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医药导报, 2017, 36(9): 974-978
doi: 10.3870/j.issn.1004-0781.2017.09.006
丁二磺酸腺苷蛋氨酸对辐射的防护作用*
Protective Effects of Ademetionine 1,4-Butanedisulfonate on Radiation Injury
张广慧, 靳瑾, 周则卫, 刘培勋, 龙伟, 吴红英

摘要:

目的 探讨丁二磺酸腺苷蛋氨酸(SMT)对辐射的防护作用。方法 ICR小鼠随机分为7组:正常对照组,单纯照射组,单纯SMT组,照射前SMT小、中、大剂量(250,500,1 000 mg·kg-1)组和照射后SMT大剂量(1 000 mg·kg-1)组。通过外周血和免疫学实验、脏器指数实验和30 d存活率实验,观察SMT对辐射损伤小鼠造血系统和免疫系统、脏器及整体的防护作用。结果 单纯照射组和照射前SMT大剂量组股骨有核细胞数(BMNC)分别为(4.23±1.16) ×109·L-1,(11.20±4.63)×109·L-1(P<0.05);脾结节数(CFU-S)分别为(19.25±9.36),(39.00±7.57)个(P<0.05);与单纯照射组比较,使用了SMT的大鼠肝脏、脾脏、肾脏和胰脏指数均有升高;照射前SMT大剂量组30 d存活率提高约46%。结论 SMT对辐射损伤有一定的防护作用。

关键词: 丁二磺酸腺苷蛋氨酸 ; 辐射损伤 ; 防护作用

Abstract:

Objective This study aimed to investigate the protective effects of ademetionine 1,4-butanedisulfonate (SMT) against radiation injuries. Methods ICR mice were randomly divided into 7 groups, including normal control, irradiation-only, SMT administration-only, low-, medium- and high-dosages (250 ,500, 1 000 mg·kg-1) of SMT pre-irradiation and high-dose of SMT post-irradiation in experimental groups. Blood and immunological experiments, organs index experiment and 30-day’s survival experiment were carried out to observe the protective effects of SMT on peripheral blood and immune system, organ index and the whole body injuries. Results Compared with irradiation-only group (4.23±1.16) ×109·L-1, the number of nucleated cells in bone marrow was (11.20±4.63) ×109·L-1 in the high dose of SMT pre-irradiation. The difference between two groups was significant. Compared with irradiation-only group (19.25±9.36),the colony forming unit-spleen was (39.00±7.57) in the high-dose SMT pre-irradiation group, there was a significant difference between the two groups. The index of liver, spleen, kidney and pancreas were significantly higher than those of the irradiation-only group in SMT administration groups. The survival rate of mice treated with SMT was increased, especially for the high dose group (46% lifted) when compared with irradiation-only group. Conclusion SMT can protect mice from radiation injuries.

Key words: Ademetionine 1,4-butanedisulfonate ; Radiation injuries ; Protective effects

辐射根据与物质作用的方式不同分为电离辐射和非电离辐射,其中对人体造成危害的是电离辐射。电离辐射通过直接作用和间接作用在机体内产生一系列生化反应,对机体细胞核内的DNA分子、蛋白质等生物大分子造成不同程度的损伤[1-2],引起细胞的损伤、坏死甚至凋亡,还会引起一些酶活性的改变,影响细胞的代谢,致使代谢紊乱,从而产生免疫、神经和内分泌系统的调节功能障碍。因此,辐射防护剂的研究引起人们的日益关注,应用辐射防护剂可有效降低辐射引起疾病的发生率和死亡率。目前临床上应用的辐射防护剂主要有含硫化合物、雌激素、细胞因子类等,但多数都存在许多不足,如稳定性差、来源困难、效果不理想等。因此,寻找使用方便、治疗效果明显和毒副作用小的辐射防护剂是研究者们关注的焦点。

