科普| 當暴露于核輻射，身體內的細胞都經歷了什么？

本文作者：中山大學 淺藍

本文審核專家：江蘇大學附屬醫院 李晶教授

引言

最近，國際期刊上的新綜述系統闡述了核輻射對于人體的危害以及干細胞療法作為抗輻射治療方案的主要科學進展。通過這篇文章，我們可以了解到，核輻射作用于細胞生物分子，導致自由基泛濫，當細胞受到核輻射的影響時，細胞內的DNA 會開啟修復過程，但基并不是所有的DNA損傷都可以自行修復，在許多臨床場景下，外源性干細胞修復技術是一種潛在的選擇。

從8月24日起，核污水事件第一時間就引起了大家對于核技術的關注。誠然，核技術已廣泛應用于醫學、工業、農業、軍-事和醫學等不同領域，帶動了經濟快速增長，但與此同時接踵而至的核輻射抑或是核泄漏卻是對人體健康的一大威脅，而且很有可能危及生命。自20世紀中葉以來，全世界已經發生了400多起輻射事故，成千上萬的人因為核輻射而受傷[1]。

根據輻射劑量的不同，暴露于核輻射的患者臨床表現可從前驅階段的惡心嘔吐到終末階段的造血系統、消化系統、乃至神經系統的衰竭。

當一個人受到 10-20 Gy 或更高劑量的照射時，前驅癥狀會在 1 至 72 小時內出現，包括發燒、食欲不振、惡心和嘔吐、電解質紊亂，甚至低血壓、意識喪失，最后在幾天內死亡。嚴重的快速前驅階段表明吸收劑量較大，預示著臨床預后較差。

日前，發表在“Oxidative Medicine and Cellular Longevity”上的一篇名為“Hematopoietic Stem Cells and Mesenchymal Stromal Cells in Acute Radiation Syndrome ”的新綜述系統闡述了核輻射對于人體的危害以及干細胞療法作為抗輻射治療方案的主要科學進展[2]。通過這篇文章，我們可以從細胞和生物學層面來了解核輻射。

No1：

核輻射作用于細胞生物分子，讓自由基“泛濫”

究其原因，可以從微觀角度來解釋。如下圖所示，核輻射對細胞生物分子的影響可分為直接影響和間接影響兩種，直接效應是指核輻射的能量可直接轉移到生物大分子上，引起電離和激發。

此外，核輻射還可直接作用于水分子上，導致水分子活化并形成自由基等活化產物，而這些活化產物隨后會作用于其他生物分子，這種方式產生的效應稱為間接效應[2]。

△圖片來自參考文獻2

由于人體和細胞中含有大量的水，大部分核輻射能量被水吸收，導致水分子分解，產生大量能破壞人體內各種生物大分子的自由基，這種間接效應對人體造成的損害約占核輻射損傷的 80%。

No2：

細胞啟動DNA修復過程

當細胞受到核輻射的影響時，細胞內的DNA 會開啟修復過程，有些 DNA 損傷可以通過復雜的代謝和免疫機制完全恢復，而有些 DNA 損傷不那么幸運，在修復過程中會出現錯誤及偏移，如非克隆基因缺失和基因插入等等[3]。這些累積的基因突變以及遺傳不穩定性可能在數年后導致惡性疾病的發生。

△圖片來自參考文獻3

No3：

遇到無法修復的細胞損傷，外源性干細胞修復技術來幫忙

核輻射對機體的損害歸根結底是對細胞的損害，而干細胞，作為一種具有無限增殖能力的細胞，同時可分化為三種不同的胚層，這兩種特性使干細胞可用于各種由于核輻射引發的疾病的治療中，相比于其他細胞，干細胞是一種更穩定，更理想的細胞來源[4]。

如下圖所示，干細胞療法可以用于治療各種核輻射誘發的疾病，如神經系統、循環系統、心血管系統等等，其中，造血干細胞移植也一直作為核輻射導致的多種惡性血液腫瘤的一線治療手段。

△圖片來自參考文獻4

除了干細胞之外，干細胞衍生的細胞外囊泡（EV）是一種安.全有效的干細胞替代品，在疾病治療方面具有巨大潛力。近期，有研究證明使用 間充質干細胞衍生的 EV（MSC-EV）可以減輕輻射引起的肺血管損傷、炎癥和纖維化。

此外，MSC-EV 還可以通過下調 ATM/P53/P21 信號傳導來降低輻射引起的 DNA 損傷水平[5]。這些研究可能為核輻射后的損傷提供一種有前景的治療策略，并使輻射引起的肺損傷患者受益。

△圖片來自參考文獻5

做為細胞療法的一大重要分支，干細胞療法在近兩年來頻頻出現在大眾的視野，不可否認的說干細胞療法目前已經進入臨床療法發展的“快車道”，其也被稱為繼藥物治療和手術治療之后的第三次醫學"革-命"。相信隨著更多臨床試驗的開展，在不久的將來，干細胞療法有望做為更多人們面對疾病時的選擇！

參考文獻：

[1] N. Dainiak and R. C. Ricks, “The evolving role of haematopoietic cell transplantation in radiation injury: potentialsand limitations,” The British Journal of Radiology, vol. 78,pp. 169–174, 2005.

鏈接：https://www.birpublications.org/doi/10.1259/bjr/31003240

[2] Qian L, Cen J. Hematopoietic Stem Cells and Mesenchymal Stromal Cells in Acute Radiation Syndrome. Oxid Med Cell Longev. 2020 Aug 8;2020:8340756. doi: 10.1155/2020/8340756. PMID: 32855768; PMCID: PMC7443042.

鏈接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7443042/#B1

[3] Asano, S. Current status of hematopoietic stem cell transplantation for acute radiation syndromes. Int J Hematol 95, 227–231 (2012). https://doi.org/10.1007/s12185-012-1027-8

鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s12185-012-1027-8#citeas

[4] Yamanaka S. Pluripotent Stem Cell-Based Cell Therapy-Promise and Challenges. Cell Stem Cell. 2020 Oct 1;27(4):523-531. doi: 10.1016/j.stem.2020.09.014. PMID: 33007237.

鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33007237/

[5] Lei X, He N, Zhu L, Zhou M, Zhang K, Wang C, Huang H, Chen S, Li Y, Liu Q, Han Z, Guo Z, Han Z, Li Z. Mesenchymal Stem Cell-Derived Extracellular Vesicles Attenuate Radiation-Induced Lung Injury via miRNA-214-3p. Antioxid Redox Signal. 2021 Oct 10;35(11):849-862. doi: 10.1089/ars.2019.7965IF: 6.6 Q1 . Epub 2020 Aug 7. PMID: 32664737IF: 6.6 Q1 .

鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32664737/

PhD高壓均質機、高壓細胞破碎儀，為結構生物學、生命科學的研究、制備抗癌藥、抗輻射藥物，助一臂之力！