染色體畸變和微核分析在放射工作人員職業健康監護中的價值探討

韓林 趙風玲 劉玉龍 呂玉民

摘 要：外周血淋巴細胞染色體畸變和微核作為對電離輻射較為敏感的生物指標，在國內外輻射生物劑量估算中得到廣泛應用和認可，但在放射工作人員職業健康監護中的價值尚有值得討論的問題。本文從染色體畸變和微核形成機制入手，探討這2 項細胞遺傳指標在放射工作人員職業健康檢查中的意義和實用價值，供同行討論和參考。

關鍵詞：放射工作人員;職業健康監護;染色體畸變;微核

中圖分類號：TL75 文獻標識碼：A

外周血淋巴細胞染色體畸變和微核作為對電離輻射敏感的生物指標，在國內外輻射生物劑量估算中得到廣泛應用和認可。近年來，人們逐漸認識到了這2 項指標在慢性放射損傷評價中的生物學意義和臨床價值[1-2] 。因此，國家相關部門規章和標準將該2 項指標列入放射工作人員職業健康監護中的檢查項目， 如在GBZ 98—2020《放射工作人員健康要求及監護規范》[3]中，將外周血淋巴細胞染色體畸變（ chromosomalaberration， CA）檢測列入放射工作人員上崗前和離崗前的必檢項目， 淋巴細胞微核（micronucleus， MN）為在崗期間的必檢項目。而且，近年來有關慢性低劑量電離輻射對放射工作人員細胞遺傳學指標影響的研究已有許多報道，但對這些指標在放射工作人員職業健康監護中意義的解讀尚鮮見報道。為此，本文在簡要介紹電離輻射誘發染色體畸變和微核形成機制的基礎上，探討外周血淋巴細胞CA 和MN 指標在放射工作人員職業健康檢查中的生物學意義和實用價值，供同行討論和參考。

1 染色體畸變和微核形成的機制

1. 1 電離輻射誘發的染色體畸變

染色體畸變是指染色體在受到理化及生物因素的影響而發生的數目和結構的改變，包括染色體結構畸變和數目異常。染色體結構畸變與細胞周期有關，又分為染色體型畸變和染色單體型畸變。當細胞在處于細胞周期的間期（G0 或G1 期）受到暴露，此時DNA 未合成，染色體以單線行使功能，受損傷的單鏈DNA 經過S 期（DNA 合成期）復制后兩條染色單體在相同位置發生了改變，從而形成染色體型畸變，而當細胞處于G2 期（DNA合成后期）受到暴露，染色體已經復制成兩條染色單體，可能會誘發1 個單體損傷，也可能產生2 個單體損傷但損傷位置可能不同，形成染色單體型畸變。由于人體細胞受到照射時主要分析的是外周血淋巴細胞的染色體畸變，而淋巴細胞正常情況下處于細胞周期的間期，經過S 期時，將損傷的染色體復制兩份，形成染色體型畸變。因此，電離輻射誘發的染色體畸變主要是染色體型畸變[4-5] 。包括雙著絲粒或多著絲粒體（dicentrics， dic）、著絲粒環（ centric ring， r）、無著絲粒環（ acentricring， ar）、無著絲粒斷片（ fragment， f）、微小體（minute， min）、相互易位（translocation， t）、倒位（inversion， inv） 和缺失（deletion， del），其中ar、f和min 統稱為無著絲粒體（acentrics， ace），在上述畸變中除del 和f 為電離輻射一次擊中外，其他畸變均為2 次或2 次以上擊中。按照染色體型畸變在體內的轉歸，又可將上述這些畸變分為非穩定性染色體畸變和穩定性染色體畸變，前者在細胞分裂的后期會形成染色體橋引起細胞死亡（dic、r）或因沒有著絲粒結構隨細胞分裂丟失（ace） 故稱非穩定性畸變，后者（t、inv 和del） 在細胞分裂中不存在力學障礙，細胞分裂不受影響可在體內長時間存在故稱為穩定性畸變[6] 。染色單體型畸變多被外界物理、化學、生物等多種因素誘發，且與受照劑量沒有直接相關關系，不作為評價電離輻射損傷的觀察指標[1，5] 。

