保護(hù)作用機(jī)制可能與抑制線粒體凋亡途徑有關(guān)。

2.2下調(diào)NF-κB信號(hào)通路相關(guān)蛋白

核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）是一種廣泛存在于真核生物內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子[7]，其在細(xì)胞增殖、存活、早期病毒應(yīng)答及細(xì)胞因子分泌、促炎等多方面具有重要作用。在輻射過(guò)程中可造成NF-κB磷酸化入核激活下游蛋白COX-2，通過(guò)高表達(dá)氧化應(yīng)激產(chǎn)物，造成細(xì)胞生長(zhǎng)抑制并出現(xiàn)基因組不穩(wěn)定性。

張利英[8]等體外培養(yǎng)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BM？ SCs），2Gy12C6+輻射（IR組）和黃芪多糖（APS）干預(yù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示：與IR組比較，APS+IR組BMSCs細(xì)胞增殖水平升高，克隆形成數(shù)增多；微核率和免疫熒光核心明顯削減、COX-2蛋白下調(diào)。可得結(jié)論：APS對(duì)2Gy12C6+輻射BMSCs具有促增長(zhǎng)作用，可能和下調(diào)NF-κB信號(hào)通路相關(guān)蛋白，維持BMSCs基因組穩(wěn)定性有關(guān)。

2.3P38絲裂原激活蛋白激酶（P38MAPK）通路

P38MAPK是在細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)目的蛋白合成的重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，同時(shí)也是疾病的炎癥關(guān)鍵通路，它將細(xì)胞外的信號(hào)傳遞至細(xì)胞核內(nèi)，通過(guò)影響TNF-α、IL-6、ROS、COX- 2等因子的生成，參與調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化及調(diào)亡[9]。陳晨等用60Coγ射線+海帶多糖（LJP）干擾照射小鼠，制作下頜下腺血管HE切片染色以及ELISA檢測(cè)P38MAPK，發(fā)現(xiàn)經(jīng)LJP防治后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)放射+LJP組P38MAPK較放射組表達(dá)呈減弱趨勢(shì)（P< 0.05）；用Image-proPlus軟件統(tǒng)計(jì)p-p38MAPK對(duì)應(yīng)的OD值（平均光密度值）發(fā)現(xiàn)LJP可以上調(diào)VEGFA、VEG？ FR-2；使磷酸化p38MAPK下調(diào)從而保護(hù)放射誘導(dǎo)的下頜下腺血管損傷。

2.4阻斷脾細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)凋亡途徑

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）作為一個(gè)中央細(xì)胞器，參與蛋白質(zhì)的合成、折疊、成熟以及凋亡。Wang Lu等[10]通過(guò)建立小鼠輻射損傷模型，系統(tǒng)地研究了虎杖中性多糖（NTH？ SP）基于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）凋亡途徑的輻射防護(hù)作用，采用免疫組織化學(xué)和RT-qPCR方法闡明其輻射防護(hù)機(jī)制。給予NTHSP后，相關(guān)mRNA、PERK、XBP1、CHOP（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)凋亡途徑下游的促凋亡蛋白）的表達(dá)均有不同程度的降低，結(jié)果表明NTHSP可通過(guò)阻斷ER凋亡通路的三種主要類型：PERK-ATF4-CHOP、IRE1ATF4-CHOP和ATF6-XBP1-CHOP，從而明顯地阻止射線誘導(dǎo)的小鼠脾細(xì)胞凋亡。

