不同剂量X射线照射对小鼠免疫系统的影响

宋淑军　左晓勇　司少艳　王莹　单改仙　任烨　戴卓捷　王宗烨#

解放军第306医院1特种医学实验研究中心，2放疗科，北京100101

不同剂量X射线照射对小鼠免疫系统的影响

宋淑军1*左晓勇2*司少艳1王莹1单改仙2任烨2戴卓捷2王宗烨2#

解放军第306医院1特种医学实验研究中心，2放疗科，北京100101

目的观察不同剂量X射线照射对小鼠免疫系统的影响。方法将24只小鼠随机分为对照组（无照射），低剂量照射组（每次2 Gy）和高剂量照射组（每次5 Gy），每组各8只。比较不同剂量X射线对小鼠进行单次全身照射后，胸腺、脾脏变化及对外周血白细胞，淋巴细胞及血小板数量的影响。结果高剂量照射组胸腺指数较对照组降低，差异具有统计学意义（P＜0.05），而低剂量照射组胸腺指数与对照组比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；随着X线照射剂量的增大，脾脏指数降低，差异均有统计学意义（P＜0.05）；与对照组比较，低、高剂量照射组小鼠外周血白细胞，淋巴细胞及血小板数量均减少，差异均有统计学意义（P＜0.05）。结论不同免疫器官对X射线敏感度不同，X射线对免疫功能的损伤随着射线剂量的增加而增大，因此应该加强对放射治疗患者免疫器官的保护。

辐射；免疫系统；外周血；胸腺指数；脾脏指数

Oncol Prog，2016，14（6）

放射治疗是恶性肿瘤主要治疗方法之一，并在肿瘤的综合治疗中发挥重要作用。随着精准放射治疗时代的到来，放射治疗能够给予肿瘤组织足够的照射剂量，最大程度地杀灭肿瘤细胞，同时也最大限度地保护正常组织。但放射治疗是一把双刃剑，对肿瘤组织起到杀伤作用的同时，对正常组织也会产生一定的损伤，并且在制定放射治疗计划过程中，医师根据自己的临床经验以及对肿瘤的掌握情况，较少考虑到患者的自身免疫系统情况，而机体免疫系统对辐射极为敏感，故在临床放射治疗时会受到不同程度地损伤，进而导致机体免疫功能下降，免疫力低下，从而增加了患者的并发症，如引起继发感染等。本研究旨在观察不同剂量X射线照射对小鼠外周血细胞数量及胸腺、脾脏指数的影响，进而了解恶性肿瘤患者在接受不同剂量放射治疗后对免疫系统的影响，以为临床医师在放射治疗前后正确评估肿瘤患者的免疫系统功能提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料

X线照射采用瑞典ELEKTA公司生产的-AXESSE医用电子直线加速器；血细胞计数仪采用中国迈瑞公司生产的血球计数仪（BC5300）；6～8周龄健康ICR系小鼠共24只由北京大学医学部实验动物部饲养繁殖。

1.2方法

24只小鼠随机分为对照组（无照射），X线低剂量照射组（2 Gy），高剂量照射组（5 Gy），每组各8只。照射条件：X线照射组采用单次全身照射，照射能量为6 MeV，源轴距（SAD）为101.5 cm，照射剂量分别为2 Gy和5 Gy，剂量率设为最大值（600 cGy/min），照射野为30 cm×30 cm，对照组同时搬运至照射地点但不进行X线照射，共照射7 d。外周血细胞及淋巴细胞的测定：外周血用EDTA抗凝，取20 μl外周血进行20倍稀释，再用血细胞计数仪检测。胸腺和脾脏指数的测定：胸腺和脾脏指数分别采用下面的公式计算：胸腺指数=（胸腺重量/小鼠体质量）×1000；脾脏指数=（脾脏重量/小鼠体质量）×1000。

1.3统计学方法

采用SPSS16.0软件对数-据进行统计学分析。计量资料以均数±标准差（±s）表示，组间比较采用单因素方差分析，首先进行方差齐性检验，方差齐性采用LSD检验，方差不齐采用Dunnett-t检验。以P＜0.05为差异有统计学意义，计算所得结果应用Prism5.0软件绘图。

