裸鼹鼠心脏对60Coγ射线辐射耐受的初步研究

李 煜，刘尹航，陈 超

（1. 海军军医大学基础医学院实验动物学教研室，上海 200433；2. 上海外国语大学附属中学，上海 200083）

[关键字] 裸鼹鼠；心脏；60Coγ射线；辐射耐受

癌症是威胁人类健康的重大疾病之一，全球每年有数千万人死于癌症。目前，放射治疗是治疗癌症的常用方法之一，大约半数的癌症患者通过放疗手段进行治疗[1-2]。但是，在放疗过程中，不可避免地癌症患者会出现相应的放疗后遗症，放射性心脏病便是其中之一。放射性心脏病范围较广，包括心包炎、心肌病、心肌纤维化、瓣膜病、冠状动脉疾病和传导异常等[3-4]。放射性心脏病一旦发生，便不可逆转，从早期的急性心包炎向晚期动脉粥样硬化、心脏瓣膜损伤以及心脏传导异常等转变[5]，严重威胁人类健康。

电离辐射包括人工辐射和天然辐射。目前，人工辐射已广泛应用于农业、工业、军事和医疗领域[6]。天然辐射广泛地分布于人类赖以生存的自然环境，其中，60Co放射源产生的γ射线也是天然辐射的一种。因具有波长短、频率高、能量高等特点，60Co暴露达到一定剂量就会对生物体造成DNA与RNA降解等影响，从而使得蛋白质合成等功能丧失，导致生物体的损伤[7-9]。有研究报道[10-12]，高剂量的辐射能够引起急性心包炎，一段时间后还可能引起动脉粥样硬化加速、不良心肌重塑、传导异常和心脏瓣膜损伤等症状。目前，虽然放射性心脏病的生物学机制日趋明确[13]，但临床研究过程中最适实验动物的选择尚未有明确报道。

裸鼹鼠属于啮齿目，分布于肯尼亚、埃塞俄比亚等非洲地区。1980年代后期发现，裸鼹鼠应用于生物医学研究方面具有较多优越性[14]。裸鼹鼠因具有对癌症的天然免疫等特性，受到生物医学界的广泛关注。电离辐射作为诱发癌症的因素之一，是致癌模型建立的常用方式。裸鼹鼠虽然对癌症天然免疫，但是否对电离辐射具有耐受目前尚未见报道。在前期的预实验中，本课题组对裸鼹鼠进行了不同剂量的60Coγ射线一次性全身照射，并对其存活率进行统计。结果显示，10 Gy组裸鼹鼠30 d存活率为50%。因此，本研究通过观察裸鼹鼠经10 Gy60Coγ射线辐照后的心脏组织结构及生化指标变化，初步探讨裸鼹鼠心脏的辐射耐受能力，为后续研究其耐受特性的分子机制提供依据，为临床治疗放射性心脏病提供思路。

1 材料与方法

1.1 实验动物

18月龄健康雄性裸鼹鼠21只，由本教研室生产，饲养于屏障设施[S Y X K（沪）2 0 1 7-0004]。

1.2 实验动物分组与实验处理

21只裸鼹鼠随机分为2组，分别为对照组7只和实验组14只。实验组裸鼹鼠给予一次性全身60Coγ射线辐照，辐射剂量率为1.163 Gy/min，辐照时间为8.6 min，总辐射剂量为10 Gy，由海军军医大学辐照中心完成。

1.3 主要仪器设备及试剂

自动组织脱水机、包埋机、转轮式切片机、染色机、封片机和倒置荧光显微镜等均购自徕卡显微系统（上海）贸易有限公司；生化检测试剂盒购自碧云天生物技术有限公司。

1.4 实验方法

1.4.1 心脏组织切片的制备与观察 分别取对照组、60Coγ射线辐照后7 d和14 d实验组各3只裸鼹鼠，通过腹腔注射0.3%戊巴比妥钠对动物进行麻醉，迅速打开胸腔，取其心脏，置于通用型中性组织固定液中固定24 h。经脱水、透明、包埋、切片、染色、封固等步骤完成H E染色组织切片的制备，光学显微镜下观察。

1.4.2 心脏组织氧化应激水平检测 分别取对照组、辐照后7 d和14 d实验组各4只裸鼹鼠，通过腹腔注射0.3%戊巴比妥钠对动物进行麻醉，迅速打开胸腔，取其心脏，剪取0.1 g心脏组织，经40 µm孔径筛网研磨过滤后加入1 mL裂解液，12 000×g，4 ℃离心10 min，取上清液用于检测丙二醛（MDA）、总抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽（GSH）和氧化型谷胱甘肽（GSSG）含量，检测步骤参照试剂盒说明书。

1.5 统计学处理

所有数据均以x-±s表示，使用Graphpad Prism 5.0软件对数据进行分析。多组计量数据比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 形态学观察

