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编号:10276994
快中子及混合射线照射后细胞周期再分布研究
http://www.100md.com 《中华放射肿瘤学杂志》 2000年第2期
     作者:徐博 蔡勇 申文江

    单位:徐博 蔡勇(北京医科大学临床肿瘤学院放射治疗科 100036 );申文江(北京医科大学第一临床学院放射治疗科)

    关键词:60Coγ;射线;快中子;混合射线;流式细胞仪;细胞周期

    中华放射肿瘤学杂志000211 【摘要】 目的 探讨应用流式细胞技术(FCM)检测经60Coγ 射线、快中子照射和两者混合射线照射后的艾氏腹水癌细胞周期再分布的变化。 方法 将艾氏腹水癌细胞接种在小鼠皮下7d后,分别采用单一快中子射线DT200cGy,单一60 Coγ射线DT650cGy,混合射线快中子100cGy+60Coγ 射线325cGy照射肿瘤部位。在照射后不同时间,将各组小鼠处死取瘤体,进行FCM分析。结果 单一60Coγ 射线照射后主要表现为G2期阻滞。在24h的直方图中观察到S期丢失现象。快中子表现为对细胞的直接杀伤和G1期阻滞; 混合射线对细胞周期的影响表现了快中子和60Coγ 射线照射的双重特点。结论 应用混合射线得到了与单一快中子照射相同效应。提示应用混合射线治癌将是提高肿瘤局部控制率,减少晚期损伤的有效治疗方式。
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    Analysis of cell-cycle redistribution induced by exposure to cobalt-60 γ-ray,fast neutron or mixed beams

    XU Bo CAI Yong, SHEN Wenjiang

    ( Department of Radiation Oncology, School of Oncology, Beijing Medical University, Beijing 100036, China)

    【Abstract】 Objective To study the features of cell cycle redistribution of Erhich Ascites Cells (EAC) following 60 Coγ-ray fast neutron or mixed beam irradiation with flow cytometry assay. Methods The mouse tumor,7 days after EAC subcutaneous transplant,received 60 Coγ-ray 6.5 Gy, fast neutron 2.0 Gy or mixed beam (γ.3.25 Gy + n.1.00 Gy )exposures,respectively, Then a series of Flow Cytometry (FCM) assays were conducted at different intervals after irradiation. Results For the 60 Coγ-ray efficiency,the main features of G2 arrest and absence of S phase were shown in the 24 h histogram. For fast neutron,there were G2 arrest also and a significant abnormal peak behind G1, explained as the direct killing effect on EAC. And for mixed beams,these dual features were obtained. Conclusions Similar biologic effects are observed in both fast neutron or mixed beam exposures. In our opinion, the better local tumor control and less normal tissure impairment are to be expected with mixed beam radiotherapy.
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    【Key words】 60Coγ-ray,fast neutron, mixed-beam; Flow cytometry ; Cell cycle

    快中子与常规射线照射后细胞分裂周期再分布变化的特点及临床意义,尚未有学者进行过报道。本研究应用流式细胞技术,分析经不同质射线照射后细胞周期再分布变化的特点。

    1 材料与方法

    1.1 材料:中子射线为中国科学院高能物理研究所35MeV Be-P中子施设; 60 Coγ射线为上海医疗核子仪器厂60Co治疗机;流式细胞仪为EPICS-PROFILE II 型流式细胞分析仪; 实验动物为昆明种雌性6~8周龄小鼠,体重20~22g;瘤株为艾氏腹水癌(EAC)细胞。

    1.2 照射剂量: 单一快中子射线组照射剂量DT200cGy,中子束流照射条件为20μA KCO=2; 单一60Coγ 射线组照射剂量DT650cGy,剂量率60cGy/min,混合射线照射组照射顺序为先60Coγ 射线后快中子,两种射线照射时间间隔3h,照射剂量为单一射线组的1/2,即快中子100cGy,60Coγ 射线325cGy。各组采用相同的固定方式进行照射,照射部位仅包括荷瘤小鼠的左后肢及肿瘤,各实验组照射时间基本相同,约10min。
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    1.3 方法: 在小鼠左后腿根部内侧皮下接种艾氏腹水癌细胞悬液(1∶3稀释)0.05mL。接种后7d,当肿瘤直径长至 0.9~1.1cm时,将小鼠随机分成对照组、60Coγ 射线组、快中子治疗组和混合射线组(4个组)进行实验。对照组和混合射线组,每组14只小鼠; 60 Coγ 射线组和中子治疗组每组16只。60 Coγ射线组和中子治疗组在照射后3、6、12、24、36、48h;对照组和混合射线组在第2种射线照射后3、6、12、24、36、48h分别将各组两只小鼠处死取瘤体,用组织剪将瘤组织剪碎,经200目铜网生理盐水冲洗过滤,除去细胞团和大碎片;800rpm/min离心8min,去除破碎细胞,吸取部分完整瘤细胞用75%酒精固定,进行FCM分析,每个标本至少取两次样品进行FCM检查。

