电离辐射与细胞凋亡
作者：范正平
单位：范正平(海军医学研究所，上海市 200433)
关键词：电离辐射；细胞凋亡；诱发；基因调控；放疗▲
海军医学杂志000140 摘 要：有很多因素能诱发细胞凋亡，电离辐射是其中最重要的因素之一。探讨和研究电离辐射与细胞凋亡的关系，对辐射防护和肿瘤放疗都有重要意义。文中 简要阐述了辐射剂量、剂量率、LET辐射、分割照射以及放射性核素等对细胞凋亡的影响，讨论了辐射诱发细胞凋亡的可能机理，并分析了细胞凋亡的潜在临床应用前景。
在多细胞生物中，细胞凋亡在许多方面对维持生命活动起着重要作用，无论是组织更新 、细胞退行性病变和衰老或免疫功能的正常行使，还是多种疾病(如肿瘤)的发生发展或疾病 的治疗(如肿瘤的放疗、化疗)，都与细胞凋亡密切相关。由于与辐射相关的细胞凋亡在放射 生物学和放射肿瘤治疗学中具有深刻的影响，了解和认识辐射与细胞凋亡的关系，对辐射防 护以及肿瘤的放射治疗都具有重要的现实意义。
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1 细胞凋亡的概念
20多年前，Wyllie和Curne(1972)首次提出细胞有两种死亡方式，即坏死(necrosis)和凋亡( apoptosis)。凋亡也称程序性细胞死亡(PCD)，是细胞死亡的一种重要的生物学模式。现已 证实，凋亡在组织的正常发育、肿瘤的形成以及内环境稳定的控制等方面起关键作用。如凋 亡能清除机体自身反应性淋巴细胞，破坏癌细胞和被病毒感染的细胞，它在机体的自身保护 方面发挥着重要作用。此外，凋亡还能使带有DNA损伤的细胞发生死亡，不使已损伤的基因 进入子代细胞，从而有利于机体防止遗传突变。有许多因素如电离辐射、化疗药物、糖皮质 激素、细胞分裂素以及一些生长因子提取物等均可诱发各种组织的细胞凋亡。细胞在凋亡过 程中呈现典型的形态学变化特征，包括皱缩、膜发泡、染色质与核凝聚、以及含有完整细胞 器和浆膜的凋亡小体。频死的细胞分离成凋亡小体，最终被巨噬细胞和邻近内皮细胞所吞噬 [1]。坏死则是由于细胞的外部损伤导致细胞代谢障碍，同时被免疫系统激活出现 强烈的炎症反应，最终累及邻近细胞发生片状坏死。凋亡主要是影响分散的单个细胞，而坏 死常累及成片的邻近细胞。
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2 电离辐射诱发细胞凋亡
电离辐射诱发细胞凋亡的因素很多，其中主要有亚致死剂量照射、分割照射、剂量率、低剂 量照射、LET辐射以及放射性核素等。
2.1 亚致死剂量照射 亚致死剂量照射可直接作用于细胞，造成DNA损 伤，从而导致细胞坏死，而诱发细胞凋亡的剂量要比造成细胞死亡的剂量低得多。童新等研 究了γ射线诱发细胞凋亡的时间与剂量效应的关系，他们用5Gy剂量照射小鼠胸腺细胞，分 别在照后1、2、4、6、8和10h用DPA法测DNA片段，计算PCD的生成，结果发现在照后4～6h P CD 生成最显著。提示PCD生成不是射线直接作用于DNA的结果，而是射线诱发损伤至细胞死亡之 间有一滞后阶段，存在一内在“编程”细胞死亡的生物学过程。照射剂量增大，PCD生成越 显著，但剂量增至20Gy以上，PCD生成反而下降。这是因为大剂量照射直接作用于DNA，导致 细胞坏死增加，PCD生成相对下降所致[2]。吴玮等给小鼠分别一次照射2、4和6Gy 剂量γ线，用PI染色、流式细胞分析等技术研究了小鼠胸腺细胞的凋亡规律。结果显示，受 亚致死剂量照射后小鼠胸腺细胞出现明显的凋亡，使凋亡达到最高峰值的最适照射剂量为4G y。该研究还表明，PHA和rIL-2联合对辐射诱发的胸腺细胞凋亡有明显的保护作用；亚致 死剂量的X线也可诱发胸腺细胞凋亡，而且所诱发的凋亡呈线性依赖性增加[ 3]。牟颖等采用荧光法和琼脂电泳法对裂解DNA通过定量和定性研究了X线致小鼠胸腺细 胞凋亡的变化。结果表明，4Gy X线照后2h，细胞凋亡开始上升，至14h达峰值，尔后呈下降 趋势，DNA裂解率照后24h降至第14h的50%，提示可能是由内环境中巨噬细胞吞噬凋亡小体所 致[4]。
