裸鼴鼠心臟對60Coγ射線輻射耐受的初步研究

李 煜，劉尹航，陳 超

（1. 海軍軍醫大學基礎醫學院實驗動物學教研室，上海 200433；2. 上海外國語大學附屬中學，上海 200083）

[關鍵字] 裸鼴鼠；心臟；60Coγ射線；輻射耐受

癌癥是威脅人類健康的重大疾病之一，全球每年有數千萬人死于癌癥。目前，放射治療是治療癌癥的常用方法之一，大約半數的癌癥患者通過放療手段進行治療[1-2]。但是，在放療過程中，不可避免地癌癥患者會出現相應的放療后遺癥，放射性心臟病便是其中之一。放射性心臟病范圍較廣，包括心包炎、心肌病、心肌纖維化、瓣膜病、冠狀動脈疾病和傳導異常等[3-4]。放射性心臟病一旦發生，便不可逆轉，從早期的急性心包炎向晚期動脈粥樣硬化、心臟瓣膜損傷以及心臟傳導異常等轉變[5]，嚴重威脅人類健康。

電離輻射包括人工輻射和天然輻射。目前，人工輻射已廣泛應用于農業、工業、軍事和醫療領域[6]。天然輻射廣泛地分布于人類賴以生存的自然環境，其中，60Co放射源產生的γ射線也是天然輻射的一種。因具有波長短、頻率高、能量高等特點，60Co暴露達到一定劑量就會對生物體造成DNA與RNA降解等影響，從而使得蛋白質合成等功能喪失，導致生物體的損傷[7-9]。有研究報道[10-12]，高劑量的輻射能夠引起急性心包炎，一段時間后還可能引起動脈粥樣硬化加速、不良心肌重塑、傳導異常和心臟瓣膜損傷等癥狀。目前，雖然放射性心臟病的生物學機制日趨明確[13]，但臨床研究過程中最適實驗動物的選擇尚未有明確報道。

裸鼴鼠屬于嚙齒目，分布于肯尼亞、埃塞俄比亞等非洲地區。1980年代后期發現，裸鼴鼠應用于生物醫學研究方面具有較多優越性[14]。裸鼴鼠因具有對癌癥的天然免疫等特性，受到生物醫學界的廣泛關注。電離輻射作為誘發癌癥的因素之一，是致癌模型建立的常用方式。裸鼴鼠雖然對癌癥天然免疫，但是否對電離輻射具有耐受目前尚未見報道。在前期的預實驗中，本課題組對裸鼴鼠進行了不同劑量的60Coγ射線一次性全身照射，并對其存活率進行統計。結果顯示，10 Gy組裸鼴鼠30 d存活率為50%。因此，本研究通過觀察裸鼴鼠經10 Gy60Coγ射線輻照后的心臟組織結構及生化指標變化，初步探討裸鼴鼠心臟的輻射耐受能力，為后續研究其耐受特性的分子機制提供依據，為臨床治療放射性心臟病提供思路。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

18月齡健康雄性裸鼴鼠21只，由本教研室生產，飼養于屏障設施[S Y X K（滬）2 0 1 7-0004]。

1.2 實驗動物分組與實驗處理

21只裸鼴鼠隨機分為2組，分別為對照組7只和實驗組14只。實驗組裸鼴鼠給予一次性全身60Coγ射線輻照，輻射劑量率為1.163 Gy/min，輻照時間為8.6 min，總輻射劑量為10 Gy，由海軍軍醫大學輻照中心完成。

1.3 主要儀器設備及試劑

自動組織脫水機、包埋機、轉輪式切片機、染色機、封片機和倒置熒光顯微鏡等均購自徠卡顯微系統（上海）貿易有限公司；生化檢測試劑盒購自碧云天生物技術有限公司。

1.4 實驗方法

1.4.1 心臟組織切片的制備與觀察 分別取對照組、60Coγ射線輻照后7 d和14 d實驗組各3只裸鼴鼠，通過腹腔注射0.3%戊巴比妥鈉對動物進行麻醉，迅速打開胸腔，取其心臟，置于通用型中性組織固定液中固定24 h。經脫水、透明、包埋、切片、染色、封固等步驟完成H E染色組織切片的制備，光學顯微鏡下觀察。

1.4.2 心臟組織氧化應激水平檢測 分別取對照組、輻照后7 d和14 d實驗組各4只裸鼴鼠，通過腹腔注射0.3%戊巴比妥鈉對動物進行麻醉，迅速打開胸腔，取其心臟，剪取0.1 g心臟組織，經40 μm孔徑篩網研磨過濾后加入1 mL裂解液，12 000×g，4 ℃離心10 min，取上清液用于檢測丙二醛（MDA）、總抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽（GSH）和氧化型谷胱甘肽（GSSG）含量，檢測步驟參照試劑盒說明書。

1.5 統計學處理

所有數據均以x-±s表示，使用Graphpad Prism 5.0軟件對數據進行分析。多組計量數據比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 形態學觀察

