超聲微泡與輻射防護(hù)的相關(guān)研究進(jìn)展

徐曉培 趙釹君 王 冬

電離輻射對機(jī)體產(chǎn)生的損傷可分為直接作用和間接作用，直接作用即造成DNA 斷裂，間接作用可大量產(chǎn)生羥自由基，進(jìn)一步造成組織細(xì)胞的氧化損傷、脂質(zhì)過氧化及蛋白質(zhì)羰基化，終致細(xì)胞的凋亡及死亡［1］。醫(yī)療工作中，放射治療（以下簡稱放療）所產(chǎn)生的電離輻射在使機(jī)體獲益的同時(shí)，也會(huì)造成正常組織不同程度的損傷，加強(qiáng)電離輻射防護(hù)、研發(fā)理想的防輻射藥物或防護(hù)方式成為近年的研究熱點(diǎn)。目前已研發(fā)的防輻射藥物主要分為細(xì)胞因子類、氨巰基類、激素類、氮氧自由基類及天然藥物等，但因穩(wěn)定性、副作用及生產(chǎn)成本等問題，并未廣泛使用［2］。近年來，生物納米粒作為一種具有可生物降解性、低毒性、良好生物兼容性及易于化學(xué)修飾等特性的新型材料，逐漸應(yīng)用于輻射防護(hù)中，將具有防輻射效用的生物納米材料載入超聲微泡，協(xié)同增強(qiáng)輻射防護(hù)效應(yīng)，研發(fā)一種可用于體內(nèi)、安全有效、穩(wěn)定低毒且平價(jià)的新型輻射防護(hù)劑具有較大的應(yīng)用前景［3］。隨著醫(yī)用高分子材料的不斷創(chuàng)新發(fā)展，以高分子聚合物為外殼、氟碳?xì)怏w為核心的超聲微泡被廣泛開發(fā)應(yīng)用，作為藥物、基因傳遞及實(shí)現(xiàn)控釋的載體，該類微泡直徑小、理化性質(zhì)穩(wěn)定、分布較均勻，在血液循環(huán)中持續(xù)較長時(shí)間，作為載體材料可在機(jī)體內(nèi)自然降解且無任何毒、副作用。超聲微泡因其穩(wěn)定的生物兼容性和較好的可生物降解性，能將藥物直接黏附在微泡外殼或包入內(nèi)部，達(dá)到藥物遞送的目的，同時(shí)微泡的靶向性載藥，具有提高靶組織藥物濃度及基因轉(zhuǎn)染率等特點(diǎn)，在腫瘤、血管、炎癥等方面均具有診治作用［4］。本文就有望載入超聲微泡進(jìn)行抗輻射作用的材料和藥物進(jìn)行綜述，為研發(fā)理想的新型抗輻射藥物及方式提供參考。

一、黑色素納米顆粒（MNPs）

黑色素是普遍存在于自然界中的高分子量色素，MNPs 由多巴胺聚合而成，是一種內(nèi)源性可降解的新型納米材料，具有預(yù)防自由基生成并將其清除的功能。Schweitzer等［5］發(fā)現(xiàn)MNPs在腫瘤放療中對骨髓有保護(hù)作用，將MNPs經(jīng)靜脈注射傳遞到小鼠骨髓，在輻照后3 h和24 h，實(shí)驗(yàn)組骨髓中MNPs的提取分別為每克注射劑量的0.3%和0.2%，而對照組中MNPs的提取分別增加到每克注射劑量的6%和3%（P＜0.05），結(jié)果認(rèn)為全身MNPs給藥可降低體外放療小鼠的血液學(xué)毒性，同時(shí)MNPs對腫瘤無保護(hù)作用。Rageh等［6］在MNPs保護(hù)小鼠造血系統(tǒng)免受輻射損傷的實(shí)驗(yàn)研究中，分別于輻照后1 d、4 d、8 d及12 d獲取小鼠存活率、體質(zhì)量、血液學(xué)指標(biāo)、脾臟組織等，結(jié)果顯示MNPs預(yù)處理可有效保護(hù)小鼠造血系統(tǒng)，認(rèn)為MNPs是一種有效的輻射防護(hù)劑?；诤谏貜?fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)、特殊的理化性質(zhì)和多種生理功能，如何增效或定向發(fā)揮MNPs的抗輻射作用并避免受其他理化因素的干擾有待進(jìn)一步研究，將MNPs與超聲微泡結(jié)合可提供新的研究思路，利用微泡定向載藥的特性，提高M(jìn)NPs輻射防護(hù)效用的靶向性，同時(shí)可聯(lián)合其他輻射防護(hù)劑以增效抗輻射作用并降低毒副反應(yīng)，有望研發(fā)出可供臨床使用的新型輻射防護(hù)材料。

