膳食补充剂在低剂量辐射防护中的应用

郭剑平，张亚娟，袁慧，李建华，郭婷婷，王婧荃

(中国辐射防护研究院GLP中心，太原，030006)

0 引言

1994年,美国食品药品管理局(FDA) 颁布《膳食补充剂健康和教育法》(Dietary Supplement Health and Education Act,DSHEA),这是美国膳食补充剂管理的重要里程碑。膳食补充剂是一种旨在补充饮食的产品(而非烟草),可能包含一种或者几种膳食成分: 维生素、矿物质、草本(草药) 或其他植物、一种氨基酸、一种用以增加每日总摄入量而补充的膳食成分,或是以上成分的浓缩品、代谢物、提取物或组合产品等,DSHEA允许膳食补充剂使用一些药品成分[1-3]。在美国,膳食补充剂在日常生活及临床中的应用均十分广泛,1岁及以上人口中,有49%的人群使用膳食补充剂,且各类膳食补充剂的使用比例均呈现随年龄增长而增加的趋势。我国2012年1月1日开始根据《商标注册用商品和服务国际分类》(第十版)执行制订的《类似商品和服务区分表》(2012年版)首次提出膳食补充剂，并对相关商品进行商标分类[4]。

辐射流行病学及临床研究表明,低剂量/低剂量率电离辐射有诱发癌症[5]、先天异常、心脑血管疾病[6]、认知及其他神经系统紊乱[7]、白内障、以及内分泌紊乱、支气管肺损伤、消化系统损伤等其他功能损伤的报道。这种低剂量暴露如不及时采取有效的监测、危害评价和有效的防护措施,会给更多的人造成远后期效应形式的健康危害,而且还可能因严重的心理损害而加重其他因素对健康的危害。针对长期接触核素的采矿职工、医护人员、军人等受到中低剂量照射损伤人群的辐射防护,有必要研究安全有效、副作用小的膳食补充剂。本文介绍了维生素类和矿物质、中药提取物、多糖、藻类、蜂胶等膳食补充剂成分对受到外/内照射损害保护的文献报道。

1 维生素类和矿物质

维生素C(VitC)又称为抗坏血酸(ascorbicacid),是人体必需的一种营养素,富含于新鲜的蔬菜、水果中,具有抗氧化作用,可降低DNA的氧化损伤、抑制肿瘤细胞的生长[8-9]。Harapanhalli等[10]研究报道，VitC对受到亚致死剂量3.5 Gy X射线照射损伤小鼠具有防护作用,保护指数为1.7。傅春玲等[11]给小鼠连续灌胃30 mg/kg体重的VitC 10 d后,再进行5.0 Gy γ射线照射,可使小鼠的30 d存活率和平均存活时间明显延长,保护指数达2.09,从整体水平证实了VitC对γ射线具有较好的防护作用。

王小慧等[12]研究维生素D对60Co辐射小鼠外周血细胞的影响。吸收剂量为6 Gy/只,剂量率为1 Gy/min。第2、9天，维生素D保护组的白细胞计数(WBC)、红细胞计数(RBC)、血小板均高于照射组；急性辐射损伤后24 h,维生素D干预组的多染红细胞(PCE)微核率低于辐照组；维生素D保护组G1期较损伤组明显缩短,细胞周期G2期细胞增多。结果表明,维生素D对辐射损伤具有一定的保护作用。

大量文献报道,使用VitC或VitE对生物机体的氧化损伤都有明显的保护作用[13]。梁欣等[14]研究发现，4.5 Gy的照射剂量对家兔进行全身照射,VitE对超氧化物歧化酶(SOD)催化活性和过氧化损伤都表现出明显的保护作用,抑制和清除过氧化损伤,清除丙二醛(MDA),VitC组对血清MDA有一定的保护作用。