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2.2 分割照射 在肿瘤放疗中，为尽量减少大剂量对正常组织的直接损 害，又要最大限度地使肿瘤细胞发生凋亡，因而研究分割照射对凋亡的影响很有意义。Meyn 等(1995)对啮齿类动物卵巢癌进行分割照射，每次2.5Gy，共25Gy。结果发现，与两次分别 照射12.5G y或一次性照射25Gy相反，分割照射致癌细胞凋亡率明显增加，并在分次放疗过程中再次形 成了对凋亡敏感的细胞群。Ling等采用分割照射也获得了类似的结果[5]。他们把 经Myc转染的REFs(原始灭活细胞)同步培养与也用Myc转染的Rat-1细胞(不灭活细胞)同步培 养进行比较，观察到这两个细胞系中，相对于G1期而言，S和G2期的凋亡率更高一些， 只有REF-Myc细胞在G1期增高，Rat-1-Myc细胞在G1期不增高。这样，在第二次分割照射之 前， 使Rat-1细胞的转染子更迅速地再次分布于S和G2期，结果这些细胞发生了更多的凋亡[ 5]。据推测，分割剂量(split dose)效应可用来增加肿瘤细胞的凋亡。与正常组织相比 ，肿瘤组织常缺乏G1停滞期，而受照后又常停滞在G1期，因而凋亡率上升。
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2.3 剂量率 照射后的细胞存活与亚致死性损伤的修复有关，且常随剂 量率下降而增高。关于剂量率对细胞凋亡的影响，大多数研究证实两者间并无明显的依赖关 系。研究中通常使用的剂量率为1～2Gy/min，但也有人采用5～20Gy/h剂量率照射，发现辐 射敏感的淋巴细胞出现明显的凋亡[6]。Ling等用c-Myc或c-Ha-ras肿瘤基因转染 大鼠胚胎细胞，照射剂量为3～60Gy/h，结果发现剂量率与凋亡之间无相关作用[7] 。Fritsch等用剂量率为1.3～10.8Gy/h给出生14d的大鼠小脑照射1Gy,6h后测定细胞凋亡 ，也未发现有剂量率效应[8]。
2.4 低剂量照射 有实验证实，0.1～0.2Gy的照射不会引起胸腺细胞凋 亡的变化。而>0.1Gy的照射使凋亡细胞数有降低趋势，其中以50～75mGy照射后降低明显[9]。这可能反映出小剂量辐射效应不同于大剂量照射，它对胸腺细胞凋亡有抑制作 用。刘树铮等发现低剂量辐射诱发胸腺细胞凋亡的剂量效应关系并非线性，在一定条件下呈 “J”型曲线，这一现象在全身照射或离体照射下均可见到[10]。“J”型曲线可 解释为：200mGy以上剂量照射后，凋亡呈剂量依赖性增加；而低于200mGy剂量，凋亡细胞数 并不增加甚至降低[10]。但这种“J”型曲线发生的分子机制，目前仍未明了。
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2.5 LET辐射 LET(传能线密度)表示由带电粒子引起的电离的密度。X 线和γ线属低LET辐射，或称低密度电离辐射；中子和α粒子属高LET辐射，或称高密度电离 辐射。一般说来，辐射的生物效应随LET密度的增加而增强。与高LET相反，低LET辐射照射 后引起更多的亚致性损伤修复；而相对于低LET辐射，细胞凋亡则在很大程度上发生于受高L ET辐射照射之后[11]。
