褪黑素对放疗后大鼠卵巢功能保护作用的探讨

张 良，范 楷，靖 俊，姚 琦，姚 兵，梁元姣

0 引 言

放射治疗(radiotherapy，RT)是很多恶性肿瘤患者常用的治疗手段，但放疗本身可引起卵巢功能损伤导致内分泌功能紊乱及生育功能下降，使放疗后很多年轻女性出现月经紊乱、闭经等症状。如何减少放疗所致的卵巢损伤，保护那些接受全身放疗或者盆腔放疗患者的卵巢功能成为目前研究的热点。近年来学者们对褪黑素(melatonin，MT)清除自由基的作用进行了广泛的研究，发现其有对抗由放疗/化疗及自身免疫性疾病引起的卵巢功能损伤的显著作用，但对其保护卵巢功能的具体机制尚不明确。本研究以瑞典Elekta Precise医用直线加速器全身照射大鼠制备放疗致大鼠卵巢功能减退的模型，在大鼠模型上研究MT对放疗所致卵巢功能损伤的保护作用并探讨其机制，为其临床应用寻求理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料 清洁级SD雌性大鼠(体重180－200 g)，由南京军区南京总医院比较医学科提供，合格证号:SYXK(军)2012-0047。颗粒饲料喂养，自由摄食，室温20～25℃，相对湿度45%～55%，每日光照12h，饲养3d熟悉环境后，每日晨8:00取阴道分泌物涂片光镜观察性周期［1］，选用有正常性周期的动物进入实验。放疗设备为瑞典Elekta Precise医用直线加速器(南京军区南京总医院放疗科引进)。MT购自美国sigma试剂公司，大鼠卵泡刺激素(serum follicle stimulating hormone，FSH)和雌二醇(estradiol，E2)测定所用酶联免疫吸附法(enzyme-linked Immunosorbent assay，ELISA)试剂盒购自 AMEKO试剂公司。Caspase3活性检测试剂盒购自碧云天科技公司。

1.2 动物分组 使用PASS 11.0软件将进入实验的30只雌性SD大鼠随机分成5组:对照组、RT组、RT+MT(25 mg/kg)组、RT+MT(50 mg/kg)组、RT+MT(100 mg/kg)组。

1.3 动物模型制备 对照组，腹膜下注射5 mL等渗盐水;RT组，腹膜下注射5 mL等渗盐水，参照李彩霞等［2］小鼠卵巢早衰模型的制备方法，2 h后接受总量为200 cGy射线照射，照射速度50 cGy/min，照射野 30 cm×30 cm，照射距离 150 cm;RT+MT(25mg/kg)组、RT+MT(50 mg/kg)组、RT+MT(100 mg/kg)组，分别给予相应剂量的MT溶解于5 mL等渗盐水中腹膜下注射，2 h后接受总量为200 cGy射线照射(照射条件同RT组)。

1.4 标本采集 各组大鼠于射线照射后每日取阴道分泌物涂片光镜观察动情周期，照射后2周于动情间期处死大鼠，主动脉弓取血。取双侧卵巢，右侧卵巢4%多聚甲醛固定，左侧卵巢存于液氮罐。

1.5 激素测定方法 采用ELISA法测定大鼠血清中的 E2、FSH。大鼠主动脉弓采血，分离血清，按AMEKO试剂公司ELISA试剂盒操作说明进行。

1.6 组织形态学观察及卵泡计数 右侧卵巢石蜡包埋，取最大横断面切片后HE染色，光镜下计数具有正常卵泡结构的卵泡数［3］，分别计数各组大鼠的原始卵泡、初级卵泡、次级卵泡和成熟卵泡。

1.7 caspase3测定 采用分光光度法测定大鼠左侧卵巢组织caspase3的活性。由于caspase3可催化底物Ac-DEVD-pNA产生黄色物质pNA，因此可以通过测定pNA在405nm的吸光度来测定caspase3的活性。试剂盒购置碧云天生物科技公司，按试剂盒操作说明进行。

