天然輻射防護劑的研究進展

郝云濤，珠娜，李勇

（北京大學公共衛生學院營養與食品衛生學系，北京100191）

1888年，赫茲發現電磁波，此后人類就對其應用價值展開了研究和發掘，如今，電磁波已被廣泛地應用于人們生產、生活的各個方面。輻射的廣泛應用和深入發展，為人類科技進步注入了強大的動力，使人類生活發生了巨大變化[1]。但輻射也對人類造成了直接或間接的放射損傷，引發機體造血、免疫、消化、氧化還原系統、心血管系統及生殖等系統的損害，甚至導致死亡[2-5]。近年來，電離輻射事故多發，造成環境破壞并危及人類健康，引起了公眾的恐慌，人們開始關注電磁輻射的生物學效應及其對機體健康的影響[6]。為了預防和減輕輻射損害作用，輻射防護劑的研究成為新的熱點，從天然活性物質中尋找高效、低毒甚至無毒的輻射防護劑更是受到關注。

1 天然輻射防護劑

1.1 油脂

近年的研究顯示，油脂，特別是植物油有顯著的抗輻射作用。動物實驗表明，黑種草油可顯著抑制照射后大鼠溶血素抗體滴度的降低、超敏反應的延遲、血漿總蛋白和球蛋白濃度的降低，顯著降低丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量、增高血漿谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、過氧化氫酶（catalase，CAT）和紅細胞超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性[7]。靈芝孢子油灌胃干預輻照小鼠，可顯著增高輻照小鼠外周血白細胞（white blood cells，WBC）數、骨髓DNA含量、紅細胞及肝臟SOD活力，在靈芝孢子油較高灌胃劑量時顯著降低骨髓細胞微核率，隨著灌胃劑量升高，小鼠骨髓細胞微核率呈下降趨勢，而WBC數、骨髓細胞DNA含量、紅細胞及肝臟SOD活力呈上升趨勢[8]。番茄籽油1 mL/kg灌胃干預8周，每周3次，可顯著降低Wistar大鼠因電離輻射所致的氧化應激，恢復脂質平衡，抑制全身炎癥，其輻射防護能力與其所含的植物甾醇、普利醇和抗氧化劑（包括番茄紅素、β-胡蘿卜素、葉黃素和生育酚）等有關，是一種很有前景的輻射防護劑[9]。肖志勇等[10]采用薏苡仁油干預60Co γ射線（劑量3 Gy）全身輻照的小鼠14 d，發現薏苡仁油顯著增加了射線輻照后小鼠的WBC數及骨髓細胞DNA含量，并顯著升高了小鼠血清溶血素水平，顯示出了較理想的輻射保護作用。此外，較早的研究也顯示葡萄籽油、山茶油均有較強的輻射防護作用[11-12]。

1.2 多糖

20個以上的單糖通過糖苷鍵形成的多糖是公認有效的天然輻射防護劑，可源于植物、動物及微生物，其中植物源性多糖的抗輻射作用研究較多。孫元琳等[13]通過80℃熱水提取得到的當歸水提多糖，對60Co γ射線輻照小鼠的WBC、淋巴細胞數目回升及體重恢復均有促進作用。另有研究指出，當歸多糖可降低突變型P53基因的表達，有效抑制X射線輻照引起的小鼠細胞凋亡，還可對抗細胞氧化損傷[14]。褐藻糖膠，也稱巖藻聚糖可有效抑制輻照小鼠脾臟損傷，抑制骨髓有核細胞數、造血干細胞、WBC數的減少[15]。黃芪多糖可保護輻照小鼠肝臟損傷，顯著降低丙氨酸轉氨酶、天冬氨酸轉氨酶和乳酸脫氫酶水平及NF-κB的表達水平，其機制可能與黃芪多糖的抗氧化特性相關[16]。人參酸性多糖可通過抑制p53依賴的途徑和線粒體/caspase途徑，減輕輻射誘導小鼠小腸的細胞凋亡，因此酸性多糖是一種潛在的輻射防護劑，可在放射治療（如癌癥治療）期間預防輻射所致的腸道細胞損傷[17]。五味子多糖可顯著增加輻照小鼠WBC和淋巴細胞數量、血清IgG和補體C3的水平以及外周血與胸腺CD3+CD4+、CD3+CD8+T細胞亞群比例，減輕輻射誘導的胸腺細胞凋亡，其機制可能是通過上調Bcl-2的表達和下調Fas和Bax的水平，從而有效地預防放射治療過程中的免疫損傷[18]。大黃多糖1可拮抗大鼠輻射所致的腸道損傷，顯著抑制8 Gy電離輻射所致的大鼠腸絨毛高度降低和數量的減少，促進腸黏膜損傷的恢復，其機制可能是通過抑制輻射誘導的腸上皮細胞凋亡和細胞內促甲狀腺激素的產生[19]。