光学显微镜下观察，对照组心肌细胞大小正常，呈短柱状，有分支和横纹，心肌细胞间结构正常，心肌纤维排列整齐致密（图1 A）。60Coγ射线辐照后7 d及14 d，镜下可见心肌纤维排列紧密，心肌细胞大小正常，未出现明显的萎缩、水肿、坏死及纤维化等病变（图1B、C），但偶见小灶心肌血管充血（图1 C）。

2.2 心脏生化指标检测结果

如表1显示，辐照后7 d心脏组织中MDA含量显著高于对照组（P＜0.01），60Coγ射线辐照后14 d较辐照后7 d显著降低（P＜0.01），但仍显著高于对照组（P＜0.01）。心脏组织T-AOC在辐照后7 d未有显著降低，但在辐照后14 d显著低于对照组（P＜0.05）和辐照后7 d组（P＜0.05）。心脏组织GSH与GSSG含量均在辐照后7 d和辐照后14 d显著降低（P＜0.01），且辐照后14 d组含量显著低于辐照后7 d组（P＜0.01）。

表 1 60Coγ射线辐照对裸鼹鼠心脏氧化应激水平的影响Table 1 Effect of 60Coγ-ray radiation on oxidative stress in the heart of naked mole rats(-x ± s)

3 讨论

电离辐射虽然对肿瘤具有一定程度的治疗作用，但其引发的放射性并发症也一直严重威胁着人类的健康。心脏作为对电离辐射较为敏感的器官，在经过电离辐射后，通常情况下会出现与辐射剂量和辐射时间具有相关性和依赖性的病变。王升晔等[15]报道小鼠心脏在经过电离辐射后呈现出心脏广泛纤维增厚、心脏微血管和内皮细胞减少等病变，辐射能导致心肌纤维排列紊乱，心肌细胞出现水样变性等。另有研究发现，在局部心脏辐射几个月后，可以观察到心肌血管周围间质胶原沉积增加，并逐渐恶化[16-18]。大鼠在经过全身高剂量辐射后，心脏微血管密度显著降低[19]。此外，有报道显示，经过辐射后，不仅心脏微血管密度会改变，其部分功能亦发生改变[20]。本研究中，经过一次性10 Gy60Coγ射线辐照后，裸鼹鼠心肌纤维排列紧密，心肌细胞大小正常，仅偶见小灶心肌血管充血，未出现心肌纤维广泛增厚、排列严重紊乱、间质细胞炎性浸润和纤维化等病变，表明裸鼹鼠心脏组织结构未受辐射的明显影响。

辐射对于细胞的损伤，一方面是通过对其直接生化修饰进行影响，另一方面则是通过分解细胞水分子产生活性氧簇和活性氮自由基，促使机体产生氧化应激反应，从而间接损伤组织结构[14,21]。正常情况下，对于体内存在的自由基，机体具有一定的清除机制，即机体抗氧化防御机制。该机制包括以GSH、过氧化氢酶等为代表的低分子量抗氧化剂，能够将氧化因子经过一系列反应最终转化为水和氧气[22-23]。当机体受到电离辐射时，自由基大量产生，超出了机体清除机制的承受能力，因此会引起机体的氧化损伤。而机体受到氧化损伤最直接的重要标志，就是脂质过氧化的终产物MDA大量增加。研究发现，将小鼠进行6 Gy剂量60Coγ射线照射后，其心脏组织中MDA显著增加[24]。作为机体内重要的抗氧化和自由基清除剂，GSH在机体中主要以两种形式存在，分别为GSSG和还原型GSH，但机体正常情况下主要以还原型GSH形式存在[25]，且自身会维持还原型GSH和GSSG的动态平衡，以更好保证生物体内抗氧化和清除行为的进行；而受到不同条件刺激时，该动态平衡将进行自身调整以应对外部刺激。如左丽丽等[24]研究发现，小鼠在经过6 Gy剂量60Coγ射线照射后，其心脏组织中GSH含量显著降低。T-AOC反映的是机体总体的抗氧化能力，其数值的高低表明机体抗氧化能力的强弱[26]。在本研究中，经过一次性10 Gy60Coγ射线照射后，裸鼹鼠心脏组织中MDA含量显著增加，T-AOC、GSH和GSSG含量均显著降低，与文献报道结果相符，表明裸鼹鼠心脏组织在辐射后发生明显的氧化应激，且心肌过氧化损伤显著。

综上所述，虽然裸鼹鼠心脏组织中的MDA

含量呈现升高趋势，T-AOC、GSH和GSSG含量均呈现时间相关的递减趋势，但在组织学观察时并未发现相应病变。一方面表明了裸鼹鼠心脏组织确实具有一定程度的辐射耐受能力，另一方面也说明裸鼹鼠心脏组织中还存在其他尚未明确的抗氧化修复机制或其他辐射耐受机制，这为后续的裸鼹鼠辐射耐受机制的研究奠定了基础。