2.5microRNA免疫調(diào)控通路

microRNA是內(nèi)源性的非編碼小RNA分子，長(zhǎng)度為19～25個(gè)nt（nucleotide，nt），參與調(diào)節(jié)全部的細(xì)胞進(jìn)程。周鑫濤等[11]在黑木耳多糖硫酸酯（SNAAP）輻射防護(hù)作用研究中發(fā)現(xiàn)SNAAP能夠促進(jìn)脾臟淋巴細(xì)胞增殖、增加免疫因子分泌，利用生物信息學(xué)比較并分析得知輻射會(huì)導(dǎo)致小鼠脾臟microRNA相關(guān)片段mmu-mi R-200a-3p、mmu-mi R-200b-3p、mmu-mi R-200c-3p和mmu-mi R-375-3p表達(dá)水平上調(diào)，輻射前給藥SNAAP對(duì)小鼠進(jìn)行防護(hù)以后這些表達(dá)下調(diào)。可知SNAAP的輻射防護(hù)作用是通過(guò)microRNA免疫調(diào)控通路來(lái)發(fā)揮的。

2.6Nrf2/ARE免受氧化應(yīng)激信號(hào)通路

Nrf2/ARE（抗氧化反應(yīng)原件）目前被認(rèn)為是對(duì)抗氧化應(yīng)激損傷中最重要的通路，氧自由基可以通過(guò)激活Nrf2/ARE進(jìn)而激活其下游靶基因。張?zhí)鸬萚12]以不同輻射劑量的6MV-X射線照射SD大鼠，用Nrf2抑制劑干擾大鼠小腸隱窩上皮細(xì)胞（IEC-6）株中Nrf2 mRNA的表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)IEC-6在給予Nrf2抑制劑干預(yù)后損傷顯著加重、細(xì)胞活力下降、氧化應(yīng)激反應(yīng)顯著。由此可知保護(hù)放射導(dǎo)致的腸損傷中Nrf2/ARE信號(hào)通路起著不可或缺的作用。

張利英等[13]研究當(dāng)歸多糖對(duì)輻射大鼠腎臟氧化應(yīng)激防護(hù)作用發(fā)現(xiàn)，當(dāng)歸多糖各組大鼠機(jī)體過(guò)氧化物及脂質(zhì)過(guò)氧化物產(chǎn)物（LPO和MDA）降低，而抗氧化酶（SOD和GSH-Px）活性升高；Nrf2表達(dá)增多。說(shuō)明當(dāng)歸多糖對(duì)X射線致使大鼠腎臟氧化應(yīng)激損傷發(fā)揮的防護(hù)作用和Nrf 2的表達(dá)有關(guān)。

3維持體內(nèi)氧化-抗氧化平衡

3.1對(duì)SOD與MDA的影響

DNA是電離輻射損傷的主要靶點(diǎn)。研究表明帶電粒子的軌跡可以直接穿過(guò)并電離DNA及其附近的水分子，從而產(chǎn)生高活性的自由基破壞機(jī)體氧化-抗氧化系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)[14]。SOD屬于生物體內(nèi)一種重要的抗氧化酶，其含量高低能夠反映機(jī)體清除氧自由基的能力。自由基還可攻擊生物膜引發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)生MDA加重輻射損傷，故MDA含量高低可以反映機(jī)體輻射損傷的程度。

胡俊飛[14]等用硫酸化黑木耳多糖聯(lián)合60Coγ射線照射小鼠，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)相較于單純輻照組，經(jīng)多糖給藥后的各組小鼠體內(nèi)SOD活力顯著增強(qiáng)、MDA水平降低，減輕輻射對(duì)機(jī)體的損傷而起到輻射防護(hù)作用。王靖雅[15]在姬松茸多糖抗輻射研究中也提出，多糖可通過(guò)直接清除機(jī)體內(nèi)的各類過(guò)多有害自由基，達(dá)到保護(hù)機(jī)體免受輻射損傷的作用。

4對(duì)造血系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的改變

楊建鑫等[16]在冬蟲(chóng)夏草菌粉中蟲(chóng)草多糖抗輻射作用初探中得出蟲(chóng)草多糖可在一定程度上提高WBC的數(shù)目，提高胸腺及脾臟的臟器指數(shù)。靈芝多糖對(duì)輻射導(dǎo)致的骨髓抑制有修復(fù)效果，可以促進(jìn)機(jī)體造血系統(tǒng)恢復(fù)。

