劉小強(qiáng)， 張希勁(青島大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院特種醫(yī)學(xué)系, 山東 青島, 266101)

馬得勛(海軍第971醫(yī)院核防護(hù)救治科， 山東 青島, 266101)

劉書鋒(海軍青島特勤療養(yǎng)中心，山東 青島, 266071)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們受到輻射損傷的潛在性風(fēng)險(xiǎn)大大增加,輻射對(duì)生物體的損傷,主要來自射線通過直接或間接破壞DNA、蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)等各種細(xì)胞成分，導(dǎo)致DNA分子鏈破壞、基因表達(dá)異常、蛋白質(zhì)變性壞死、脂質(zhì)分子層通透性改變等生物大分子功能異常甚至失效，引起嚴(yán)重的組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能損傷[1-2]。輻射防護(hù)劑是一種能夠改變生物系統(tǒng)對(duì)輻射引起的毒性或致命性的正常反應(yīng)的化合物。主要包括巰基化合物、抗氧化劑、植物提取物、免疫調(diào)節(jié)劑和其他藥物。其中一種保護(hù)機(jī)制，認(rèn)為水的輻射分解產(chǎn)生的自由基是對(duì)細(xì)胞輻射損傷的主要原因，基于這一理論，已經(jīng)有不少研究具有清除自由基作用的有效藥物成分，來減輕和防止輻射對(duì)機(jī)體損傷。本文將對(duì)近年來發(fā)展迅速的化合物輻射保護(hù)劑和生物制品類輻射治療劑,以及可能的防護(hù)機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

1 氫巰基類(N-乙酰半胱氨酸)

N-乙酰半胱氨酸(NAC)是一種硫醇化合物，含有-SH基團(tuán)，是半胱氨酸的一種改性形式，是谷胱甘肽的前體，內(nèi)源性氨基酸半胱氨酸的N-乙?；苌?，具有保護(hù)并減輕細(xì)胞受到輻射損傷的作用[3]。細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽可通過NAC將細(xì)胞外胱氨酸還原為半胱氨酸或通過提供巰基(SH)基團(tuán)促進(jìn)谷胱甘肽的合成來獲得補(bǔ)充，并增強(qiáng)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶活性[4]。NAC與氧自由基發(fā)生親核反應(yīng)，可減少自由基與細(xì)胞成分的接觸，從而達(dá)到清除自由基的作用[5]。

脂質(zhì)過氧化和蛋白氧化過程中，NAC對(duì)細(xì)胞膜和膜內(nèi)細(xì)胞器結(jié)構(gòu)具有保護(hù)作用[6]。在受到射線輻射時(shí)，脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng)，機(jī)體內(nèi)的水被電離產(chǎn)生羥基自由基與不飽和脂肪酸反應(yīng)而形成脂質(zhì)自由基，隨后可與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成脂質(zhì)。這一過程中產(chǎn)生的氧自由基能破壞細(xì)胞和DNA結(jié)構(gòu)。此外，脂質(zhì)過氧化的最終產(chǎn)物丙二醛(MDA)與細(xì)胞DNA形成復(fù)合物，也會(huì)引起DNA結(jié)構(gòu)和功能異常。有研究表明，NAC通過補(bǔ)充谷胱甘肽的存儲(chǔ)，達(dá)到抑制脂質(zhì)過氧化、增加內(nèi)源性抗氧化防御酶和降低DNA與MDA接觸機(jī)會(huì)的目的，進(jìn)而保護(hù)受到電離輻射的細(xì)胞[7]。因此，清除自由基和抑制脂質(zhì)過氧化可能是NAC起到放射防護(hù)作用的有效途徑。

2 維生素類

維生素具有抗氧化作用，其中天然維生素家族中維生素C和維生素E具有一定的輻射防護(hù)作用。維生素E有8種化合物，共分為兩大類——生育酚和生育三烯酚，其中生育酚有一個(gè)飽和的側(cè)鏈，生育三烯酚有三種非共軛不飽和物在它們的側(cè)鏈上，它們是組成維生素E的重要結(jié)構(gòu)。所有維生素E都有相同的色原烷醇頭，可根據(jù)頭部的甲基化程度進(jìn)行分類如α、β、γ和δ[8-9]。天然形式的維生素E，可誘導(dǎo)內(nèi)源性的抗氧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和NADPH醌氧還原酶的表達(dá)，對(duì)抗DNA雙鏈分子形成和細(xì)胞遺傳學(xué)改變[10]。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，給予受輻射小鼠琥珀酸生育酚，小鼠CD68陽性細(xì)胞數(shù)量，及其DNA損傷和凋亡細(xì)胞數(shù)量會(huì)出現(xiàn)較少，證明了其對(duì)全身的輻射防護(hù)作用[32]：可降低氧化谷胱甘肽水平，保護(hù)線粒體及受到輻射的細(xì)胞，消除細(xì)胞組織受到電離輻射的有害影響，維持細(xì)胞整體環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。

