天然活性成分抗辐射作用的研究进展

赵 璐，王 寅，汪 滢，聂 燕，张巧艳，秦路平

（1.福建中医药大学药学院，福州350108；2.第二军医大学药学院生药学教研室，上海200433；3.解放军第455医院药剂科，上海200052）

［本文编辑］阳凌燕

随着核技术广泛应用于军事、科技、医疗和生产中，人们与各种射线接触的机会日益增多，遭受辐射损伤的可能性也越来越大。辐射作用于生物体时，引起电离并产生自由基，进而发生一系列的生物化学反应，改变细胞膜的通透性，攻击DNA、RNA和蛋白质大分子，导致细胞丧失正常的功能。人体中的淋巴细胞对电离辐射最为敏感，其他依次为性腺细胞、增殖的骨髓细胞、肠上皮细胞、表皮细胞、肝细胞等。因此，辐射对人体的损伤主要表现在免疫系统、造血系统和生殖系统［1］。现在使用的抗辐射药物有多种，包括雌激素和含硫化合物。含硫辐射防护剂表现出了较好的预防作用，但因毒性较大，一直不能用于大型动物模型和人体。由于重组细胞因子的生产技术条件要求高，不同品系的动物对细胞因子应答差异很大，细胞因子的抗辐射研究还处于初级阶段。天然产物含有结构多样的化学成分，其中许多具有免疫调节、抗氧化和清除自由基等作用，能够通过多靶点减缓辐射对人体的损伤，并且具有毒副作用小的优点，成为辐射防护药物研究的热点。本文通过查阅近年的相关文献资料，对天然活性成分的抗辐射作用进行综述，为天然辐射防护剂的研究、开发和利用提供一定的参考。

1 黄酮类

黄酮类（flavonoids）是存在于植物中、含有数量不等酚羟基的2－苯基色原酮类化合物，具有抗肿瘤、抗氧化、抗病毒、抗衰老和植物雌激素样作用等生物活性。黄酮类化合物可通过提高辐射后机体抗氧化能力，减少DNA损伤和对辐射敏感的细胞的凋亡，降低细胞微核率，显示出良好的抗辐射作用。

沙苑子为豆科植物扁茎黄芪AstragaluscomplanatusR.Br.的种子，含有大麻黄酮苷、沙苑子苷A、槲皮素、芒柄花苷和毛蕊异黄酮等11种黄酮类成分，这些黄酮类成分可以提高6.0Gy60钴（60Co）γ射线辐射小鼠的21d存活率，增加其外周血中的白细胞、红细胞和血小板的数量及血红蛋白的含量，促进辐射小鼠胸腺细胞和脾脏细胞的增殖，降低辐射对小鼠骨髓细胞和肝细胞DNA的损伤［2］。蜂胶及其黄酮类成分5，7－二羟基黄酮和柚皮苷可以减轻辐射后人白细胞DNA损伤、染色体的畸变和白细胞的坏死［3］。睡莲科植物莲NelumbonuciferaGaertn.的花托（莲房）中的黄酮类成分原花青素（proanthocyanidins），可使4.0Gy60Coγ射线辐射小鼠外周血红细胞、白细胞和血小板的水平显著升高，骨髓微核率显著降低（P＜0.05或P＜0.01）［4］。槲皮素（quercetin）可以通过抗氧化作用，保护质粒pBR322和淋巴细胞的DNA免受辐射损伤［5］，在小鼠体内减少辐射对粒细胞DNA的损伤［6］。黄酮类成分除了可以降低小鼠的DNA辐射损伤外，还有实验证实染料木黄酮（genistein，4，5，7－三羟基异黄酮）可以通过激活雌激素受体β途径，缩小辐射小鼠外周血白细胞和淋巴细胞的降低幅度［7］，增加7.0 Gy剂量的60Coγ射线辐射小鼠血清中粒细胞集落刺激因子和白介素－6（IL－6）的水平，促进辐射小鼠造血功能的恢复［8］。