二、納米氧化鈰（CNPs）

氧化鈰是稀土族的重要化合物，在工業(yè)及生物工程方面應(yīng)用廣泛，CNPs兼具生物納米材料與稀土化合物的雙重特性，可與活細(xì)胞及蛋白相兼容，具有載藥量高、易穿透血管、毒性小和免受酶降解等特點(diǎn)。研究［7］報(bào)道CNPs具有過氧化氫酶、超氧化物歧化酶等多樣生物酶模仿活性，可清除生物體內(nèi)多種有害成分，減輕放療不良反應(yīng)并增加放療敏感性。Qin等［8］在CNPs對小鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞合成睪酮的輻照保護(hù)作用的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，CNPs預(yù)處理可顯著增強(qiáng)小鼠的抗氧化能力，減輕輻射損傷對睪酮合成的不利影響。王春燕等［9］使用CNPs懸濁液對小鼠進(jìn)行灌胃，檢測經(jīng)輻照后小鼠的胸腺系數(shù)、脾臟系數(shù)及骨髓嗜多染紅細(xì)胞微核率，結(jié)果顯示輻照后3 d CNPs 藥物組的胸腺系數(shù)較對照組提高，脾臟系數(shù)呈上升趨勢，骨髓嗜多染紅細(xì)胞微核率均降低（均P＜0.05）；輻照后8 d CNPs 藥物組的骨髓嗜多染紅細(xì)胞微核率與對照組比較降低（P＜0.05）。以上研究提示CNPs可在輻射損傷中保護(hù)造血系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)，增強(qiáng)抗氧化效應(yīng)，提高機(jī)體免疫力，發(fā)揮輻射防護(hù)作用，將CNPs 載入超聲微泡可協(xié)同其他抗輻射物質(zhì)共同作用，有望在CNPs低毒性的基礎(chǔ)上增強(qiáng)其在部分器官中的蓄積，為其輻射防護(hù)作用的進(jìn)一步研究提供參考。

三、氫氣

氫氣分子量小，易揮發(fā)，難以實(shí)時(shí)追蹤且不易定點(diǎn)可控釋放。目前氫氣的主要應(yīng)用形式為富氫液，即在高壓下將氫氣在生理鹽水中溶解6 h，不但制備過程復(fù)雜，還需特殊設(shè)備且耗時(shí)長，因此探尋一種高效安全的給藥途徑是近年氫氣的研究熱點(diǎn)。Qiu 等［10］在氫氣減輕輻射引起腸道損傷的研究中發(fā)現(xiàn)，氫氣可抑制活性氧自由基（ROS）的生成并選擇性清除羥基自由基，阻止線粒體去極化，對輻射導(dǎo)致的氧化應(yīng)激損傷和全身炎癥反應(yīng)有明顯的保護(hù)作用。Li 等［11］研究發(fā)現(xiàn)富氫液可激活PI3K/AKT 信號通路，減輕大鼠心肌缺血再灌注損傷，抑制心肌細(xì)胞凋亡。近期研究［12］表明飲用富氫水可提高健康成年人的抗氧化能力，增加免疫調(diào)節(jié)的表達(dá)并降低炎癥反應(yīng)。Hu 等［13］研究表明氫氣在皮膚、肝臟、骨髓、心血管等多器官、系統(tǒng)中均有良好的抗輻射效用，故作為選擇性抗氧化劑，氫氣是一種安全有效、穩(wěn)定平價(jià)的輻射防護(hù)劑。趙釹君［14］將氫氣和CNPs 同時(shí)載入超聲微泡，制備了載氫-CNPs 微泡，并探討其對小鼠的抗輻射作用，結(jié)果顯示，微泡組、照射對照組的白細(xì)胞計(jì)數(shù)與正常對照組比較顯著下降，微泡組較照射對照組白細(xì)胞計(jì)數(shù)下降有所改善（均P＜0.05）；微泡組與正常對照組比較胸腺指數(shù)、脾臟指數(shù)均下降，與照射對照組比較胸腺指數(shù)明顯改善（均P＜0.05），提示載氫-CNPs 微泡通過改善造血功能和保護(hù)造血組織，具有防輻射作用。這種新型輻射防護(hù)劑不僅克服了富氫液制作困難及其自身的缺點(diǎn)，還聯(lián)合CNPs 協(xié)同抗輻射，為超聲微泡載入其他防輻射材料以研發(fā)理想的輻射防護(hù)劑提供借鑒。

