科普| 當(dāng)暴露于核輻射，身體內(nèi)的細(xì)胞都經(jīng)歷了什么？

本文作者：中山大學(xué) 淺藍(lán)

本文審核專家：江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院 李晶教授

引言

最近，國際期刊上的新綜述系統(tǒng)闡述了核輻射對(duì)于人體的危害以及干細(xì)胞療法作為抗輻射治療方案的主要科學(xué)進(jìn)展。通過這篇文章，我們可以了解到，核輻射作用于細(xì)胞生物分子，導(dǎo)致自由基泛濫，當(dāng)細(xì)胞受到核輻射的影響時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的DNA 會(huì)開啟修復(fù)過程，但基并不是所有的DNA損傷都可以自行修復(fù)，在許多臨床場景下，外源性干細(xì)胞修復(fù)技術(shù)是一種潛在的選擇。

從8月24日起，核污水事件第一時(shí)間就引起了大家對(duì)于核技術(shù)的關(guān)注。誠然，核技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍-事和醫(yī)學(xué)等不同領(lǐng)域，帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)快速增長，但與此同時(shí)接踵而至的核輻射抑或是核泄漏卻是對(duì)人體健康的一大威脅，而且很有可能危及生命。自20世紀(jì)中葉以來，全世界已經(jīng)發(fā)生了400多起輻射事故，成千上萬的人因?yàn)楹溯椛涠軅?/span>[1]。

根據(jù)輻射劑量的不同，暴露于核輻射的患者臨床表現(xiàn)可從前驅(qū)階段的惡心嘔吐到終末階段的造血系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、乃至神經(jīng)系統(tǒng)的衰竭。

當(dāng)一個(gè)人受到 10-20 Gy 或更高劑量的照射時(shí)，前驅(qū)癥狀會(huì)在 1 至 72 小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)，包括發(fā)燒、食欲不振、惡心和嘔吐、電解質(zhì)紊亂，甚至低血壓、意識(shí)喪失，最后在幾天內(nèi)死亡。嚴(yán)重的快速前驅(qū)階段表明吸收劑量較大，預(yù)示著臨床預(yù)后較差。

日前，發(fā)表在“Oxidative Medicine and Cellular Longevity”上的一篇名為“Hematopoietic Stem Cells and Mesenchymal Stromal Cells in Acute Radiation Syndrome ”的新綜述系統(tǒng)闡述了核輻射對(duì)于人體的危害以及干細(xì)胞療法作為抗輻射治療方案的主要科學(xué)進(jìn)展[2]。通過這篇文章，我們可以從細(xì)胞和生物學(xué)層面來了解核輻射。

No1：

核輻射作用于細(xì)胞生物分子，讓自由基“泛濫”

究其原因，可以從微觀角度來解釋。如下圖所示，核輻射對(duì)細(xì)胞生物分子的影響可分為直接影響和間接影響兩種，直接效應(yīng)是指核輻射的能量可直接轉(zhuǎn)移到生物大分子上，引起電離和激發(fā)。

此外，核輻射還可直接作用于水分子上，導(dǎo)致水分子活化并形成自由基等活化產(chǎn)物，而這些活化產(chǎn)物隨后會(huì)作用于其他生物分子，這種方式產(chǎn)生的效應(yīng)稱為間接效應(yīng)[2]。

△圖片來自參考文獻(xiàn)2

由于人體和細(xì)胞中含有大量的水，大部分核輻射能量被水吸收，導(dǎo)致水分子分解，產(chǎn)生大量能破壞人體內(nèi)各種生物大分子的自由基，這種間接效應(yīng)對(duì)人體造成的損害約占核輻射損傷的 80%。

No2：

細(xì)胞啟動(dòng)DNA修復(fù)過程

當(dāng)細(xì)胞受到核輻射的影響時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的DNA 會(huì)開啟修復(fù)過程，有些 DNA 損傷可以通過復(fù)雜的代謝和免疫機(jī)制完全恢復(fù)，而有些 DNA 損傷不那么幸運(yùn)，在修復(fù)過程中會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤及偏移，如非克隆基因缺失和基因插入等等[3]。這些累積的基因突變以及遺傳不穩(wěn)定性可能在數(shù)年后導(dǎo)致惡性疾病的發(fā)生。

