多糖的辐射防护作用机制研究

拜思琼 黎晨 何俊霞 肖文媛 郭淼 郭忠

摘要：电离辐射与人们的生活密切相关，其在对人类造福的同时也给人们的健康造成不同程度的损伤，辐射条件下产生过量自由基引起的氧化应激所导致的生物大分子损伤会破坏正常细胞功能、影響机体代谢过程。因此开发有效的辐射防护剂对维护人体健康有重要意义。研究表明多糖具有辐射防护作用，其在自然界中来源广泛，且在发挥防辐射作用时有副作用小、易代谢等特点。多糖发挥辐射防护效应可能是通过清除自由基、抑制脂质过氧化、增加内源性抗氧化酶和抑制DNA损伤等活性达成。本论述就其辐射防护作用机制作一综述，以期为多糖作为天然防辐射防护剂更好的开发、利用和应用提供参考。

关键词：多糖；辐射防护；作用机制

中图分类号：R144文献标志码：A

基金项目：国家自然科学基金项目（项目编号：81560508）和国家级大学生创新创业训练计划项目（项目编号：202010742121，202010742116）资助。

辐射按电离能力及能量的高低分为电离辐射与非电离辐射，造成人类损伤的辐射主要来源于天然辐射和医疗放射。辐射可导致机体造血、免疫、消化、生殖、心血管等系统的损害，同时可引起微循环障碍、癌变、染色体畸变，甚至引发死亡[1]，所以辐射防护剂研发值得被正视。

各种辐射防护剂的作用原理不同，主要有抑制氧化反应、清除自由基，阻碍氢离子传递、螯合对酶功能有重要作用的重金属离子等[2]。近年来，多糖作为一种天然防护剂受到越来越多的关注，本论述就其抗辐射时调节细胞周期、激活信号通路、维持机体氧化-抗氧化平衡、防护免疫及造血系统损伤等不同作用机制作一综述，以期为多糖作为天然防辐射防护剂更好的开发、利用和应用提供良好的理论基础。

1调节细胞周期

细胞在不同周期阶段对电离辐射的敏感程度不同[3]，在受到电离辐射后均会出现细胞周期延长而干扰正常的增殖，多糖可通过阻碍细胞周期异常延长来发挥抗辐射作用。

朱燕春等用大鼠SMG细胞研究狗肝菜多糖对不同剂量60Coγ射线的防护作用。使狗肝菜多糖干预60Coγ射线作用后的SMG细胞，结果表现其能有效削减S、G2期细胞数以减缓增殖细胞在S、G2期的停滞，提升细胞的增殖本领、降低细胞总凋亡率。可知狗肝菜多糖可通过减缓SMG细胞S、G2期阻滞和削弱放射后SMG细胞非常凋亡来发挥辐射防护作用。

2激活信号通路

2.1线粒体凋亡通路的激活

电离辐射会使线粒体内的促凋亡蛋白细胞色素（CytC）释放到细胞质中，从而介导细胞凋亡引起线粒体功能障碍[4]。黄欢[5]等用射线照射小鼠骨髓单核细胞（BMNCs）建立辐射损伤模型，用枸杞多糖（LBP）进行干预，研究结果显示LBP可降低辐射后的BMNCs的凋亡比例、阻碍电离辐射导致的线粒体膜电位下降去极化、抑制CytC从线粒体中释放，由此可知LBP抑制辐射诱导的BMNCs凋亡是通过抑制线粒体凋亡途径实现的。

Du Shaobo等[6]对LBP预处理的大鼠角膜上皮细胞（RCE）进行中波紫外线（UVB）辐照，发现LBP可抑制UVB诱导的RCE线粒体膜电位的丧失以及caspase-3的下调和上调，能显著阻止细胞活力丧失和细胞凋亡。可知LBP对UVB诱导的RCE细胞损伤和凋亡具有保护作用机制可能与抑制线粒体凋亡途径有关。

2.2下调NF-κB信号通路相关蛋白

核转录因子-κB（NF-κB）是一种广泛存在于真核生物内的转录因子[7]，其在细胞增殖、存活、早期病毒应答及细胞因子分泌、促炎等多方面具有重要作用。在辐射过程中可造成NF-κB磷酸化入核激活下游蛋白COX-2，通过高表达氧化应激产物，造成细胞生长抑制并出现基因组不稳定性。