黄酮类化合物结构中的酚羟基可作为氢供体还原自由基，具有清除自由基和抗氧化作用。另外，异黄酮类成分，如染料木黄酮还具有植物雌激素样作用，与雌激素受体β有较高的亲和力，与雌激素受体α的亲和力较低，这类成分具有与雌激素相似的抗辐射损伤作用。黄酮类成分可能通过植物雌激素样活性和抗氧化作用减轻辐射对机体造成的损伤。

2 多糖类

多糖是单糖通过糖苷键连接而成的聚合物，具有免疫调节、抗病毒、抗氧化、抗炎等多方面的生物活性。多糖类物质抗辐射作用的特点在于能够激活免疫细胞表达多种细胞因子，提高小鼠的脾指数和胸腺指数，促进辐射后动物造血功能恢复，促进骨髓细胞中各系造血祖细胞的增殖。因此，多糖的抗辐射机制可能与增强免疫功能、保护造血系统和清除自由基等有关。

2.1 常用中药多糖 中药当归为伞形科植物当归Angelicasinensis（Oliv.）Diels的根，具有补血活血的功效。当归中主要由半乳糖和阿拉伯糖组成的相对分子质量为3.4×104的均一性当归多糖APS3，可以升高亚慢性辐射损伤小鼠的外周血白细胞数，降低小鼠精子畸形率和睾丸组织的脂质过氧化水 平［9］。Li等［10］研究了五加科植物刺五加（Acanthopanaxsenticosus）中多糖类成分对大鼠辐射损伤的保护作用。在照射15Gy X射线前后50min以200、400和600mg／kg剂量灌胃，可以减轻接受辐射的大鼠的体重下降和白细胞数的减少，降低血清丙二醛含量，升高超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH－Px）活性［10］。人参（Panaxginseng）中由α吡喃葡萄糖苷和β呋喃果糖苷（3∶7）组成的多糖（相对分子质量2.0×103）可以促进辐射小鼠脾细胞IL－2、IL－4、IL－5等多种细胞因子mRNA的表达，激活免疫细胞，保护辐射抑制的T淋巴细胞Th1免疫反应，提高辐射小鼠的免疫功能［11］。人参中酸性多糖通过减少促细胞凋亡的p53、Bax和增加抗细胞凋亡的Bcl－2的基因表达，显著抑制辐射诱导的小鼠细胞凋亡，减少小肠细胞损伤［12］。

2.2 海洋生物多糖 近年研究发现，一些海洋生物多糖也具有良好的抗辐射作用。半叶马尾藻（Sargassumhemiphyllum）多糖，可以拮抗60Coγ射线对小鼠骨髓细胞的损伤，增加CD34＋细胞数、促进CD34＋和干细胞因子（stem cell factor，SCF）mRNA基因表达，对造血祖细胞具有保护作用［13，14］。螺旋藻（Spirulinaplatensis）多糖可以提高辐射小鼠红细胞、骨髓有核细胞和骨髓DNA的水平，并可以显著升高辐射后犬血液中的白细胞、红细胞、血红蛋白和骨髓中的有核细胞水平［15］。海带（Laminaria japonica）多糖可以降低辐射后大鼠睾丸组织丙二醛含量，提高SOD、乳酸脱氢酶和GSH－Px的活性，升高血清中性激素水平，促进多次小剂量辐射所致大鼠的生殖系统和交配功能损伤的恢复［16］。

2.3 真菌多糖 真菌多糖是从真菌子实体、菌丝体和发酵液中分离出的一类活性物质，多种真菌多糖，如灰树花多糖可以增强辐射后小鼠血清或者肝脏的SOD活性，增加白细胞数，降低骨髓微核率，减轻骨髓DNA的辐射损伤［17］。从灵芝中得到的相对分子质量为1.0×103的多糖还可降低高剂量γ射线辐射小鼠的30d致死率，保护质粒DNA和线粒体膜，促进辐射后人白细胞DNA的修复［18，19］。