動物源性多糖抗輻射相關研究顯示，星蟲多糖可顯著延長致死劑量輻照小鼠存活時間，顯著升高外周血紅細胞、白細胞與血小板數量及骨髓DNA含量，提高脾臟與睪丸指數，降低骨髓嗜多染紅細胞微核率與細胞凋亡率，有效清除輻射產生的自由基[20]。鯊魚軟骨黏多糖可顯著增高8 Gy γ射線輻照小鼠WBC數、骨髓有核細胞數、SOD活性、胸腺及脾臟指數，具有明顯的輻射保護作用[21]。微生物源性多糖抗輻射相關研究指出，香菇多糖可顯著增高輻照小鼠的脾臟系數，促進脾臟淋巴細胞的增殖，對小鼠輻射所致的脾臟損傷具有有效的保護作用[22]。卡巴氏菌多糖可顯著升高β射線輻照后小鼠脾細胞的存活率，促進輻射所致自由基的清除，從而降低DNA損傷，并調節凋亡相關蛋白p53，Bax和 Bcl-2 等的表達水平[23]。

1.3 蛋白質和肽類

蛋白質來源廣泛，沒有毒性，代謝產物為機體營養物質，無蓄積作用，其衍生肽類更是營養效價高、保健功能多樣。近年研究表明多種蛋白質及肽類具有良好的輻射防護功能。國內有學者于X射線輻照前，采用當歸蛋白連續3 d提前干預小鼠，可有效提升輻照小鼠WBC數、脾臟及胸腺指數、脾集落形成單位（colony forming unit-spleen，CFU-S）和脾臟 CAT活力，改善脾白髓損傷和體重下降[24]。劉琪等[25]同樣采用X射線輻照小鼠，輻照前預先采用藻藍蛋白灌胃干預，發現藻藍蛋白能夠顯著提高輻照后小鼠血漿及肝臟中SOD、GSH-PX活性，降低血漿及肝臟MDA水平，減少肝組織中活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生，減輕X射線對小鼠機體造成的氧化損傷，對輻射損傷有較好的防護作用。金屬硫蛋白是一種天然的生物活性物質，存在于真核微生物、高等植物、原核生物中，國外研究者通過動物實驗證明金屬硫蛋白能夠緩解X射線輻照導致的小鼠DNA氧化損傷和癌變，并對低劑量X射線導致的骨髓損傷起保護作用[26-27]。此外，國內外研究證明，人參低聚肽、膠原肽、核桃低聚肽等多種生物活性肽具有對抗輻射損傷的作用，其機制與增強機體清除自由基能力，降低電離輻射引起的氧化損傷有關[28-30]。

1.4 生物堿

生物堿類化合物大多存在于自然界植物中，具有多種生物學活性，近些年其抗輻射作用得到了國內外研究者的關注。Cordes等[31]通過體外研究證明，一種從白屈菜中提取出的生物堿硫代磷酸衍生物（Ukrain）可顯著降低60Co γ射線輻照導致的正常人體皮膚及肺成纖維細胞的凋亡，而對結直腸癌及惡性膠質瘤細胞卻表現出毒性作用，使這兩種癌細胞聚積在細胞周期的G2期，因此Ukrain可作為臨床放化療的輔助劑。國內亦有研究指出，苦豆子總堿對γ射線輻照導致的小鼠亞慢性輻射損傷有一定的保護作用，機制可能與其增加全血中GSH-Px活性，減少輻射過程中脂質過氧化物的生成，進而抑制自由基對造血系統和肝臟的損害有關[32]。