张利英[8]等体外培养人骨髓间充质干细胞（BM？ SCs），2Gy12C6+辐射（IR组）和黄芪多糖（APS）干预，实验结果表示：与IR组比较，APS+IR组BMSCs细胞增殖水平升高，克隆形成数增多；微核率和免疫荧光核心明显削减、COX-2蛋白下调。可得结论：APS对2Gy12C6+辐射BMSCs具有促增长作用，可能和下调NF-κB信号通路相关蛋白，维持BMSCs基因组稳定性有关。

2.3P38丝裂原激活蛋白激酶（P38MAPK）通路

P38MAPK是在细胞内调节目的蛋白合成的重要信号转导通路，同时也是疾病的炎症关键通路，它将细胞外的信号传递至细胞核内，通过影响TNF-α、IL-6、ROS、COX- 2等因子的生成，参与调控细胞的增殖、分化及调亡[9]。陈晨等用60Coγ射线+海带多糖（LJP）干扰照射小鼠，制作下颌下腺血管HE切片染色以及ELISA检测P38MAPK，发现经LJP防治后，随着时间的延长放射+LJP组P38MAPK较放射组表达呈减弱趋势（P< 0.05）；用Image-proPlus软件统计p-p38MAPK对应的OD值（平均光密度值）发现LJP可以上调VEGFA、VEG？ FR-2；使磷酸化p38MAPK下调从而保护放射诱导的下颌下腺血管损伤。

2.4阻断脾细胞内质网凋亡途径

内质网（ER）作为一个中央细胞器，参与蛋白质的合成、折叠、成熟以及凋亡。Wang Lu等[10]通过建立小鼠辐射损伤模型，系统地研究了虎杖中性多糖（NTH？ SP）基于内质网（ER）凋亡途径的辐射防护作用，采用免疫组织化学和RT-qPCR方法阐明其辐射防护机制。给予NTHSP后，相关mRNA、PERK、XBP1、CHOP（内质网凋亡途径下游的促凋亡蛋白）的表达均有不同程度的降低，结果表明NTHSP可通过阻断ER凋亡通路的三种主要类型：PERK-ATF4-CHOP、IRE1ATF4-CHOP和ATF6-XBP1-CHOP，从而明显地阻止射线诱导的小鼠脾细胞凋亡。

2.5microRNA免疫调控通路

microRNA是内源性的非编码小RNA分子，长度为19～25个nt（nucleotide，nt），参与调节全部的细胞进程。周鑫涛等[11]在黑木耳多糖硫酸酯（SNAAP）輻射防护作用研究中发现SNAAP能够促进脾脏淋巴细胞增殖、增加免疫因子分泌，利用生物信息学比较并分析得知辐射会导致小鼠脾脏microRNA相关片段mmu-mi R-200a-3p、mmu-mi R-200b-3p、mmu-mi R-200c-3p和mmu-mi R-375-3p表达水平上调，辐射前给药SNAAP对小鼠进行防护以后这些表达下调。可知SNAAP的辐射防护作用是通过microRNA免疫调控通路来发挥的。

2.6Nrf2/ARE免受氧化应激信号通路

Nrf2/ARE（抗氧化反应原件）目前被认为是对抗氧化应激损伤中最重要的通路，氧自由基可以通过激活Nrf2/ARE进而激活其下游靶基因。张甜等[12]以不同辐射剂量的6MV-X射线照射SD大鼠，用Nrf2抑制剂干扰大鼠小肠隐窝上皮细胞（IEC-6）株中Nrf2 mRNA的表达。结果发现IEC-6在给予Nrf2抑制剂干预后损伤显著加重、细胞活力下降、氧化应激反应显著。由此可知保护放射导致的肠损伤中Nrf2/ARE信号通路起着不可或缺的作用。

张利英等[13]研究当归多糖对辐射大鼠肾脏氧化应激防护作用发现，当归多糖各组大鼠机体过氧化物及脂质过氧化物产物（LPO和MDA）降低，而抗氧化酶（SOD和GSH-Px）活性升高；Nrf2表达增多。说明当归多糖对X射线致使大鼠肾脏氧化应激损伤发挥的防护作用和Nrf 2的表达有关。

