1、对辐射免疫学的几点思考?180?中华放射医学与防护杂志 2004 年 4 月第 24 卷第 2 期ChinJRadiolMedProt,April2004,Vol24,No.2作为 MSAD 的定义表述,这是欠妥的.况且式中的 D(z)没有表明应该是单层扫描剂量分布,即是 D,(z),更没有讲明这个公式必须满足的二个条件:一是此公式必须满足层厚()等于层间距(,); 二是扫描层数目(n)要达到一定程度(如l0) 时,公式才能成立.因此,根据 MSAD 的定义,MSAD 表达式应为:+fMSAD:(1/,)ID(z)dzJ 一 1/2式中.,(z)为沿平行于旋转 z 轴上的 N 个扫描构成的多层
2、扫描剂量分布函数在 z 点的剂量;,为多层扫描的层间距;N 为扫描层的数目.参考文献1 尉可道.CT 剂量测量及其表达.中华放射医学与防护杂志 ,1997.17:347.351.对辐射免疫学的几点思考张学光强亦忠随着核技术和核能的广泛应用,人类接触各种射线的机会明显增加,其对人类健康的危害受到高度重视.这种辐射危害可以是直接的躯体效应,也可以是遗传效应;可以是确定性效应,也可以是随机效应.上世纪 80 年代初,Luckey 提出了低水平辐射的兴奋效应(hormesis), 使人类对辐射生物学有了更全面的认识.那么,从免疫学角度如何来认识电离辐射的生物学效应呢?一,从现代免疫学的角度认识电离辐射
3、的生物学效应免疫学作为一门生命科学的前沿学科,发展极为迅速.其理论从克隆选择学说到个体独特型网络学说,从双信号模型_j,外来者模型, 危险者模型到完整性模型 ,在不断更新完善,使我们更深入地理解免疫细胞识别“自我“和“ 非自我 “的本质 ,排除“非自我“并保持“ 自我“的机理.免疫学理论的丰富和完善为诠释和研究辐射对机体的生物学作用奠定了强大的理论基础.因此,从现代免疫学的角度认识辐射的生物学效应,为辐射危害的评价,防护和救治开辟一个新的天地.在正常情况下,机体的免疫系统处于自稳态(homestate.sis).当机体受到高剂量辐射时,产生的自由基可诱发一系列自由基的链式连锁反应,从而导致细胞
4、生物膜,DNA 蛋白质和大分子以及一系列小分子的糖脂损伤,直接影响细胞的结构和功能,使组织器官处于强烈的应激或损伤,非凋亡性基金项目:国防预研基金资助项目(Y5573162)作者单位:215007 苏州大学医学生物技术研究所,江苏省核医学生物技术重点实验室2IAEA.Internationalbasicsafetystandardsforprotectionagainstionizingradiationandforthesafetyofradiation.sources.Safetyseries115,Vien?na:IAEA,1996.3GB18871-2002.电离辐射防护与辐射源安全基
5、本标准 .4ShopeTB,GagneRM,JohnsonGC.AmethodfordescribingthedosesdeliveredbytransmissionX?raycomputedtomography,MedPhys,1981,8:488.495.5EURI.Europeanguidelinesonqualitycritriaforcomputedtomography.EURI,1999,6262.6McCrohan 儿,PattersonJF,GagueRM,eta1.Averageradiationdosesinastandardheadexaminationfor250CTs