四、巰基類化合物

巰基類化合物是常見的抗輻射藥物，主要包括N-乙酰半胱氨酸（NAC）、氨磷汀等。其代表藥物氨磷汀藥效高且輻射防護(hù)作用顯著，是美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)的第一種可于臨床應(yīng)用的輻射保護(hù)劑，也是目前研究最多的抗輻射藥物。Zhang等［15］在治療放射性骨質(zhì)疏松癥的研究中發(fā)現(xiàn)，氨磷汀可顯著抑制經(jīng)輻照后破骨前體細(xì)胞的細(xì)胞增殖，通過清除ROS，減少輻射誘導(dǎo)的DNA損傷，抑制輻射條件刺激下破骨細(xì)胞的成熟及分化，從而減輕輻射對骨骼系統(tǒng)的損傷。有研究［16］認(rèn)為氨磷汀通過改變機(jī)體內(nèi)的血氧分布，提高抗氧化酶活性，通過缺氧來誘導(dǎo)發(fā)揮輻射防護(hù)作用，實(shí)驗(yàn)研究［17］顯示氨磷汀有良好的抗輻射效用，但常出現(xiàn)低血壓、頭昏、嘔吐等嚴(yán)重不良反應(yīng)，限制了其臨床應(yīng)用。NAC 是臨床常見的祛痰藥，Barlaz 等［18］研究 NAC 在大鼠急性放射損傷中的防護(hù)作用，其可以通過減緩氧化應(yīng)激、清除ROS 及抑制細(xì)胞凋亡等方式發(fā)揮輻射防護(hù)效用，還可預(yù)防輻射對心臟的損傷。Gao等［19］在NAC對小鼠卵巢輻照防護(hù)作用的研究中于輻照前對小鼠經(jīng)NAC預(yù)處理，輻射后24 h檢測小鼠血清中的激素水平和卵泡發(fā)育情況，以及其細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖及氧化應(yīng)激水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NAC可有效預(yù)防卵巢功能衰竭，并恢復(fù)卵巢的存儲功能。巰基類化合物因毒副作用明顯和復(fù)雜的臨床給藥要求，應(yīng)用受限，若將氨磷汀、NAC這類藥物載入超聲微泡，利用微泡靶向載藥及定點(diǎn)控釋的特性，有望增效其防輻射作用并減少不良反應(yīng)的發(fā)生，開發(fā)新的防輻射方式。