2.6 放射性核素 与外照射不同，放射性核素内照射具有辐射作用时间 的持续性和作用效应的累积性等特点。 研究证实， 放射性核素诱发的细胞凋亡与其生物学 特性有关。 傅强等通过形态学、 琼脂电泳、MTT 和 JAM实验等定性定量分析技术， 研究 了147Pm(钷)内照射诱发Molt-4细胞和Ana-1细胞的死亡方式。结果表明， 147Pm诱发的细胞死亡具有典型的凋亡形态学特征，细胞凋亡的程度及DNA链断裂 量与147Pm作用的时间和内照射的累积吸收剂量有关，提示放射性核素147 Pm内照射可诱发细胞凋亡[12]。朱寿彭等用活度为3.7×102kBq/ml 的153Sm-EDTMT(153Sm-乙二胺四甲撑膦酸)对骨肉瘤细胞(H03-8603 )进行 内照射处理，发现153Sm也可诱发细胞凋亡，其凋亡程度与内照射的作用时间 有关[13]。
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3 电离辐射诱发细胞凋亡的机理
辐射诱发细胞凋亡的过程：启动刺激→潜伏期→细胞凋亡反应。启动剌激与DNA链断裂的速 率和数量及DNA修复机制的速度和有效性有关。细胞凋亡的潜伏期变化范围较大，可从数分 钟(如胸腺细胞)到数月(如腮腺腺泡细胞)。凋亡反应又根据细胞凋亡的典型形态学特征和DN A梯谱确定。细胞凋亡的机理可能涉及到钙离子代谢、某些酶的活性以及信号传导和基因调 控等。
3.1 钙离子代谢和酶的作用 辐射诱发的细胞凋亡可能与细胞内离子浓 度和酶的活性有关。有人用γ线照射胸腺细胞，发现Ca2+内流及质膜遭到损伤。也有 实验证明，在X线诱发胸腺细胞和脾细胞凋亡中有Ca2+和核酸内切酶活化的作用。由 于细胞凋亡与Ca2+/Mg2+依赖性核酸酶同核内某些不稳定性结合有关，如抑制C a2+/Mg2+依赖性核酸内切酶的活性，则可抑制凋亡的发生[14]。此 外，某些蛋白酶如蛋白激酶A(PKA)和蛋白激酶C(PKC)也可能参与细胞凋亡过程。
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3.2 信号传导 辐射诱发细胞凋亡与信号传导通路有联系。细胞之所以 发生凋亡可归咎于维持细胞生理功能的细胞传导系统失效。这种失效可能由于信号接收和/ 或传导系统损坏、缺乏或出现错误的转录活化，以及最终细胞信号出现错误表达所致[ 11]。
3.3 基因调控 辐射诱发细胞凋亡与多种基因的调控有关，其中关系较 密切的有P53、Bcl-2和Bax等。P53是一种结合到许多细胞蛋白质的肿瘤抑制基因，参与基因 表达的控制。实验证实，在大剂量辐射诱发细胞凋亡的过程中，P53基因表达蛋白显著增加 [15]，而小剂量辐射(75mGy)可使其表达显著降低[16]。这些结果均 表明P53基因参与了辐射诱发细胞凋亡的调控。
Bcl-2是存在于核膜、内质网和线粒体中的一种膜结合蛋白，属凋亡的阴性调节剂。当Bcl-2 具有活性时，它可抑制辐射诱发细胞的凋亡。但Bcl-2不是唯一的凋亡抑制剂，还有其它的 类似基因如Bax、Bad、Bcl-X、Mal-1和A1等，都可抑制细胞凋亡。这些基因的某些基因产物 (如Bcl-x)在阻止凋亡方面象Bcl-2一样起作用；而另一些(如Bax、Bad和Bcl-Xs)则可对抗Bc l-2的作用，因而启动凋亡[11]。Korsmeyer(1996)提出了一种新理论，认为某些 细胞凋亡决定于相对量的Bax同源二聚体。Bcl-2和Bcl-XL与Bax结合，可防止其同源二聚体 化，从而抑制凋亡。另一方面，Bad基因既可使Bcl-2和Bcl-XL结合，又可使其分离，因而使 Bax游离发生同源二聚体化，结果启动凋亡。但是，这些复合体中哪一个构成活性部分，到 底凋亡是主动受Bax同源二聚体诱发，还是主动受带有Bax的Bcl-2和Bcl-XL异二聚体的抑制 ，或这些部分在独立发挥作用，尚不十分清楚。
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4 潜在临床应用前景
