染色体畸变和微核分析在放射工作人员职业健康监护中的价值探讨

韩林 赵风玲 刘玉龙 吕玉民

摘 要：外周血淋巴细胞染色体畸变和微核作为对电离辐射较为敏感的生物指标，在国内外辐射生物剂量估算中得到广泛应用和认可，但在放射工作人员职业健康监护中的价值尚有值得讨论的问题。本文从染色体畸变和微核形成机制入手，探讨这2 项细胞遗传指标在放射工作人员职业健康检查中的意义和实用价值，供同行讨论和参考。

关键词：放射工作人员;职业健康监护;染色体畸变;微核

中图分类号：TL75 文献标识码：A

外周血淋巴细胞染色体畸变和微核作为对电离辐射敏感的生物指标，在国内外辐射生物剂量估算中得到广泛应用和认可。近年来，人们逐渐认识到了这2 项指标在慢性放射损伤评价中的生物学意义和临床价值[1-2] 。因此，国家相关部门规章和标准将该2 项指标列入放射工作人员职业健康监护中的检查项目， 如在GBZ 98—2020《放射工作人员健康要求及监护规范》[3]中，将外周血淋巴细胞染色体畸变（ chromosomalaberration， CA）检测列入放射工作人员上岗前和离岗前的必检项目， 淋巴细胞微核（micronucleus， MN）为在岗期间的必检项目。而且，近年来有关慢性低剂量电离辐射对放射工作人员细胞遗传学指标影响的研究已有许多报道，但对这些指标在放射工作人员职业健康监护中意义的解读尚鲜见报道。为此，本文在简要介绍电离辐射诱发染色体畸变和微核形成机制的基础上，探讨外周血淋巴细胞CA 和MN 指标在放射工作人员职业健康检查中的生物学意义和实用价值，供同行讨论和参考。

1 染色体畸变和微核形成的机制

1. 1 电离辐射诱发的染色体畸变

染色体畸变是指染色体在受到理化及生物因素的影响而发生的数目和结构的改变，包括染色体结构畸变和数目异常。染色体结构畸变与细胞周期有关，又分为染色体型畸变和染色单体型畸变。当细胞在处于细胞周期的间期（G0 或G1 期）受到暴露，此时DNA 未合成，染色体以单线行使功能，受损伤的单链DNA 经过S 期（DNA 合成期）复制后两条染色单体在相同位置发生了改变，从而形成染色体型畸变，而当细胞处于G2 期（DNA合成后期）受到暴露，染色体已经复制成两条染色单体，可能会诱发1 个单体损伤，也可能产生2 个单体损伤但损伤位置可能不同，形成染色单体型畸变。由于人体细胞受到照射时主要分析的是外周血淋巴细胞的染色体畸变，而淋巴细胞正常情况下处于细胞周期的间期，经过S 期时，将损伤的染色体复制两份，形成染色体型畸变。因此，电离辐射诱发的染色体畸变主要是染色体型畸变[4-5] 。包括双着丝粒或多着丝粒体（dicentrics， dic）、着丝粒环（ centric ring， r）、无着丝粒环（ acentricring， ar）、无着丝粒断片（ fragment， f）、微小体（minute， min）、相互易位（translocation， t）、倒位（inversion， inv） 和缺失（deletion， del），其中ar、f和min 统称为无着丝粒体（acentrics， ace），在上述畸变中除del 和f 为电离辐射一次击中外，其他畸变均为2 次或2 次以上击中。按照染色体型畸变在体内的转归，又可将上述这些畸变分为非稳定性染色体畸变和稳定性染色体畸变，前者在细胞分裂的后期会形成染色体桥引起细胞死亡（dic、r）或因没有着丝粒结构随细胞分裂丢失（ace） 故称非稳定性畸变，后者（t、inv 和del） 在细胞分裂中不存在力学障碍，细胞分裂不受影响可在体内长时间存在故称为稳定性畸变[6] 。染色单体型畸变多被外界物理、化学、生物等多种因素诱发，且与受照剂量没有直接相关关系，不作为评价电离辐射损伤的观察指标[1，5] 。