五、GANRA納米藥物

GANRA 藥物是早期人工合成的一類新型物質(zhì)，其化學(xué)構(gòu)成較獨(dú)特，可清除輻照所產(chǎn)生的有害自由基，從而表現(xiàn)出對放射損傷的保護(hù)作用。林素蘭［20］將難溶于水的GANRA藥物用親水性的納米分子材料包裹，制成GANRA 納米藥，明顯增加其水溶性；通過建立細(xì)胞模型并檢測淋巴母細(xì)胞的細(xì)胞增殖率、微核率及細(xì)胞內(nèi)ROS 含量等指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GANRA 納米藥物預(yù)處理可以將輻照產(chǎn)生的ROS有效清除，使受輻照細(xì)胞維持細(xì)胞活力，降低受輻照細(xì)胞的微核率，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)GANRA 納米藥物無抑制細(xì)胞增殖的作用。實(shí)驗(yàn)研究［21］也發(fā)現(xiàn)輻射對改變淋巴母細(xì)胞中 miR-150、miR-574、miR-223 及 miR-34a 的表達(dá)作用突出；GANRA 納米藥物單獨(dú)處理可使淋巴母細(xì)胞中miR-150、miR-574、miR-223 及 miR-34a 的表達(dá)水平有所提高；GANRA納米藥物預(yù)處理能夠使輻射引起的淋巴母細(xì)胞中miR-150、miR-574、miR-223 及 miR-34a 的表達(dá)降低；通過轉(zhuǎn)染 miR-574類似物緩解淋巴母細(xì)胞因輻射所致的細(xì)胞活性降低，推斷GANRA納米藥物可能通過誘導(dǎo)miRNA的差異性表達(dá)發(fā)揮輻射損傷的保護(hù)作用。雖然GANRA 納米藥物可作為防輻射藥物并有較大應(yīng)用潛力［21］，但有關(guān)GANRA納米藥物的研究尚在基礎(chǔ)階段，其發(fā)揮抗輻射效用的用藥劑量及給藥途徑仍有待進(jìn)一步探究，為可載入超聲微泡聯(lián)合研發(fā)新型輻射防護(hù)藥物提供思路。

六、免疫調(diào)節(jié)劑和細(xì)胞因子

早期使用免疫調(diào)節(jié)劑可有效緩解輻射誘導(dǎo)的氧化損傷，細(xì)菌內(nèi)毒素（脂多糖）是最早被研究的免疫調(diào)節(jié)劑之一，研究［22］顯示脂多糖能保護(hù)小鼠的骨髓和腸道免受輻射損傷，并在暴露于電離輻射前后均有保護(hù)作用。細(xì)胞因子由機(jī)體細(xì)胞經(jīng)刺激合成分泌，是一類具有促進(jìn)創(chuàng)傷愈合、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫等作用的小分子多肽，部分細(xì)胞因子有明顯的抗輻射效用，如粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF）、白介素-11（IL-11）、促血小板生成素（TPO）等［23］。機(jī)體受輻射損傷影響最明顯屬造血系統(tǒng)，電離輻射可造成多種血細(xì)胞數(shù)量的減少，最終導(dǎo)致貧血及出血等，故輻射防護(hù)的關(guān)鍵是預(yù)防造血系統(tǒng)受損并積極恢復(fù)造血功能。近年研究［23］提示，部分細(xì)胞因子可促進(jìn)骨髓重建，IL-3、IL-6、粒細(xì)胞集落刺激因子（G-CSF）等還可增加造血細(xì)胞的增殖分化，此外IL-1、干細(xì)胞生長因子（SCF）、IL-12 等也有抗輻射作用。其中關(guān)于G-CSF的輻射防護(hù)研究最突出，G-CSF是一種可調(diào)節(jié)產(chǎn)生中性粒細(xì)胞的糖蛋白，其抗輻射作用顯著，Madan等［24］在G-CSF 對髓母細(xì)胞瘤急性輻照所致血液學(xué)毒性的研究中發(fā)現(xiàn)，預(yù)防性使用G-CSF可有效防止大量輻射所致的血液毒性和治療中斷，在急性放射綜合征的應(yīng)急治療中，G-CSF 已被FDA 批準(zhǔn)使用；Kiang 等［25］在治療輻射暴露受害者急性放射綜合征的研究發(fā)現(xiàn)，G-CSF 有明顯刺激造血細(xì)胞增殖和促進(jìn)傷口愈合的作用。研究［23］還發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子具有協(xié)同性和多效性等特點(diǎn)，細(xì)胞因子之間彼此刺激又相互約束，形成復(fù)雜有序的網(wǎng)絡(luò)，不同細(xì)胞因子的聯(lián)合應(yīng)用可促進(jìn)造血與免疫功能的恢復(fù)，如TPO 與GM-CSF 聯(lián)用相比于單用TPO，可以顯著促進(jìn)紅細(xì)胞和血小板等血細(xì)胞的恢復(fù)，如低劑量IL-1、SCF、腫瘤壞死因子三者單獨(dú)應(yīng)用時(shí)，其臨床觀察均無輻射防護(hù)作用，若將三者配伍聯(lián)用，可出現(xiàn)顯著的輻射防護(hù)效應(yīng)。超聲微泡可作為多種細(xì)胞因子的理想載體，利用微泡對細(xì)胞因子進(jìn)行定量靶向控釋，協(xié)同增效抗輻射，研發(fā)新的用藥方式。

