輻射防護劑的研究進展

劉小強， 張希勁(青島大學醫學部基礎醫學院特種醫學系, 山東 青島, 266101)

馬得勛(海軍第971醫院核防護救治科， 山東 青島, 266101)

劉書鋒(海軍青島特勤療養中心，山東 青島, 266071)

隨著現代科學技術的發展,人們受到輻射損傷的潛在性風險大大增加,輻射對生物體的損傷,主要來自射線通過直接或間接破壞DNA、蛋白質和細胞膜結構等各種細胞成分，導致DNA分子鏈破壞、基因表達異常、蛋白質變性壞死、脂質分子層通透性改變等生物大分子功能異常甚至失效，引起嚴重的組織細胞結構功能損傷[1-2]。輻射防護劑是一種能夠改變生物系統對輻射引起的毒性或致命性的正常反應的化合物。主要包括巰基化合物、抗氧化劑、植物提取物、免疫調節劑和其他藥物。其中一種保護機制，認為水的輻射分解產生的自由基是對細胞輻射損傷的主要原因，基于這一理論，已經有不少研究具有清除自由基作用的有效藥物成分，來減輕和防止輻射對機體損傷。本文將對近年來發展迅速的化合物輻射保護劑和生物制品類輻射治療劑,以及可能的防護機制進行簡要綜述。

1 氫巰基類(N-乙酰半胱氨酸)

N-乙酰半胱氨酸(NAC)是一種硫醇化合物，含有-SH基團，是半胱氨酸的一種改性形式，是谷胱甘肽的前體，內源性氨基酸半胱氨酸的N-乙酰基衍生物，具有保護并減輕細胞受到輻射損傷的作用[3]。細胞內谷胱甘肽可通過NAC將細胞外胱氨酸還原為半胱氨酸或通過提供巰基(SH)基團促進谷胱甘肽的合成來獲得補充，并增強谷胱甘肽轉移酶活性[4]。NAC與氧自由基發生親核反應，可減少自由基與細胞成分的接觸，從而達到清除自由基的作用[5]。

脂質過氧化和蛋白氧化過程中，NAC對細胞膜和膜內細胞器結構具有保護作用[6]。在受到射線輻射時，脂質發生過氧化反應，機體內的水被電離產生羥基自由基與不飽和脂肪酸反應而形成脂質自由基，隨后可與氧發生化學反應形成脂質。這一過程中產生的氧自由基能破壞細胞和DNA結構。此外，脂質過氧化的最終產物丙二醛(MDA)與細胞DNA形成復合物，也會引起DNA結構和功能異常。有研究表明，NAC通過補充谷胱甘肽的存儲，達到抑制脂質過氧化、增加內源性抗氧化防御酶和降低DNA與MDA接觸機會的目的，進而保護受到電離輻射的細胞[7]。因此，清除自由基和抑制脂質過氧化可能是NAC起到放射防護作用的有效途徑。

2 維生素類

維生素具有抗氧化作用，其中天然維生素家族中維生素C和維生素E具有一定的輻射防護作用。維生素E有8種化合物，共分為兩大類——生育酚和生育三烯酚，其中生育酚有一個飽和的側鏈，生育三烯酚有三種非共軛不飽和物在它們的側鏈上，它們是組成維生素E的重要結構。所有維生素E都有相同的色原烷醇頭，可根據頭部的甲基化程度進行分類如α、β、γ和δ[8-9]。天然形式的維生素E，可誘導內源性的抗氧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和NADPH醌氧還原酶的表達，對抗DNA雙鏈分子形成和細胞遺傳學改變[10]。有動物實驗表明，給予受輻射小鼠琥珀酸生育酚，小鼠CD68陽性細胞數量，及其DNA損傷和凋亡細胞數量會出現較少，證明了其對全身的輻射防護作用[32]：可降低氧化谷胱甘肽水平，保護線粒體及受到輻射的細胞，消除細胞組織受到電離輻射的有害影響，維持細胞整體環境的穩態。

維生素C又稱抗壞血酸，具有抗氧化、自由基損傷、壞血酸，延緩細胞衰老的作用。由于其具有清除活性氧作用，將維生素C給予細胞組織時，會發現細胞耐輻射反應比未經維生素C處理的細胞更明顯[11]。有研究表明：當高氧化應激刺激維持在6 Gy強度照射人成纖維細胞5天后，大約95%的細胞停止了增殖。給予2.5 mM 2-葡萄糖苷抗壞血酸(AA-2G)(抗壞血酸衍生物)，輻照成纖維細胞后1 h(治療后)，發現檢測到的DSB(DNA雙鏈斷裂)數量明顯減少[12]。

當低劑量維生素E和C同時處理細胞時，有實驗證明：在照射前1 h到照射后3 h之間出現不同的反應，既可顯示促凋亡，又能表現出抗凋亡作用，其藥用形式和劑量決定其不同作用的表現[13]。

