多糖的輻射防護作用機制研究

拜思瓊 黎晨 何俊霞 肖文媛 郭淼 郭忠

摘要：電離輻射與人們的生活密切相關，其在對人類造福的同時也給人們的健康造成不同程度的損傷，輻射條件下產生過量自由基引起的氧化應激所導致的生物大分子損傷會破壞正常細胞功能、影響機體代謝過程。因此開發有效的輻射防護劑對維護人體健康有重要意義。研究表明多糖具有輻射防護作用，其在自然界中來源廣泛，且在發揮防輻射作用時有副作用小、易代謝等特點。多糖發揮輻射防護效應可能是通過清除自由基、抑制脂質過氧化、增加內源性抗氧化酶和抑制DNA損傷等活性達成。本論述就其輻射防護作用機制作一綜述，以期為多糖作為天然防輻射防護劑更好的開發、利用和應用提供參考。

關鍵詞：多糖；輻射防護；作用機制

中圖分類號：R144文獻標志碼：A

基金項目：國家自然科學基金項目（項目編號：81560508）和國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：202010742121，202010742116）資助。

輻射按電離能力及能量的高低分為電離輻射與非電離輻射，造成人類損傷的輻射主要來源于天然輻射和醫療放射。輻射可導致機體造血、免疫、消化、生殖、心血管等系統的損害，同時可引起微循環障礙、癌變、染色體畸變，甚至引發死亡[1]，所以輻射防護劑研發值得被正視。

各種輻射防護劑的作用原理不同，主要有抑制氧化反應、清除自由基，阻礙氫離子傳遞、螯合對酶功能有重要作用的重金屬離子等[2]。近年來，多糖作為一種天然防護劑受到越來越多的關注，本論述就其抗輻射時調節細胞周期、激活信號通路、維持機體氧化-抗氧化平衡、防護免疫及造血系統損傷等不同作用機制作一綜述，以期為多糖作為天然防輻射防護劑更好的開發、利用和應用提供良好的理論基礎。

1調節細胞周期

細胞在不同周期階段對電離輻射的敏感程度不同[3]，在受到電離輻射后均會出現細胞周期延長而干擾正常的增殖，多糖可通過阻礙細胞周期異常延長來發揮抗輻射作用。

朱燕春等用大鼠SMG細胞研究狗肝菜多糖對不同劑量60Coγ射線的防護作用。使狗肝菜多糖干預60Coγ射線作用后的SMG細胞，結果表現其能有效削減S、G2期細胞數以減緩增殖細胞在S、G2期的停滯，提升細胞的增殖本領、降低細胞總凋亡率。可知狗肝菜多糖可通過減緩SMG細胞S、G2期阻滯和削弱放射后SMG細胞非常凋亡來發揮輻射防護作用。

2激活信號通路

2.1線粒體凋亡通路的激活

電離輻射會使線粒體內的促凋亡蛋白細胞色素（CytC）釋放到細胞質中，從而介導細胞凋亡引起線粒體功能障礙[4]。黃歡[5]等用射線照射小鼠骨髓單核細胞（BMNCs）建立輻射損傷模型，用枸杞多糖（LBP）進行干預，研究結果顯示LBP可降低輻射后的BMNCs的凋亡比例、阻礙電離輻射導致的線粒體膜電位下降去極化、抑制CytC從線粒體中釋放，由此可知LBP抑制輻射誘導的BMNCs凋亡是通過抑制線粒體凋亡途徑實現的。

Du Shaobo等[6]對LBP預處理的大鼠角膜上皮細胞（RCE）進行中波紫外線（UVB）輻照，發現LBP可抑制UVB誘導的RCE線粒體膜電位的喪失以及caspase-3的下調和上調，能顯著阻止細胞活力喪失和細胞凋亡。可知LBP對UVB誘導的RCE細胞損傷和凋亡具有保護作用機制可能與抑制線粒體凋亡途徑有關。

2.2下調NF-κB信號通路相關蛋白

核轉錄因子-κB（NF-κB）是一種廣泛存在于真核生物內的轉錄因子[7]，其在細胞增殖、存活、早期病毒應答及細胞因子分泌、促炎等多方面具有重要作用。在輻射過程中可造成NF-κB磷酸化入核激活下游蛋白COX-2，通過高表達氧化應激產物，造成細胞生長抑制并出現基因組不穩定性。