丁二磺酸腺苷蛋氨酸是腺苷蛋氨酸的稳定盐的形式,进入机体后可生成腺苷蛋氨酸。腺苷蛋氨酸是广泛存在于人体所有组织和体液中的一种生理活性分子,它对体内转甲基和转巯基反应起着重要作用[3]。腺苷蛋氨酸作为甲基供体(转甲基作用)和生理性巯基化合物(如半胱氨酸、牛磺酸、谷胱甘肽和辅酶A等)的前体(转巯基作用)参与体内的生化反应。在肝内,通过使质膜磷脂甲基化而调节肝脏细胞膜的流动性,而且通过转巯基反应可以促进解毒过程中硫化产物的合成,降低丙氨酸氨基转移酶和天冬氨酸氨基转移酶及胆红素含量,保护肝功能。腺苷蛋氨酸在体内作为重要的甲基供体,同时有转巯基和使氨基丙基化的作用,在体内转化为半胱氨酸,并通过进一步的代谢产生谷胱甘肽、辅酶A/牛磺酸类物质。在参与组织细胞Na+/K+-ATP酶生物反应过程中,极大促进了内皮细胞磷脂的生物合成,从而稳定内皮细胞结构,改善内皮细胞功能,同时腺苷蛋氨酸的代谢产物谷胱甘肽可提高肝脏的解毒功能[4]。丁二磺酸腺苷蛋氨酸已广泛应用于临床,可缓解肝纤维化、增强机体免疫力和治疗多种类型的肝炎[5-7]。而对丁二磺酸腺苷蛋氨酸在辐射防护方面的功效鲜有报道。

1 材料与方法
1.1 实验动物

无特定病原体级CD-1(ICR)雄性小鼠,由北京维通利华实验动物技术有限公司提供,实验动物生产许可证号:SCXK(京)2012-0001,体质量18~20 g。每笼5只,饲养于中国医学科学院放射医学研究所动物实验中心SPF级动物房[饲养设施合格证号:SVXK(津)2009-0002]。

1.2 试药

注射用丁二磺酸腺苷蛋氨酸(ademetionine 1,4-butanedisulfonate,SMT) 500 mg粉剂,专用溶剂5 mL(hospira S.P.A)。溶解后的SMT浓度为100 mg·mL-1,冰醋酸(天津大学科威公司,分析纯)。

1.3 仪器

137Cs-γ射线辐照仪(加拿大Atomic Energy公司),剂量率为1.0 Gy·min-1,血细胞计数仪(BC-2800vet,深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司),紫外分光光度计(ZW0307060610,上海光谱仪器有限公司),精密电子天平[PL203,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司,感量:0.1 mg]。

1.4 对小鼠造血及免疫系统的保护实验

1.4.1 动物实验与分组 ICR小鼠42只,按随机数字表法分为正常对照组,单纯照射组,单纯SMT组,照射前SMT小、中、大剂量(250,500,1 000 mg·kg-1)组和照射后SMT大剂量组,每组6只。除正常对照组外均给予137Cs γ射线一次性全身照射6.5 Gy。照射前30 min,单纯SMT组和照射前SMT小、中、大剂量组分别腹腔注射相应剂量的SMT;正常对照组和单纯照射组腹腔注射等体积0.9%氯化钠溶液;照射后SMT大剂量组照射后30 min腹腔注射SMT。

1.4.2 观察指标 照射后第7天将小鼠处死,经小鼠眼球取血200 μL,加入到乙二胺四乙酸二钾的抗凝溶液100 μL,用全自动血液细胞分析仪检测白细胞、红细胞、血小板(platelet,PLT)数目及血红蛋白含量。股骨有核细胞数(the number of nucleated cells in bone narrow,BMNC):取一侧股骨,剔除全部肌肉组织,剪去股骨头,梅花头一端用2.5 mL注射器针头刺穿,用股骨有核细胞醋酸液(3%)反复冲洗骨髓腔(至少5遍),直至股骨变为白色,混匀含有骨髓液的EP管,取少许滴入计数板,在电子显微镜下计算BMNC。脾结节(colony forming unit of spleen,CFU-S):照射后第7天将小鼠的脾脏取出放入Bouin液内固定,约24 h后取出,肉眼计数脾脏表面突出的结节数(CFU-S)。称量各脏器的质量,计算各脏器指数。脏器指数=(脏器质量/体质量)×1 000。

