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(
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.
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。
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]。
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)。
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]。
1.4.1 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。
1.5.1 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。
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(
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(
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(
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(
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
The authors have declared that no competing interests exist.