2　结果

2.1不同剂量X射线全身照射小鼠胸腺的变化

对照组、低剂量照射组、高剂量照射组小鼠胸腺质量分别为（0.0641±0.121）g、（0.0619±0.167）g、（0.0459±0.01）g。低剂量照射组与对照组比较，小鼠胸腺质量下降了约3.43%，差异无统计学意义（P＞0.05）；高剂量照射组与对照组比较，小鼠胸腺质量下降了28.4%，差异具有统计学意义（P＜0.05）。高剂量照射组与低剂量照射组比较，小鼠胸腺质量下降了约25.8%，差异无统计学意义（P＞0.05）。对照组、低剂量照射组、高剂量照射组小鼠胸腺指数分别为（2.76±0.67）、（2.40±0.67）、（1.82± 0.51）。与对照组比较，低剂量照射组胸腺指数降低，差异无统计学意义（P＞0.05），高剂量照射组胸腺指数降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；低剂量照射组与高剂量照射组比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。（图1）

图1　不同剂量X射线照射小鼠胸腺指数的变化

2.2不同剂量X射线全身照射小鼠脾脏的变化

对照组、低剂量照射组、高剂量照射组小鼠脾脏质量分别为（0.0895±0.234）g、（0.0693±0.19）g、（0.0477±0.08）g。低、高剂量照射组与对照组比较，小鼠脾脏质量分别下降了22.6%和46.7%，高剂量照射组与低剂量照射组比较，小鼠脾脏质量下降了31.2%，组间差异均具有统计学意义（P＜0.05）。对照组、低剂量照射组、高剂量照射组脾脏指数分别为（3.78±0.74）、（2.64±0.55）、（1.87± 0.37），差异均有统计学意义（P＜0.05）。（图2）

图2　不同剂量X射线照射小鼠脾脏指数的变化

2.3不同剂量X射线全身照射对小鼠外周血白细胞、淋巴细胞及血小板数量的影响

经不同剂量X射线全身照射后，与对照组比较，低、高剂量照射组小鼠外周血白细胞（WBC）数量分别减少67.5%和82.01%，高剂量照射组与低剂量照射组比较，小鼠WBC数量减少了约44.68%，组间差异均具有统计学意义（P＜0.05）。低、高剂量照射组与对照组比较，小鼠淋巴细胞（LY）数量分别减少70.59%和86.89%，差异具有统计学意义（P＜0.05）；高剂量照射组与低剂量照射组比较，小鼠LY数量下降55.43%，差异无统计学意义（P＞0.05）。与对照组相比，低、高剂量照射组小鼠血小板（PLT）数量分别减少53.39%和79.07%，高剂量照射组与低剂量照射组比较，小鼠PLT数量下降55.1%，组间差异均具有统计学意义（P＜0.05）。（表1）

表1　不同剂量X射线照-射小鼠外周血WBC、LY、PLT数量的变化（109/L，±s）

表1　不同剂量X射线照-射小鼠外周血WBC、LY、PLT数量的变化（109/L，±s）

组别（n=8）对照组低剂量照射组高剂量照射组WBC 7.23±1.73 2.35±0.44 1.30±0.37 LY 5.95±2.20 1.75±0.55 0.78±0.36 PLT 976.87±121.39 455.3±137.47 204.42±133.31

3　讨论

随着精准放射治疗时代的到来，肿瘤个体化治疗理念的明确，放射疗法在肿瘤治疗中发挥越来越重要的作用，在治疗肿瘤疾病本身的同时，临床放射科肿瘤医师已开始关注患者治疗后整体预后情况，因此观察X射线引起的免疫系统损伤的发生规律和特点，对了解肿瘤放疗患者预后及生活质量具有重要意义。Anderson［1］最早报道了电离辐射能引起免疫系统和淋巴细胞的严重损伤。有研究发现，即使局部照射仍能引起免疫功能的低下［2］。因此，本研究通过观察外周血白细胞、淋巴细胞及血小板数量，胸腺和脾脏的变化，比较不同剂量X射线照射对小鼠免疫系统的影响。