1.5 脏器指数实验

1.5.1 动物实验与分组 ICR小鼠36只,按随机数字表法分为正常对照组,单纯照射组,照射前SMT小、中、大剂量(250,500,1 000 mg·kg-1)组和照射后SMT大剂量组,每组6只。除正常对照组以外均给予137Csγ射线一次性全身照射6.5 Gy,照射前30 min,SMT单纯组、照射前SMT小、中、大剂量组分别腹腔注射规定剂量的SMT;正常对照组和单纯照射组腹腔注射等体积的0.9%氯化钠溶液;照射后SMT大剂量组照射后30 min腹腔注射SMT 1 000 mg·kg-1

1.5.2 观察指标 照射后第7天处死小鼠,解剖各组小鼠观察其各脏器情况。

1.6 30 d存活率实验

1.6.1 动物实验与分组 将90只ICR小鼠按随机数表法分成正常对照组、单纯照射组和照射前SMT小、中、大剂量(250,500,1 000 mg·kg-1)组和照射后SMT大剂量组,每组15只。单纯照射组和照射前SMT大剂量组给予137Cs γ射线一次性全身照射7.5 Gy,照射前SMT小、中、大剂量组于照射前30 min腹腔注射相应剂量的SMT,照射后SMT大剂量组于照射后30 min腹腔注射SMT 1 000 mg·kg-1,正常对照组和单纯照射组腹腔注射等体积的0.9%氯化钠溶液。

1.6.2 观察指标 照射后观察小鼠30 d存活率、保护指数、平均生存时间。30 d存活率(%)=(每组小鼠30 d存活数/每组小鼠总数)×100%。 保护指数=[(a×b+30×c)/n]/[(a'×b'+30×c')/n']。a、a'分别为给药组与对照组死亡小鼠平均存活天数;b、b'分别为给药组与对照组死亡只数;c、c'分别为给药组与对照组的30 d存活只数;n、n'分别为给药组与对照组总小鼠只数。

1.7 统计学方法

采用SPSS19.0版软件包分析数据,小鼠整体保护实验数据采用GraphPad 5作生存分析曲线,其余数据以均数±标准差( x ¯ ±s)表示,使用Student-Newman-Keuls进行多组间均数差异分析,以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果
2.1 血液学和免疫学实验

小鼠受到亚致死剂量照射后,造血系统受到严重损伤,外周血中白细胞数、红细胞数、血红蛋白及血小板数显著下降。 本实验中,6.5 Gy照射后第7天,给药组小鼠PLT、BMNC及CFU-5与单纯照射组比较明显升高,尤其是照射前SMT大剂量组(P<0.01)(表1)。与正常对照组比较,小鼠受到6.5 Gy照射后,第7天单纯照射组的脏器指数均有不同程度下降。SMT组的肝脏、脾脏、肾脏和胰脏的脏器指数比单纯照射组明显升高(表2)。提示SMT对造血系统、免疫系统和脏器有一定的保护作用。

表1 7组小鼠PLT、BMNC和CFU-S数量比较
Tab.1 Comparison of the amount of PLT,BMNC and CFU-S among seven groups of mice ヌ±s,n=6
组别 PLT BMNC CFU-S/
(×109·L-1)
正常对照组 618.60±57.18*1 34.04±3.93*1 0.00±0.00*1
单纯照射组 147.50±46.72 4.23±1.16 19.25±9.36
单纯SMT组 678.40±91.97*1 28.20±4.24 0.00±0.00
照射前SMT
小剂量组 167.50±45.21*2 3.68±2.01 13.25±6.13
中剂量组 170.00±18.06*2 6.25±3.68 25.50±6.19
大剂量组 219.50±42.87*1 11.20±4.63*1 39.00±7.57*1
照射后SMT
大剂量组 157.50±61.63*2 1.45±1.11 17.00±9.87

Compared with irradiation-only group,*1P<0.01,*2P<0.05

与单纯照射组比较,*1P<0.01,*2P<0.05

表1 7组小鼠PLT、BMNC和CFU-S数量比较

Tab.1 Comparison of the amount of PLT,BMNC and CFU-S among seven groups of mice ヌ±s,n=6

