低剂量辐射对人骨髓间充质干细胞的兴奋效应

低剂量辐射对人骨髓间充质干细胞的兴奋效应

康爽谭业辉郎悦

(吉林大学第一医院肿瘤中心，吉林长春130021)

关键词〔〕低剂量辐射;骨髓间充质干细胞;兴奋效应

中图分类号〔〕R818.74；R551.3〔文献标识码〕A〔

基金项目：吉林省卫生厅

通讯作者：谭业辉(1973-)，男，副教授，主要从事白血病发病机制及骨髓移植研究。

第一作者：康爽(1983-)，女，主治医师，主要从事白血病发病机制及骨髓移植研究。

低剂量辐射(LDR)是指剂量在0.2 Gy以内的低传能密度辐射或剂量在0.05 Gy以内的高传能密度辐射。早在1982年，Luckey首先提出LDR的兴奋效应〔1〕，认为LDR对生物体可能有益，随后的研究逐渐证实LDR的兴奋效应存在于机体的从整体到分子、细胞水平，LDR能够刺激动植物生长发育、提高生育力、促进细胞代谢、降低肿瘤发生率、活化淋巴细胞、增强免疫功能等〔2~4〕。LDR对人骨髓间充质干细胞(MSCs)可产生兴奋效应。

1LDR对免疫系统影响

在LDR的兴奋效应中，对免疫系统的增强作用研究较多，免疫增强效应主要发生在不大于0.5Gy的辐射剂量，如LDR可促进免疫细胞分泌干扰素(IFN)-γ及白介素(IL)-2等免疫增强因子，增加巨噬细胞的吞噬功能，提高树突细胞(DC)的抗原递呈能力，加强自然杀伤(NK)细胞介导的细胞毒性，抑制Treg细胞的活性等〔5~9〕。LDR诱导抗氧化作用，诱导DNA损伤的修复，诱导某些蛋白分子的表达，激活细胞的信号通路。可表现为外周血淋巴细胞对植物血凝素反应增强，DNA修复功能增强，小鼠或大鼠脾细胞抗体形成增多，提高肿瘤坏死因子和IL-6表达水平，促进胸腺细胞分化成熟和信息传递。LDR能够激活细胞内某些信号转导通路，有阵发性运动性舞蹈手足徐动症(PKC)、丝裂原激活化蛋白激酶(MAPK)、P53、ATM等，可以将DNA损伤修复信号传入细胞核内，引起特异蛋白表达的增强或减弱。近年来备受关注的LDR兴奋效应中的抗肿瘤作用，是其对机体免疫兴奋效应的间接作用所致〔10〕。

2LDR对造血系统的影响

LDR对免疫系统影响同造血系统密切相关，研究报道LDR能促进造血系统增殖，不同于大剂量辐射对造血系统造成严重损害。前期研究发现对小鼠进行低剂量辐射(75 mGy)可以使小鼠的粒单集落刺激因子(GM-CFU)，BFu-E数量增多，血清中GM-CSF水平升高，GM-CSF、G-CSF的转录升高。这些兴奋效应同造血刺激因子升高相关。人体免疫细胞来自于骨髓细胞，造血系统在人体占有重要地位，其中造血细胞和造血微环境相互作用，不断地研究让国内外学者对LDR如何影响造血系统有了新的认识。

2.1MSCsMSCs为造血微环境重要组成部分，其为多能干细胞，可向成骨细胞、成软骨细胞、成脂肪细胞、骨髓基质甚至肝脏细胞和神经细胞等分化。因其贴壁生长的特点，可以从骨髓细胞中分离出来，建立MSCs培养方法。MSCs形态上呈现纺锤性的成纤维细胞状，能附着在塑料或玻璃培养皿上，生长形成均匀的集落或贴壁的融合层。能在体外培养扩增且能长期维持其遗传学性状，在体外能使脐带血造血祖细胞扩增，在体内与造血干细胞共移植，加速造血重建。研究的不断开展使人们对其生物学特性及生理功能逐渐认识。骨髓中的粒细胞、红细胞、巨噬细胞及血小板等细胞的分化成熟均依赖于造血干细胞与MSCs和细胞外基质等组成的微环境的接触。同其他非造血细胞形成骨髓的结缔组织，分泌各种细胞因子和细胞外基质蛋白，调控造血细胞的增殖、分化、成熟。分泌如IL-6、IL-7、IL-1、1SGF、干细胞生长因子及基质细胞源性生长因子，大部分有促进造血的功能。其表面亦存在许多造血黏附受体，进一步结合后调控骨髓造血细胞的增殖。MSCs调控髓系细胞分化增殖，对免疫调节亦贡献很大。通过分泌细胞因子和小分子物质介导免疫耐受和抑制，抑制T细胞增殖，抑制单核细胞向DC分化，降低树DC激活同种反应性T细胞增殖能力。骨髓中MSCs含量少，进一步研究就需要体外分离、培养和扩增，资料显示方法可有密度梯度离心法，全骨髓培养法，细胞表面标志分选法包括流式分选法和免疫磁珠筛选法，细胞体积限定筛选法。前两种方法常用。

2.2LDR能够促进造血干细胞增殖，外周血干细胞动员用75 mGy的X射线照射小鼠可使骨髓造血干细胞集落培养数目明显增多，造血相关因子分泌增加，外周血c-KIT阳性细胞比例增多，并能够促进致死剂量照射后小鼠的造血重建〔11~14〕，Otsuka等〔15〕于2008年也得出类似的结果。有研究发现LDR可促进BMSCs增殖，还可以促进BMSCs分泌干细胞因子(SCF)及GM-CSF的增多，证明了LDR对骨髓微环境的改善作用。进一步的机制研究显示，LDR能够促进BMSCs细胞周期进程，LDR后S、G2期细胞明显增加，Cyclin D1 、Cyclin E、p-Rb (Ser780) 、CDC25水平均明显增高，提示LDR能促进细胞向G1/S和G2/M期的转化，加速细胞周期进程。LDR兴奋效应的机制可能与加强DNA损伤修复、刺激机体的氧化保护系统、抑制细胞凋亡、调节细胞周期及激活PKC、p53、MAPK及DNA-PK等细胞信号转导途径有关，但目前尚不完全清楚〔16~18〕。

3运用DNA甲基化进一步研究

细胞生物学效应发生的本质变化是细胞内遗传调控和表观遗传调控的变化。表观遗传学调控在基因表达和调控方面具有重要影响，DNA甲基化作为表观遗传学的重要组成部分，在细胞发育、增殖和维持基因组稳定方面均具有至关重要的作用。前期研究从蛋白水平分析LDR对间充质干细胞兴奋性效应的产生，可从DNA甲基化角度进一步研究LDR对间充质干细胞增殖的影响机制。通过检测DNA甲基化水平，寻找LDR促进BMSCs增殖的基因调控变化，从而探讨LDR造血细胞兴奋效应的分子机制。

综上所述，LDR不仅不像高剂量辐射那样能对机体产生抑制和损伤作用，反而可产生对机体有益的兴奋效应，能够促进机体细胞增殖和增强各系统功能。目前放化疗仍为恶性肿瘤治疗重要手段，在杀伤肿瘤细胞同时如果能利用LDR对MSCs的兴奋效应，减少对正常组织损伤将有利于提高肿瘤治疗疗效。从DNA甲基化方面进一步研究LDR产生兴奋效应的机制。LDR可应用于临床中，用以促进造血减少性疾病患者的造血功能恢复，有望成为一种新的治疗手段。

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〔2014-06-18修回〕

(编辑李相军/滕欣航)