植物多糖对辐射损伤具有确切的保护作用。目前研究的大多为植物粗多糖抗辐射作用，对均一性多糖的研究则较少。粗多糖易于从植物中获得，但其结构、相对分子质量、单糖组成和化学特征不明确。均一性多糖的结构和化学特征明确，但从植物中分离制备的得率很低，难以满足进行大量动物实验的要求。另外，由不同批次药材制备的均一性多糖结构和化学特征常会发生一定的变化，难以确保药理学研究受试物的一致性。将植物多糖开发为抗辐射药物的过程中，药物剂型和给药途径也是需要着重考虑的问题。

3 皂苷类

皂苷类成分包括甾体皂苷和三萜皂苷两种结构类型，在心血管系统、增强免疫、抗肿瘤等方面具有显著的生物活性。已有实验证实，从桔梗中提取的皂苷可以升高紫外线A照射后角质化细胞（HaCaT）的活性，抑制其活性氧产生，通过抑制促分裂素原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路，抑制紫外线A引起的金属蛋白酶－1的mRNA的表达和酶活性，以及胶原蛋白的降解［20］。于辐射前后给予大鼠人参皂苷Rd可以通过激活PI3K／Akt信号通路，抑制丝裂原活化蛋白激酶／胞外信号调节激酶和线粒体／半胱天冬酶（mitochondria／caspase）活性，减少IEC－6小肠上皮细胞的凋亡［21］。大豆皂苷可以提高辐射后小鼠血清SOD活性，降低血清丙二醛浓度，增加外周血白细胞和骨髓有核细胞数，降低骨髓细胞微核率［22］。

4 其他类

多酚类成分具有显著的抗氧化作用，这引起了人们研究其抗辐射作用的兴趣。从Eckloniacava（一种褐藻类海藻）中提取的间苯三酚（phloroglucinol）可以保护2Gyγ射线辐射后小鼠脾细胞，减轻氧化应激造成的DNA损伤及淋巴细胞凋亡，并增加内源性脾集落形成单位的数量，对造血功能也有一定的保护作用［23］。迷迭香酸（rosmarinic acid）广泛存在于紫草科和唇形科荆芥亚科植物中，具有显著的抗氧化和清除自由基活性，能够提高辐射后酪氨酸（Tyr）的活性和B16黑素瘤细胞中Tyr的表达水平，抑制紫外线A造成的皮肤病变，可以作为合适的辐射防护剂［24］。甜菜红碱（betalain）是一种水溶性含氮色素，能够清除自由基，增强机体抗氧化能力。从红甜菜中得到的甜菜红碱可以显著提高辐射小鼠脾指数和胸腺指数，降低骨髓微核率，显著降低肝脏、脾和肾脏的丙二醛含量，增加SOD和GSH－Px的活性［25］。在蝎子毒素中分离得到的一种多肽，可以通过激活JAK－STAT途径，促进辐射后小鼠造血功能的恢复［26］。

近年研究表明，天然黄酮类、多糖类、皂苷类等活性成分对γ射线、X射线、紫外线等多种射线造成的骨髓抑制、免疫低下、皮肤损伤具有很好的保护作用。多种天然活性成分具有多羟基结构，可以通过抗氧化和清除自由基来防止辐射损伤。尤其是多糖类成分毒副作用低，对辐射后造血和免疫系统有很好的保护作用，并且对亚慢性辐射表现出了很好的效果，可成为针对长期遭受低剂量慢性辐射的工作人员和肿瘤放射治疗的病人开发的抗辐射药物。目前，天然活性成分抗辐射的机制研究比较薄弱，但是随着分离和分析技术的进步，更多结构明确的天然成分会被分离出来，关于抗辐射作用机制的进一步研究也会使更多的天然辐射防护剂被发现和利用。

［1］戴昌世，王秉伋.抗辐射药物研究［M］.北京：军事医学科学出版社，2003：4－5.Dai ChangShi， Wang BingJi.Research on radioprotective drugs［M］.Beijing：Military Medical Science Press，2003：4－5.Chinese.