表2 7组小鼠脏器指数比较
Tab.2 Comparison of viscera indices among seven groups of mice mg·kg-1,ヌ±s,n=6
组别 肝指数 脾指数 肾指数 胰指数
正常对照组 63.33±7.00 4.07±0.84 15.19±1.51 5.17±0.50
单纯照射组 61.75±7.82 1.78±0.58*1 15.47±1.80 5.39±0.73
单纯SMT组 60.99±3.60 4.26±0.67 15.23±0.94 5.36±0.56
照射前SMT
小剂量组 66.02±4.45 1.25±0.25 15.96±1.44*3 5.57±1.88*3
中剂量组 63.87±7.67 2.45±1.06*3 16.53±2.09*3 5.85±1.56*3
大剂量组 68.87±2.46 3.88±0.94*2 15.82±1.25*3 5.97±0.52*3
照射后SMT
大剂量组 71.75±6.42*3 1.28±0.36 17.75±2.27*3 6.44±0.52*3

Compared with normal control group,*1P<0.01;compared with irradiation-only group, *2P<0.01,*3P<0.05

与正常对照组比较,*1P<0.01;与单纯照射组比较,*2P<0.01,*3P<0.05

表2 7组小鼠脏器指数比较

Tab.2 Comparison of viscera indices among seven groups of mice mg·kg-1,ヌ±s,n=6

2.2 脏器保护实验

脾脏作为小鼠的造血器官终身

具有造血功能,参与调节骨髓造血。脾脏也是机体参与免疫功能调节的重要免疫器官,是对辐射高度敏感的器官之一。脾脏的生理状态在一定程度上也反映了免疫系统的损伤修复状况。本实验中,SMT组的脾脏明显比单纯照射组大(图1)。提示SMT对辐射损伤小鼠的脾脏具有保护作用,尤其是照射前SMT大剂量给药对脾脏的保护作用最好。

图1 6组小鼠的脾脏形态
A.normal control group;B.irradiation-only group;C.high-dose SMT group before irradiation;D.medium-dose SMT group before irradiation;E.low-dose SMT group before irradiation;F.high-dose SMT group after irradiation

Fig.1 Splenic appearance of six groups of mice

2.3 30 d存活率实验

记录30 d内动物存活情况,用GraphPad5法计算生存率并作图。实验发现,SMT能显著提高辐射损伤小鼠30 d存活率,照射前SMT大剂量组提高幅度达46%,保护指数为1.47,显著延长辐射损伤小鼠的平均存活时间,小剂量和中剂量SMT对小鼠的存活率也有不同程度的提高(图2和表3)。提示SMT对辐射损伤小鼠具有较好的整体辐射防护效果。

图2 6组小鼠照射后30 d 存活率(n=15)

Fig.2 The 30 d survival rate of six groups of mice after radiation(n=15)

表3 6组小鼠照射后存活率、平均生存时间及保护指数比较
Tab.3 Comparison of survival rate,average survival time and protection index among six groups of mice after radiation n=15
组别 存活率/
%
平均存活时/
d
保护指数
正常对照组 100.0 >30.00 -
单纯照射组 26.7 17.60±8.24 1.00
照射前SMT
小剂量组 33.3 19.10±8.44 1.08
中剂量组 46.7 20.90±9.17 1.19
大剂量组 73.3 25.87±7.35 1.47
照射后SMT
大剂量组 26.7 19.47±7.29 1.05

表3 6组小鼠照射后存活率、平均生存时间及保护指数比较

Tab.3 Comparison of survival rate,average survival time and protection index among six groups of mice after radiation n=15

3 讨论

骨髓是辐射敏感组织之一,当机体全身或局部受到一定剂量的辐射后,即可引起骨髓造血功能障碍,表现为白细胞、红细胞、血小板、骨髓DNA含量、BMNC等急剧减少[8-9],其中血小板生成减少和功能障碍是引起机体出血和感染的重要原因,也影响了疾病的预后和机体存活[10-11]。本研究发现,SMT可提高辐射损伤小鼠PLT和BMNC,或许此为SMT辐射防护的原因,但其具体作用机制有待进一步研究。