1.5 多酚類化合物

1.5.1 黃酮類化合物

黃酮類化合物是一類天然的多酚類化合物，具有很強的抗氧化活性。大量研究顯示，黃酮類化合物可通過清除羥自由基起到輻射防護作用。有研究者通過小鼠微核試驗證實黃酮類化合物具有輻射防護作用。另有研究發現，從圣羅勒中提取的黃酮類化合物對2.0 Gy γ射線全身輻照小鼠有輻射防護作用[33-34]。一項體內實驗研究表明，葡萄柚中提取的生物類黃酮可保護染色體免受輻射損傷。此外，有堿性彗星實驗研究顯示，蜂膠及其相關的黃酮類化合物可保護全身輻照小鼠免受輻射損傷。其他黃酮類化合物，例如槲皮素、染料木黃酮、葒草素及蕓香苷均有體內輻射防護作用[35]。

1.5.2 類黃酮

類黃酮是植物色素的總稱，屬于多酚類化合物，又稱生物類黃酮，廣泛存在于蔬菜、水果、谷物、花卉、根莖、樹皮、紅葡萄酒和茶葉等。常見的類黃酮物質有花青素、原花青素、兒茶素、橙皮苷、柚皮苷、槲皮素、蕓香素及黃堿素類和異黃酮類等等。研究顯示，原花青素和兒茶素能夠提高γ射線輻照所致小鼠WBC數、小鼠脾臟指數、骨髓細胞DNA含量，降低輻照小鼠微核率，對輻射損傷小鼠具有明顯的保護作用[36]。橙皮苷可以加快急性中波紫外線輻射后小鼠皮膚細胞中環丁烷嘧啶二聚體的清除，對小鼠皮膚起到顯著的光保護作用[37]。大豆異黃酮干預可增加輻照小鼠WBC數，并且對血細胞，尤其是紅細胞、血小板的數量具有顯著恢復作用；另一項研究顯示，大豆異黃酮可延長輻照小鼠游泳時間及存活時間，增加WBC中淋巴細胞占比[38-39]。

1.5.3 白藜蘆醇

白藜蘆醇通常存在于葡萄、桑葚、堅果、水果和紅葡萄酒，是一種生物活性很強的多酚類化合物。邢永華等對137Cs γ射線輻照的C57BL/6小鼠進行白藜蘆醇干預，結果顯示白藜蘆醇顯著增加WBC數及骨髓有核細胞數量[40]。紅酒中的白藜蘆醇可顯著抑制輻照小鼠的體重和脾臟指數的下降，增加T淋巴細胞總數和CD4+T細胞、CD8+T細胞亞群含量、脾臟細胞培養上清中細胞因子IFN-γ水平，對輻射損傷小鼠免疫系統具有明顯的恢復功能[41]。白藜蘆醇可促進60Co γ射線輻照導致的大鼠睪丸生精功能損傷的恢復，可降低輻照大鼠卵泡刺激素和促黃體生成素水平，增高睪酮、睪丸組織mRNA及蛋白水平[42]。

1.5.4 茶多酚

茶多酚為茶葉中多酚類物質的總稱，包括兒茶素類、花青素類、黃酮及黃酮醇類、聚合酚類、酚酸及縮酚酸類等。郭紹來等[43]研究顯示，茶多酚可增高γ射線輻照小鼠WBC、紅細胞及血小板水平，并減輕輻照小鼠體內氧化損傷，降低脂質過氧化水平，具有很強的輻射防護作用。鄭燕等[44]實驗證明，茶多酚可顯著受紫外線輻照雄性小鼠體重和生殖腺重量的降低，增高睪丸組織中SOD活性，降低MDA含量，使睪丸生精細胞排列致密，對受輻射雄性小鼠的生殖系統起到保護作用。茶多酚還具有顯著的抗腫瘤作用，在鼻咽癌治療中也取得了很大進展，能提高放療和化療的療效，減少放療損傷及并發癥[45]。此外，茶多酚還具有延緩衰老，抗紫外線對皮膚的光老化作用[46]。