1. 2 微核及其形成机制

微核是指有染色体、染色单体的无着丝粒断片或纺锤体损伤后造成滞后染色体在细胞分裂后期未包被于主核中形成的小体。国外学者基于着丝粒和端粒探针的荧光原位杂交（fluorescence insitu hybridization， FISH）研究结果证实MN 确实是来自于无着丝粒断片和整条染色体（图1）[4，7-8] 。

因此，辐射诱发的微核和染色体畸变存在直接关系，但又不能等同。原因是对淋巴细胞来说，辐射诱发的染色体畸变主要为染色体型畸变。虽然大多数畸变可伴随断片，如dic+r 的伴随断片（f），但稳定性畸变的t 和inv 等则不伴有断片，所以微核只部分反映染色体结构畸变。除上述染色体型畸变的断片可形成微核外，染色单体断片、单或多条滞后的染色体也可形成微核。而且有报道基于全着丝粒探针FISH 的CBMN 实验发现，在正常人群淋巴细胞中的MN 有70%以上是来自细胞分裂后期落后的整条染色体，仅有不到30%的MN 是来自无着丝粒断片，MN 受年龄和性别的影响，本底值较高[8] 。而且健康人群中随着年龄的增加MN率升高，女性的微核率高于男性，生物、化学和物理（包括电离辐射）因素均可诱发微核，其产生没有特异性[9] 。

2 染色体畸变分析在放射工作人员职业健康监护中的意义

2. 1放射工作人员体检中常见的染色体畸变类型

在放射工作人员染色体畸变非显带核型分析中最常见到的畸变是不作为电离辐射观察指标的染色单体断裂（chromatid break， ctb），其次是f，涉及到大片段染色体的相互易位，del 和dic 亦可观察到，但r 较不常见。因为，对于慢性放射损伤多为长期分次小剂量低剂量率照射所致，诱发的染色体型畸变大多是一次击中畸变即f，如果观察到二次击中畸变如dic、r 和t 等重接型畸变，由于这些指标自发率低对评价慢性放射损伤有重要参考价值。而且国内外的许多报道亦显示，放射工作人员细胞遗传检测中观察到的染色体型畸变主要是f，其次是t 和dic 等重接型畸变。但在不同工种放射工作人员中，这些畸变的占比不同，如本课题组在对医疗机构放射工作人员染色体畸变分析中观察到，放射诊断和放射治疗2 组f 率在总染色体型畸变率占比分别为65%和60%，高于重接型畸变之和占比（ t 分别占23%、24%;dic 分别占12. 5%、15. 6%）;核医学和介入放射学2 组放射工作人员中f 率占比分别为51%和47%，與重接型畸变之和占比（ t 分别占34%、36%;dic 分别占13%、16. 8%）基本一致，可能与这2 组放射工作人员在职业活动中受到更高的辐射剂量，DNA 损伤更严重有关[10] 。本课题组还在对100 例介入放射工作人员染色体畸变分析中得到类似结果[11] ，而且国内大多数学者的报道亦是以f 为主，但在常规核型分析中计数t 的报道较少[5] 。这也是GBZ/ T248—2014《放射工作人员职业健康检查外周血淋巴细胞染色体畸变检测与评价》[12] 标准中对不同畸变指标给出不同正常参考值范围的主要依据和原因，如ace 正常参考值范围为0 ～ 3%，>3%为异常;dic 或r 或t 等指标正常参考值范围为<1%，结果≥1%为异常。因此，在放射工作人员职业健康检查染色体畸变检测中应重点识别和计数dic 和t等电离辐射诱发的标志性重接型畸变，特别是t 指标不会随时间延长而丢失，可以较好反映放射工作人员的累积暴露剂量，应是重点观察的畸变指标。

2. 2 染色体畸变在职业健康监护中的应用价值分析

现有研究表明，外周血淋巴细胞CA 分析是评价电离辐射所致长期低剂量照射遗传损伤效应的可靠方法，已广泛应用于放射工作人员、航空机组人员、井下矿工和高本底地区居民的放射损伤评价，其主要生物学意义一是可以作为参考指标用于慢性放射损伤的评价，二是通过分析稳定性染色体畸变重建长期低剂量暴露人员的累积吸收剂量，三是利用CA 指标开展辐射流行病学研究，探讨升高的CA 水平与某些疾病的关系。