1. 2 微核及其形成機制

微核是指有染色體、染色單體的無著絲粒斷片或紡錘體損傷后造成滯后染色體在細胞分裂后期未包被于主核中形成的小體。國外學者基于著絲粒和端粒探針的熒光原位雜交（fluorescence insitu hybridization， FISH）研究結果證實MN 確實是來自于無著絲粒斷片和整條染色體（圖1）[4，7-8] 。

因此，輻射誘發的微核和染色體畸變存在直接關系，但又不能等同。原因是對淋巴細胞來說，輻射誘發的染色體畸變主要為染色體型畸變。雖然大多數畸變可伴隨斷片，如dic+r 的伴隨斷片（f），但穩定性畸變的t 和inv 等則不伴有斷片，所以微核只部分反映染色體結構畸變。除上述染色體型畸變的斷片可形成微核外，染色單體斷片、單或多條滯后的染色體也可形成微核。而且有報道基于全著絲粒探針FISH 的CBMN 實驗發現，在正常人群淋巴細胞中的MN 有70%以上是來自細胞分裂后期落后的整條染色體，僅有不到30%的MN 是來自無著絲粒斷片，MN 受年齡和性別的影響，本底值較高[8] 。而且健康人群中隨著年齡的增加MN率升高，女性的微核率高于男性，生物、化學和物理（包括電離輻射）因素均可誘發微核，其產生沒有特異性[9] 。

2 染色體畸變分析在放射工作人員職業健康監護中的意義

2. 1放射工作人員體檢中常見的染色體畸變類型

在放射工作人員染色體畸變非顯帶核型分析中最常見到的畸變是不作為電離輻射觀察指標的染色單體斷裂（chromatid break， ctb），其次是f，涉及到大片段染色體的相互易位，del 和dic 亦可觀察到，但r 較不常見。因為，對于慢性放射損傷多為長期分次小劑量低劑量率照射所致，誘發的染色體型畸變大多是一次擊中畸變即f，如果觀察到二次擊中畸變如dic、r 和t 等重接型畸變，由于這些指標自發率低對評價慢性放射損傷有重要參考價值。而且國內外的許多報道亦顯示，放射工作人員細胞遺傳檢測中觀察到的染色體型畸變主要是f，其次是t 和dic 等重接型畸變。但在不同工種放射工作人員中，這些畸變的占比不同，如本課題組在對醫療機構放射工作人員染色體畸變分析中觀察到，放射診斷和放射治療2 組f 率在總染色體型畸變率占比分別為65%和60%，高于重接型畸變之和占比（ t 分別占23%、24%;dic 分別占12. 5%、15. 6%）;核醫學和介入放射學2 組放射工作人員中f 率占比分別為51%和47%，與重接型畸變之和占比（ t 分別占34%、36%;dic 分別占13%、16. 8%）基本一致，可能與這2 組放射工作人員在職業活動中受到更高的輻射劑量，DNA 損傷更嚴重有關[10] 。本課題組還在對100 例介入放射工作人員染色體畸變分析中得到類似結果[11] ，而且國內大多數學者的報道亦是以f 為主，但在常規核型分析中計數t 的報道較少[5] 。這也是GBZ/ T248—2014《放射工作人員職業健康檢查外周血淋巴細胞染色體畸變檢測與評價》[12] 標準中對不同畸變指標給出不同正常參考值范圍的主要依據和原因，如ace 正常參考值范圍為0 ～ 3%，>3%為異常;dic 或r 或t 等指標正常參考值范圍為<1%，結果≥1%為異常。因此，在放射工作人員職業健康檢查染色體畸變檢測中應重點識別和計數dic 和t等電離輻射誘發的標志性重接型畸變，特別是t 指標不會隨時間延長而丟失，可以較好反映放射工作人員的累積暴露劑量，應是重點觀察的畸變指標。

2. 2 染色體畸變在職業健康監護中的應用價值分析

現有研究表明，外周血淋巴細胞CA 分析是評價電離輻射所致長期低劑量照射遺傳損傷效應的可靠方法，已廣泛應用于放射工作人員、航空機組人員、井下礦工和高本底地區居民的放射損傷評價，其主要生物學意義一是可以作為參考指標用于慢性放射損傷的評價，二是通過分析穩定性染色體畸變重建長期低劑量暴露人員的累積吸收劑量，三是利用CA 指標開展輻射流行病學研究，探討升高的CA 水平與某些疾病的關系。