1973 年罗特鲁克(J．T．Rotruck) 等发现硒是谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-Px) 的必要成分,提示硒是通过这种酶而发挥其抗氧化作用,同时为人体对硒的营养需要提供了生化依据。硒在人体内主要以硒蛋白的形式存在并发挥作用,通过催化还原型谷胱甘肽成为氧化型,同时使有毒的过氧化物还原为无害的羟基化物,从而保护组织细胞特别是生物膜免受过氧化氢的损害。由于硒的抗氧化特性使得硒同时具有抗辐射、抗衰老等功能。郭英等[15]研究发现，雄性小鼠经3 Gy60Co γ射线照射后3天,肝、脾组织过氧化脂质(LPO)生成量比未照射组均显著增多,而GSH-Fx活性显著降低,但于照射前连续7天每日灌胃亚硒酸钠溶液0.2 mL(含硒12.5 μg)的实验组动物,肝、脾组织LPO含量均明显少于照射组,而GSH-Fx活性都显著高于照射对照组,硒在辐射损伤后通过降低LPO含量和增加GSH-Fx活性,起到保护作用。膳食硒是维持GSH-Fx活性、并用以防护生物膜脂质过氧化的重要成分。实验结果中所显示的摄入硒能明显地抑制LPO形成和增强GSH-Fx活性,则为必然的结果。因此,可认为硒是一种抗辐射损伤的必需微量元素。

2 中药提取物

Sorokinaa等[16]研究膳食补充剂和低剂量率高LET辐射对SHK小鼠放射敏感性、适应性反应诱导和肿瘤生长的联合作用。用0.11 Gy(0.2 mGy/h)低剂量率高LET辐射照射动物。在整个照射期间(22天),4组小鼠被喂食选定的产品(大豆蛋白、荞麦、莴苣叶和一种基于鳕鱼肝油的药物)。研究结果表明,食用含有大豆蛋白、荞麦和莴苣叶饮食的小鼠与食用含有鱼肝油饮食的小鼠相比,小鼠对1.5 Gy X射线的敏感性降低,埃利希癌的生长显著减慢。高LET辐射和上述食品补充剂的联合作用降低了小鼠对1.5 Gy辐射的敏感性,诱导了适应性反应,与只接受高LET辐射的小鼠相比,这导致了埃利希癌生长速度的下降。

Zuo等[17]探讨中药复方茶黄精对氚化水(HTO)的辐射防护作用。60只SPF级C57BL/6JM小鼠被分为3组：对照组(腹腔注射无菌水)、模型组(腹腔注射11.1 ×105Bq/g HTO)、复方茶黄精组(腹腔注射+灌胃茶黄精)。在1、7、14和21天后解剖,收集样本。分析血液、SOD和MDA含量。结果表明，茶黄精无毒无不良反应,安全性高；减少氚半排期,明显加速氚内污染小鼠体内氚的排除,使肝组织的含氚量明显减少；能清除体内自由基和调节机体的免疫功能,减缓外周血白细胞和红细胞的下降,升高肝组织超氧化物歧化酶活力,降低肝组织的丙二醛含量,从而减轻氚对机体的辐射损伤。

3 多糖

20 个以上的单糖通过糖苷键形成的多糖是公认有效的天然辐射防护剂,可源于植物、动物及微生物,其中植物源性多糖的抗辐射作用研究较多。

关素珍等[18]采用不同剂量(0、2、6、10 Gy)X射线照射脊髓神经(SCN)细胞后,再给与不同浓度枸杞多糖(LBP)干预后的SCN细胞存活率均明显升高,LBP+照射组细胞比单纯照射组细胞的自噬相关蛋白LC3 II/I表达明显升高。结果表明，枸杞多糖对体外培养的脊髓神经元具有辐射损伤保护作用,可能与LBP促进自噬相关蛋白LC3 II/I表达有关。

当归多糖可明显升高大鼠生存质量、骨髓有核细胞数量、白细胞数、脾脏指数、γ-干扰素(IFN-γ)及白介素-4(IL-4)表达量,而降低红细胞数、血红蛋白含量[20]。HE染色可见脾脏病理损伤有所减轻,脾小体依稀可见,生发中心、红髓和白髓分界尚可见,淋巴细胞数量升高。当归多糖对辐射所致 SD 大鼠骨髓及脾脏损伤具有防护作用,可能是通过减轻辐射对骨髓及脾脏造血细胞、免疫细胞的损伤,并补充机体血液及津液来实现的。

60Co γ射线照射小鼠，总剂量达4 Gy，低聚壳聚糖和岩藻低聚糖灌胃,动物胸腺指数和脾指数均显著升高,股骨骨髓DNA含量显著增加,小鼠肝脏、心脏和肾脏的谷胱甘肽(GSH) 含量显著升高,MDA含量显著降低。结果表明，低聚壳聚糖和岩藻低聚糖具有显著的抗氧化作用,减轻辐射诱导的遗传损伤和造血损伤，对受照小鼠具有一定的保护作用[21]。