作为治疗肿瘤的一种重要手段，电离辐射诱发细胞凋亡的理论正日益受到人们的关注。辐射 诱发细胞凋亡有如下特点：(1)易感型细胞大大多于正常细胞，有些癌细胞对辐射极为敏感 ；(2)在同一细胞群体中，诱发细胞凋亡的剂量远远低于引起坏死所需的剂量。在常规放疗 中采用的是大剂量照射，目的在于直接杀死癌细胞，但同时也杀死了部分正常细胞。如果利 用肿瘤组织与正常组织对诱发细胞凋亡在敏感性上的差异，用小剂量辐射选择性诱发细胞凋 亡，这样既消除了癌细胞，又保护了正常细胞。此外，大量实验研究已证实，低剂量辐射可 诱导机体的适应性反应，并有抗肿瘤、提高机体免疫力的作用。提示用小剂量辐射诱发细胞 凋亡将开辟肿瘤治疗的新途径。
在对放疗或化疗的反应中上调(up-regulating)肿瘤细胞凋亡可能增强根除癌症的治疗效果 。鉴于此，放射生物学家一直在致力于研究增加诱发凋亡基因(如P53)的表达，以阻止抗凋 亡基因(如Bcl-2)的效应。已有实验证明，把P53基因转入人类头、颈粘液性细胞癌细胞系， 结果体内体外都抑制了肿瘤生长，机理是促进了细胞凋亡的缘故[17]。此外，近 年由于P53 DNA结合部位的发现，有可能设计、制造出在结构上和功能上与P53相类似的抗肿 瘤药物。
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参考文献：
[1]Li YQ. Radiation-induced apoptosis in the rat spinal cord: lack of eq ual effect fraction. Int J Ratiat Biol, 1997, 71(4):413
[2]童 新，童 燕，张双喜等.γ射线诱发细胞程序性死亡的时间及剂量效应研究. 辐射研究与辐射工艺学报，1996，14(2)：111
[3]吴 玮.小鼠受亚致死剂量60Co γ射线照射后胸腺细胞凋亡的研究.中 华放射医学与防护杂志，1998，18(2): 82
[4]牟 颖，刘树铮.X射线对小鼠胸腺细胞凋亡的影响.中华放射医学与防护杂志，1 996，16(5): 296
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[5]Ling CC, Guo M, Chen CH et al. Radiation-induced apopto sis: effect of cell age and dose fraction. Cancer Res, 1995, 55:5207
[6]Macklis RM, Beresford BA, Palayoor S et al. Cell cycle a lterations apoptosis and response to low dose rate radioimmutherapy in lymphoma cells. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 1993, 27: 643
[7]Ling CC, Chen C, Li W et al. Apoptosis induced at differ ent dose-rate-implication for the shoulde region of cell survival curves. Radi atherapy Oncol, 1994, 32:129
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[8]Fritsch P, Richard-Le Naour H, Denis S et al. Kinetics of radiation-induced apoptosis in the cerebellum of 14-day-old rats after acute or during continuous exposure. Int J Radiat Biol, 1994, 66:111