2. 2. 1 不同染色體型畸變指標在評價慢性放射損傷中的價值分析

由于電離輻射誘發的不同染色體型畸變指標生物學意義不同，在放射工作人員職業健康監護CA 檢測實踐中，還要考慮多重因素對檢測結果的影響再進行分析和評價。

（1）ace 率升高

如果只是ace 率>3%，而ace 指標對電離輻射不具有特異性，年齡、其它物理、化學和生物因素等也會影響ace 的發生率。因此，在進行放射損傷評估時還應考慮年齡、受照史、近期是否有化學物質接觸和病毒感染史等的影響以及造血系統是否有異常等，一般不建議將ace 作為放射工作人員職業健康監護評價的指標。

（2）重接型CA 率升高

對于重接型的dic、r 和t 等電離輻射誘發的標志性CA 指標為異常者，如通過增加分析細胞數仍≥1%，除可作為參考指標推測其可能曾經受到一定劑量的照射外，而且在職業性慢性放射病診斷中有一定參考價值[13] 。但在對檢測結果評價時首先要排除受檢者是否曾接受過放射治療等醫療照射，其次要調查受檢者的工種、工齡、個人劑量監測結果等信息，還要考慮造血系統是否有異常等做出綜合判斷。如果不伴有白細胞、血小板等指標異常，建議要加強個人防護和定期進行染色體畸變檢測（有條件的實驗室可進行穩定性染色體畸變分析估算累積暴露劑量），可以從事放射工作;如伴有造血系統異常，則要按照GBZ 98《放射工作人員健康要求及監護規范》[3] 要求對崗前放射工作人員給出不宜從事放射工作的適任性評價，對在崗期間的放射工作人員可以給出暫時脫離或不宜繼續原放射工作崗位的評價。

（3）單獨的染色體畸變率升高

對放射工作人員進行適任性評價可能有一定局限性，需要考慮個人職業史和受照射情況以及其他系統是否有異常等信息，如此方可對受檢者個人做出科學合理的適任性評價。

2. 2. 2 放射工作人員累積暴露劑量的重建

染色體易位目前被國際學界認可為最可靠的回顧性重建生物劑量的生物學指標，近年來國外學者利用FISH 技術分析染色體易位，重建了包括長期受低劑量暴露的放射工作人員、早年參加核試驗的退役軍人以及醫療照射受照患者等不同暴露人群的累積暴露劑量，進一步驗證了t 指標在回顧性生物劑量重建中的實用價值[14] 。如韓國學者在對2 例各有1 個“惡棍”（Rogue）細胞的介入放射工作人員進行FISH 分析易位估算劑量時，發現基于染色體易位率估算的劑量分別為0. 494 Gy和0. 427 Gy，明顯高于個人劑量計記錄的用物理方法估算的有效劑量（ 37. 15 mSv 和8. 66mSv）[15] ，該國學者在對工業探傷放射工作人員易位分析和重建生物劑量研究中得到類似結果，即物理方法估算的劑量明顯低于生物劑量[16-17] 。表明染色體易位在回顧性重建放射工作人員累積暴露劑量方面是有明顯實用價值的生物指標，可能比個人劑量計記錄的用物理方法估算的劑量更為客觀準確。本課題組利用常規核型分析技術對醫療行業放射工作人員染色體畸變分析中發現，盡管介入放射學組放射工作人員的個人年有效劑量監測結果均不超過年劑量限值（20 mSv），但介入放射學組的dic 和易位率明顯升高[10] 。可能提示依據個人劑量監測估算的物理劑量不能真實反映介入放射工作人員的照射劑量。推測其原因可能與2 種因素有關，一是介入手術時為近臺操作，工作人員的未屏蔽部位不可避免的多次受到輻射暴露，二是個別工作人員輻射防護意識薄弱，不佩戴或不能準確佩戴個人劑量計，造成個人劑量監測的誤差[14] 。因此，利用FISH 或G 顯帶分析易位重建放射工作人員特別是介入放射工作人員的累積受照劑量，可能是克服目前國內僅靠物理方法估算劑量不夠準確的主要技術手段，可為相關部門制定合理、可行、有針對性的輻射防護的管理措施提供較為準確的生物劑量資料。