光學顯微鏡下觀察，對照組心肌細胞大小正常，呈短柱狀，有分支和橫紋，心肌細胞間結構正常，心肌纖維排列整齊致密（圖1 A）。60Coγ射線輻照后7 d及14 d，鏡下可見心肌纖維排列緊密，心肌細胞大小正常，未出現明顯的萎縮、水腫、壞死及纖維化等病變（圖1B、C），但偶見小灶心肌血管充血（圖1 C）。

2.2 心臟生化指標檢測結果

如表1顯示，輻照后7 d心臟組織中MDA含量顯著高于對照組（P＜0.01），60Coγ射線輻照后14 d較輻照后7 d顯著降低（P＜0.01），但仍顯著高于對照組（P＜0.01）。心臟組織T-AOC在輻照后7 d未有顯著降低，但在輻照后14 d顯著低于對照組（P＜0.05）和輻照后7 d組（P＜0.05）。心臟組織GSH與GSSG含量均在輻照后7 d和輻照后14 d顯著降低（P＜0.01），且輻照后14 d組含量顯著低于輻照后7 d組（P＜0.01）。

表 1 60Coγ射線輻照對裸鼴鼠心臟氧化應激水平的影響Table 1 Effect of 60Coγ-ray radiation on oxidative stress in the heart of naked mole rats(-x ± s)

3 討論

電離輻射雖然對腫瘤具有一定程度的治療作用，但其引發的放射性并發癥也一直嚴重威脅著人類的健康。心臟作為對電離輻射較為敏感的器官，在經過電離輻射后，通常情況下會出現與輻射劑量和輻射時間具有相關性和依賴性的病變。王升曄等[15]報道小鼠心臟在經過電離輻射后呈現出心臟廣泛纖維增厚、心臟微血管和內皮細胞減少等病變，輻射能導致心肌纖維排列紊亂，心肌細胞出現水樣變性等。另有研究發現，在局部心臟輻射幾個月后，可以觀察到心肌血管周圍間質膠原沉積增加，并逐漸惡化[16-18]。大鼠在經過全身高劑量輻射后，心臟微血管密度顯著降低[19]。此外，有報道顯示，經過輻射后，不僅心臟微血管密度會改變，其部分功能亦發生改變[20]。本研究中，經過一次性10 Gy60Coγ射線輻照后，裸鼴鼠心肌纖維排列緊密，心肌細胞大小正常，僅偶見小灶心肌血管充血，未出現心肌纖維廣泛增厚、排列嚴重紊亂、間質細胞炎性浸潤和纖維化等病變，表明裸鼴鼠心臟組織結構未受輻射的明顯影響。

輻射對于細胞的損傷，一方面是通過對其直接生化修飾進行影響，另一方面則是通過分解細胞水分子產生活性氧簇和活性氮自由基，促使機體產生氧化應激反應，從而間接損傷組織結構[14,21]。正常情況下，對于體內存在的自由基，機體具有一定的清除機制，即機體抗氧化防御機制。該機制包括以GSH、過氧化氫酶等為代表的低分子量抗氧化劑，能夠將氧化因子經過一系列反應最終轉化為水和氧氣[22-23]。當機體受到電離輻射時，自由基大量產生，超出了機體清除機制的承受能力，因此會引起機體的氧化損傷。而機體受到氧化損傷最直接的重要標志，就是脂質過氧化的終產物MDA大量增加。研究發現，將小鼠進行6 Gy劑量60Coγ射線照射后，其心臟組織中MDA顯著增加[24]。作為機體內重要的抗氧化和自由基清除劑，GSH在機體中主要以兩種形式存在，分別為GSSG和還原型GSH，但機體正常情況下主要以還原型GSH形式存在[25]，且自身會維持還原型GSH和GSSG的動態平衡，以更好保證生物體內抗氧化和清除行為的進行；而受到不同條件刺激時，該動態平衡將進行自身調整以應對外部刺激。如左麗麗等[24]研究發現，小鼠在經過6 Gy劑量60Coγ射線照射后，其心臟組織中GSH含量顯著降低。T-AOC反映的是機體總體的抗氧化能力，其數值的高低表明機體抗氧化能力的強弱[26]。在本研究中，經過一次性10 Gy60Coγ射線照射后，裸鼴鼠心臟組織中MDA含量顯著增加，T-AOC、GSH和GSSG含量均顯著降低，與文獻報道結果相符，表明裸鼴鼠心臟組織在輻射后發生明顯的氧化應激，且心肌過氧化損傷顯著。

綜上所述，雖然裸鼴鼠心臟組織中的MDA

含量呈現升高趨勢，T-AOC、GSH和GSSG含量均呈現時間相關的遞減趨勢，但在組織學觀察時并未發現相應病變。一方面表明了裸鼴鼠心臟組織確實具有一定程度的輻射耐受能力，另一方面也說明裸鼴鼠心臟組織中還存在其他尚未明確的抗氧化修復機制或其他輻射耐受機制，這為后續的裸鼴鼠輻射耐受機制的研究奠定了基礎。