張利英[8]等體外培養人骨髓間充質干細胞（BM？ SCs），2Gy12C6+輻射（IR組）和黃芪多糖（APS）干預，實驗結果表示：與IR組比較，APS+IR組BMSCs細胞增殖水平升高，克隆形成數增多；微核率和免疫熒光核心明顯削減、COX-2蛋白下調。可得結論：APS對2Gy12C6+輻射BMSCs具有促增長作用，可能和下調NF-κB信號通路相關蛋白，維持BMSCs基因組穩定性有關。

2.3P38絲裂原激活蛋白激酶（P38MAPK）通路

P38MAPK是在細胞內調節目的蛋白合成的重要信號轉導通路，同時也是疾病的炎癥關鍵通路，它將細胞外的信號傳遞至細胞核內，通過影響TNF-α、IL-6、ROS、COX- 2等因子的生成，參與調控細胞的增殖、分化及調亡[9]。陳晨等用60Coγ射線+海帶多糖（LJP）干擾照射小鼠，制作下頜下腺血管HE切片染色以及ELISA檢測P38MAPK，發現經LJP防治后，隨著時間的延長放射+LJP組P38MAPK較放射組表達呈減弱趨勢（P< 0.05）；用Image-proPlus軟件統計p-p38MAPK對應的OD值（平均光密度值）發現LJP可以上調VEGFA、VEG？ FR-2；使磷酸化p38MAPK下調從而保護放射誘導的下頜下腺血管損傷。

2.4阻斷脾細胞內質網凋亡途徑

內質網（ER）作為一個中央細胞器，參與蛋白質的合成、折疊、成熟以及凋亡。Wang Lu等[10]通過建立小鼠輻射損傷模型，系統地研究了虎杖中性多糖（NTH？ SP）基于內質網（ER）凋亡途徑的輻射防護作用，采用免疫組織化學和RT-qPCR方法闡明其輻射防護機制。給予NTHSP后，相關mRNA、PERK、XBP1、CHOP（內質網凋亡途徑下游的促凋亡蛋白）的表達均有不同程度的降低，結果表明NTHSP可通過阻斷ER凋亡通路的三種主要類型：PERK-ATF4-CHOP、IRE1ATF4-CHOP和ATF6-XBP1-CHOP，從而明顯地阻止射線誘導的小鼠脾細胞凋亡。

2.5microRNA免疫調控通路

microRNA是內源性的非編碼小RNA分子，長度為19～25個nt（nucleotide，nt），參與調節全部的細胞進程。周鑫濤等[11]在黑木耳多糖硫酸酯（SNAAP）輻射防護作用研究中發現SNAAP能夠促進脾臟淋巴細胞增殖、增加免疫因子分泌，利用生物信息學比較并分析得知輻射會導致小鼠脾臟microRNA相關片段mmu-mi R-200a-3p、mmu-mi R-200b-3p、mmu-mi R-200c-3p和mmu-mi R-375-3p表達水平上調，輻射前給藥SNAAP對小鼠進行防護以后這些表達下調。可知SNAAP的輻射防護作用是通過microRNA免疫調控通路來發揮的。

2.6Nrf2/ARE免受氧化應激信號通路

Nrf2/ARE（抗氧化反應原件）目前被認為是對抗氧化應激損傷中最重要的通路，氧自由基可以通過激活Nrf2/ARE進而激活其下游靶基因。張甜等[12]以不同輻射劑量的6MV-X射線照射SD大鼠，用Nrf2抑制劑干擾大鼠小腸隱窩上皮細胞（IEC-6）株中Nrf2 mRNA的表達。結果發現IEC-6在給予Nrf2抑制劑干預后損傷顯著加重、細胞活力下降、氧化應激反應顯著。由此可知保護放射導致的腸損傷中Nrf2/ARE信號通路起著不可或缺的作用。

張利英等[13]研究當歸多糖對輻射大鼠腎臟氧化應激防護作用發現，當歸多糖各組大鼠機體過氧化物及脂質過氧化物產物（LPO和MDA）降低，而抗氧化酶（SOD和GSH-Px）活性升高；Nrf2表達增多。說明當歸多糖對X射線致使大鼠腎臟氧化應激損傷發揮的防護作用和Nrf 2的表達有關。