2. 2. 1 不同染色体型畸变指标在评价慢性放射损伤中的价值分析

由于电离辐射诱发的不同染色体型畸变指标生物学意义不同，在放射工作人员职业健康监护CA 检测实践中，还要考虑多重因素对检测结果的影响再进行分析和评价。

（1）ace 率升高

如果只是ace 率>3%，而ace 指标对电离辐射不具有特异性，年龄、其它物理、化学和生物因素等也会影响ace 的发生率。因此，在进行放射损伤评估时还应考虑年龄、受照史、近期是否有化学物质接触和病毒感染史等的影响以及造血系统是否有异常等，一般不建议将ace 作为放射工作人员职业健康监护评价的指标。

（2）重接型CA 率升高

对于重接型的dic、r 和t 等电离辐射诱发的标志性CA 指标为异常者，如通过增加分析细胞数仍≥1%，除可作为参考指标推测其可能曾经受到一定剂量的照射外，而且在职业性慢性放射病诊断中有一定参考价值[13] 。但在对检测结果评价时首先要排除受检者是否曾接受过放射治疗等医疗照射，其次要调查受检者的工种、工龄、个人剂量监测结果等信息，还要考虑造血系统是否有异常等做出综合判断。如果不伴有白细胞、血小板等指标异常，建议要加强个人防护和定期进行染色体畸变检测（有條件的实验室可进行稳定性染色体畸变分析估算累积暴露剂量），可以从事放射工作;如伴有造血系统异常，则要按照GBZ 98《放射工作人员健康要求及监护规范》[3] 要求对岗前放射工作人员给出不宜从事放射工作的适任性评价，对在岗期间的放射工作人员可以给出暂时脱离或不宜继续原放射工作岗位的评价。

（3）单独的染色体畸变率升高

对放射工作人员进行适任性评价可能有一定局限性，需要考虑个人职业史和受照射情况以及其他系统是否有异常等信息，如此方可对受检者个人做出科学合理的适任性评价。

2. 2. 2 放射工作人员累积暴露剂量的重建

染色体易位目前被国际学界认可为最可靠的回顾性重建生物剂量的生物学指标，近年来国外学者利用FISH 技术分析染色体易位，重建了包括长期受低剂量暴露的放射工作人员、早年参加核试验的退役军人以及医疗照射受照患者等不同暴露人群的累积暴露剂量，进一步验证了t 指标在回顾性生物剂量重建中的实用价值[14] 。如韩国学者在对2 例各有1 个“恶棍”（Rogue）细胞的介入放射工作人员进行FISH 分析易位估算剂量时，发现基于染色体易位率估算的剂量分别为0. 494 Gy和0. 427 Gy，明显高于个人剂量计记录的用物理方法估算的有效剂量（ 37. 15 mSv 和8. 66mSv）[15] ，该国学者在对工业探伤放射工作人员易位分析和重建生物剂量研究中得到类似结果，即物理方法估算的剂量明显低于生物剂量[16-17] 。表明染色体易位在回顾性重建放射工作人员累积暴露剂量方面是有明显实用价值的生物指标，可能比个人剂量计记录的用物理方法估算的剂量更为客观准确。本课题组利用常规核型分析技术对医疗行业放射工作人员染色体畸变分析中发现，尽管介入放射学组放射工作人员的个人年有效剂量监测结果均不超过年剂量限值（20 mSv），但介入放射学组的dic 和易位率明显升高[10] 。可能提示依据个人剂量监测估算的物理剂量不能真实反映介入放射工作人员的照射剂量。推测其原因可能与2 种因素有关，一是介入手术时为近台操作，工作人员的未屏蔽部位不可避免的多次受到辐射暴露，二是个别工作人员辐射防护意识薄弱，不佩戴或不能准确佩戴个人剂量计，造成个人剂量监测的误差[14] 。因此，利用FISH 或G 显带分析易位重建放射工作人员特别是介入放射工作人员的累积受照剂量，可能是克服目前国内仅靠物理方法估算剂量不够准确的主要技术手段，可为相关部门制定合理、可行、有针对性的辐射防护的管理措施提供较为准确的生物剂量资料。