2. 2. 3 染色體畸變水平與某些疾病的關系

來自歐美大樣本人群隊列的輻射流行病學研究顯示，低劑量電離輻射（包括職業照射） 能夠誘發受照人群染色體畸變明顯升高，而升高的細胞遺傳學參數可能與患癌相對危險度增加相關[18-19] ，職業暴露、吸煙與CA 對患癌相對危險有協同作用。表明CA 與患癌相對危險有關，升高的人外周血淋巴細胞CA 可預測患癌危險[2] 。此外，有報道顯示升高的染色體畸變率與受到低劑量電離輻射照射的切爾諾貝利核電站事故清理工人血壓的升高呈正相關[20] 。提示低劑量電離輻射誘發的染色體畸變不但與患癌風險相關，還可能與常見疾病相關。因此，基于國內較為龐大的放射工作人員群體，開展染色體畸變等生物指標與職業照射暴露人群患某些疾病風險關系的輻射流行病學研究，也可能是下一步學者們要關注的重要課題。

3 微核分析在放射工作人員職業健康監護中的應用價值分析

外周血淋巴細胞微核試驗由于簡便、易于掌握是評價不同類型職業暴露常用且有一定價值的細胞遺傳指標，也是GBZ 98—2020 標準[3] 規定的在崗期間放射工作人員職業健康監護的必檢項目。近年的許多報道顯示，放射工作人員的微核率明顯高于對照組，在不同放射工種中介入放射工作人員的微核率明顯升高，亦有微核率與年有效劑量呈正相關關系的報道，說明微核率確實可以反映不同職業受照人群整體的遺傳損傷水平[21-22] 。但由于微核率受其它誘變劑、年齡和性別等因素的影響，且對電離輻射不具有特異性，對受檢者個體而言，升高的微核率的參考價值有限，只能作為輔以染色體畸變的參考指標評價慢性放射損傷。

因此，在放射工作人員職業健康監護微核檢測實踐中，如果對受檢者同時進行了染色體畸變和微核檢測，兩者檢測結果不一致，應以染色體畸變的檢測結果為準，如兩項指標均升高對評價慢性放射損傷更有意義;如果只進行了微核檢測，對微核率高于本實驗室正常參考值的受檢者應建議進一步進行染色體畸變分析，依據染色體畸變的分析結果進行遺傳學評價[23] 。此外，有報道顯示升高的微核率可以預示未來患癌相對危險度增加。微核率指標在放射工作人員輻射流行病學研究領域可能也有重要實用價值，值得學者關注。

4 結語

綜上所述，基于外周血淋巴細胞CA 和MN 的形成機制，前者的重接型畸變（如t、dic）對電離輻射有特異性、后者對電離輻射不具有特異性，因此，2 項指標在放射工作人員職業健康檢查中的生物學意義和應用價值明顯不同。MN 試驗只能作為CA 的輔助指標用于放射工作人員的細胞遺傳篩查，不能用于受低劑量慢性暴露放射工作人員個體的放射損傷評價，而CA 作為參考指標不但可用于慢性放射損傷的評價[2] 和職業性慢性放射病的診斷[13] ，其中的穩定性染色體畸變還可用于放射工作人員累積暴露劑量的重建，以彌補工作人員不佩戴或不能準確佩戴個人劑量計而造成估算物理劑量誤差大等問題[14，17] 。由于介入放射學、非密封源操作、移動工業探傷、測井等工作場所可能很難做到隔室操作和完全安全的個人防護，未來應更多關注這些高風險工種放射工作人員CA的檢測工作，開展CA 率與慢性放射損傷關系的流行病學以及利用t 指標估算高風險工種放射工作人員累積生物劑量等方面的研究工作，預期可作為高風險工種放射工作人員的職業健康監護與評價的敏感指標，為制修訂國家相關法規和標準時，將CA 指標納入高風險工種人群在崗期間的必檢項目提供科學依據。

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