[9]Sellins KS, Cohen JJ. Gene induction by γ-irradiation leads to DNA fragmentation in lymphocytes. J Immunol, 1987, 139: 3199
[10]刘树铮.辐射对胸腺细胞凋亡的影响.白求恩医科大学学报，1993，19: 551
[11]Blank KR, Rudoltz MS, Kao GD et al. The molecular regul ation of apoptosis and implications for radiation oncology. Int J Radiat Biol, 1 997, 71: 455
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[12]傅 强.放射性核素147Pm诱发Molt-4细胞和Ana-1细胞凋亡.中华放射医学与防护杂志，1998，18(2): 92
[13]朱寿彭.电镜形态和DNA链断裂研究153Sm内照射诱发骨肉瘤细胞凋亡. 中华放射医学与防护杂志，1998，18(2): 98
[14]Ramarkrishnan N, Mcclain DE, Catravas GN et al. Membran e as sensitive targets in thymocyte apoptosis. Int J Radiat Biol, 1993, 63: 693
[15]刘承勇.P53和Bcl-1表达与BT325细胞辐射性凋亡的关系.中华放射医学与防护杂志，1998，18: 86
[16]苏 旭.低剂量辐射对细胞凋亡相关基因蛋白表达的影响.中华放射医学与防护杂志，1998,18: 77
[17]Liu TJ, Zhang WW, Taylor DL et al. Growth suppression of human head and neck cancer cells by the introduction of a wild-type P53 genevia a recombinant ademovivus. Cancer Res, 1994, 54: 3662
收稿日期：1998-11-05, 百拇医药
单位：范正平(海军医学研究所，上海市 200433)
关键词：电离辐射；细胞凋亡；诱发；基因调控；放疗▲
海军医学杂志000140 摘 要：有很多因素能诱发细胞凋亡，电离辐射是其中最重要的因素之一。探讨和研究电离辐射与细胞凋亡的关系，对辐射防护和肿瘤放疗都有重要意义。文中 简要阐述了辐射剂量、剂量率、LET辐射、分割照射以及放射性核素等对细胞凋亡的影响，讨论了辐射诱发细胞凋亡的可能机理，并分析了细胞凋亡的潜在临床应用前景。
在多细胞生物中，细胞凋亡在许多方面对维持生命活动起着重要作用，无论是组织更新 、细胞退行性病变和衰老或免疫功能的正常行使，还是多种疾病(如肿瘤)的发生发展或疾病 的治疗(如肿瘤的放疗、化疗)，都与细胞凋亡密切相关。由于与辐射相关的细胞凋亡在放射 生物学和放射肿瘤治疗学中具有深刻的影响，了解和认识辐射与细胞凋亡的关系，对辐射防 护以及肿瘤的放射治疗都具有重要的现实意义。
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1 细胞凋亡的概念