6、ystems.Radiology,1987,163:263.268.7ICRP.Manangpatientdoseincomputedtomography,ICRPpublica?tion,2000.87.(收稿日期:2003.11.15)死亡状态,释放大量的内源性危害因子如核苷酸,自由基,细胞外基质分解碎片等.在抗原刺激第一信号和危险信号活化后提供第二信号即共刺激信号_9 的共同作用下,处于静息状态的抗原递呈细胞(APC)转变成激活状态的 APC.只有激活状态的 APC 方能完成抗原递呈过程而激活 T 细胞,最终产生一系列的特异性和非特异性免疫应答.这种持久,过强的免疫应答进一步加重组织器官
7、的损伤.在放射性肠炎,膀胱炎和肺炎的早期病变中,可观察到大量炎性细胞浸润,炎症介质释放增加,黏膜水肿和充血等典型的急性炎症反应,以后出现溃疡,出血,坏死和纤维化等病理变化,就是很好的例证.此外,高强度的辐射直接造成免疫系统损伤效应,而免疫系统的修复功能又不足以抵抗高剂量辐射的损伤作用,从而出现 CD3 和 CD4 下调,CD25,CD69 和 CD95 上调,细胞凋亡明显增多,这进一步扩大机体的损伤.高剂量辐射导致的辐射危害还可由最近 Dembic 提出的完整性模型(integritymode1)假说得到部分阐明.这一学说把树突状细胞(DC)接受的危险信号区分为活化与共活化两类,并强调调节特异
8、性免疫应答的共刺激信号的作用.该学说认同危险模型提出的在 APC 和免疫细胞相互作用的环境中危险信号调控特异性免疫应答的观点,并进一步提出调控初次免疫应答的关键在于信号的强度,而特异性免疫应答的调控则可能由免疫自稳的本性所决定.机体免疫系统的作用是检查组织结构和通讯的正常性,而不论是否存在外来抗原的模拟信号即区分外来抗原为友好的共生物或敌对的致病原,都是通过 APC 介导的活化信号和共活化信号而起作中华放射医学与防护杂志 2004 年 4 月第 24 卷第 2 期ChinJRadiolMedProt,April2004,Vol24,No.2用的.高剂量辐射作为一种强的信号,破坏了机体的完整性,
9、活化了 DCs,DCs 则把活化信息通过 3 种信号即供者信号(抗原受体), 调节信号 (共刺激信号) 和受者信号传递给免疫细胞,组成细胞内介质网络活化 T 细胞启动免疫应答 ,造成机体免疫损伤.低剂量辐射(LDR) 的免疫兴奋效应已被国内外研究者所证实.LDR 可促使胸腺细胞更新加速,DNA 合成增强和反应性升高;可促进免疫细胞表达 TCR/CD3 和 CD80/CD86;可使胸腺细胞和脾细胞内多种蛋白的表达增强;可促进 IL 广 l,IL-2,CSF 和 INF 一 7 等细胞因子的分泌 .LDR 免疫兴奋效应,可由危险模型得到部分阐明.APCs 作为“哨兵“细胞,游弋于全身,发挥监视作用
10、.辐射作为一种危险信号,由机体的APC 识别,接收,从而激活 APCs,为 T 细胞提供第二信号,引起 T/B 细胞的活化,增殖,从而出现胞内外一系列的改变.低剂量辐射也使机体置于应激状态,但其强度较高剂量辐射大为减弱,细胞在 DNA 修复过程中出现的突变基因产物也成为内源性抗原的主要来源,为 T 细胞活化提供了第一信号,表现出免疫兴奋效应.这种兴奋效应在高剂量辐射时也存在,但往往被大量的细胞组织损伤所掩盖.二,免疫学与放射医学的交叉,渗透和融合:辐射免疫1.辐射免疫的基础理论问题辐射免疫的基础理论问题主要有辐射对免疫器官,免疫细胞和免疫分子的效应,对免疫细胞功能调节的作用以及对整体调节反应的