維生素C又稱抗壞血酸，具有抗氧化、自由基損傷、壞血酸，延緩細(xì)胞衰老的作用。由于其具有清除活性氧作用，將維生素C給予細(xì)胞組織時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞耐輻射反應(yīng)比未經(jīng)維生素C處理的細(xì)胞更明顯[11]。有研究表明：當(dāng)高氧化應(yīng)激刺激維持在6 Gy強(qiáng)度照射人成纖維細(xì)胞5天后，大約95%的細(xì)胞停止了增殖。給予2.5 mM 2-葡萄糖苷抗壞血酸(AA-2G)(抗壞血酸衍生物)，輻照成纖維細(xì)胞后1 h(治療后)，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)到的DSB(DNA雙鏈斷裂)數(shù)量明顯減少[12]。

當(dāng)?shù)蛣┝烤S生素E和C同時(shí)處理細(xì)胞時(shí)，有實(shí)驗(yàn)證明：在照射前1 h到照射后3 h之間出現(xiàn)不同的反應(yīng)，既可顯示促凋亡，又能表現(xiàn)出抗凋亡作用，其藥用形式和劑量決定其不同作用的表現(xiàn)[13]。

3 多糖類

多糖是單糖聚合而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其來源廣泛，種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，藥用價(jià)值高，是具有較強(qiáng)抗氧化應(yīng)激能力的優(yōu)良化合物，其抗輻射損傷機(jī)制主要與清除活性氧有關(guān)[14]。多糖抗氧化機(jī)制可分為多糖直接或間接作用于自由基兩類。多糖直接作用于自由基過程主要通過多糖捕獲由脂質(zhì)過氧化鏈反應(yīng)產(chǎn)生的ROS，抑制脂質(zhì)過氧化，多糖鏈上的氫原子還可以與游離的羥基自由基結(jié)合產(chǎn)生水，從而達(dá)到清除羥基自由基的目的。對(duì)于超氧陰離子自由基，多糖可通過自身氧化反應(yīng)分離出氫離子來結(jié)合超氧陰離子。這一間接作用保護(hù)機(jī)體超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSHPx)等活性，避免它們被超氧陰離子自由基破壞[15-16]。有研究發(fā)現(xiàn)天然藥物成分刺五加多糖可增加DNA含量，降低受照射小鼠的骨髓細(xì)胞微核率，具有顯著的抗氧化能力和促進(jìn)造血作用，在預(yù)防輻射損傷中發(fā)揮重要作用[17]。同時(shí)，也有研究表明，枸杞多糖通過調(diào)節(jié)Nrf2對(duì)人類皮膚成纖維細(xì)胞的紫外線損傷具有保護(hù)作用[33]。

雖然多糖的研究已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，但仍存在一些不足。例如，多糖除了對(duì)細(xì)胞組織有保護(hù)作用，一些多糖也能損傷細(xì)胞DNA，并且線粒體多糖的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系不是很清楚[18]，給藥劑量和給藥方式也會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不同影響。檢測(cè)多糖的結(jié)構(gòu)，制備和合成多糖也是一個(gè)難題。它在體內(nèi)的作用機(jī)制尚不完全清楚，因此對(duì)其結(jié)構(gòu)、制備、最佳給藥劑量和給藥方式有必要進(jìn)一步探索[15]。

4 免疫調(diào)節(jié)劑和細(xì)胞因子

預(yù)防和早期使用免疫調(diào)節(jié)劑可有效減輕輻射誘導(dǎo)的損傷。細(xì)菌內(nèi)毒素(脂多糖)是最早被研究的免疫調(diào)節(jié)劑之一；在某些情況下，這些化合物在暴露于離子輻射前后都有保護(hù)作用。有研究表明，脂多糖還能保護(hù)小鼠的腸道和骨髓免受輻射損傷，能有效地保護(hù)人體免受電離輻射(DMF接近1.2～1.3)[19]。