3 多糖類

多糖是單糖聚合而成的復合結構，其來源廣泛，種類繁多，結構復雜，藥用價值高，是具有較強抗氧化應激能力的優良化合物，其抗輻射損傷機制主要與清除活性氧有關[14]。多糖抗氧化機制可分為多糖直接或間接作用于自由基兩類。多糖直接作用于自由基過程主要通過多糖捕獲由脂質過氧化鏈反應產生的ROS，抑制脂質過氧化，多糖鏈上的氫原子還可以與游離的羥基自由基結合產生水，從而達到清除羥基自由基的目的。對于超氧陰離子自由基，多糖可通過自身氧化反應分離出氫離子來結合超氧陰離子。這一間接作用保護機體超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSHPx)等活性，避免它們被超氧陰離子自由基破壞[15-16]。有研究發現天然藥物成分刺五加多糖可增加DNA含量，降低受照射小鼠的骨髓細胞微核率，具有顯著的抗氧化能力和促進造血作用，在預防輻射損傷中發揮重要作用[17]。同時，也有研究表明，枸杞多糖通過調節Nrf2對人類皮膚成纖維細胞的紫外線損傷具有保護作用[33]。

雖然多糖的研究已經有很長的歷史，但仍存在一些不足。例如，多糖除了對細胞組織有保護作用，一些多糖也能損傷細胞DNA，并且線粒體多糖的結構復雜，其結構和功能之間的關系不是很清楚[18]，給藥劑量和給藥方式也會對機體產生不同影響。檢測多糖的結構，制備和合成多糖也是一個難題。它在體內的作用機制尚不完全清楚，因此對其結構、制備、最佳給藥劑量和給藥方式有必要進一步探索[15]。

4 免疫調節劑和細胞因子

預防和早期使用免疫調節劑可有效減輕輻射誘導的損傷。細菌內毒素(脂多糖)是最早被研究的免疫調節劑之一；在某些情況下，這些化合物在暴露于離子輻射前后都有保護作用。有研究表明，脂多糖還能保護小鼠的腸道和骨髓免受輻射損傷，能有效地保護人體免受電離輻射(DMF接近1.2～1.3)[19]。

細胞因子和細胞因子誘導劑作為放射治療的潛在免疫調節劑，也是一種研究輻射防護的策略。粒細胞集落刺激因子(G-CSF)和粒細胞巨噬細胞 (GM-CSF)是刺激干細胞祖細胞并促進具有造血功能的骨髓再生的細胞因子[20-21]。有研究發現GT3誘導G-CSF，而G-CSF可以激活祖細胞，G-CSF抗體對GT3介導的G-CSF祖細胞動員有中和作用，這些祖細胞可以減輕受體小鼠的輻射損傷[22-23]。這種方法利用從注射了GT3的供體中動員的祖細胞，對暴露在高劑量輻射下的人類可能是一種潛在的治療方法[19，24]。

5 中藥類(14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內酯)

中藥絕大多數是植物藥，其有效成分含有生物活性化合物，能清除自由基、超氧陰離子，具有抗輻射損傷的作用[25]。黃芪、丹參、女貞子、肉蓯蓉、紅花、紫草、銀杏、人參、參芪注射液等中藥及中藥制劑都具有輻射防護作用[34]。其作用機制復雜，防護效果也有較大差別。為進一步研究中藥防護的機制，近年來有研究發現，穿心蓮作為一種天然中藥，具有抗炎、抗病毒、抗瘧疾、抗糖尿病、抗腫瘤的作用[26]。其衍生物穿心蓮內酯及二萜類化合物具有促進細胞轉化，加快細胞凋亡的作用，其作用常常用來治療癌癥，引起癌細胞周期阻滯，誘導癌細胞的凋亡[27-28]。14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內酯是穿心蓮內酯的一種二萜類化合物，具有抗輻射損傷的作用。

研究發現，當正常細胞受到射線輻射之后，再給予穿心蓮內酯，會出現一種特殊的現象，該細胞比只受到輻射的細胞損傷更嚴重，更快出現死亡。而14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內酯和新穿心蓮內酯則出現不同的表現，當BLAB/3T3細胞受到輻射后，再給予這兩種穿心蓮內酯的衍生物，微核分析顯示，BLAB/3T3細胞受損程度均出現了不同程度的減輕，進一步測試發現14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內酯和新穿心蓮內酯均能夠穩定細胞內線粒體膜電位水平和氧自由基水平，并且新穿心蓮內酯抗細胞輻射損傷能力各方面均優于14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內酯。電離輻射產生能量并傳遞給機體相應的組織細胞，這些組織細胞內生物分子和水分子被電離或激發, 從而產生大量的自由基，他們具有高度活躍性，能夠攻擊細胞膜、線粒體膜，破壞膜結構及DNA分子完整性[29]。而14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內酯能夠通過自身C15位點與氧原子結合，從而清除氧自由基，減輕DNA損傷[30]。

考慮到我們處于一個處處充滿輻射的生活環境中，各種電子產品、生活用電設施、醫療射線都是潛在的輻射源，輻射對我們的生活有積極的影響，也有消極的影響，我們不可避免地會受到來自不同地方、不同劑量的輻射影響。盡管研究防輻射化合物有很多，但只有氨磷汀獲得官方認可，被批準使用。由于該藥有嚴重的不良反應，其臨床使用也有局限。正是出于這個原因，研究輻射防護劑的范圍應該更加廣泛，不僅僅停留在化學藥物上，也應該關注一些天然植物，提取其中的有效成分，進行相關實驗的研究，確認有效且可應用于人體時再進行批量生產[31]。數十年來,人們對多種化合物進行了探索，也取得了巨大的進步。但是防輻射化合物產品毒副作用大，價格昂貴，使得其臨床應用難以獲得廣泛推廣。相比之下，天然藥物不僅易于獲得，毒副作用也小得多，因此尋找有效天然的抗輻射藥物成分具有重要意義。