電離輻射生物學效應基礎

1、會計學1電離輻射生物學效應基礎電離輻射生物學效應基礎電電磁輻輻射電離輻射電離輻射粒子輻輻射X,射線射線、中子、中子質子、負質子、負重重 點點RBE X或射線引起某一生物效應所需劑量引起某一生物效應所需劑量所觀察的電離輻射引起相同生物引起相同生物效應所需劑量效應所需劑量亞細胞亞細胞結構的結構的破壞破壞細胞內水解細胞內水解酶的釋放酶的釋放信號轉導網(wǎng)絡信號轉導網(wǎng)絡的改變或破壞的改變或破壞代謝的方向性和代謝的方向性和協(xié)調性的紊亂協(xié)調性的紊亂生物化學損傷生物化學損傷細胞、組織器官細胞、組織器官和系統(tǒng)的變化和系統(tǒng)的變化病理學病理學改變改變功能變化功能變化重重 點點電離輻射對電離輻射對DNA分子損傷的直接作

2、用分子損傷的直接作用直接作用直接作用電離輻射對電離輻射對DNA分子損傷的間接作用分子損傷的間接作用間接作用間接作用l 照射時間對氧效應的影響F照射前照射前引入氧，表現(xiàn)出氧效應 F照射后照射后引入氧，無效 l高反應性：高反應性： 帶有未配對電子，具有強烈的獲取或失去電子以成為配對 電子的趨勢，因此化學性質活潑l不穩(wěn)定性：不穩(wěn)定性： 壽命短不穩(wěn)定 l順磁性：順磁性： 當電子成對存在于同一軌道時，由于兩個電子的自旋方向 相反，各自的相應磁矩相互抵消，對外不顯示磁性。符號符號中文名中文名英文名英文名超氧陰離子Superoxide anion radicalHO2 氫過氧基Hydrogen peroxi

3、de radicalHO羥自由基Hydroxyl radicalRO氧有機自由基Oxygen organic free radicalROO有機過氧基Organic peroxide radical1O2 單線態(tài)氧Singlet oxygenL脂自由基Lipid free radicalLOO脂過氧基Lipid peroxide radical2O222O 過氧化氫酶（catalase,CATCAT）硒谷胱甘肽過氧化物酶（selenium dependent glutathione peroxidase, SeGSHPxSeGSHPx）、磷脂氫過氧化物谷胱甘肽過氧化物酶（phospholipi

4、d hydroperoxide glutathione peroxidase, PHGSHPxPHGSHPx） 谷胱甘肽轉硫酶（nonseG SHPXSHPX） 超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SODSOD）非特異性過氧化物酶：可消除1O2和2O阻斷脂質過氧化作用 直接與活性氧起反應抑制脂質過氧化 可清除2O 可與脂自由基（L） 或脂過氧基（LOO）反應 2O2O與和HOH反應生成抗壞血酸自由基供氫體，同時也是OH2O的清除劑 H2O2和121O2O 重重 點點IR旁效應旁效應細胞間隙連接抑制劑細胞間隙連接抑制劑可減可減弱或消除某些輻射旁效應弱或消除某些輻射旁效應

5、轉化的細胞與鄰近的正常細胞轉化的細胞與鄰近的正常細胞可通過細可通過細胞間通訊而引起前者凋亡組織胞間通訊而引起前者凋亡組織細胞共培養(yǎng)體系的研究表明，受照射細胞細胞共培養(yǎng)體系的研究表明，受照射細胞與未受照射細胞共培養(yǎng)時，因與未受照射細胞共培養(yǎng)時，因受照射劑量受照射劑量不同，未受照射細胞可出現(xiàn)不同的改變不同，未受照射細胞可出現(xiàn)不同的改變。 IRJ774A.1（巨噬細胞株（巨噬細胞株）EL-401234567893H-TdR(cpm103)01361224Time(h)0.075Gy2Gy重重 點點69低水平輻射生物效應低水平輻射生物效應及其研究進展及其研究進展7071 低水平輻射與癌癥發(fā)生（致癌）低

6、水平輻射與癌癥發(fā)生（致癌） 低水平輻射與癌癥治療（治癌）低水平輻射與癌癥治療（治癌）7273一、不同觀點的爭論焦點一、不同觀點的爭論焦點輻射效應是否輻射效應是否線性無域線性無域還是還是線性有域？線性有域？這一問題在學術團體間和一般媒體上進這一問題在學術團體間和一般媒體上進行了不斷的討論，迄今尚無一致的結論行了不斷的討論，迄今尚無一致的結論。主要的爭論焦點是。主要的爭論焦點是輻射致癌是否存在輻射致癌是否存在劑量閾值劑量閾值。這一問題的切實解決，對社。這一問題的切實解決，對社會經濟發(fā)展、人類健康生活和科學技術會經濟發(fā)展、人類健康生活和科學技術應用都將產生重要的影響。應用都將產生重要的影響。 74線