1.6 維生素和礦物質

維生素A、C、E及硒是公認的抗氧化劑，通過阻斷自由基引起的鏈式反應的蔓延來發揮其輻射防護劑的作用。將膳食維生素A溶于大豆油可防護放射性核素內照射引起的生物學效應；放射性核素碘-131用于甲狀腺癌的治療，而維生素C可以通過清除自由基減少染色體的斷裂，防護放射性核素碘-131引起的內照射損傷；維生素E的輻射防護作用在動物實驗中已被廣泛證實，其單獨或與WR-3689結合均可增大輻射后小鼠的存活率，并能輔助減輕大鼠輻射所致的小腸炎[47]。硒以硒蛋白形式可作為抗氧化劑保護機體免受自由損傷，國外動物實驗證實，膳食中大劑量補充硒能夠減輕輻射導致的大鼠腎臟自由基損傷[48]。

1.7 褪黑素

褪黑素是松果體的一種激素，是公認的羥自由基和過氧自由基的有效清除劑，也可見于可食植物中，例如櫻桃、番茄[49-50]。大量研究證實了褪黑素的輻射防護作用，褪黑素治療可抑制γ射線所致的小鼠多器官氧化應激，增加輻射小鼠的存活率；也有研究報道褪黑素治療可通過降低丙二醛含量，并增高還原型谷胱甘肽含量，減輕γ射線輻照所致大鼠肝臟的氧化損傷[51-52]。最近的研究顯示，Shirazi等[53]發現給大鼠腹腔注射10 mg/kg·BW的褪黑素，可增加受60Co γ射線輻照大鼠的淋巴細胞數，提高血清SOD、GSH-Px等抗氧化酶活性，并降低血清NO水平，對電離射線誘導的外周血氧化損傷起到防護作用。Aihong Mao等[54]通過動物實驗研究發現，褪黑素預處理可提高碳離子輻照小鼠的胸腺和脾臟指數，減少胸腺和脾臟細胞凋亡，并減輕輻射引起的T淋巴細胞比例失衡和細胞因子紊亂，褪黑素可作為碳離子輻照誘導免疫功能障礙的有效保護劑。國外亦有研究指出，褪黑素可逆轉γ射線輻照所致大鼠泌尿生殖系統的氧化損傷[55]。

1.8 皂苷類化合物

皂苷是一類糖苷，其苷元為三萜或螺旋甾烷類化合物，主要存在于高等植物中（人參、桔梗、刺五加），也可見于海洋植物中。皂苷具有抗氧化、抗菌抗癌、增進DNA修復，增強免疫功能等生物活性。易劍峰等[56]通過動物實驗發現，人參總皂苷可抑制大鼠肝臟P450酶，減輕輻射造成的損傷，維持大鼠內環境穩態。南瑛等[57]研究證明絞股藍皂苷能夠有效提高受γ射線輻照小鼠的血清SOD、CAT活性，并顯著降低小鼠血清、肝臟MDA水平，對輻射引起的氧化損傷具有很好的保護作用，其可能機制是通過Nrf2信號通路發揮抗氧化保護作用。張明[58]采用苜蓿皂苷灌胃干預小鼠，發現可使輻照小鼠WBC、紅細胞及血小板計數及骨髓有核細胞含量顯著增加，從而穩定造血系統，并通過增強SOD、GSH-Px活性清除自由基，減少小鼠免疫器官的損傷，從而發揮顯著的抗輻射作用。此外，研究發現，三七皂苷、刺五加皂苷等均有輻射防護作用。

1.9 甲基黃嘌呤

黃嘌呤可見于多種組織及體液中，例如肌肉、血液及尿液中，也可以在一些用于醫藥用途的植物中找到。甲基黃嘌呤家族的成員有可可堿、己酮可可堿、咖啡因和茶堿。臨床前研究表明己酮可可堿是一種耐受性好的水溶性藥物，在體外和體內對人類多種癌癥都有很強的抗癌作用，且作為單一療法或與維生素E聯合使用，可減輕輻射所致的纖維化；一項隨機對照試驗也證明，己酮可可堿和維生素E聯用可預防高危乳腺癌患者放療后的纖維化[59]。咖啡因是甲基黃嘌呤家族的另一成員，能夠改善輻射引起的小鼠皮膚反應，但不影響腫瘤細胞的輻射敏感性，在80 mg/kg劑量干預下可顯著提高全身輻照7.5 Gy致死量γ射線照小鼠的存活率，對電離輻射有保護作用[60]。除己酮可可堿和咖啡因外，研究報道可可堿和茶堿對電離輻射誘導的有絲分裂阻滯有抑制作用[47]。