3維持體內氧化-抗氧化平衡

3.1對SOD與MDA的影響

DNA是電離輻射損傷的主要靶點。研究表明帶電粒子的軌跡可以直接穿過并電離DNA及其附近的水分子，從而產生高活性的自由基破壞機體氧化-抗氧化系統的穩態[14]。SOD屬于生物體內一種重要的抗氧化酶，其含量高低能夠反映機體清除氧自由基的能力。自由基還可攻擊生物膜引發脂質過氧化產生MDA加重輻射損傷，故MDA含量高低可以反映機體輻射損傷的程度。

胡俊飛[14]等用硫酸化黑木耳多糖聯合60Coγ射線照射小鼠，檢測發現相較于單純輻照組，經多糖給藥后的各組小鼠體內SOD活力顯著增強、MDA水平降低，減輕輻射對機體的損傷而起到輻射防護作用。王靖雅[15]在姬松茸多糖抗輻射研究中也提出，多糖可通過直接清除機體內的各類過多有害自由基，達到保護機體免受輻射損傷的作用。

4對造血系統和免疫系統的改變

楊建鑫等[16]在冬蟲夏草菌粉中蟲草多糖抗輻射作用初探中得出蟲草多糖可在一定程度上提高WBC的數目，提高胸腺及脾臟的臟器指數。靈芝多糖對輻射導致的骨髓抑制有修復效果，可以促進機體造血系統恢復。

徐俊杰等[17]研究發現山藥多糖不同劑量組可提高微波輻射損傷小鼠的巨噬細胞吞噬指數，T淋巴細胞增殖的刺激指數及血清IgG水平，降低血清IL-4水平。可知山藥多糖對低強度連續微波輻射引起的小鼠免疫系統功能損傷有明顯改善作用。

5其他

5.1抑制放射誘導的旁觀者效應（RIBE）

放射誘導的旁觀者效應指未被直接輻射的細胞出現與受照射細胞相類似的應答反應，由Nagasawa和Little于1992第一次提出[18]。近年來，對多糖抑制輻射導致的旁觀者效應有一定的研究進展。Zhang Liying等[19]用2GyX射線照射骨髓間充質干細胞（A549）后與黃芪多糖（APS）共同孵育。結果顯示APS可抑制COX-2和ROS的表達、導致細胞生長和集落形成率下降、骨髓基質細胞微核率和53BP1病灶數的增加。旁觀者效應細胞中磷酸化p38、JNK、ERK1/2、和COX-2蛋白表達下降。得出結論A549輻射誘導骨髓間充質干細胞RIBE是由條件培養液中ROS介導的，黃芪多糖可能通過調節MAPK/NF-κB通路來阻斷RIBE。次年[20]，他們進一步發現黃芪多糖通過外源性和內源性DNA損傷誘導細胞周期阻滯于G1期，從而降低旁觀者細胞的增殖和集落形成率。

5.2操縱樹突狀細胞改善輻射誘導的非局域效應

近年來放射治療興起，其被認為是通過抗原釋放引起的、由樹突狀細胞（DC）呈遞的異常效應。Pang Guibin等[21]利用從天然草本植物中提取的生物活性多糖，開發出能夠逆轉透射電鏡的多糖納米顆粒（ANPs），從而增強輻射誘導的非局域效應。他們發現ANP誘導的免疫應答表現為表型成熟和TLR4信號通路的抗原提呈增強。DC激活成功地轉化為原發性（輻射）和繼發性（未輻射）腫瘤中CD4 T/T和CD8T/T比值的增加。為在免疫治療時代將從天然草藥中提純的免疫活性大分子融入現代納米技術提供了一種新的策略。

6結語與展望

綜上所述，多糖輻射防護作用機制的研究已經取得一定進展，然而仍有諸多機制尚未闡明，如其誘導的旁觀者效應相關研究較少，因此多糖輻射防護作用不同機制、通路、靶點有待深入探討。此外還應關注其在起輻射防護作用時的最佳時機和應用劑量、繪制劑量-反應關系曲線，對其進一步開發利用具有十分重要的臨床意義，也可為研發安全有效輻射防護劑提供有利參考。

參考文獻：

[1]郝云濤，珠娜，李勇.天然輻射防護劑的研究進展[J].食品研究與開發，2020，41（13）：219-224.

[2]冉晨曦，李穎，何人可，等.中藥在腫瘤放射治療及輻射防護中的研究進展[J].西北民族大學學報（自然科學版），2015（3）：47-50.

[3]覃珊珊，王代友，眭斌，等.狗肝菜多糖對輻射損傷后大鼠腮腺中血管內皮生長因子的表達變化和意義[J].口腔醫學研究，2019，35（2）：125-128.