20多年前，Wyllie和Curne(1972)首次提出细胞有两种死亡方式，即坏死(necrosis)和凋亡( apoptosis)。凋亡也称程序性细胞死亡(PCD)，是细胞死亡的一种重要的生物学模式。现已 证实，凋亡在组织的正常发育、肿瘤的形成以及内环境稳定的控制等方面起关键作用。如凋 亡能清除机体自身反应性淋巴细胞，破坏癌细胞和被病毒感染的细胞，它在机体的自身保护 方面发挥着重要作用。此外，凋亡还能使带有DNA损伤的细胞发生死亡，不使已损伤的基因 进入子代细胞，从而有利于机体防止遗传突变。有许多因素如电离辐射、化疗药物、糖皮质 激素、细胞分裂素以及一些生长因子提取物等均可诱发各种组织的细胞凋亡。细胞在凋亡过 程中呈现典型的形态学变化特征，包括皱缩、膜发泡、染色质与核凝聚、以及含有完整细胞 器和浆膜的凋亡小体。频死的细胞分离成凋亡小体，最终被巨噬细胞和邻近内皮细胞所吞噬 [1]。坏死则是由于细胞的外部损伤导致细胞代谢障碍，同时被免疫系统激活出现 强烈的炎症反应，最终累及邻近细胞发生片状坏死。凋亡主要是影响分散的单个细胞，而坏 死常累及成片的邻近细胞。
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2 电离辐射诱发细胞凋亡
电离辐射诱发细胞凋亡的因素很多，其中主要有亚致死剂量照射、分割照射、剂量率、低剂 量照射、LET辐射以及放射性核素等。
2.1 亚致死剂量照射 亚致死剂量照射可直接作用于细胞，造成DNA损 伤，从而导致细胞坏死，而诱发细胞凋亡的剂量要比造成细胞死亡的剂量低得多。童新等研 究了γ射线诱发细胞凋亡的时间与剂量效应的关系，他们用5Gy剂量照射小鼠胸腺细胞，分 别在照后1、2、4、6、8和10h用DPA法测DNA片段，计算PCD的生成，结果发现在照后4～6h P CD 生成最显著。提示PCD生成不是射线直接作用于DNA的结果，而是射线诱发损伤至细胞死亡之 间有一滞后阶段，存在一内在“编程”细胞死亡的生物学过程。照射剂量增大，PCD生成越 显著，但剂量增至20Gy以上，PCD生成反而下降。这是因为大剂量照射直接作用于DNA，导致 细胞坏死增加，PCD生成相对下降所致[2]。吴玮等给小鼠分别一次照射2、4和6Gy 剂量γ线，用PI染色、流式细胞分析等技术研究了小鼠胸腺细胞的凋亡规律。结果显示，受 亚致死剂量照射后小鼠胸腺细胞出现明显的凋亡，使凋亡达到最高峰值的最适照射剂量为4G y。该研究还表明，PHA和rIL-2联合对辐射诱发的胸腺细胞凋亡有明显的保护作用；亚致 死剂量的X线也可诱发胸腺细胞凋亡，而且所诱发的凋亡呈线性依赖性增加[ 3]。牟颖等采用荧光法和琼脂电泳法对裂解DNA通过定量和定性研究了X线致小鼠胸腺细 胞凋亡的变化。结果表明，4Gy X线照后2h，细胞凋亡开始上升，至14h达峰值，尔后呈下降 趋势，DNA裂解率照后24h降至第14h的50%，提示可能是由内环境中巨噬细胞吞噬凋亡小体所 致[4]。
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2.2 分割照射 在肿瘤放疗中，为尽量减少大剂量对正常组织的直接损 害，又要最大限度地使肿瘤细胞发生凋亡，因而研究分割照射对凋亡的影响很有意义。Meyn 等(1995)对啮齿类动物卵巢癌进行分割照射，每次2.5Gy，共25Gy。结果发现，与两次分别 照射12.5G y或一次性照射25Gy相反，分割照射致癌细胞凋亡率明显增加，并在分次放疗过程中再次形 成了对凋亡敏感的细胞群。Ling等采用分割照射也获得了类似的结果[5]。他们把 经Myc转染的REFs(原始灭活细胞)同步培养与也用Myc转染的Rat-1细胞(不灭活细胞)同步培 养进行比较，观察到这两个细胞系中，相对于G1期而言，S和G2期的凋亡率更高一些， 只有REF-Myc细胞在G1期增高，Rat-1-Myc细胞在G1期不增高。这样，在第二次分割照射之 前， 使Rat-1细胞的转染子更迅速地再次分布于S和G2期，结果这些细胞发生了更多的凋亡[ 5]。据推测，分割剂量(split dose)效应可用来增加肿瘤细胞的凋亡。与正常组织相比 ，肿瘤组织常缺乏G1停滞期，而受照后又常停滞在G1期，因而凋亡率上升。
