低劑量輻射對人骨髓間充質干細胞的興奮效應

低劑量輻射對人骨髓間充質干細胞的興奮效應

康爽譚業輝郎悅

(吉林大學第一醫院腫瘤中心，吉林長春130021)

關鍵詞〔〕低劑量輻射;骨髓間充質干細胞;興奮效應

中圖分類號〔〕R818.74；R551.3〔文獻標識碼〕A〔

基金項目：吉林省衛生廳

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

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

低劑量輻射(LDR)是指劑量在0.2 Gy以內的低傳能密度輻射或劑量在0.05 Gy以內的高傳能密度輻射。早在1982年，Luckey首先提出LDR的興奮效應〔1〕，認為LDR對生物體可能有益，隨后的研究逐漸證實LDR的興奮效應存在于機體的從整體到分子、細胞水平，LDR能夠刺激動植物生長發育、提高生育力、促進細胞代謝、降低腫瘤發生率、活化淋巴細胞、增強免疫功能等〔2~4〕。LDR對人骨髓間充質干細胞(MSCs)可產生興奮效應。

1LDR對免疫系統影響

在LDR的興奮效應中，對免疫系統的增強作用研究較多，免疫增強效應主要發生在不大于0.5Gy的輻射劑量，如LDR可促進免疫細胞分泌干擾素(IFN)-γ及白介素(IL)-2等免疫增強因子，增加巨噬細胞的吞噬功能，提高樹突細胞(DC)的抗原遞呈能力，加強自然殺傷(NK)細胞介導的細胞毒性，抑制Treg細胞的活性等〔5~9〕。LDR誘導抗氧化作用，誘導DNA損傷的修復，誘導某些蛋白分子的表達，激活細胞的信號通路。可表現為外周血淋巴細胞對植物血凝素反應增強，DNA修復功能增強，小鼠或大鼠脾細胞抗體形成增多，提高腫瘤壞死因子和IL-6表達水平，促進胸腺細胞分化成熟和信息傳遞。LDR能夠激活細胞內某些信號轉導通路，有陣發性運動性舞蹈手足徐動癥(PKC)、絲裂原激活化蛋白激酶(MAPK)、P53、ATM等，可以將DNA損傷修復信號傳入細胞核內，引起特異蛋白表達的增強或減弱。近年來備受關注的LDR興奮效應中的抗腫瘤作用，是其對機體免疫興奮效應的間接作用所致〔10〕。

2LDR對造血系統的影響

LDR對免疫系統影響同造血系統密切相關，研究報道LDR能促進造血系統增殖，不同于大劑量輻射對造血系統造成嚴重損害。前期研究發現對小鼠進行低劑量輻射(75 mGy)可以使小鼠的粒單集落刺激因子(GM-CFU)，BFu-E數量增多，血清中GM-CSF水平升高，GM-CSF、G-CSF的轉錄升高。這些興奮效應同造血刺激因子升高相關。人體免疫細胞來自于骨髓細胞，造血系統在人體占有重要地位，其中造血細胞和造血微環境相互作用，不斷地研究讓國內外學者對LDR如何影響造血系統有了新的認識。

2.1MSCsMSCs為造血微環境重要組成部分，其為多能干細胞，可向成骨細胞、成軟骨細胞、成脂肪細胞、骨髓基質甚至肝臟細胞和神經細胞等分化。因其貼壁生長的特點，可以從骨髓細胞中分離出來，建立MSCs培養方法。MSCs形態上呈現紡錘性的成纖維細胞狀，能附著在塑料或玻璃培養皿上，生長形成均勻的集落或貼壁的融合層。能在體外培養擴增且能長期維持其遺傳學性狀，在體外能使臍帶血造血祖細胞擴增，在體內與造血干細胞共移植，加速造血重建。研究的不斷開展使人們對其生物學特性及生理功能逐漸認識。骨髓中的粒細胞、紅細胞、巨噬細胞及血小板等細胞的分化成熟均依賴于造血干細胞與MSCs和細胞外基質等組成的微環境的接觸。同其他非造血細胞形成骨髓的結締組織，分泌各種細胞因子和細胞外基質蛋白，調控造血細胞的增殖、分化、成熟。分泌如IL-6、IL-7、IL-1、1SGF、干細胞生長因子及基質細胞源性生長因子，大部分有促進造血的功能。其表面亦存在許多造血黏附受體，進一步結合后調控骨髓造血細胞的增殖。MSCs調控髓系細胞分化增殖，對免疫調節亦貢獻很大。通過分泌細胞因子和小分子物質介導免疫耐受和抑制，抑制T細胞增殖，抑制單核細胞向DC分化，降低樹DC激活同種反應性T細胞增殖能力。骨髓中MSCs含量少，進一步研究就需要體外分離、培養和擴增，資料顯示方法可有密度梯度離心法，全骨髓培養法，細胞表面標志分選法包括流式分選法和免疫磁珠篩選法，細胞體積限定篩選法。前兩種方法常用。

2.2LDR能夠促進造血干細胞增殖，外周血干細胞動員用75 mGy的X射線照射小鼠可使骨髓造血干細胞集落培養數目明顯增多，造血相關因子分泌增加，外周血c-KIT陽性細胞比例增多，并能夠促進致死劑量照射后小鼠的造血重建〔11~14〕，Otsuka等〔15〕于2008年也得出類似的結果。有研究發現LDR可促進BMSCs增殖，還可以促進BMSCs分泌干細胞因子(SCF)及GM-CSF的增多，證明了LDR對骨髓微環境的改善作用。進一步的機制研究顯示，LDR能夠促進BMSCs細胞周期進程，LDR后S、G2期細胞明顯增加，Cyclin D1 、Cyclin E、p-Rb (Ser780) 、CDC25水平均明顯增高，提示LDR能促進細胞向G1/S和G2/M期的轉化，加速細胞周期進程。LDR興奮效應的機制可能與加強DNA損傷修復、刺激機體的氧化保護系統、抑制細胞凋亡、調節細胞周期及激活PKC、p53、MAPK及DNA-PK等細胞信號轉導途徑有關，但目前尚不完全清楚〔16~18〕。