    2 结果

    照射前对照组G1期瘤细胞比例为34%,S期为48%,G2+M期为18%,增殖指数(S期与G2+M期百分数之和)为0.66(图1)。对照组肿瘤在实验期间,G1期瘤细胞比例变化的范围很小,不足5%;G1和S期变化范围虽很大,但是S和G2期大的数值都在10个百分点以上;DNA指数G2/G1 >2.000~2.003。
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    图1 对照组细胞周期分布

    单一60Coγ 线照射后肿瘤细胞主要表现的是G2期阻滞。经60Coγ 射线照射后24h内,G2期比例逐渐增高,照射12h后G2期比例超过细胞总数的50%,S期为24.1%,G1期仅为23.6%,在24h的直方图中观察到S期丢失现象,此时增殖指数为0.60,S期值仅为3.9%(图2)。24h后G2期的比例开始下降,S期细胞数逐渐增加。照射后48h时,瘤细胞各细胞周期增殖指数又与对照组接近。单一60Coγ 射线照射后G1期比例波动与对照组比较变化幅度不大,而G2和S期比例都在大幅度波动。

    图2 60Coγ射线照射后24h细胞周期分布
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    快中子照射后细胞周期的改变比较复杂。照射后3h在 G1期峰的通道数前出现了异常细胞群峰,照射后6h G1期峰前的异常峰愈加明显。由于这些细胞位于低于二倍体的通道数内,被认为是死亡细胞群峰。照射后24h时这一峰值高达66.3%(图3)。此后随照射后时间的延长FCM直方图死亡细胞群比例开始下降,照射后48h死亡比例降至48%(图4)。快中子照射后停留在增殖周期的细胞的G1期比例持续增高,12h后达100%;照射后48h才有约10%的细胞经G1期进入S,G2期(表1)。

    混合射线照射后的细胞死亡比例迅速增高,照射后6h即达53.3%,此后平缓上升,在照射后24h达到最高值(65.0%),然后缓慢下降,照射后48h的死亡比例为51.1%(见图 4)。该处细胞周期各时相比例的改变与快中子相似,照射后12h的FCM直方图显示照射后DNA的通道数前移,处于分裂周期的细胞数减少(图5)。不同之处是G2期比例在照射后3~6h较快中子组比较有一个短时间的增高(见表1)。
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    表1 快中子与混合射线照射后不同时间细胞周期各时相比例(%) 射线