11、影响等,且因剂量不同而有所不同.(1)低剂量的辐射免疫效应:LDR 对胸腺细胞的增殖,分化和成熟的作用.LDR 可增强免疫功能,其中胸腺细胞更新加速,DNA 合成增强和反应性升高为重要的细胞学基础.低剂量全身照射后胸腺细胞由 Go/G.相进入 S 相的比率升高,有丝分裂相增加,自发性和 ConA 诱导的 DNA 合成加强.LDR 介导外周血淋巴细胞的激活,增殖和分化作用.LDR可刺激外周血 CD4,CD8T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞的增殖,活化,而且 LDR 对辅助/调节细胞的功能增强作用大于抑制/细胞毒性细胞,使得机体免疫在以 CD4 细胞的功能相对为主的情况下得以增强,这一点可能在 LDR
12、 诱导的免疫增强效应中起一定作用.LDR 对细胞因子分泌的影响.LDR 增强某些细胞因子的分泌,促使细胞因子与免疫细胞之间相互作用,提高机体的免疫监视,调节和反应能力.有报道 75mGy 全身照射后,小鼠胸腺和脾脏 IFN 一 7 和 IL-6mRNA表达水平均明显升高,激活 Thl 和 Th2,介导细胞免疫和体液免疫,包括 Tc 活性增高和空斑形成细胞(PFC)反应增强.这就从分子水平上为 LDR 增强免疫功能的机理提供了更深层次的解释,进一步证实 LDR 免疫功能增强效应的中心环节确为 Th 的激活,而且涉及 Thl 和 Th2 两个亚型.LDR 对整体调节反应的影响.LDR 可引起神经和
13、内分泌调节的改变,其中最明显的是血清皮质酮水平下降,反映下丘脑一垂体一肾上腺皮质轴功能下调,其结果是免疫系统所受张力性抑制减轻,有利于免疫功能的激活.与此同时,免疫器官内儿茶酚胺类神经递质含量升高,对 T 淋巴细胞的增殖反应可发生刺激作用.LDR 一方面使免疫细胞的神经内分泌环境发生变化,另一方面使免疫细胞对某些神经内分泌因子的反应性增高,其共同结果是免疫反应性增强.(2)高剂量的辐射免疫效应:高剂量辐射对胸腺细胞生长的抑制效应.胸腺细胞按照 CD4,CD8 标志不同,可分为 4 个亚组,它们分别代表胸腺细胞成熟分化的不同阶段.其中 CD4CD8 细胞对辐射最为敏感,而 CD4CD8 一和CD
14、4 一 CD8 细胞则有相对的辐射抗性,因此当 0.54GyX射线全身照射后,CD4CD8 细胞随剂量增加而迅速下降;CD4CD8 一和 CD4 一 CD8 细胞的比例随剂量迅速上升.由于 CD4CD8 一和 CD4 一 CD8 的细胞表面有 CD3 分子的表达,因此 CD3 细胞的比例也随剂量迅速上升.但是由于部分 CD4CD8 细胞中也有 CD3 的不完全表达,而这部分细胞对辐射较为敏感,其比例随剂量下降.胸腺 CD3 细胞比例的增加是由于 CD3 一细胞的辐射敏感性较高,CD3 一细胞的死亡数大于 CD3 细胞,从而导致 CD3 细胞的比例增加,这与小剂量照射时的情况不同.从胸腺细胞周期
15、的变化进一步证明,1.5Gy 全身照射后胸腺细胞 DNA 合成明显降低,表现为 S 期细胞明显减少 ,而处于 Go/G.期的细胞比例显着增加.高剂量辐射对淋巴细胞生长成熟的阻断效应.高剂量辐射对外周血免疫细胞的生物化学损伤主要与自由基作用有关,由此引起机体免疫系统的一系列损伤.有报道给小鼠 4Gy 照射后 4h,脾脏 CD4T 细胞,CD8T 细胞和 IgMT细胞表达 CD95,CD25 和 CD69 升高J,提示射线致脾脏细胞cD95 高表达的同时 CD25 和 CD69 均高表达,说明辐射致免疫器官淋巴细胞的凋亡是通过激活途径进行的.高剂量辐射对淋巴细胞分泌细胞因子的下调作用.有报道 6G