1.8 统计学分析 所有指标采用SPSS 18.0软件进行统计学分析。计量数据检测结果以均数±标准差(±s)表示;多组均数间的比较用单因素方差分析(One-Way ANOVA);组间两两比较，满足方差齐性时采用LSD法检验;若方差不齐，两两比较采用基于t检验的保守Tambane's T2检验，以P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 大鼠动情周期变化 各组大鼠干预前均表现为正常动情周期，4 d为1周期。RT组和RT+MT(25 mg/kg)组接受照射24h后仅出现动情后期或动情间期。RT+MT(50 mg/kg)组、RT+MT(100 mg/kg)组大鼠照射24h后仅出现动情后期或动情间期，一周后恢复正常动情周期。对照组动情周期无改变。

2.2 大鼠血E2和FSH水平变化 E2水平变化:射线照射后，RT组E2水平显著低于对照组(P＜0.05);其中RT+MT(25 mg/kg)组与RT组比较差异无统计学意义(P＞0.05);RT+MT(50 mg/kg)组与RT+MT(100 mg/kg)组较RT组E2水平显著升高(P ＜0.05)，且RT+MT(100mg/kg)组E2水平显著高于 RT+MT(50 mg/kg)组(P ＜0.05)，作用呈剂量依赖性。FSH水平变化:射线照射后，RT组FSH水平显著高于对照组(P＜0.05);其中RT+MT(25 mg/kg)组与RT组比较差异无统计学意义(P＞0.05);RT+MT(50mg/kg)组与 RT+MT(100mg/kg)组较RT组FSH水平显著降低(P＜0.05)，RT+MT(100mg/kg)组FSH水平与RT+MT(50 mg/kg)组比较差异无统计学意义(P＞0.05)。见表1。

表1 5组大鼠血清E2和FSH浓度(±s)Table1 E2 and FSH concentration of 5 groups rats serum(±s)

表1 5组大鼠血清E2和FSH浓度(±s)Table1 E2 and FSH concentration of 5 groups rats serum(±s)

与对照组比较，*P ＜0.05;与RT组比较，#P ＜0.05;与RT+MT(25 mg/kg)比较，△P＜0.05;与 RT+MT(50 mg/kg)比较，▲P ＜0.05

组别 E2(pmol/L) FSH(ng/mL)对照组6.68 ±0.48 0.340 ±0.011 RT 组 2.83 ±0.51* 0.604 ±0.028*RT+MT(25 mg/kg) 2.86 ±0.33* 0.598 ±0.034*RT+MT(50 mg/kg) 4.26 ±0.44*#△ 0.479 ±0.023*#△RT+MT(100 mg/kg) 5.73 ±1.36*#△▲ 0.431 ±0.053*#△

2.3 大鼠卵泡数量变化 射线照射后，RT组卵泡总数显著低于对照组(P＜0.05);其中RT+MT(25 mg/kg)组与RT组比较差异无统计学意义(P＞0.05);RT+MT(50mg/kg)组与 RT+MT(100mg/kg)组较RT组卵泡总数显著升高(P＜0.05)，且RT+MT(100 mg/kg)组卵泡总数显著高于RT+MT(50 mg/kg)组(P＜0.05)，作用呈剂量依赖性。见表2。

表2 大鼠卵泡数量变化情况(±s)Table2 Follicle number of rats(±s)

表2 大鼠卵泡数量变化情况(±s)Table2 Follicle number of rats(±s)

与对照组比较，*P＜0.05;与 RT组比较，#P ＜0.05;与 RT+MT(25 mg/kg)比较，△P ＜0.05;与 RT+MT(50 mg/kg)比较，▲P＜0.05