免疫系统也是辐射敏感组织,辐射引起的免疫功能改变是辐射损伤的表现之一。脾脏的生理病理状态在一定程度上能够反映免疫系统的损伤修复状况。实验数据显示SMT对辐射损伤小鼠脏器有一定的保护作用,可提高肝、脾、肾和胰脏的脏器指数;由图1可见,SMT对脾脏有较好的保护作用,提示SMT可以保护免疫器官抵抗辐射损辐射防护作用,且大剂量效果最好,而照射后给药效果不明显。机体内存在一套完整的氧化还原系统,包括超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶等,可清除正常代谢产生的自由基,维持机体的氧化还原平衡。机体受到辐射后,氧自由基[10]和氮自由基浓度急剧增高,过剩的自由基致使机体的氧化还原失衡,破坏机体的生物大分子[12]。SMT广泛存在于组织和体液中,参与一系列重要的生物化学反应。在活性细胞中其可增强谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽还原酶和谷胱甘肽硫转移酶的活性[13-14],也可作为底物用于合成半胱氨酸、谷胱甘肽等多种重要物质[15],从而增加机体内谷胱甘肽的含量。还原型谷胱甘肽有清除自由基的作用,缓解自由基造成的细胞毒性,这可能也是SMT产生抗辐射损伤作用的原因之一。SMT在临床上广泛应用于保护肝脏,本研究发现其还有显著的辐射防护作用,可作为放疗的辐射防护药,也是一个老药新用实例。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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目的 观察6 Gy 137Cs γ射线照射对小鼠造血功能的影响.方法 取雄性C57BL/6小鼠70只,随机分为对照组和照射组,每组35只.照射组小鼠接受6 Gy 137Cs γ射线一次性全身照射,分别于受照后1、3、7、10、14、35和56d测定小鼠体质量,并检测外周血象的变化、外周血网织红细胞百分率和骨髓有核细胞 数,在受照后14、35和56 d检测小鼠骨髓细胞粒单系集落形成能力.结果 照射后小鼠体质量下降,14d后缓慢上升;外周血象中WBC和血小板数迅速下降,分别于照射后7和10d下降至最低值,而后缓慢回升;骨髓有核细胞数急剧 下降,于照射后7和10d下降至最低值,而后逐渐恢复;外周血网织红细胞百分率经历了下降、恢复、超出正常值范围及恢复至正常值的过程;骨髓有核细胞粒单 系集落形成能力显著下降.结论 6 Gy 137Cs γ射线照射可引起小鼠外周血象的变化并抑制造血祖细胞的增殖能力.
[本文引用:1]
[10] 张俊伶,薛晓蕾,李源,.富氢水对电离辐射引起胸腺细胞损伤的影响[J].国际放射医学核医学杂志,2015,39(5):358-362.
目的 探讨富氢水对6 Gy照射小鼠胸腺细胞内活性氧水平、细胞凋亡及DNA损伤程度的影响.方法 实验分为对照组、6 Gy照射组、6 Gy照射+富氢水组;对照组和6 Gy照射组小鼠照射前10 min灌胃正常饮用水0.5 ml,6 Gy照射+富氢水组小鼠灌富氢水0.5 ml,照射后连续灌胃,给予小鼠正常饮用水和富氢水7d,于照射后4、7、15d处死小鼠获取胸腺细胞.采用流式细胞术检测胸腺细胞内活性氧水平、凋亡细胞比例及磷酸化组蛋白H2AX(γ-H2AX)平均荧光强度.结果 与对照组的小鼠比较,6 Gy照射组小鼠在照射后4、7、15d胸腺细胞中的活性氧水平升高,早期凋亡细胞[AnnexinV阳性、碘化丙啶(PI)阴性]和晚期凋亡细胞(AnnexinV阳性、PI阳性)的细胞比例明显增加,γ-H2AX平均荧光强度增加.与6 Gy照射组小鼠相比,6Gy照射+富氢水组小鼠的胸腺细胞中活性氧水平下降,早期凋亡和晚期凋亡的细胞比例降低,细胞内γ-H2AX平均荧光强度则是下降的,差异均具有统计学意义.结论 富氢水可以有效减轻电离辐射引起的胸腺细胞损伤,为富氢水作为辐射损伤防护剂提供了实验依据.
[本文引用:2]
[11] 罗成基,欧阳子倩.核化学武器损伤防治学[M].北京:人民军医出版社,1994:73-78.
[本文引用:1]