16、y 全身照射大鼠后伤口液中细胞因子 TNa,Il,TGFG 和 PDGF的活性水平明显下降,而 20Gv 局部辐射后伤口液中 TNFa(第 3,5 天),Il(第 3,l3 天)和 TGFG(第 l3 天)活性水平均明显增加.这可能是大剂量全身辐射后造血系统严重受抑,巨噬细胞的吞噬功能及其释放炎性介质都明显降低;而大剂量局部照射后早期 TNFa,IL-1 的水平明显增加,随后基本恢复,l3d 时 IL-1,TGFG 又显着增加.这可能由于局部大剂量的照射是一个较强的致炎因素,使伤口局部炎症介质释放增加.2.辐射免疫学在辐射损伤救治中的应用问题(1)辐射免疫学促进了辐射损伤救治战略的转变急性辐射
17、损伤(ARI) 常表现为多系统损伤 ,其中骨髓造血功能抑制,放射性结肠炎和放射性肺损伤最为常见.尤以骨髓造血功能抑制为甚,且贯穿于放射损伤的始终,是患者死亡的主要原因.因此,以往把促进造血功能的恢复作为放射损伤治疗的关键.然而,绝大多数中重度 ARI 患者在渡过急性期后仍会出现出血,感染等严重并发症,最终导致死亡.究其原因,这是由于目前应用的造血生长因子绝大多数仅能促进定向干细胞的增殖和分化,而对多能干细胞或祖细胞的作用甚微;虽能导致外周血细胞的短期升高,但缺乏较长期的作用;虽能使患者渡过“骨髓无功能期“, 但不能实现造血中华放射医学与防护杂志 2004 年 4 月第 24 卷第 2 期Chi
18、nJRadiolMedProt,April2,!丝!:功能的重建.因此,如果仅升高患者的白细胞,未达到受损免疫系统的恢复和免疫功能的重建,患者仍会因免疫功能低下或异常导致各种原因的感染而死亡.现在必须把造血功能的重建和免疫功能的恢复作为 ARI 治疗的两个关键环节 ,同时并举,才能使救治更为有效,实现突破.(2)细胞因子在辐射损伤治疗中的应用细胞因子(cytokine,CK)是一类重要的调节免疫应答的可溶性分子,由多种细胞产生并作用于多种不同免疫细胞和造血细胞.CK 作为新型的生物制剂已被运用于临床 ,尤其在调节机体造血和免疫功能,抗肿瘤和抗病毒感染的治疗中取得了巨大成功,并成为生物制药业的支
19、柱产业.同时,这些 CK 在辐射损伤的实验研究和临床治疗中也得到了令人瞩目的成就,尤其是在升高患者的白细胞,促进造血功能和免疫功能的重建中显示出独特的作用.参与造血的正性因子可分为 3 类:主要作用于原始造血干/祖细胞的早期造血因子(earIyactingfactor),如干细胞因子(SCF)和 Fit3 配体(FL)等 ;阶段特异性造血因子(intermediateactingstage.spe.ci6cfactor),如 IL-3,IL 一 6 等;晚期特异性造血因子(1ateact.inglineagespecificfactor),如 GMCSF,EPO 等.这一分类引发人们考虑如何恰
20、当地组合应用早,中和晚期造血因子,以获得对 ARI 最大的治疗效果.临床或临床前的研究也证实 ,许多 CK 具有造血生长和调控,免疫增强和调节等多种功能 ,不同类型的 CK 又通过不同的方式和机理促进辐射或细胞毒药物引起的骨髓功能抑制的恢复.CK 对辐射损伤防治作用的可能机理:降低辐射引起的过氧化损伤;调节凋亡基因的表达,降低细胞的凋亡反应;通过诱导静止期细胞进入细胞周期,使其处于对放射不敏感的 s 期晚期;可保护受照机体骨髓造血干细胞和造血微环境中的基质细胞.现在研究比较多,用于 ARI 治疗前景较好的 CK 是 GMCSF 和 G-CSF14-16,IL-6.II 厂 11ll9_,F,I
21、I 厂 12,CIM0 和 CDd0LE.等.(3)造血和免疫细胞辐射效应的相关分子及其基因变化不少与造血和免疫细胞有关的分子及其基因在电离辐射作用下会产生相应的变化.许多研究证实,电离辐射可调控 1.2 家族基因表达,其依赖于野生型 p53 的 bc1.2 与 bclXL 的表达下调及 Bax 表达上调 .又如,低剂量辐射可诱导cyclinB1mRNA 表达量增强,从而促进细胞周期进程 ,而较高剂量照射会导致 cyclinB!和 cdc2 基因转录水平均下降,从而抑制 MPF 的活性 ,阻止细胞进入有丝分裂期,最终发生 G,期阻滞.由此说明,cyclinB1 和 cdc2 基因表达在辐射诱导