    种类

    照射后3h

    G1期 G2期 S期

    照射后6h

    G1期 G2期 S期

    照射后12h

    G1期 G2期 S期

    照射后24h

    G1期 G2期 S期
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    照射后36h

    G1期 G2期 S期

    照射后48h

    G1期 S+G2

    快中子

    61.8

    17.0

    21.2

    62.6

    14.1

    20.4

    100.0
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    0.0

    0.0

    100.0

    0.0

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    100.0

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    0.0

    89.0

    11.0

    混合线

    68.6

    17.0
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    13.1

    65.5

    21.6

    25.8

    62.0

    13.7

    25.8

    100.0

    0.0

    0.0

    100.0

    0.0

    0.0
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    88.5

    11.5

    图3 快中子照射后24h细胞周期分布

    图4 混合射线照射后48h细胞周期分布

    图5 快中子与混合射线照射后不同时间细胞死亡比例

    3 讨论

    90年代初我国开始了快中子治癌的临床研究,快中子治癌在生物学方面有着常规射线不能比拟的优越性,但为减少高剂量快中子照射后的正常组织晚期损伤,常需采用混合射线的治疗[1,2]。比较快中子和60Coγ 射线照射后艾氏腹水癌细胞的细胞周期再分布的改变可以看出:单一快中子射线照射最显著特点是对实验肿瘤的直接杀伤作用,快中子照射后由于DNA的损伤降解,实验肿瘤细胞的通道数前移,在G1峰前出现了低于二倍体通道数的死亡细胞群峰。由于本实验未做细胞形态学检查不能判定细胞死亡是凋亡或是坏死故统称为死亡细胞。随着时间的推移,死亡细胞的比例不断增加,在照射后24h前后死亡细胞比例达到最高值(66.3%)。此后死亡比例逐渐减少,处在细胞增殖周期的细胞比例开始缓慢增高。实际上60Coγ 射线照射后同样会产生直接作用,只是细胞的数量少,难以在直方图中形成一单独的峰[3]。快中子照射后也观测到对实验肿瘤细胞的细胞周期阻滞作用。在快中子照射后12h,直方图中已见不到处于G2和S期的细胞(见表1),而处于增殖周期的细胞全部堆积在G1期。由于快中子对细胞周期各时相均有杀伤作用,所以此时堆积在G1期的细胞除应包括被快中子射线杀伤或未被杀伤的G1期细胞外还应包括照射前处于S或G2+M期而经快中子照射DNA降解而暂时停留在此通道数值内的细胞[4]。但在照射后24~48h,在有少量细胞进入S期和G2期前这一段时期内,堆积在G1期通道数内的细胞应是一单纯的G1期阻滞细胞群。在此期间内G0+G1期比例占到生存细胞总数的100%,显示了经200cGy快中子照射后细胞周期再分布的特点。与之形成对照的是60Coγ 射线照射后细胞周期表现为G2期阻滞。60Coγ 射线照射后的G2期阻滞虽受到各种调节因素的影响,但经光子照射后G2期阻滞,细胞堆积在G2+M期的现象在一个中等剂量的照射中都可观测到[5]。混合射线对细胞周期的直接作用与单一快中子相似,也表现微弱的60Coγ 射线照射后的G2期阻滞现象。混合射线直接作用在照射后24h的强度与快中子基本相同(65.0%;66.3%),但混合射线直接作用与快中子比较有自己的特色,从图5可以看出,混合射线对细胞的直接杀伤作用,出现的时间比快中子早而且持续作用时间较长。当然这一改变并不能得出混合射线的直接杀伤作用优于单一快中子的结论,但是绝对可以相信混合射线其直接作用决不逊色于单一快中子。在临床肿瘤治疗中,快中子局部治愈率高,但晚期损伤和复发率高[5-7]。本实验显示仅采用单一快中子照射剂量1/2的混合射线照射可以获得单一快中子照射的相同作用,证明应用混合射线治癌不但有照射技术的互补性也有其生物学的优势。
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    综上所述,单一快中子射线照射显示了对实验肿瘤明显的直接杀伤作用和G1期阻滞,60Coγ 射线照射基本影响的是G2期阻滞;应用混合射线照射实验肿瘤得到与单一快中子相同的直接杀伤作用,同时也观测到微弱的G2期阻滞作用;提示应用混合射线治癌将是提高肿瘤局部控制率,减少晚期损伤的有效治疗方式。

    志谢 本研究经中子治疗专家组殷蔚伯,陈国雄,唐景华,常维克教授指导完成,在此致以衷心感谢。

    参 考 文 献

    1,Haraf DJ, Rubin SJ, Sweney P, et al. Photon neutron mixed-beam radiotherapy of local advanced prostate cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 1995, 33 : 3-14.
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    2,Forman JD, Duclos M, Sharma R, et al. Conformal neutron and photon irradiation in localized and locally advanced prostate cancer: preliminary estimates of the therapeutic ratio. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 1996, 35 : 259-266.

    3,Skog S, Tribukait B, Irradiation induced cell death as related to cell cycle. Acta Radiol Oncol, 1985, 24 : 87-93.

    4,Ngo Fq, Schooy CB, Jia XL, et al. Basic radiobiological investigations of fast neutrons. Radiat Res, 1991, 128 Suppl 1: 94-102.
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    5,Ragherg DA, Blinman TA, Kim FS,et al. Antisense blochade of p21/WAF1 decreases radiation-induced G2 arrest in esophageal squamous cell carcinoma. J Surg Res, 1999, 81: 6-10.

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    7,Cohen L. Complications of fast neutron therapy recent results. Cancer Res, 1998, 150: 156-169.

    (收稿日期:1999-09-30), 百拇医药