[12] HIROKAWA Y,YASUI W,KOMAKI-COX R U,et al.Radiation therapy for cancer.The fifteenth anniversary of Hiroshima Cancer Seminar Foundation,the Seventeenth International Symposium of Hiroshima Cancer Seminar[J].Cancer Sci,2008,99(6):1287-1291.
Abstract Top of page Abstract Opening Address Special Lectures on Radiation Therapy for Cancer Poster Sessions and Closing Remarks This symposium presented what we do to really know about new technology for radiation therapy and what we do to realize our final goal of selective radiation therapy and CRT for cancer. It no doubt provided us for a great deal of information on technological and conceptual advances in radiation therapy and radiation biology. ( Cancer Sci 2008; 99: 1287–1291)
DOI:10.1111/j.1349-7006.2008.00805.x      PMID:18482054      URL    
[本文引用:1]
[13] OSIPOV A N,KLOKOV D Y,ELAKOV A L,et al.Compa-rison in vivo study of genotoxic action of high- versus very low dose-rate γ-irradiation[J].Nonlinearity Biol Toxicol Med,2004,2(3) 223-232.
URL    
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[14] 艾迎春,李红,石磊.丁二磺酸腺苷蛋氨酸治疗慢性肝病相关性研究[J].黑龙江医药科学,2011,34(3):64.
丁二磺酸腺苷蛋氨酸是腺苷蛋氨酸的稳定盐形式,它在体内转甲基和转硫基的生化过程中起着关键 作用。肝脏疾病时,其腺苷蛋氨酸合成酶和磷脂甲基转移酶活性显著下降,转甲基和转硫基途径发生障碍。引起胆汁分泌障碍和肝脏损伤。补充丁二磺酸腺苷蛋氨酸 可以预防或逆转膜脂质结构异常,使肝细胞中低下的ATP酶活性恢复,
[本文引用:1]
[15] 彭亮,刘静,高志良.不同剂量腺苷蛋氨酸治疗乙肝肝衰竭患者肝内胆汁淤积的疗效观察[J].新医学,2011,42(7) :472-473.
目的:探讨不同剂量腺苷蛋氨酸治疗乙型病毒性肝炎(乙肝)肝衰竭并发肝内胆汁淤积患者的疗效。方法:57例乙肝肝衰竭并发肝内胆汁淤积的男性患者分为A组25例、B组22例、C组10例,均予相同的内科治疗,B组予腺苷蛋氨酸1 g/d,C组予腺苷蛋氨酸2 g/d,疗程4周。比较3组治疗过程中ALT、γ-谷氨酰转移酶(GGT)、总胆汁酸、总胆红素、直接胆红素和终末期肝病模型(MELD)评分的变化。结果:治疗第3周,B组直接胆红素、C组GGT和直接胆红素均低于A组(P均<0.05),治疗第4周,B组、C组的GGT、总胆汁酸、直接胆红素均低于A组(P<0.05或0.01)。治疗1~4周,3组患者的ALT、总胆红素、MELD评分比较差异均无统计学意义(P>0.05)。治疗过程中,3组患者均未出现明显不良反应。结论:腺苷蛋氨酸对于改善乙肝肝衰竭患者并发肝内胆汁淤积的GGT、总胆汁酸、直接胆红素疗效较好,虽然未见并发症及不良反应,但目前大剂量并未能体现出更加显著的疗效,其使用亦有待进一步探讨。
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丁二磺酸腺苷蛋氨酸
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作者
张广慧
靳瑾
周则卫
刘培勋
龙伟
吴红英

ZHANG Guanghui
JIN Jin
ZHOU Zewei
LIU Peixun
LONG Wei
WU Hongying