［2］Qi Lin，Liu ChunYu，Wu WenQian，etal.Protective effect of flavonoids fromAstragaluscomplanatuson radiation induced damages in mice［J］.Fitoterapia，2011，82（3）：383－392.

［3］Benkovic V，Knezevic A H，Orsolic N，etal.Evaluation of radioprotective effects of propolis and its flavonoid constituents：invitrostudy on human white blood cells［J］.Phytother Res，2009，23（8）：1159－1168.

［4］Duan Y，Zhang H，Xie B，etal.Whole body radioprotective activity of an acetone－water extract from the seedpod ofNelumbonuciferaGaertn.seedpod［J］.Food Chem Toxicol，2010，48（12）：3374－3384.

［5］Devipriya N，Sudheer A R，Srinivasan M，etal.Quercetin ameliorates gamma radiation－induced DNA damage and biochemical changes in human peripheral blood lymphocytes［J］.Mutat Res，2008，654（1）：1－7.

［6］Benkovic V，Knezevic A H，Dikic D，etal.Radioprotective effects of propolis and quercetin inγ－irradiated mice evaluated by the alkaline comet assay［J］.Phytomedicine，2008，15（10）：851－858.

［7］薛春洪，金 宏，李培兵，等.染料木黄酮的雌激素活性对辐照小鼠免疫功能的影响［J］.营养学报，2010，32（2）：170－173.Xue ChunHong，Jin Hong，Li PeiBing，etal.Effects of the estrogenic activities of genistein on immune response in irradiation mice［J］.Acta Nutrimenta Sin，2010，32（2）：170－173.Chinese with abstract in English.

［8］Singh V K，Grace M B，Parekh V I，etal.Effects of genistein administration on cytokine induction in whole－body gamma irradiated mice［J］.Int Immunopharmacol，2009，9（12）：1401－1410.

［9］孙元琳，马国刚，汤 坚.当归多糖对亚慢性辐射损伤小鼠的防护作用研究［J］.中国食品学报，2009，9（4）：33－37.Sun YuanLin，Ma GuoGang，Tang Jian.Studies on radioprotection effect ofAngelicaSinensispolysaccharides on subchronic radiation injured mice［J］.J Chin Inst Food Sci Technol，2009，9（4）：33－37.Chinese with abstract in English.

［10］Li XiaoLan，Zhou AiGuo.Preparation of polysaccharides fromAcanthopanaxsenticosusand its inhibition against irradiation－induced injury of rat［J］.Carbohydr Polym，2007，67：219－226.

［11］Han S K，Song J Y，Yun Y S，etal.Ginsan improved Th1immune response inhibited by gamma radiation［J］.Arch Pharm Res，2005，28（3）：343－350.

［12］Park E，Hwang I，Song J Y，etal.Acidic polysaccharide ofPanaxginsengas a defense against small intestinal damage by whole－body gamma irradiation of mice［J］.Acta Histochem，2011，113（1）：19－23.

［13］孟庆勇，刘志辉，郑 辉.半叶马尾藻多糖对辐射损伤小鼠骨髓CD34＋细胞和SCF mRNA表达的影响［J］.中国海洋药物杂志，2005，24（6）：19－23.Meng QingYong，Liu ZhiHui，Zheng Hui.Effect ofSargassumhemiphyllumpolysaccharides on the mRNA expression of CD34＋cells and SCF in irradiated mice［J］.Chin J Mar Drugs，2005，24（6）：19－23.Chinese with abstract in English.