1.10 中草藥輻射防護劑

有力的證據表明，許多植物和植物來源的天然化合物具有低毒和高耐受性，是有效的輻射防護劑。例如，綠茶和紅茶多酚、銀杏提取物、葡萄提取物、大豆異黃酮、洋蔥和姜根、芳香草本薄荷的輻射防護活性已被證實。如微核試驗所示，250 mg/kg柑橘提取物對受γ射線照射（1.5 Gy）小鼠骨髓的保護作用為未處理對照的2.2倍。秦繼勇等[61]通過動物實驗發現，山楂甲醇提取物灌胃干預可顯著提高X射線輻照小鼠體重、血紅蛋白與骨髓DNA含量及骨髓有核細胞數，對小鼠造血系統起到保護作用。Goel等[62]研究發現，桃兒七提取物RP-1預干預可顯著改善2 Gy γ射線輻照所致小鼠脾細胞增殖抑制狀態、并提高小鼠血漿抗氧化水平，對小鼠性電離輻射有一定的輻射防護作用。另一項研究表明，生姜的水蒸氣蒸餾提取物預干預小鼠，可以減輕X射線輻射引起的小鼠造血系統損傷，減少細胞凋亡的數量，可能與促進輻射造成的骨髓細胞損傷的修復有關[63]。積雪草甘改善輻照小鼠細胞周期紊亂，清除自由基，提高小鼠脾臟淋巴細胞增殖活力，保護小鼠小腸組織免受輻照損傷[64]。當歸黃芪超濾物顯著升高輻照大鼠心肌細胞存活率，降低細胞培養上清液中乳酸脫氫酶活性，增強SOD活性，并顯著抑制心肌凋亡相關蛋白BAX的表達[65]。此外，丁香根提取物、芒果苷、印度枳葉提取物均具有一定的輻射防護作用[47]。

1.11 曲酸

曲酸又稱曲菌酸，由曲霉菌、青霉菌、醋桿菌屬等發酵產生的天然代謝產物。曲酸制備工藝成熟，易于生產，廣泛應用的抗氧化保鮮劑，也可用于制備皮膚增白劑、果蔬和肉制品的護色劑等。研究發現曲酸有顯著的抗輻射潛力，以比格犬為實驗動物進行的曲酸急性抗輻射實驗研究結果顯示，曲酸可顯著延長γ射線（3 Gy）輻照比格犬的存活時間，增高WBC、紅細胞數，降低骨髓細胞微核率，明顯增強DNA損傷修復相關 基 因 RAD50、ATM、BRCA1 和 RAD51 mRNA 及DNA損傷修復相關蛋白MRE11-RAD51-NBS1（MRN）復合物、磷酸化ATM、BRCA1和RAD51的表達，顯著抑制輻射誘導的中國倉鼠卵巢細胞早期凋亡的發生，減少細胞內自由基的生成并抵抗p53蛋白的表達[66]；曲酸也可顯著延長輻照小鼠的存活時間，曲酸可清除體內輻射所產生的自由基，能夠減輕細胞、組織的氧化損傷，對輻照小鼠造血系統、免疫系統及其遺傳物質有很好的保護作用[67]；此外，曲酸也可顯著增高輻照小鼠脾淋巴細胞轉化能力，改善脾臟和胸腺組織的輻射損傷，提高脾臟和胸腺指數[68]。

2 結語

輻射無處不在，除了地殼中放射性核素、宇宙射線等天然輻射外，人們還可以接觸到工業核污染、醫療放射治療的輻射以及日常生活中的電器輻射，如手機、電腦、電磁爐、微波爐等，其中，天然輻射和醫療放射是造成人類輻射損傷的主要輻射來源[69]。自由基學說是電離輻射所致氧化損傷的理論基礎，當機體受到射線輻照，機體中的水發生電離分解產生多種自由基，攻擊機體細胞組織從而造成損傷[70-71]。然而，目前輻射防護劑多為化學合成物質，臨床效果有限且毒副作用大，因此尋找安全有效、毒副作用小的天然抗輻射劑是亟待解決的問題[72]。