[4]LI Xiaoyu，WANG Lu，WANG Zhenyu. Radioprotective ac？ tivity of neutral polysaccharides isolated from the fruiting bod？ ies of Hohenbuehelia serotina[J]. Physica Medica，2015，31（4）：352-359.

[5]黃歡，龐華，王英，等.枸杞多糖對電離輻射所致小鼠骨髓單核細胞凋亡的抑制作用[J].環境與職業醫學，2018，35（10）：933-937.

[6]Du Shaobo，Han Biao，Li Kang，et al. Lycium barbarum Poly？ saccharides Protect Rat Corneal Epithelial Cells against Ultra？ violet B-Induced Apoptosis by Attenuating the Mitochondrial Pathway and Inhibiting JNK Phosphorylation[J].Biomed Res Int，2017（17）.

[7]關海艦，孫高峰，謝惠芳.NF-κB通路中基因多態性與肺癌易感性的Meta分析[J].中國循證醫學雜志，2019（12）：1430-1435.

[8]張利英，王磊，張麗昕，等.黃芪多糖對重離子輻射BMSCs防護作用及與NF-κB相關機制研究[J].中華中醫藥雜志，2018，33（12）：5576-5580.

[9]陳晨，張思琴，韋力，等.海帶多糖調節小鼠小膠質細胞活化保護放射損傷后的海馬記憶功能[J].神經解剖學雜志，2018，34（03）：327-333.

[10]Wang Lu，Li Xiaoyu. Radioprotective effect of Hohenbuehelia serotina polysaccharides through mediation of ER apoptosis pathway in vivo.[J].Int. J. Biol. Macromol.，2018（12）：267.

[11]Zhiqiu Chen，Xintao Zhou，Jing Zhang，et al. Structure and radio-protective effects of sulfated Auricularia auricula poly？ saccharides[J]. Journal of Food Biochemistry，2018，42（6）.

[12]Zhang Tian，Shi Lei，Xu Yuan， et al. Purified PEGylated hu？ man glucagon-like peptide-2 reduces the severity of irradia？ tion-induced acute radiation enteritis in rats.[J].J. Radiat. Res.，2019，60（1）：1-10.

[13]張利英，盧志偉，許小敏，等.當歸多糖對輻射大鼠腎臟氧化應激防護作用及Nrf2相關機制研究[J].中藥藥理與臨床，2017，33（5）：63-66.

[14]胡俊飛，張華，曲航，等.硫酸化黑木耳多糖的輻射防護作用研究[J].食品研究與開發，2017，38（5）：6-10.

[15]王靖雅，常劉楊，賈藝悅，等.真菌多糖的輻射防護作用研究[J].食品與藥品，2019，21（3）：235-238.

[16]楊建鑫，年永瓊，段雅彬，等.發酵冬蟲夏草菌粉中蟲草多糖的含量測定及其抗輻射作用初探[J].中國高原醫學與生物學雜志，2020，41（01）：53-59.

[17]徐俊杰，王珺，楊占群.山藥多糖對低強度連續微波輻射小鼠免疫系統功能的影響[J].上海中醫藥雜志，2019，53（11）：82-85.

[18]Dong Chen，Bingrong Dong，Kobayashi， Alisa， et al. G（2）-M phase-correlative bystander effects are co-mediated by DNA-PKcs and ATM after carbon ion irradiation.[J].Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen，2016（795）：1-6.

[19]Zhang Li-Ying，Luo Yali，Lu Zhiweietal，et al. Astragalus Polysaccharide Inhibits Ionizing Radiation- Induced By？ stander Effects by Regulating MAPK/NF-kB Signaling Path？ way in Bone Mesenchymal Stem Cells（BMSCs）.[J].Med. Sci. Monit.，2018（24）：4649-4658.

[20]Zhang Li-Ying，Yong Wen-Xing，Wang Lei et al. Astraga？ lus Polysaccharide Eases G1 Phase-Correlative Bystander Effects through Mediation of TGF- R/MAPK/ROS Signal Pathway After Carbon Ion Irradiation in BMSCs.[J].Am. J. Chin. Med.，2019，47（03）：595-612.

[21]Pang Guibin，Chen Chao，Liu Yun， et al. Bioactive Polysac？ charide Nanoparticles Improve Radiation- Induced Absco？ pal Effect through Manipulation of Dendritic Cells.[J].ACS Appl Mater Interfaces，2019（11）：42661-42670.