3维持体内氧化-抗氧化平衡

3.1对SOD与MDA的影响

DNA是电离辐射损伤的主要靶点。研究表明带电粒子的轨迹可以直接穿过并电离DNA及其附近的水分子，从而产生高活性的自由基破坏机体氧化-抗氧化系统的稳态[14]。SOD属于生物体内一种重要的抗氧化酶，其含量高低能够反映机体清除氧自由基的能力。自由基还可攻击生物膜引发脂质过氧化产生MDA加重辐射损伤，故MDA含量高低可以反映机体辐射损伤的程度。

胡俊飞[14]等用硫酸化黑木耳多糖联合60Coγ射线照射小鼠，检测发现相较于单纯辐照组，经多糖给药后的各组小鼠体内SOD活力显著增强、MDA水平降低，减轻辐射对机体的损伤而起到辐射防护作用。王靖雅[15]在姬松茸多糖抗辐射研究中也提出，多糖可通过直接清除机体内的各类过多有害自由基，达到保护机体免受辐射损伤的作用。

4对造血系统和免疫系统的改变

杨建鑫等[16]在冬虫夏草菌粉中虫草多糖抗辐射作用初探中得出虫草多糖可在一定程度上提高WBC的数目，提高胸腺及脾脏的脏器指数。灵芝多糖对辐射导致的骨髓抑制有修复效果，可以促进机体造血系统恢复。

徐俊杰等[17]研究发现山药多糖不同剂量组可提高微波辐射损伤小鼠的巨噬细胞吞噬指数，T淋巴细胞增殖的刺激指数及血清IgG水平，降低血清IL-4水平。可知山药多糖对低强度连续微波辐射引起的小鼠免疫系统功能损伤有明显改善作用。

5其他

5.1抑制放射诱导的旁观者效应（RIBE）

放射诱导的旁观者效应指未被直接辐射的细胞出现与受照射细胞相类似的应答反应，由Nagasawa和Little于1992第一次提出[18]。近年来，对多糖抑制辐射导致的旁观者效应有一定的研究进展。Zhang Liying等[19]用2GyX射线照射骨髓间充质干细胞（A549）后与黄芪多糖（APS）共同孵育。结果显示APS可抑制COX-2和ROS的表达、导致细胞生长和集落形成率下降、骨髓基质细胞微核率和53BP1病灶数的增加。旁观者效应细胞中磷酸化p38、JNK、ERK1/2、和COX-2蛋白表达下降。得出结论A549辐射诱导骨髓间充质干细胞RIBE是由条件培养液中ROS介导的，黄芪多糖可能通过调节MAPK/NF-κB通路来阻断RIBE。次年[20]，他们进一步发现黄芪多糖通过外源性和内源性DNA损伤诱导细胞周期阻滞于G1期，从而降低旁观者细胞的增殖和集落形成率。

5.2操纵树突状细胞改善辐射诱导的非局域效应

近年来放射治疗兴起，其被认为是通过抗原释放引起的、由树突状细胞（DC）呈递的异常效应。Pang Guibin等[21]利用从天然草本植物中提取的生物活性多糖，开发出能够逆转透射电镜的多糖纳米颗粒（ANPs），从而增强辐射诱导的非局域效应。他们发现ANP诱导的免疫应答表现为表型成熟和TLR4信号通路的抗原提呈增强。DC激活成功地转化为原发性（辐射）和继发性（未辐射）肿瘤中CD4 T/T和CD8T/T比值的增加。为在免疫治疗时代将从天然草药中提纯的免疫活性大分子融入现代纳米技术提供了一种新的策略。

6结语与展望

综上所述，多糖辐射防护作用机制的研究已经取得一定进展，然而仍有诸多机制尚未阐明，如其诱导的旁观者效应相关研究较少，因此多糖辐射防护作用不同机制、通路、靶点有待深入探讨。此外还应关注其在起辐射防护作用时的最佳时机和应用剂量、绘制剂量-反应关系曲线，对其进一步开发利用具有十分重要的临床意义，也可为研发安全有效辐射防护剂提供有利参考。

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