22、整体水平发生的 G 期阻滞中起重要作用.再如,电离辐射所致 DNA 的损伤使 p53 基因激活,其蛋白产物 p53 可作为转录因子调控其下游基因转录,参与细胞周期 G 检查点 (check.point)的负向分子调控.较大剂量电离辐射可诱导胸腺细胞p53,021 及 MDM2 蛋白表达增高,从而促进细胞凋亡 .上述这些变化均可用于辐射损伤的检测.三,我国辐射免疫学今后的发展1.共同构建辐射免疫学,推动这门新学科的发展当今世界科学发展的一大趋势,就是不同学科之间的交叉,渗透,融合,产生新的边缘学科,形成新的生长点,成为实现突破和创新的重要科学领域.实际上,随着免疫学与放射医学的发展,它们之间的结
23、合早已成为事实.我所根据免疫学的学科优势和服务于核事业的需求,把辐射免疫作为我们的一个重要研究方向,在辐射损伤的免疫学机理,免疫细胞因子应用于辐射损伤治疗等方面开展了系列研究.国内还有一些单位在 LDR 方面作了深入探讨,使我们对辐射免疫有了更新,更深的认识.一个新学科体系的构建对这门新学科的发展具有十分重要的作用.我们认为有必要在放射医学界共同构建辐射免疫学这门新学科.目前国内外对辐射免疫学这门新学科的定义,性质,研究范畴,学科体系等尚无系统的论述.我们认为辐射免疫学是以专门研究辐射引起机体的免疫应答及其变化规律和调控机理为主要内容的一门新学科,它是由放射医学与免疫学相互交织,渗透,融合而形
24、成的一门边缘科学,其主要研究范畴大致有:辐射对机体作用所引起的免疫应答的不同效应及其机理;辐射损伤的免疫学防治方法及其原理;辐射损伤监测中的免疫学方法.辐射免疫学既涉及放射医学的相关学科,如核物理学,辐射化学,放射毒理学等,又涉及免疫学的相关学科,如分子免疫学,细胞免疫学,肿瘤免疫学等,还涉及到许多分子生物学和细胞生物学的技术,如杂交瘤技术,基因工程技术,转基因技术等,这就使辐射免疫学具有综合性,交叉性,复杂性,先进性等特色,也对从事辐射免疫学的研究提出了更高的要求.2.深入探讨辐射对机体作用的免疫学机理这是当前辐射免疫学亟待研究的课题.当今免疫学的发展异常迅速,新的发现和理论不断涌现,这给放
25、射医学的发展提供了新的思路,为进一步探讨辐射对机体作用的机理提供了新的线索.但遗憾的是目前我国从事这方面研究的人员不多,力量相当薄弱.现在我们应该组织力量,加强研究,这对促进放射医学的发展将具有十分重要的意义.3.大力推进急性辐射损伤免疫学防治技术的研究与应用这是辐射免疫学发展最重要的落脚点.一方面,我们必须十分重视核辐射对人的杀伤作用以及核辐射事故的医学应急,特别是急性辐射损伤的预防和治疗.另一方面,肿瘤放疗副反应已成为一个亟待解决的难题.但目前国内外对急性辐射损伤尚缺乏十分有效的治疗措施.近年来,免疫细胞因子的发现和基因工程制药的发展为急性辐射损伤免疫学防治技术开拓了新的途径.现在,许多研究还是初步的,零散的.我们如能组织力量;对众多的细胞因子进行筛选 ,并与以往一些有效的救治措施进行优化整合,寻找更为合理的序贯用药方案,并通过大动物进行验证,探索出一条综合化,最佳化,实用化和规范化的救治新路来.在世界上抢占先机或占有一定的地位,那将是我国放射医学界的又一重大突破中华放射医学与防护杂志 2004 年 4 月第 24 卷第 2 期ChinJRadiolMedProt,April2004,Vol24,No.2