徐俊杰等[17]研究發(fā)現(xiàn)山藥多糖不同劑量組可提高微波輻射損傷小鼠的巨噬細(xì)胞吞噬指數(shù)，T淋巴細(xì)胞增殖的刺激指數(shù)及血清IgG水平，降低血清IL-4水平?？芍剿幎嗵菍?duì)低強(qiáng)度連續(xù)微波輻射引起的小鼠免疫系統(tǒng)功能損傷有明顯改善作用。

5其他

5.1抑制放射誘導(dǎo)的旁觀者效應(yīng)（RIBE）

放射誘導(dǎo)的旁觀者效應(yīng)指未被直接輻射的細(xì)胞出現(xiàn)與受照射細(xì)胞相類似的應(yīng)答反應(yīng)，由Nagasawa和Little于1992第一次提出[18]。近年來(lái)，對(duì)多糖抑制輻射導(dǎo)致的旁觀者效應(yīng)有一定的研究進(jìn)展。Zhang Liying等[19]用2GyX射線照射骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（A549）后與黃芪多糖（APS）共同孵育。結(jié)果顯示APS可抑制COX-2和ROS的表達(dá)、導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)和集落形成率下降、骨髓基質(zhì)細(xì)胞微核率和53BP1病灶數(shù)的增加。旁觀者效應(yīng)細(xì)胞中磷酸化p38、JNK、ERK1/2、和COX-2蛋白表達(dá)下降。得出結(jié)論A549輻射誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞RIBE是由條件培養(yǎng)液中ROS介導(dǎo)的，黃芪多糖可能通過(guò)調(diào)節(jié)MAPK/NF-κB通路來(lái)阻斷RIBE。次年[20]，他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)黃芪多糖通過(guò)外源性和內(nèi)源性DNA損傷誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯于G1期，從而降低旁觀者細(xì)胞的增殖和集落形成率。

5.2操縱樹(shù)突狀細(xì)胞改善輻射誘導(dǎo)的非局域效應(yīng)

近年來(lái)放射治療興起，其被認(rèn)為是通過(guò)抗原釋放引起的、由樹(shù)突狀細(xì)胞（DC）呈遞的異常效應(yīng)。Pang Guibin等[21]利用從天然草本植物中提取的生物活性多糖，開(kāi)發(fā)出能夠逆轉(zhuǎn)透射電鏡的多糖納米顆粒（ANPs），從而增強(qiáng)輻射誘導(dǎo)的非局域效應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)ANP誘導(dǎo)的免疫應(yīng)答表現(xiàn)為表型成熟和TLR4信號(hào)通路的抗原提呈增強(qiáng)。DC激活成功地轉(zhuǎn)化為原發(fā)性（輻射）和繼發(fā)性（未輻射）腫瘤中CD4 T/T和CD8T/T比值的增加。為在免疫治療時(shí)代將從天然草藥中提純的免疫活性大分子融入現(xiàn)代納米技術(shù)提供了一種新的策略。

6結(jié)語(yǔ)與展望

綜上所述，多糖輻射防護(hù)作用機(jī)制的研究已經(jīng)取得一定進(jìn)展，然而仍有諸多機(jī)制尚未闡明，如其誘導(dǎo)的旁觀者效應(yīng)相關(guān)研究較少，因此多糖輻射防護(hù)作用不同機(jī)制、通路、靶點(diǎn)有待深入探討。此外還應(yīng)關(guān)注其在起輻射防護(hù)作用時(shí)的最佳時(shí)機(jī)和應(yīng)用劑量、繪制劑量-反應(yīng)關(guān)系曲線，對(duì)其進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用具有十分重要的臨床意義，也可為研發(fā)安全有效輻射防護(hù)劑提供有利參考。

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