组别卵泡数量(个)原始卵泡 初级卵泡 次级卵泡 成熟卵泡 卵泡总数对照组 3.00 ±0.89 10.50 ±1.05 5.00 ±0.89 3.17 ±0.75 21.67 ±1.97 RT 组 1.33 ±0.82 5.33 ±1.03 2.50 ±1.05 2.33 ±0.52 11.50 ±2.43*RT+MT(25 mg/kg) 2.17 ±0.41 5.67 ±1.03 2.00 ±1.10 2.17 ±1.17 12.00 ±1.41*RT+MT(50 mg/kg) 3.33 ±0.52 7.00 ±0.89 3.50 ±0.55 1.67 ±1.21 15.50 ±1.05*#△RT+MT(100 mg/kg) 2.83 ±0.98 8.33 ±1.37 4.50 ±1.05 2.33 ±1.21 18.00 ±2.28*#△▲

2.4 大鼠卵巢组织光镜下改变 对照组卵巢结构清晰，卵巢中可见原始卵泡，各级发育中的卵泡及成熟卵泡;RT组卵巢可见其皮质增厚，结构混乱，间质纤维化，皮质中原始卵泡数量稀疏，各级生长卵泡与成熟卵泡数目锐减，见大量闭锁卵泡及多个大的陈旧样黄体组织;RT+MT(100 mg/kg)组卵巢结构清晰，卵巢中可见原始卵泡，各级发育中的卵泡及成熟卵泡，并可见少量闭锁卵泡及黄体样物质。见图1。

图1 卵巢组织最大切面HE染色(×40)Figure1 The largest cross sections of ovary stained by HE(×40)

2.5 大鼠卵巢组织capase3活性变化 对照组大鼠caspase3活性极低，射线照射后，RT组大鼠caspase3活性较对照组显著升高(P＜0.05);其中RT+MT(25 mg/kg)组与RT组比较差异无统计学意义异(P＞0.05);RT+MT(50 mg/kg)组与 RT+MT(100 mg/kg)组较RT组caspase3活性显著降低(P ＜0.05)，且 RT+MT(100 mg/kg)组 caspase3 活性显著低于 RT+MT(50 mg/kg)组(P ＜0.05)，作用呈剂量依赖性。见表3。

表3 大鼠卵巢组织caspase3活性比较(±s)Table3 Caspase3 activity of ovarian tissue in rats(±s)

表3 大鼠卵巢组织caspase3活性比较(±s)Table3 Caspase3 activity of ovarian tissue in rats(±s)

与对照组比较，*P＜0.05;与 RT组比较，#P＜0.05;与RT+MT(25 mg/kg)比较，△P＜0.05;与 RT+MT(50 mg/kg)比较，▲P ＜0.05

组别 pNA在405 nm的A值对照组0.14 ±0.03 RT 组 0.50 ±0.05*RT+MT(25 mg/kg) 0.48 ±0.02*RT+MT(50 mg/kg) 0.36 ±0.05*#△RT+MT(100 mg/kg) 0.26 ±0.06*#△▲

3 讨 论

卵巢是女性生殖系统中对辐射较为敏感的区域，随着照射剂量的增加，卵巢功能损伤也愈加严重［4］。卵巢功能损伤是接受放疗或者化疗治疗的患者一个主要的远期并发症，大剂量、长时间的化疗将会损伤各年龄段患者的卵巢功能，导致闭经，生殖能力下降或丧失［5］;因此在提高患者的生存率的同时，保护卵巢功能减轻或避免放疗所致的卵巢功能损伤成为当下研究的热点。建立有效的放疗模型对于探讨放疗致卵巢功能损伤的机制及其预防和治疗措施具有重要意义。

研究人员通常依据大鼠的动情周期的规律性来评估其卵巢功能［6］。本研究中，对于放疗组大鼠，在射线照射后，不再出现动情周期，而光镜下其卵巢组织形态为卵巢皮质增厚，结构混乱，间质纤维化，皮质中原始卵泡数量稀疏，各级生长卵泡成熟卵泡数目锐减，见大量闭锁卵泡，卵巢中可见多个大的陈旧样黄体组织，可见其卵巢功能明显下降，这与该组大鼠动情周期的检测结果相符合。有实验表明卵巢中卵泡总数是反应卵巢功能的重要指标［7］。在本实验中，放疗后大鼠卵巢组织中卵泡总数明显减少;放疗后卵巢组织各级卵泡凋亡闭锁，卵泡随之产生的E2减少，血液中E2水平的降低将反馈性地刺激下丘脑垂体性腺轴从而增加FSH的分泌;RT组大鼠FSH升高，E2降低，卵泡总数明显减少，模拟了临床放疗后育龄女性体内激素水平和卵巢储备的变化，同时可以表明放疗可直接导致卵巢功能的下降。因此，动情周期减少，E2水平降低，FSH水平升高，以及卵泡总数减少是评价放疗致大鼠卵巢功能损伤模型成功构建的关键指标。