2. 2. 3 染色体畸变水平与某些疾病的关系

来自欧美大样本人群队列的辐射流行病学研究显示，低剂量电离辐射（包括职业照射） 能够诱发受照人群染色体畸变明显升高，而升高的细胞遗传学参数可能与患癌相对危险度增加相关[18-19] ，职业暴露、吸烟与CA 对患癌相对危险有协同作用。表明CA 与患癌相对危险有关，升高的人外周血淋巴细胞CA 可预测患癌危险[2] 。此外，有报道显示升高的染色体畸变率与受到低剂量电离辐射照射的切尔诺贝利核电站事故清理工人血压的升高呈正相关[20] 。提示低剂量电离辐射诱发的染色体畸变不但与患癌风险相关，还可能与常见疾病相关。因此，基于国内较为庞大的放射工作人员群体，开展染色体畸变等生物指标与职业照射暴露人群患某些疾病风险关系的辐射流行病学研究，也可能是下一步学者们要关注的重要课题。

3 微核分析在放射工作人员职业健康监护中的应用价值分析

外周血淋巴细胞微核试验由于简便、易于掌握是评价不同类型职业暴露常用且有一定价值的细胞遗传指标，也是GBZ 98—2020 标准[3] 规定的在岗期间放射工作人员职业健康监护的必检项目。近年的许多报道显示，放射工作人员的微核率明显高于对照组，在不同放射工种中介入放射工作人员的微核率明显升高，亦有微核率与年有效剂量呈正相关关系的报道，说明微核率确实可以反映不同职业受照人群整体的遗传损伤水平[21-22] 。但由于微核率受其它诱变剂、年龄和性别等因素的影响，且对电离辐射不具有特异性，对受检者个体而言，升高的微核率的参考价值有限，只能作为辅以染色体畸变的参考指标评价慢性放射损伤。

因此，在放射工作人员职业健康监护微核检测实践中，如果对受检者同时进行了染色体畸变和微核检测，两者检测结果不一致，应以染色体畸变的检测结果为准，如两项指标均升高对评价慢性放射损伤更有意义;如果只进行了微核检测，对微核率高于本实验室正常参考值的受检者应建议进一步进行染色体畸变分析，依据染色体畸变的分析结果进行遗传学评价[23] 。此外，有报道显示升高的微核率可以预示未来患癌相对危险度增加。微核率指标在放射工作人员辐射流行病学研究领域可能也有重要实用价值，值得学者关注。

4 结语

综上所述，基于外周血淋巴细胞CA 和MN 的形成机制，前者的重接型畸变（如t、dic）对电离辐射有特异性、后者对电离辐射不具有特异性，因此，2 项指标在放射工作人员职业健康检查中的生物学意义和应用价值明显不同。MN 试验只能作为CA 的辅助指标用于放射工作人员的细胞遗传筛查，不能用于受低剂量慢性暴露放射工作人员个体的放射损伤评价，而CA 作为参考指标不但可用于慢性放射损伤的评价[2] 和职业性慢性放射病的诊断[13] ，其中的稳定性染色体畸变还可用于放射工作人员累积暴露剂量的重建，以弥补工作人员不佩戴或不能准确佩戴个人剂量计而造成估算物理剂量误差大等问题[14，17] 。由于介入放射学、非密封源操作、移动工业探伤、测井等工作场所可能很难做到隔室操作和完全安全的个人防护，未来应更多关注这些高风险工种放射工作人员CA的检测工作，开展CA 率与慢性放射损伤关系的流行病学以及利用t 指标估算高风险工种放射工作人员累积生物剂量等方面的研究工作，预期可作为高风险工种放射工作人员的职业健康监护与评价的敏感指标，为制修订国家相关法规和标准时，将CA 指标纳入高风险工种人群在岗期间的必检项目提供科学依据。

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