7、性無閾學說線性無閾學說（Linear No-Threshold Hypothesis，LNT）輻射的健康危險性與劑量成線性關系，輻射的健康危險性與劑量成線性關系，效應無劑量閾值效應無劑量閾值 任何劑量無論多低，均會帶來一定的健康危險性任何劑量無論多低，均會帶來一定的健康危險性 每單位劑量的危險度是衡定的每單位劑量的危險度是衡定的 危險性是隨劑量增加而提高危險性是隨劑量增加而提高 右側取自右側取自NCRP 136號報告對同一資料的分析，號報告對同一資料的分析，X軸高度壓縮，軸高度壓縮，以致閾值和興以致閾值和興奮效應被掩蓋奮效應被掩蓋。左側取自。左側取自UNSCEAR 1994報告報告,在在200

8、 mSv以下可見明顯的興以下可見明顯的興奮效應奮效應；該報告認為，；該報告認為，“在在03 Sv范圍內出現(xiàn)有統(tǒng)計學意義的上升性曲線范圍內出現(xiàn)有統(tǒng)計學意義的上升性曲線”。對日本原爆幸存者白血病資料的對日本原爆幸存者白血病資料的兩種分析兩種分析放射生物學研究的核心問題之一是放射生物學研究的核心問題之一是輻射劑量與生物效應的關系輻射劑量與生物效應的關系 76美國核學會立場聲明美國核學會立場聲明(1999年4月于波士頓)無足夠的依據(jù)支持無足夠的依據(jù)支持以 LNT 假說估計低水平輻射對健康的影響需要對以往的研究作全面分析，并進行新的研究，以駁斥以駁斥LNT假說假說應啟動跨越多學科的探討應啟動跨越多學科的

9、探討低水平輻射健康效應的新研究項目77二、美國能源部二、美國能源部10年研究計劃年研究計劃 未來百年人類面臨的照射主要來自醫(yī)學檢未來百年人類面臨的照射主要來自醫(yī)學檢查、廢物處理、恐怖事件以及與核武器、核查、廢物處理、恐怖事件以及與核武器、核能生產相關的環(huán)境因素，能生產相關的環(huán)境因素，均為低劑量、低劑均為低劑量、低劑量率、低量率、低 LET 輻射輻射。因此，。因此， 該計劃集中于該計劃集中于以上三方面以上三方面 輻射效應的研究，可以采用以往輻射效應的研究，可以采用以往50年所沒有的研究手段和技術，更加深入地年所沒有的研究手段和技術，更加深入地探討問題的本質。探討問題的本質。-US DOE 10-

10、year LDR Research Program, 1998787980切爾諾貝利事故切爾諾貝利事故（1986.4.26）：81 雷帕喬利博士說：切爾諾貝利事故對健康雷帕喬利博士說：切爾諾貝利事故對健康 最主要的副作用不是輻射，而是恐懼。最主要的副作用不是輻射，而是恐懼。 82陽江高本底輻射地區(qū)陽江高本底輻射地區(qū)是兩塊分開的區(qū)域，總面是兩塊分開的區(qū)域，總面積約為積約為500km2，放射性來，放射性來源于附近山上的花崗巖，源于附近山上的花崗巖，經過長期雨水沖刷，獨居經過長期雨水沖刷，獨居石微粒不斷地沉積在附近石微粒不斷地沉積在附近兩片洼地，使這兩塊地區(qū)兩片洼地，使這兩塊地區(qū)的放射性本底升高。的

11、放射性本底升高。83最近的報告：該地區(qū)人群中最近的報告：該地區(qū)人群中40-70歲的癌癥高發(fā)年齡歲的癌癥高發(fā)年齡段的段的居民癌癥死亡率顯著低居民癌癥死亡率顯著低于相應對照地區(qū)。于相應對照地區(qū)。調查結果：調查結果：8485水平水平一、低劑量輻射免疫效應一、低劑量輻射免疫效應小鼠受低劑量率（20 Gy/min）慢性照射，累積劑量 1.1 Gy（D1），照射結束后 40日，給予 1.5 Gy X射線 （ D2 ），檢查精母細胞染色單體斷裂， 低劑量率慢性照射誘導明顯的細胞遺傳學適應性反應. (Cai L, et al. 1995). 1.75Gy25mGy+1.75Gy 75mGy+1.75Gy100