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2.3 剂量率 照射后的细胞存活与亚致死性损伤的修复有关，且常随剂 量率下降而增高。关于剂量率对细胞凋亡的影响，大多数研究证实两者间并无明显的依赖关 系。研究中通常使用的剂量率为1～2Gy/min，但也有人采用5～20Gy/h剂量率照射，发现辐 射敏感的淋巴细胞出现明显的凋亡[6]。Ling等用c-Myc或c-Ha-ras肿瘤基因转染 大鼠胚胎细胞，照射剂量为3～60Gy/h，结果发现剂量率与凋亡之间无相关作用[7] 。Fritsch等用剂量率为1.3～10.8Gy/h给出生14d的大鼠小脑照射1Gy,6h后测定细胞凋亡 ，也未发现有剂量率效应[8]。
2.4 低剂量照射 有实验证实，0.1～0.2Gy的照射不会引起胸腺细胞凋 亡的变化。而>0.1Gy的照射使凋亡细胞数有降低趋势，其中以50～75mGy照射后降低明显[9]。这可能反映出小剂量辐射效应不同于大剂量照射，它对胸腺细胞凋亡有抑制作 用。刘树铮等发现低剂量辐射诱发胸腺细胞凋亡的剂量效应关系并非线性，在一定条件下呈 “J”型曲线，这一现象在全身照射或离体照射下均可见到[10]。“J”型曲线可 解释为：200mGy以上剂量照射后，凋亡呈剂量依赖性增加；而低于200mGy剂量，凋亡细胞数 并不增加甚至降低[10]。但这种“J”型曲线发生的分子机制，目前仍未明了。
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2.5 LET辐射 LET(传能线密度)表示由带电粒子引起的电离的密度。X 线和γ线属低LET辐射，或称低密度电离辐射；中子和α粒子属高LET辐射，或称高密度电离 辐射。一般说来，辐射的生物效应随LET密度的增加而增强。与高LET相反，低LET辐射照射 后引起更多的亚致性损伤修复；而相对于低LET辐射，细胞凋亡则在很大程度上发生于受高L ET辐射照射之后[11]。
2.6 放射性核素 与外照射不同，放射性核素内照射具有辐射作用时间 的持续性和作用效应的累积性等特点。 研究证实， 放射性核素诱发的细胞凋亡与其生物学 特性有关。 傅强等通过形态学、 琼脂电泳、MTT 和 JAM实验等定性定量分析技术， 研究 了147Pm(钷)内照射诱发Molt-4细胞和Ana-1细胞的死亡方式。结果表明， 147Pm诱发的细胞死亡具有典型的凋亡形态学特征，细胞凋亡的程度及DNA链断裂 量与147Pm作用的时间和内照射的累积吸收剂量有关，提示放射性核素147 Pm内照射可诱发细胞凋亡[12]。朱寿彭等用活度为3.7×102kBq/ml 的153Sm-EDTMT(153Sm-乙二胺四甲撑膦酸)对骨肉瘤细胞(H03-8603 )进行 内照射处理，发现153Sm也可诱发细胞凋亡，其凋亡程度与内照射的作用时间 有关[13]。
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3 电离辐射诱发细胞凋亡的机理
辐射诱发细胞凋亡的过程：启动刺激→潜伏期→细胞凋亡反应。启动剌激与DNA链断裂的速 率和数量及DNA修复机制的速度和有效性有关。细胞凋亡的潜伏期变化范围较大，可从数分 钟(如胸腺细胞)到数月(如腮腺腺泡细胞)。凋亡反应又根据细胞凋亡的典型形态学特征和DN A梯谱确定。细胞凋亡的机理可能涉及到钙离子代谢、某些酶的活性以及信号传导和基因调 控等。