放疗产生的电离辐射与水分子相互作用可形成高度活性的羟自由基-(OH)。相关研究表明60%～70%的组织损伤和细胞DNA损伤是电离辐射产生的-OH所造成的，有报道称随着照射剂量的增加卵泡凋亡的比例增加［8］。MT是松果体分泌的一种神经内分泌激素，研究表明MT是一种非酶类抗氧化物质，其除了众所周知的调节昼夜节律功能外，还能清除-OH和不同的活性氧簇，是高效的内源性抗氧化剂［9］，MT 主要通过清除-OH 发挥抗辐射作用。当MT与-OH相互作用时，MT形成过渡性的吲哚基，其毒性很低［10］。使用MT可以降低血浆和红细胞内的丙二醛(malondialdehyde，MDA)的水平，MDA是全身照射后的氧化损伤产物。MT还可提升超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶水平，因此MT可以通过上调抗氧化物酶来对抗电离辐射［11］。此外MT只有在射线照射之前给药才能起到保护作用，照射后给药则不具备保护作用;这说明在接受照射时，MT必须进入细胞内才能发挥其抗辐射作用［12］。

Caspase全称为含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase)，是一组存在于细胞质中直接导致凋亡细胞解体的蛋白酶［13］。其主要参与线粒体凋亡途径，上调的促凋亡蛋白Bcl-2家族(如Bax，Bak)或下调的抑凋亡蛋白 Bcl-2、BclxL均可以诱导线粒体凋亡途径的发生［15］。在凋亡发生时，促凋亡家族成员被激活并且转移到线粒体发生寡聚体化。从而导致线粒体膜通道孔(mitochondrial permeability transition pores，MPTP)的开放［16］。通过MPTP一些促凋亡因子将会被释放进入细胞质中导致凋亡的发生。线粒体内的相关蛋白的释放在线粒体介导的细胞凋亡中发挥着重要作用，其中细胞色素C进入细胞质，结合促凋亡蛋白激酶激活因子1形成复合物，进一步导致caspase级联反应的激活，最终导致组织细胞发生凋亡。大量的事实证明，capase3是哺乳动物细胞凋亡中的关键蛋白酶，处于级联反应的核心位置，被称为死亡蛋白酶［17－18］。最近的研究发现capase3和卵泡闭锁关系密切［19－20］，本实验中RT组capase3活性明显高于其他组，可以推测射线照射是通过激活caspase3来实现卵泡的凋亡闭锁和卵巢功能的减退。由于caspase3在凋亡途径中扮演着重要的角色，要检测MT能否抑制电离辐射诱导的卵巢组织凋亡，caspase3无疑是主要指标之一。MT对caspase3活化的抑制作用在疟疾诱导的小鼠肝损伤模型中已见报道，疟疾感染小鼠后，通过激活caspase3来促进肝细胞凋亡，MT可以明显抑制caspase3的活性，从而起到了保护小鼠肝功能的作用［21］。本实验在射线照射前预先腹腔注射50mg/kg、100mg/kg MT，可剂量依赖性地减轻射线对卵巢功能的损伤，同时伴有卵巢组织capase3活性的平行下降，提示MT对卵巢功能的保护作用可能与其抑制caspase3的过度活化有关。

综上所述，本研究表明capase3信号转导途径参与了射线诱导的卵巢功能损伤的发生;MT可有效减轻射线对卵巢功能的损伤作用，其分子机制可能与其抑制射线诱导的caspase3的过度活化有关，这种抑制作用是否经由线粒体途径发生仍需进一步的研究。

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