△圖片來自參考文獻(xiàn)3

No3：

遇到無法修復(fù)的細(xì)胞損傷，外源性干細(xì)胞修復(fù)技術(shù)來幫忙

核輻射對(duì)機(jī)體的損害歸根結(jié)底是對(duì)細(xì)胞的損害，而干細(xì)胞，作為一種具有無限增殖能力的細(xì)胞，同時(shí)可分化為三種不同的胚層，這兩種特性使干細(xì)胞可用于各種由于核輻射引發(fā)的疾病的治療中，相比于其他細(xì)胞，干細(xì)胞是一種更穩(wěn)定，更理想的細(xì)胞來源[4]。

如下圖所示，干細(xì)胞療法可以用于治療各種核輻射誘發(fā)的疾病，如神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等等，其中，造血干細(xì)胞移植也一直作為核輻射導(dǎo)致的多種惡性血液腫瘤的一線治療手段。

△圖片來自參考文獻(xiàn)4

除了干細(xì)胞之外，干細(xì)胞衍生的細(xì)胞外囊泡（EV）是一種安.全有效的干細(xì)胞替代品，在疾病治療方面具有巨大潛力。近期，有研究證明使用 間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的 EV（MSC-EV）可以減輕輻射引起的肺血管損傷、炎癥和纖維化。

此外，MSC-EV 還可以通過下調(diào) ATM/P53/P21 信號(hào)傳導(dǎo)來降低輻射引起的 DNA 損傷水平[5]。這些研究可能為核輻射后的損傷提供一種有前景的治療策略，并使輻射引起的肺損傷患者受益。

△圖片來自參考文獻(xiàn)5

做為細(xì)胞療法的一大重要分支，干細(xì)胞療法在近兩年來頻頻出現(xiàn)在大眾的視野，不可否認(rèn)的說干細(xì)胞療法目前已經(jīng)進(jìn)入臨床療法發(fā)展的“快車道”，其也被稱為繼藥物治療和手術(shù)治療之后的第三次醫(yī)學(xué)"革-命"。相信隨著更多臨床試驗(yàn)的開展，在不久的將來，干細(xì)胞療法有望做為更多人們面對(duì)疾病時(shí)的選擇！

參考文獻(xiàn)：

[1] N. Dainiak and R. C. Ricks, “The evolving role of haematopoietic cell transplantation in radiation injury: potentialsand limitations,” The British Journal of Radiology, vol. 78,pp. 169–174, 2005.

鏈接：https://www.birpublications.org/doi/10.1259/bjr/31003240

[2] Qian L, Cen J. Hematopoietic Stem Cells and Mesenchymal Stromal Cells in Acute Radiation Syndrome. Oxid Med Cell Longev. 2020 Aug 8;2020:8340756. doi: 10.1155/2020/8340756. PMID: 32855768; PMCID: PMC7443042.

鏈接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7443042/#B1

[3] Asano, S. Current status of hematopoietic stem cell transplantation for acute radiation syndromes. Int J Hematol 95, 227–231 (2012). https://doi.org/10.1007/s12185-012-1027-8

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[4] Yamanaka S. Pluripotent Stem Cell-Based Cell Therapy-Promise and Challenges. Cell Stem Cell. 2020 Oct 1;27(4):523-531. doi: 10.1016/j.stem.2020.09.014. PMID: 33007237.

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[5] Lei X, He N, Zhu L, Zhou M, Zhang K, Wang C, Huang H, Chen S, Li Y, Liu Q, Han Z, Guo Z, Han Z, Li Z. Mesenchymal Stem Cell-Derived Extracellular Vesicles Attenuate Radiation-Induced Lung Injury via miRNA-214-3p. Antioxid Redox Signal. 2021 Oct 10;35(11):849-862. doi: 10.1089/ars.2019.7965IF: 6.6 Q1 . Epub 2020 Aug 7. PMID: 32664737IF: 6.6 Q1 .

鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32664737/

PhD高壓均質(zhì)機(jī)、高壓細(xì)胞破碎儀，為結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生命科學(xué)的研究、制備抗癌藥、抗輻射藥物，助一臂之力！