細(xì)胞因子和細(xì)胞因子誘導(dǎo)劑作為放射治療的潛在免疫調(diào)節(jié)劑，也是一種研究輻射防護(hù)的策略。粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)和粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞 (GM-CSF)是刺激干細(xì)胞祖細(xì)胞并促進(jìn)具有造血功能的骨髓再生的細(xì)胞因子[20-21]。有研究發(fā)現(xiàn)GT3誘導(dǎo)G-CSF，而G-CSF可以激活祖細(xì)胞，G-CSF抗體對(duì)GT3介導(dǎo)的G-CSF祖細(xì)胞動(dòng)員有中和作用，這些祖細(xì)胞可以減輕受體小鼠的輻射損傷[22-23]。這種方法利用從注射了GT3的供體中動(dòng)員的祖細(xì)胞，對(duì)暴露在高劑量輻射下的人類可能是一種潛在的治療方法[19，24]。

5 中藥類(14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內(nèi)酯)

中藥絕大多數(shù)是植物藥，其有效成分含有生物活性化合物，能清除自由基、超氧陰離子，具有抗輻射損傷的作用[25]。黃芪、丹參、女貞子、肉蓯蓉、紅花、紫草、銀杏、人參、參芪注射液等中藥及中藥制劑都具有輻射防護(hù)作用[34]。其作用機(jī)制復(fù)雜，防護(hù)效果也有較大差別。為進(jìn)一步研究中藥防護(hù)的機(jī)制，近年來有研究發(fā)現(xiàn)，穿心蓮作為一種天然中藥，具有抗炎、抗病毒、抗瘧疾、抗糖尿病、抗腫瘤的作用[26]。其衍生物穿心蓮內(nèi)酯及二萜類化合物具有促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，加快細(xì)胞凋亡的作用，其作用常常用來治療癌癥，引起癌細(xì)胞周期阻滯，誘導(dǎo)癌細(xì)胞的凋亡[27-28]。14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內(nèi)酯是穿心蓮內(nèi)酯的一種二萜類化合物，具有抗輻射損傷的作用。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)正常細(xì)胞受到射線輻射之后，再給予穿心蓮內(nèi)酯，會(huì)出現(xiàn)一種特殊的現(xiàn)象，該細(xì)胞比只受到輻射的細(xì)胞損傷更嚴(yán)重，更快出現(xiàn)死亡。而14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內(nèi)酯和新穿心蓮內(nèi)酯則出現(xiàn)不同的表現(xiàn)，當(dāng)BLAB/3T3細(xì)胞受到輻射后，再給予這兩種穿心蓮內(nèi)酯的衍生物，微核分析顯示，BLAB/3T3細(xì)胞受損程度均出現(xiàn)了不同程度的減輕，進(jìn)一步測(cè)試發(fā)現(xiàn)14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內(nèi)酯和新穿心蓮內(nèi)酯均能夠穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位水平和氧自由基水平，并且新穿心蓮內(nèi)酯抗細(xì)胞輻射損傷能力各方面均優(yōu)于14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內(nèi)酯。電離輻射產(chǎn)生能量并傳遞給機(jī)體相應(yīng)的組織細(xì)胞，這些組織細(xì)胞內(nèi)生物分子和水分子被電離或激發(fā), 從而產(chǎn)生大量的自由基，他們具有高度活躍性，能夠攻擊細(xì)胞膜、線粒體膜，破壞膜結(jié)構(gòu)及DNA分子完整性[29]。而14-去氧-11,12-二去氫穿心蓮內(nèi)酯能夠通過自身C15位點(diǎn)與氧原子結(jié)合，從而清除氧自由基，減輕DNA損傷[30]。

考慮到我們處于一個(gè)處處充滿輻射的生活環(huán)境中，各種電子產(chǎn)品、生活用電設(shè)施、醫(yī)療射線都是潛在的輻射源，輻射對(duì)我們的生活有積極的影響，也有消極的影響，我們不可避免地會(huì)受到來自不同地方、不同劑量的輻射影響。盡管研究防輻射化合物有很多，但只有氨磷汀獲得官方認(rèn)可，被批準(zhǔn)使用。由于該藥有嚴(yán)重的不良反應(yīng)，其臨床使用也有局限。正是出于這個(gè)原因，研究輻射防護(hù)劑的范圍應(yīng)該更加廣泛，不僅僅停留在化學(xué)藥物上，也應(yīng)該關(guān)注一些天然植物，提取其中的有效成分，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究，確認(rèn)有效且可應(yīng)用于人體時(shí)再進(jìn)行批量生產(chǎn)[31]。數(shù)十年來,人們對(duì)多種化合物進(jìn)行了探索，也取得了巨大的進(jìn)步。但是防輻射化合物產(chǎn)品毒副作用大，價(jià)格昂貴，使得其臨床應(yīng)用難以獲得廣泛推廣。相比之下，天然藥物不僅易于獲得，毒副作用也小得多，因此尋找有效天然的抗輻射藥物成分具有重要意義。