外周血细胞数量变化直接反映骨髓、脾脏等组织造血功能的变化，造血器官由于受到辐射损伤导致功能障碍，可引起外周全血细胞的减少，损伤程度与血细胞减少二者密切相关［3］。外周血白细胞是免疫系统的重要检测指标之一［3-4］，造血器官的辐射损伤首先体现在外周血白细胞数量上，是反映辐射损伤最直接、最经典的指标［5-6］；白细胞在机体的防护、免疫和创伤治愈过程中起重要作用，是机体防御系统的一个重要组成部分。淋巴细胞是外周血白细胞的主要组成成分，也是构成机体免疫系统的主要细胞群体，包括T细胞、B细胞、NK细胞等，在免疫应答过程中相互协作、制约，共同完成对抗原物质的识别、应答和清除，淋巴细胞增加或降低与白细胞增加或降低具有紧密关系。本研究中，小鼠受照射7 d后，低、高剂量照射组白细胞及淋巴细胞数量均较对照组减少，且高剂量照射组较低剂量组下降更加明显，说明免疫功能随着放射剂量的增加而减少；血小板的寿命比白细胞短，一般在受照射后1周至10天发生减少，各剂量组血小板数量均存在差异，且随着照射剂量的增加，血小板数量减少越明显。

胸腺和脾脏是重要的免疫器官，对辐射十分敏感，因此胸腺和脾脏细胞对辐射的反应是辐射免疫学研究的重点之一。胸腺属于中枢免疫器官，是T淋巴细胞产生、发育、接受抗原刺激和分化、成熟的场所，对T细胞发挥重要作用。本研究发现，低剂量照射组胸腺指数较对照组无明显下降，而高剂量照射组的胸腺指数较对照组明显下降，说明X线照射对胸腺指数的影响与照射剂量有关，照射剂量为2 Gy时可能不足以使胸腺萎缩或萎缩可以快速恢复。胸腺萎缩可能与胸腺细胞受到辐射后细胞凋亡增加相关，有研究发现辐射剂量与胸腺细胞凋亡率成正相关［7］；研究还证实，用不同检测方法在各种淋巴器官（胸腺、脾脏）均可发现0.2 Gy以上的剂量即可诱导剂量依赖性的胸腺细胞凋亡增多［8-9］。脾脏属于外周免疫器官，是人体最大的淋巴器官，成熟淋巴细胞定居的场所，也是淋巴细胞对外来血源性抗原产生免疫应答的主要部位。本研究中，各组小鼠脾脏指数均存在差异，且脾脏指数随着剂量的增加而减小。研究显示，小鼠脾脏在0.5～6 Gy全身照射后，多数反应免疫功能的参数均呈线性下降。如照射后24 h脾脏指数下降至对照组的32%，脾细胞对脂多糖和刀豆蛋白A诱导的增殖反应均降至对照组的0.3%，脾细胞分泌IL-2的功能降至对照组的14.3%［10］。Cui等［11］研究发现致死剂量的γ射线照射小鼠脾脏，6 Gy照射后数小时，脾脏体积缩小，在第7天时显著缩小。本研究显示，小鼠脾脏质量及脾脏指数均随照射剂量的增加而降低，这与外周血白细胞减少的结果一致，推测与白细胞减少及射线使脾细胞的凋亡增加，细胞增殖功能下降有关。

不同的组织对射线照射的敏感度不同，本研究显示2 Gy X射线照射的脾脏指数较对照组下降，差异具有统计学意义，而胸腺指数较对照组差异无统计学意义，这可能与脾脏细胞对辐射的敏感度较胸腺细胞高有关。Paranich等［12］研究发现，小鼠脾脏细胞在2 Gy γ射线照射下开始失去功能活性和形态结构特征，且随着辐射剂量的增加，这些变化过程越明显。胸腺细胞在2 Gy照射下，其功能活性会发生变化，但甚至在10 Gy的剂量照射后，仍能维持一定的细胞膜参数及形态结构特征，说明胸腺细胞较脾脏细胞更能耐受X射线照射，其具体机制尚未明确，还有待进一步探究。