壳聚糖是甲壳质的脱乙酰产物,是自然界中少见的碱性多糖,具有优良的生物降解性、生物相容性和生物黏附性,研究发现，壳聚糖的衍生物——壳聚糖-乙二胺四乙酸(EDTA)、羧甲基壳聚糖、壳聚糖-二乙烯三氨五乙酸(DTPA)纳米粒对某些金属离子具有良好的螯合能力[22],将这一特点应用于某些放射性核素的促排研究,壳聚糖-EDTA纳米粒预防给药治疗组锶染毒小鼠的颅骨内放射性锶含量明显低于对照组和即刻给药治疗组,小鼠体内整体放射性锶残留量明显低于其他组[23]。

羧甲基壳聚糖对铀染毒小鼠具有促排和保护小鼠肠道菌群的作用[24]。从小鼠体质量及外貌特征(皮毛等)的变化来看,铀染毒对小鼠有危害作用,出现部分个体死亡情况；小鼠肝肾中的铀有显著积累,但肠道菌群无显著变化。对铀染毒后的小鼠灌胃羧甲基壳聚糖,小鼠有恢复健康迹象,并且肾脏中铀质量分数呈下降趋势,肠道中乳杆菌数量也有所增加。羧甲基壳聚糖对铀染毒有促排、解毒正向作用。

壳聚糖-DTPA纳米粒能进入组织细胞,可有效地促排组织细胞内铀,解决DTPA不能进入组织细胞的不足[25]。壳聚糖-DTPA纳米粒有较丰富的游离氨基,能够清除自由基,有效地降低铀对机体肾的损伤，同时还有较好的促排作用。

海带属褐藻门、褐子纲、海带目、海带科的海带属。海带多糖具有许多方面的生物活性,而且多数无毒,是海带的重要功能因子之一。海带多糖是存在于海带细胞间和细胞内的一类天然大分子物质。敖翩等[26]在照射前7 d连续给海带多糖预处理后，采用总剂量为30 Gy的60Go γ射线对小鼠脑部照射，干预组小鼠纤维蛋白原的沉积表达明显得到缓解；血脑屏障超微结构形态与对照组相似，未见明显差别；水迷宫结果显示，干预组在中心区及平台区的活动呈增加趋势。实验证明,海带多糖对放射性脑损伤具有保护作用，其作用机制可能是通过维持血脑屏障稳定及调节其通透性来实现的。褐藻酸钠是由海带中提取的天然多糖碳水化合物,研究表明，褐藻酸钠对放射性核素90Sr、133Ra、133Sn、l09Cd、54Mn等具有阻止吸收和排除作用，且不影响人体对K+、Na+和Ca2+的吸收[27]。

4 藻类

螺旋藻是一种天然无毒的单细胞植物,因内含丰富的蛋白质、维生素、矿物质及许多能提高人体免疫能力的生理活性物质,由此被联合国粮油组织推荐为21世纪的最优秀食品之一。

免疫学研究表明,螺旋藻多糖可促进机体的特异性体液免疫,提高非特异性的细胞免疫功能,通过其免疫介导作用,可间接地抑制癌细胞的增殖[28]。梁明至等[29]研究发现，钝顶螺旋藻能促进造血细胞的增殖与分化,参与造血祖细胞和造血干细胞的直接或间接的调控活动,并对造血和免疫组织有重要影响。对辐射损伤小鼠WBC的恢复有促进作用,尤其能显著提高骨髓有核细胞(BMC)、粒-单系造血祖细胞(CFU-GM)和红系造血祖细胞(CFU-E、BFU-E)的数量。对处于病理状态的辐射损伤小鼠,特别在造血祖细胞和造血干细胞阶段,钝顶螺旋藻对血细胞的生成有较大影响。受辐射损伤后5 d和10 d,服用钝顶螺旋藻后CFU-S的数量比对照组明显提高。15 d后处于放射病恢复期,服用钝顶螺旋藻后CFU-GM、CFU-E和BFU-E等指标的恢复仍快于对照组。进一步证明钝顶螺旋藻对辐射损伤有一定的保护作用以及促进造血恢复的作用。