3運用DNA甲基化進一步研究

細胞生物學效應發生的本質變化是細胞內遺傳調控和表觀遺傳調控的變化。表觀遺傳學調控在基因表達和調控方面具有重要影響，DNA甲基化作為表觀遺傳學的重要組成部分，在細胞發育、增殖和維持基因組穩定方面均具有至關重要的作用。前期研究從蛋白水平分析LDR對間充質干細胞興奮性效應的產生，可從DNA甲基化角度進一步研究LDR對間充質干細胞增殖的影響機制。通過檢測DNA甲基化水平，尋找LDR促進BMSCs增殖的基因調控變化，從而探討LDR造血細胞興奮效應的分子機制。

綜上所述，LDR不僅不像高劑量輻射那樣能對機體產生抑制和損傷作用，反而可產生對機體有益的興奮效應，能夠促進機體細胞增殖和增強各系統功能。目前放化療仍為惡性腫瘤治療重要手段，在殺傷腫瘤細胞同時如果能利用LDR對MSCs的興奮效應，減少對正常組織損傷將有利于提高腫瘤治療療效。從DNA甲基化方面進一步研究LDR產生興奮效應的機制。LDR可應用于臨床中，用以促進造血減少性疾病患者的造血功能恢復，有望成為一種新的治療手段。

4參考文獻

1Luckey TD.The physiologic benefit of ionizing radiation〔J〕.Health Phys，1982；43：772.

2Wei LC，Ding YX，Liu YH，etal.Low-dose radiation stimulates Wnt/β-catenin signaling，neural stem cell proliferation and neurogenesis of the mouse hippocampus in vitro and in vivo〔J〕.Curr Alzheimer Res.2012;23.

3Gori T，Münzel T.Biological effects of low-dose radiation：of harm and hormesis〔J〕.Eur Heart J,2012;33(3)：292-5.

4Moskalev AA，Plyusnina EN，Shaposhnikov MV.Radiation hormesis and radioadaptive response in Drosophila melanogaster flies with different genetic Backgrounds：the Role of Cellular Stress-resistance mechanisms〔J〕.Biogerontology,2011;12(3)：253-63.

5Cheda A，Wrembel-Wargocka J，Lisiak E，etal.Single low doses of x rays inhibit the development of experimental tumor metastases and trigger the activities of NK cells in mice〔J〕.Radiat Res，2004;161(3)：335-40.

6Pandey R，Shankar BS，Sharma D，etal.Low dose radiation induced immunomodulation：effect on macrophages and CD8+T cells〔J〕.Int J Radiat Biol，2005;81(11)：801-12.

7Shigematsu A，Adachi Y，Koike-Kiriyama N，etal.Effects of low-dose irradiation on enhancement of immunity by dendritic cells〔J〕.J Radiat Res (Tokyo)，2007;48(1)：51-5.

8Farooque A，Mathur R，Verma A，etal.Low-dose radiation therapy of cancer：role of immune enhancement〔J〕.Expert Rev Anticancer Ther〔J〕.2011;11(5)：791-802.

9Chen Y，Chen X，Li Y，etal.Early effects of low dose C ion or x-ray irradiation on peripheral blood lymphocytes of patients with alimentary tract cancer〔J〕.Dose Response，2011;9(3)：356-68.

10Farooque A，Mathur R，Verma A，etal.Low-dose radiation therapy of cancer：role of immune enhancement〔J〕.Expert Rev Anticancer Ther,2011;11(5)：791-802.

11王冠軍，譚業輝，張福明，等.低劑量輻射對造血系統興奮效應的研究〔J〕.中華血液學雜志，2001;22(5)：232-4.

12袁德曉，潘燕，沈波，等.輻射誘導的適應性效應及其分子機制〔J〕.國際放射醫學核醫學雜志，2007；31(5)：296-9.

13Li W，Wang G，Cui J，etal.Low-dose radiation (LDR) induces hematopoietic hormesis：LDR-induced mobilization of hematopoietic progenitor cells into peripheral blood circulation〔J〕.Exp Hematol，2004；32(11)：1088-96.

14劉春水，王冠軍，李薇，等.低劑量輻射對小鼠外周血干/祖細胞的動員作用〔J〕.吉林大學學報(醫學版)，2006;32(4)：596-9.

15Otsuka K，Koana T，Tomita M，etal.Rapid myeloid recovery as a possible mechanism of whole-body radioadaptive response〔J〕.Radiat Res，2008；170(3)：307-15.

16徐曉華，譚巖，盛傳倫，等.低劑量輻射誘導人骨髓間充質干細胞分子在P38MAPK通路的信號機制〔J〕.吉林大學學報(醫學版)，2009；35(5)：779-84.

17徐曉華，徐前，佟麗芳，等.低劑量輻射誘導人骨髓間充質干細胞的增殖反應〔J〕.中國實驗診斷學，2008；12(11)：1443-5.

18楊巖，王娟，王冠軍，等.低劑量輻射對人骨髓間充質干細胞造血生長因子表達量的影響〔J〕.吉林大學學報(醫學版)，2008;34(5):737-40.

〔2014-06-18修回〕

(編輯李相軍/滕欣航)