本研究从胸腺、脾脏及外周血白细胞、淋巴细胞、血小板数量变化观察发现，照射剂量越高，对小鼠胸腺、脾脏及血液系统损伤越大。目前，X线照射对免疫系统的远期影响有待进一步深入研究。

［1］Anderson RE.Ionizing radiation and the immune response［J］.Adv Immunol，1976，24:215-235.

［2］Lei R，Zhao T，Li Q，et al.Carbon ion irradiated neural injury induced the peripheral immune effects in vitro or in vivo［J］.Int J Mol Sci，2015，16（12）:28334-28346.

［3］阂锐，李雨，潘真.核武器及放射损伤医学防治学［M］.上海:第一军医大学出版社，2008:89-92.

［4］李德冠.辐射对小鼠免疫系统损伤远期影响的研究［J］.细胞与分子免疫学杂志，2011，27（12）:1362-1363.

［5］熊呈琦，彭瑞云，高亚兵.辐射损伤骨髓造血细胞DNA含量及Ag-NOR定量分析［J］.中国体视学与图像分析，1999，4:153-156.

［6］王德文.军事病理学研究进展［M］.北京:军事医学科学出版社，1999:49-54.

［7］谢漪.不同剂量率X射线辐照对小鼠免疫系统的影响［J］.航天医学与医学工程，2006，5（19）:333-336.

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［10］刘树铮.辐射免疫学研究的回顾与展望［J］.中华放射医学与防护杂志，2005，2（25）:193-200.

［11］Cui YF，Di Y，Zhang Y，et al.Apoptotic characteristics of spleen lymphocytes in mice irradiated by lethal dose and its relationship to the expression of Bax and Bcl-X L proteins［J］.ChineseCriticalCareMedicine，2005，17（2）:109-112.

［12］Paranich AV，Tyslenko KV，Frolova N，et al.Structural and functional changes in various cells following radiation exposure［J］.Biofizika，2006，46（6）:1103-1107.

The effects of different doses of X-ray irradiation on the immune system in mice

SONG Shu-jun1*ZUO Xiao-yong2*SI Shao-yan1WANG Ying1SHAN Gai-xian2REN Ye2DAI Zhuo-jie2WANG Zong-ye2#
1Center for Special Medicine and Experimental Research，
2Department of Radiation Oncology，306th Hospital of PLA，Beijng 100101，China

ObjectiveTo observe the changes of immune system in mice at various doses of X-ray irradiation.Method24 mice were randomized into three groups:control group（no irradiation），low dose irradiation group（2 Gy）and high dose irradiation group（5 Gy），with 8 mice in each.Each mouse was irradiated for whole body with different single doses of X-rays，and the weights of thymus and spleen were measured，besides the peripheral blood leukocyte and lymphocyte levels were counted.ResultThe thymus index was lower in high dose group than that in low dose group（P＜0.05），while there was no significant difference in thymus index between low dose group and the control group（P＞0.05）；spleen index was significantly reduced as the irradiation dose increased，which was of statistical significance（P＜0.05）；the counts of peripheral blood leukocyte and lymphocyte were decreased in low dose group compared with control group，yet the leukocyte and lymphocyte counts as well as the blood platelet level were further decreased in high dose group. ConclusionThe sensitivity of different immune organs to X rays is varied.The damage of X-ray to immune function is aggravated as irradiation dose increases.Therefore，protective measures should be strengthened for immune organs when patients are on radiotherapy.

radiation；immune system；peripheral blood；thymus index；spleen index

R730.5

A

10.11877/j.issn.1672-1535.2016.14.06.24

2016-03-23）

（corresponding author），邮箱：wangzye@163.com

*两名作者对本文贡献相同