辐射防护剂的研究进展

刘小强， 张希劲(青岛大学医学部基础医学院特种医学系, 山东 青岛, 266101)

马得勋(海军第971医院核防护救治科， 山东 青岛, 266101)

刘书锋(海军青岛特勤疗养中心，山东 青岛, 266071)

随着现代科学技术的发展,人们受到辐射损伤的潜在性风险大大增加,辐射对生物体的损伤,主要来自射线通过直接或间接破坏DNA、蛋白质和细胞膜结构等各种细胞成分，导致DNA分子链破坏、基因表达异常、蛋白质变性坏死、脂质分子层通透性改变等生物大分子功能异常甚至失效，引起严重的组织细胞结构功能损伤[1-2]。辐射防护剂是一种能够改变生物系统对辐射引起的毒性或致命性的正常反应的化合物。主要包括巯基化合物、抗氧化剂、植物提取物、免疫调节剂和其他药物。其中一种保护机制，认为水的辐射分解产生的自由基是对细胞辐射损伤的主要原因，基于这一理论，已经有不少研究具有清除自由基作用的有效药物成分，来减轻和防止辐射对机体损伤。本文将对近年来发展迅速的化合物辐射保护剂和生物制品类辐射治疗剂,以及可能的防护机制进行简要综述。

1 氢巯基类(N-乙酰半胱氨酸)

N-乙酰半胱氨酸(NAC)是一种硫醇化合物，含有-SH基团，是半胱氨酸的一种改性形式，是谷胱甘肽的前体，内源性氨基酸半胱氨酸的N-乙酰基衍生物，具有保护并减轻细胞受到辐射损伤的作用[3]。细胞内谷胱甘肽可通过NAC将细胞外胱氨酸还原为半胱氨酸或通过提供巯基(SH)基团促进谷胱甘肽的合成来获得补充，并增强谷胱甘肽转移酶活性[4]。NAC与氧自由基发生亲核反应，可减少自由基与细胞成分的接触，从而达到清除自由基的作用[5]。

脂质过氧化和蛋白氧化过程中，NAC对细胞膜和膜内细胞器结构具有保护作用[6]。在受到射线辐射时，脂质发生过氧化反应，机体内的水被电离产生羟基自由基与不饱和脂肪酸反应而形成脂质自由基，随后可与氧发生化学反应形成脂质。这一过程中产生的氧自由基能破坏细胞和DNA结构。此外，脂质过氧化的最终产物丙二醛(MDA)与细胞DNA形成复合物，也会引起DNA结构和功能异常。有研究表明，NAC通过补充谷胱甘肽的存储，达到抑制脂质过氧化、增加内源性抗氧化防御酶和降低DNA与MDA接触机会的目的，进而保护受到电离辐射的细胞[7]。因此，清除自由基和抑制脂质过氧化可能是NAC起到放射防护作用的有效途径。

2 维生素类

维生素具有抗氧化作用，其中天然维生素家族中维生素C和维生素E具有一定的辐射防护作用。维生素E有8种化合物，共分为两大类——生育酚和生育三烯酚，其中生育酚有一个饱和的侧链，生育三烯酚有三种非共轭不饱和物在它们的侧链上，它们是组成维生素E的重要结构。所有维生素E都有相同的色原烷醇头，可根据头部的甲基化程度进行分类如α、β、γ和δ[8-9]。天然形式的维生素E，可诱导内源性的抗氧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和NADPH醌氧还原酶的表达，对抗DNA双链分子形成和细胞遗传学改变[10]。有动物实验表明，给予受辐射小鼠琥珀酸生育酚，小鼠CD68阳性细胞数量，及其DNA损伤和凋亡细胞数量会出现较少，证明了其对全身的辐射防护作用[32]：可降低氧化谷胱甘肽水平，保护线粒体及受到辐射的细胞，消除细胞组织受到电离辐射的有害影响，维持细胞整体环境的稳态。

维生素C又称抗坏血酸，具有抗氧化、自由基损伤、坏血酸，延缓细胞衰老的作用。由于其具有清除活性氧作用，将维生素C给予细胞组织时，会发现细胞耐辐射反应比未经维生素C处理的细胞更明显[11]。有研究表明：当高氧化应激刺激维持在6 Gy强度照射人成纤维细胞5天后，大约95%的细胞停止了增殖。给予2.5 mM 2-葡萄糖苷抗坏血酸(AA-2G)(抗坏血酸衍生物)，辐照成纤维细胞后1 h(治疗后)，发现检测到的DSB(DNA双链断裂)数量明显减少[12]。

当低剂量维生素E和C同时处理细胞时，有实验证明：在照射前1 h到照射后3 h之间出现不同的反应，既可显示促凋亡，又能表现出抗凋亡作用，其药用形式和剂量决定其不同作用的表现[13]。

3 多糖类

多糖是单糖聚合而成的复合结构，其来源广泛，种类繁多，结构复杂，药用价值高，是具有较强抗氧化应激能力的优良化合物，其抗辐射损伤机制主要与清除活性氧有关[14]。多糖抗氧化机制可分为多糖直接或间接作用于自由基两类。多糖直接作用于自由基过程主要通过多糖捕获由脂质过氧化链反应产生的ROS，抑制脂质过氧化，多糖链上的氢原子还可以与游离的羟基自由基结合产生水，从而达到清除羟基自由基的目的。对于超氧阴离子自由基，多糖可通过自身氧化反应分离出氢离子来结合超氧阴离子。这一间接作用保护机体超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPx)等活性，避免它们被超氧阴离子自由基破坏[15-16]。有研究发现天然药物成分刺五加多糖可增加DNA含量，降低受照射小鼠的骨髓细胞微核率，具有显著的抗氧化能力和促进造血作用，在预防辐射损伤中发挥重要作用[17]。同时，也有研究表明，枸杞多糖通过调节Nrf2对人类皮肤成纤维细胞的紫外线损伤具有保护作用[33]。