［14］孟庆勇，刘志辉，郑 辉.半叶马尾藻多糖对辐射损伤小鼠骨髓细胞集落生成的影响［J］.中国海洋大学学报，2005，35（3）：503－506.Meng QingYong，Liu ZhiHui，Zheng Hui.Effect ofSargassumhemiphyllumpolysaccharides on the colony－forming unit of bone marrow cells in irradiated mice［J］.Period Ocean Univ China，2005，35（3）：503－506.Chinese with abstract in English.

［15］Zhang HongQuan，Lin AnPing，Sun Yun，etal.Chemo－and radio－protective effects of polysaccharide ofSpirulinaplatensison hemopoietic system of mice and dogs［J］.Acta Pharmacol Sin，2001，22（12）：1121－1124.

［16］Luo Qiong，Liu Jun，Yan Jun，etal.The effect ofLaminariajaponicapolysaccharides on the recovery of the male rat reproductive system and mating function damaged by multiple mini－doses of ionizing radiations［J］.Environ Toxicol Pharmacol，2011，31（2）：286－294.

［17］颜 燕，杨 非，姚文环，等.灰树花多糖免疫调节及抗辐射损伤作用研究［J］.中国辐射卫生，2010，19（1）：6－7.Yan Yan，Yang Fei，Yao WenHuan，etal.The study on the immunoregulation and anti－radiating damage ofMaitakepolysaccharide in mice［J］.Chin J Radiol Health，2010，19（1）：6－7.Chinese with abstract in English.

［18］Pillai T G，Nair C K K，Janardhanan K K.Polysaccharides isolated fromGanodermalucidumoccurring in southern parts of India，protects radiation induced damages bothinvitroandin vivo［J］.Environ Toxicol Pharmacol，2008，26（1）：80－85.

［19］Pillai T G，Nair C K K，Janardhanan K K.Enhancement of repair of radiation induced DNA strand breaks in human cells byGanodermamushroompolysaccharides［J］.Food Chem，2010，119：1040－1043.

［20］Hwang Y P，Kim H G，Choi J H，etal.Saponins from the roots ofPlatycodongrandiflorumsuppress ultraviolet A－induced matrix metalloproteinase－1expressionviaMAPKs and NF－κB／AP－1－dependent signaling in HaCaT cells［J］.Food Chem Toxicol，2011，49（12）：3374－3382.

［21］Tamura T，Cui Xing，Sakaguchi N，etal.Ginsenoside Rd prevents and rescues rat intestinal epithelial cells from irradiation－induced apoptosis［J］.Food Chem Toxicol，2008，46（9）：3080－3089.

［22］孙维琦，郭 英，张义全，等.大豆异黄酮与大豆皂苷抗辐射作用的实验研究［J］.中国辐射卫生，2007，16（3）：273－274.Sun WeiQi，Guo Ying，Zhang YiQuan，etal.Study on the anti－radiation effect of soyisoflavone and soyasaponins［J］.Chin J Radiol Health，2007，16（3）：273－274.Chinese with abstract in English.

［23］Park S J，Ahn G，Lee N H，etal.Phloroglucinol（PG）purified fromEckloniacavaattenuates radiation－induced apoptosis in blood lymphocytes and splenocytes［J］.Food Chem Toxicol，2011，49（9）：2236－2242.

［24］Sánchez－Campillo M，Gabaldon J A，Castillo J，etal.Rosmarinic acid，aphoto－protective agent against UV and other ionizing radiations［J］.Food Chem Toxicol，2009，47（2）：386－392.

［25］Lu XiaoLing，Wang YuPing，Zhang ZeSheng.Radioprotective activity of betalains from red beets in mice exposed to gamma irradiation［J］.Eur J Pharmacol，2009，615（1－3）：223－227.

［26］He YanJie，Kong TianHan，Dong WeiHua.Scorpion venom polypeptide accelerate irradiated hematopoietic cells proliferation［J］.Pathophysiology，2009，16（4）：253－258.