12、mGy+1.75Gy0102030405060Time interval before HDR6h12h24hC57BL/6小鼠低劑量輻射抑癌實驗小鼠低劑量輻射抑癌實驗（照射結束后6個月觀察結果）HDR=1.75 Gy x 4(李修義等，1998)細胞免疫和體液免疫殺傷腫瘤細胞的協(xié)調作用細胞免疫和體液免疫殺傷腫瘤細胞的協(xié)調作用 90電離輻射照射后免疫細胞信號通路的變化電離輻射照射后免疫細胞信號通路的變化 9293Dose-effect curves of CD28 and CTLA-4 expressionon thymocytes 72h after WBIWhole-body X-irra

13、diation dose, Gy.1110% of control050100150200250300CD28CTLA-4-JIN shunzi，200394IL-12B7-1/2CD28IL-10IL-12B7-1/2CTLA4IL-10APCTLC APCTLCLDRHDRUp-regulationof T cell activityDown-regulationof T cell activity95項目名稱：項目名稱：低劑量低劑量X 射線在優(yōu)化腫瘤射線在優(yōu)化腫瘤 放射放射-基因治療方案中的作用基因治療方案中的作用 96提取重組質粒及鑒定提取重組質粒及鑒定建立荷瘤動物模型建立荷瘤動物模型

14、向移植腫瘤內引入重組質粒向移植腫瘤內引入重組質粒結合低劑量結合低劑量X射線全身照射優(yōu)化放療方案射線全身照射優(yōu)化放療方案篩選最佳治療方案篩選最佳治療方案抑瘤機制的探討抑瘤機制的探討技術路線技術路線97LDRHDRControlControl2 Gy X 62 Gy X 62 X ( 2 Gy + 0.075 Gy X 2 )2 X ( 2 Gy + 0.075 Gy X 2 )2 X ( E18B + 2 Gy X 3 )2 X ( E18B + 2 Gy X 3 )2 X ( E18B + 2 Gy + 0.075 Gy X 2 )2 X ( E18B + 2 Gy + 0.075 Gy X

15、2 )01020304050$#*Mean survival time (day)Group實驗結果實驗結果990246810121416182022242628300500100015002000#*Tumor volume (mm3)Time (day) Control 2Gyx x6 2x x(2Gy+0.075Gyx x2) 2x x(E18B+2Gyx x3) 2x x(E18B+2Gy+0.075Gyx x2)X實驗結果實驗結果100Growth of Lewis lung carcinoma in C57BL/6J mice with transfer of pEgr-IL18-

16、B7.1 before implantationABABA：pEgr-IL18-B7.1 B：pEgr-IL18-B7.1+2Gy實驗結果實驗結果Control 2 Gy 6 2 ( 2 Gy + 0.075 Gy 2 ) 2 ( E18B + 2 Gy 3 ) 2 ( E18B + 2 Gy + 0.075 Gy 2 ) 各組微血管密度各組微血管密度(MVD)的變化的變化 實驗結果實驗結果102C C o o n n t tr ro o l l2 2 G G y y X X 6 62 2 X X ( ( 2 2 G G y y + + 0 0 . .0 0 7 7 5 5 G G y y X

17、 X 2 2 ) )2 2 X X ( ( E E 1 1 8 8 B B + + 2 2 G G y y X X 3 3 ) )2 2 X X ( ( E E 1 1 8 8 B B + + 2 2 G G y y + + 0 0 . .0 0 7 7 5 5 G G y y X X 2 2 ) )01020304050$#*Intratumoral micro-vessel densityG rou p實驗結果實驗結果103N N o or rm m a al lC C o on nt tr ro ol l2 2 G G y y X X 6 62 2 X X ( ( 2 2 G G y y

18、 + + 0 0. .0 07 75 5 G G y y X X 2 2 ) )2 2 X X ( ( E E 1 18 8B B + + 2 2 G G y y X X 3 3 ) )2 2 X X ( ( E E 1 18 8B B + + 2 2 G G y y + + 0 0. .0 07 75 5 G G y y X X 2 2 ) )0 02 20 04 40 06 60 08 80 01 10 00 01 12 20 0#*IFN-r level (pg/ml)G roup 1 day 3 day 5 day實驗結果實驗結果104NormalNormalControlControl2 Gy X 62 Gy X 62 X ( 2 Gy + 0.075 Gy X 2 )2 X ( 2 Gy + 0.075 Gy X 2 )2 X ( E18B + 2 Gy X 3 )2 X ( E18B + 2 Gy X 3 )2 X ( E18B + 2 Gy + 0.075 Gy X 2 )2 X ( E18B + 2 Gy + 0.075 Gy X 2 )010203040506070$#*$#*$#*TNF level (pg/ml)Groups 1 day 3 day 5 day實驗結果實驗結果105結結 論論10610