虽然多糖的研究已经有很长的历史，但仍存在一些不足。例如，多糖除了对细胞组织有保护作用，一些多糖也能损伤细胞DNA，并且线粒体多糖的结构复杂，其结构和功能之间的关系不是很清楚[18]，给药剂量和给药方式也会对机体产生不同影响。检测多糖的结构，制备和合成多糖也是一个难题。它在体内的作用机制尚不完全清楚，因此对其结构、制备、最佳给药剂量和给药方式有必要进一步探索[15]。

4 免疫调节剂和细胞因子

预防和早期使用免疫调节剂可有效减轻辐射诱导的损伤。细菌内毒素(脂多糖)是最早被研究的免疫调节剂之一；在某些情况下，这些化合物在暴露于离子辐射前后都有保护作用。有研究表明，脂多糖还能保护小鼠的肠道和骨髓免受辐射损伤，能有效地保护人体免受电离辐射(DMF接近1.2～1.3)[19]。

细胞因子和细胞因子诱导剂作为放射治疗的潜在免疫调节剂，也是一种研究辐射防护的策略。粒细胞集落刺激因子(G-CSF)和粒细胞巨噬细胞 (GM-CSF)是刺激干细胞祖细胞并促进具有造血功能的骨髓再生的细胞因子[20-21]。有研究发现GT3诱导G-CSF，而G-CSF可以激活祖细胞，G-CSF抗体对GT3介导的G-CSF祖细胞动员有中和作用，这些祖细胞可以减轻受体小鼠的辐射损伤[22-23]。这种方法利用从注射了GT3的供体中动员的祖细胞，对暴露在高剂量辐射下的人类可能是一种潜在的治疗方法[19，24]。

5 中药类(14-去氧-11,12-二去氢穿心莲内酯)

中药绝大多数是植物药，其有效成分含有生物活性化合物，能清除自由基、超氧阴离子，具有抗辐射损伤的作用[25]。黄芪、丹参、女贞子、肉苁蓉、红花、紫草、银杏、人参、参芪注射液等中药及中药制剂都具有辐射防护作用[34]。其作用机制复杂，防护效果也有较大差别。为进一步研究中药防护的机制，近年来有研究发现，穿心莲作为一种天然中药，具有抗炎、抗病毒、抗疟疾、抗糖尿病、抗肿瘤的作用[26]。其衍生物穿心莲内酯及二萜类化合物具有促进细胞转化，加快细胞凋亡的作用，其作用常常用来治疗癌症，引起癌细胞周期阻滞，诱导癌细胞的凋亡[27-28]。14-去氧-11,12-二去氢穿心莲内酯是穿心莲内酯的一种二萜类化合物，具有抗辐射损伤的作用。

研究发现，当正常细胞受到射线辐射之后，再给予穿心莲内酯，会出现一种特殊的现象，该细胞比只受到辐射的细胞损伤更严重，更快出现死亡。而14-去氧-11,12-二去氢穿心莲内酯和新穿心莲内酯则出现不同的表现，当BLAB/3T3细胞受到辐射后，再给予这两种穿心莲内酯的衍生物，微核分析显示，BLAB/3T3细胞受损程度均出现了不同程度的减轻，进一步测试发现14-去氧-11,12-二去氢穿心莲内酯和新穿心莲内酯均能够稳定细胞内线粒体膜电位水平和氧自由基水平，并且新穿心莲内酯抗细胞辐射损伤能力各方面均优于14-去氧-11,12-二去氢穿心莲内酯。电离辐射产生能量并传递给机体相应的组织细胞，这些组织细胞内生物分子和水分子被电离或激发, 从而产生大量的自由基，他们具有高度活跃性，能够攻击细胞膜、线粒体膜，破坏膜结构及DNA分子完整性[29]。而14-去氧-11,12-二去氢穿心莲内酯能够通过自身C15位点与氧原子结合，从而清除氧自由基，减轻DNA损伤[30]。

考虑到我们处于一个处处充满辐射的生活环境中，各种电子产品、生活用电设施、医疗射线都是潜在的辐射源，辐射对我们的生活有积极的影响，也有消极的影响，我们不可避免地会受到来自不同地方、不同剂量的辐射影响。尽管研究防辐射化合物有很多，但只有氨磷汀获得官方认可，被批准使用。由于该药有严重的不良反应，其临床使用也有局限。正是出于这个原因，研究辐射防护剂的范围应该更加广泛，不仅仅停留在化学药物上，也应该关注一些天然植物，提取其中的有效成分，进行相关实验的研究，确认有效且可应用于人体时再进行批量生产[31]。数十年来,人们对多种化合物进行了探索，也取得了巨大的进步。但是防辐射化合物产品毒副作用大，价格昂贵，使得其临床应用难以获得广泛推广。相比之下，天然药物不仅易于获得，毒副作用也小得多，因此寻找有效天然的抗辐射药物成分具有重要意义。