七、褪黑素

褪黑素是獨(dú)特的抗氧化劑，并存在于多種生物體內(nèi)，已有研究［26］證實(shí)褪黑素對電離輻射導(dǎo)致的氧化應(yīng)激及染色體損傷具有防護(hù)效果。其通過抗氧化作用來減少放療期間的細(xì)胞凋亡和DNA 損傷，通過減少炎性細(xì)胞因子、控制轉(zhuǎn)錄因子的基因表達(dá)減輕免疫系統(tǒng)的損傷并改善放療產(chǎn)生的不良反應(yīng)，此外，還可提高血清中抗氧化酶活性，對輻射誘導(dǎo)的外周血氧化損傷及肝、腎損傷具有防護(hù)作用，尤其對輻射高度敏感的免疫系統(tǒng)，其可通過多種途徑經(jīng)不同層次達(dá)到免疫調(diào)節(jié)作用，故褪黑素有降低健康組織輻射毒性的特性。Elsabagh 等［27］在褪黑素預(yù)防放射性口腔黏膜炎并評估患者唾液中總抗氧化力的研究中證實(shí)，在傳統(tǒng)治療中增加使用褪黑素可減少嚴(yán)重口腔黏膜炎的發(fā)生，有減輕疼痛、保護(hù)唾液中總抗氧化力不受輻射影響的作用，即褪黑素有顯著的抗輻射作用。Mao等［28］研究發(fā)現(xiàn)褪黑素預(yù)處理可提高碳離子輻照后小鼠的胸腺系數(shù)和脾臟系數(shù)，減少胸腺和脾臟的細(xì)胞死亡，并減輕輻射所致的細(xì)胞因子紊亂。此外，還有研究［29］發(fā)現(xiàn)褪黑素可減輕輻射所致的造血系統(tǒng)毒性并提高小鼠的存活率，對骨髓具有保護(hù)作用且不會(huì)對機(jī)體造成傷害。褪黑素良好的生物安全性已在醫(yī)療和生活中得到認(rèn)可，但因其作用劑量較大無法長期使用，超聲微泡可聯(lián)合褪黑素和細(xì)胞因子或其他輻射防護(hù)劑，利用協(xié)同效應(yīng)，增加輻射防護(hù)作用并減少使用劑量，為研究理想的輻射防護(hù)劑提供更多選擇方式。

綜上所述，目前研究及臨床使用的抗輻射藥物或材料種類繁多，許多藥物因明顯的副作用而應(yīng)用受限，因此開發(fā)高效低毒的輻射保護(hù)劑或防護(hù)方式具有極大的應(yīng)用前景和社會(huì)效益。超聲微泡有望作為多種有防輻射效用的生物納米材料或藥物的理想載體和有效保護(hù)體，既能克服在單一抗輻射作用時(shí)此類材料或藥物的缺點(diǎn)，又能聯(lián)合協(xié)同增強(qiáng)輻射防護(hù)作用，有望為研發(fā)安全有效、穩(wěn)定低毒的抗輻射藥開辟新的研究方向及領(lǐng)域。