3.1 钙离子代谢和酶的作用 辐射诱发的细胞凋亡可能与细胞内离子浓 度和酶的活性有关。有人用γ线照射胸腺细胞，发现Ca2+内流及质膜遭到损伤。也有 实验证明，在X线诱发胸腺细胞和脾细胞凋亡中有Ca2+和核酸内切酶活化的作用。由 于细胞凋亡与Ca2+/Mg2+依赖性核酸酶同核内某些不稳定性结合有关，如抑制C a2+/Mg2+依赖性核酸内切酶的活性，则可抑制凋亡的发生[14]。此 外，某些蛋白酶如蛋白激酶A(PKA)和蛋白激酶C(PKC)也可能参与细胞凋亡过程。
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3.2 信号传导 辐射诱发细胞凋亡与信号传导通路有联系。细胞之所以 发生凋亡可归咎于维持细胞生理功能的细胞传导系统失效。这种失效可能由于信号接收和/ 或传导系统损坏、缺乏或出现错误的转录活化，以及最终细胞信号出现错误表达所致[ 11]。
3.3 基因调控 辐射诱发细胞凋亡与多种基因的调控有关，其中关系较 密切的有P53、Bcl-2和Bax等。P53是一种结合到许多细胞蛋白质的肿瘤抑制基因，参与基因 表达的控制。实验证实，在大剂量辐射诱发细胞凋亡的过程中，P53基因表达蛋白显著增加 [15]，而小剂量辐射(75mGy)可使其表达显著降低[16]。这些结果均 表明P53基因参与了辐射诱发细胞凋亡的调控。
Bcl-2是存在于核膜、内质网和线粒体中的一种膜结合蛋白，属凋亡的阴性调节剂。当Bcl-2 具有活性时，它可抑制辐射诱发细胞的凋亡。但Bcl-2不是唯一的凋亡抑制剂，还有其它的 类似基因如Bax、Bad、Bcl-X、Mal-1和A1等，都可抑制细胞凋亡。这些基因的某些基因产物 (如Bcl-x)在阻止凋亡方面象Bcl-2一样起作用；而另一些(如Bax、Bad和Bcl-Xs)则可对抗Bc l-2的作用，因而启动凋亡[11]。Korsmeyer(1996)提出了一种新理论，认为某些 细胞凋亡决定于相对量的Bax同源二聚体。Bcl-2和Bcl-XL与Bax结合，可防止其同源二聚体 化，从而抑制凋亡。另一方面，Bad基因既可使Bcl-2和Bcl-XL结合，又可使其分离，因而使 Bax游离发生同源二聚体化，结果启动凋亡。但是，这些复合体中哪一个构成活性部分，到 底凋亡是主动受Bax同源二聚体诱发，还是主动受带有Bax的Bcl-2和Bcl-XL异二聚体的抑制 ，或这些部分在独立发挥作用，尚不十分清楚。
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4 潜在临床应用前景
作为治疗肿瘤的一种重要手段，电离辐射诱发细胞凋亡的理论正日益受到人们的关注。辐射 诱发细胞凋亡有如下特点：(1)易感型细胞大大多于正常细胞，有些癌细胞对辐射极为敏感 ；(2)在同一细胞群体中，诱发细胞凋亡的剂量远远低于引起坏死所需的剂量。在常规放疗 中采用的是大剂量照射，目的在于直接杀死癌细胞，但同时也杀死了部分正常细胞。如果利 用肿瘤组织与正常组织对诱发细胞凋亡在敏感性上的差异，用小剂量辐射选择性诱发细胞凋 亡，这样既消除了癌细胞，又保护了正常细胞。此外，大量实验研究已证实，低剂量辐射可 诱导机体的适应性反应，并有抗肿瘤、提高机体免疫力的作用。提示用小剂量辐射诱发细胞 凋亡将开辟肿瘤治疗的新途径。
在对放疗或化疗的反应中上调(up-regulating)肿瘤细胞凋亡可能增强根除癌症的治疗效果 。鉴于此，放射生物学家一直在致力于研究增加诱发凋亡基因(如P53)的表达，以阻止抗凋 亡基因(如Bcl-2)的效应。已有实验证明，把P53基因转入人类头、颈粘液性细胞癌细胞系， 结果体内体外都抑制了肿瘤生长，机理是促进了细胞凋亡的缘故[17]。此外，近 年由于P53 DNA结合部位的发现，有可能设计、制造出在结构上和功能上与P53相类似的抗肿 瘤药物。
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收稿日期：1998-11-05, 百拇医药