小球藻是一类普生性单细胞绿藻,生态类型多样,分布广泛。小球藻具有良好的抗氧化活性,并且在调节机体免疫、抗病毒、抗菌、抗肿瘤、抗炎、抗糖尿病等诸多方面表现优异,海藻中的抗氧化化合物具有广阔的应用前景,在人类健康和营养中发挥重要作用[30]。Kazuma等[31]研究报道，小球藻有促排放射性核素锶的效果。预先给小鼠灌胃小球藻(75 mg/500 μL),灌胃后30 min,给与锶溶液(24～40 kBq/100 μL),48 h后解剖动物,发现小球藻抑制吸收锶进入血液,肠内抑制锶的吸收,增强机体对锶的清除。

5 蜂胶

蜂胶是蜜蜂从植物的幼芽、新生枝条、树皮等组织上采集的树脂状分泌物混入其上腭腺分泌物和蜂腊等加工而成的天然活性物质,蜂胶含黄酮类、萜烯类、醌类、有机酸、氨基酸等成分,具有多种生理和药理功能,能增强免疫力、抗氧化、抗癌及抗辐射损伤等。

郭月凤[32]采用3.0 Gy60Co γ射线一次性全身照射6周龄大鼠,连续7 d给大鼠灌服蜂胶乙醇提取物,结果发现，蜂胶乙醇提取物可以显著减轻辐射所致的大鼠骨髓造血功能抑制,并促进WBC数量的恢复。

丁建松等[33]研究发现，蜂胶有对吸入氡及其子体所致内照射损伤的防护作用。动物实验表明,累积受照剂量分别为30、67、111 WLM(工作水平月)染氡大鼠,在30 WLM剂量组,13 d共灌服0.39 g蜂胶，能显著降低氡暴露大鼠外周血的MDA含量。在67 WLM剂量组,31 d共灌服0.93 g蜂胶，能显著提高氡暴露大鼠肺匀浆SOD的活性。在111 WLM剂量组,48 d共灌服1.44 g蜂胶，提升SOD活性,降低MDA含量的作用更为明显。结果表明,蜂胶能增强大鼠对氡及其子体的抗氧化应激能力,从而降低辐射所致的损伤。蜂胶无毒、无抗原性和癌原性,蜂胶过敏主要是由皮肤或黏膜直接接触蜂胶所致,其一般表现为接触性皮炎,而非过敏体质的人口服蜂胶引起过敏的可能性极小。

6 展望

长期以来，人们对核武器爆炸及重大核电站事故致大剂量/高剂量率电离辐射会诱导急性放射损伤印象深刻，对包括核武器试验放射性尘埃、核电站事故、核战争、核污染、放射诊疗及天然放射性高本底地区的天然辐射以及军事和经济领域高辐射本底工作环境低剂量或低水平电离辐射导致的长期生物学后果则了解不够。以至于科学界对低剂量/低水平辐射对人类环境和健康究竟会造成何种影响，这种影响是有益还是有害，需不需要防护，防护到何种程度等问题仍存在不少争议[34]。在大量核工业职业工作者流行病学调查研究中，确实发现长期接触低剂量/剂量率照射者癌症发生率显著增加，但这些癌症也只限于白血病和肺癌[35]。杨红丽等[36]发现，接触放射线的医务人员，射线对眼晶状体及淋巴细胞有一定的影响。以往应对核恐、核事故、核战争等防护药物对长期接触低剂量/低剂量率的症状不适合使用，非但没有治疗效果，其副作用可能会产生更多的健康问题。抗氧化剂、营养补充剂、中药和天然药物将有可能成为低剂量辐射防护的主要来源[37]。具有抗放、促排且无毒安全的食物或提取物还有很多,与具有辐射防护功能的维生素、微量元素、矿物质等配伍组成具有辐射防护功能的膳食补充剂将是低剂量辐射防护研究的新方向。

2021年5月13日，国家疾病预防控制局正式挂牌。由原来在国家卫健委下属的疾病预防控制局单独设立为国家级机构，体现国家对健康的重视，把健康管理的关口往前移，由单纯的防疾病转变为全面促健康。这一理念转变，可谓“明者因时而变，智者随事而制”。针对涉核作业人员(核工业从业者、采矿工人、涉核军人等广大群体)的膳食补充剂，对核素外照射和/或内照射产生的细胞、组织损害进行保护研究，采用适合的膳食补充剂，以达到精准防护的目的，同时增强体质，健康生活，这也是国家重视健康新理念的充分体现。