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科普| 当暴露于核辐射,身体内的细胞都经历了什么?

日期:2024-04-11 00:34
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摘要:最近,国际期刊上的新综述系统阐述了核辐射对于人体的危害以及干细胞疗法作为抗辐射治疗方案的主要科学进展。通过这篇文章,我们可以了解到,核辐射作用于细胞生物分子,导致自由基泛滥,当细胞受到核辐射的影响时,细胞内的DNA 会开启修复过程,但基并不是所有的DNA损伤都可以自行修复,在许多临床场景下,外源性干细胞修复技术是一种潜在的选择。

科普| 当暴露于核辐射,身体内的细胞都经历了什么?

本文作者:中山大学 浅蓝

本文审核专家:江苏大学附属医院 李晶教授

 

引言

最近,国际期刊上的新综述系统阐述了核辐射对于人体的危害以及干细胞疗法作为抗辐射治疗方案的主要科学进展。通过这篇文章,我们可以了解到,核辐射作用于细胞生物分子,导致自由基泛滥,当细胞受到核辐射的影响时,细胞内的DNA 会开启修复过程,但基并不是所有的DNA损伤都可以自行修复,在许多临床场景下,外源性干细胞修复技术是一种潜在的选择。

 

824日起,核污水事件第一时间就引起了大家对于核技术的关注。诚然,核技术已广泛应用于医学、工业、农业、军-事和医学等不同领域,带动了经济快速增长,但与此同时接踵而至的核辐射抑或是核泄漏却是对人体健康的一大威胁,而且很有可能危及生命。自20世纪中叶以来,全世界已经发生了400多起辐射事故,成千上万的人因为核辐射而受伤[1]

  

 

根据辐射剂量的不同,暴露于核辐射的患者临床表现可从前驱阶段的恶心呕吐到终末阶段的造血系统、消化系统、乃至神经系统的衰竭。

 

当一个人受到 10-20 Gy 或更高剂量的照射时,前驱症状会在 1 72 小时内出现,包括发烧、食欲不振、恶心和呕吐、电解质紊乱,甚至低血压、意识丧失,最后在几天内死亡。严重的快速前驱阶段表明吸收剂量较大,预示着临床预后较差。

 

日前,发表在“Oxidative Medicine and Cellular Longevity”上的一篇名为“Hematopoietic Stem Cells and Mesenchymal Stromal Cells in Acute Radiation Syndrome ”的新综述系统阐述了核辐射对于人体的危害以及干细胞疗法作为抗辐射治疗方案的主要科学进展[2]。通过这篇文章,我们可以从细胞和生物学层面来了解核辐射。

 


 

 

No1

核辐射作用于细胞生物分子,让自由基泛滥

 

究其原因,可以从微观角度来解释。如下图所示,核辐射对细胞生物分子的影响可分为直接影响和间接影响两种,直接效应是指核辐射的能量可直接转移到生物大分子上,引起电离和激发。

 

此外,核辐射还可直接作用于水分子上,导致水分子活化并形成自由基等活化产物,而这些活化产物随后会作用于其他生物分子,这种方式产生的效应称为间接效应[2]

 

图片来自参考文献2

 

由于人体和细胞中含有大量的水,大部分核辐射能量被水吸收,导致水分子分解,产生大量能破坏人体内各种生物大分子的自由基,这种间接效应对人体造成的损害约占核辐射损伤的 80%

 

No2

细胞启动DNA修复过程

 

当细胞受到核辐射的影响时,细胞内的DNA 会开启修复过程,有些 DNA 损伤可以通过复杂的代谢和免疫机制完全恢复,而有些 DNA 损伤不那么幸运,在修复过程中会出现错误及偏移,如非克隆基因缺失和基因插入等等[3]。这些累积的基因突变以及遗传不稳定性可能在数年后导致恶性疾病的发生。

 

 

图片来自参考文献3

 

No3

遇到无法修复的细胞损伤,外源性干细胞修复技术来帮忙

 

核辐射对机体的损害归根结底是对细胞的损害,而干细胞,作为一种具有无限增殖能力的细胞,同时可分化为三种不同的胚层,这两种特性使干细胞可用于各种由于核辐射引发的疾病的治疗中,相比于其他细胞,干细胞是一种更稳定,更理想的细胞来源[4]

 

如下图所示,干细胞疗法可以用于治疗各种核辐射诱发的疾病,如神经系统、循环系统、心血管系统等等,其中,造血干细胞移植也一直作为核辐射导致的多种恶性血液肿瘤的一线治疗手段。

 

 

图片来自参考文献4

 

除了干细胞之外,干细胞衍生的细胞外囊泡(EV)是一种安.全有效的干细胞替代品,在疾病治疗方面具有巨大潜力。近期,有研究证明使用 间充质干细胞衍生的 EVMSC-EV)可以减轻辐射引起的肺血管损伤、炎症和纤维化。

 

此外,MSC-EV 还可以通过下调 ATM/P53/P21 信号传导来降低辐射引起的 DNA 损伤水平[5]。这些研究可能为核辐射后的损伤提供一种有前景的治疗策略,并使辐射引起的肺损伤患者受益。

  

图片来自参考文献5

 

做为细胞疗法的一大重要分支,干细胞疗法在近两年来频频出现在大众的视野,不可否认的说干细胞疗法目前已经进入临床疗法发展的快车道,其也被称为继药物治疗和手术治疗之后的第三次医学"革-命"。相信随着更多临床试验的开展,在不久的将来,干细胞疗法有望做为更多人们面对疾病时的选择!

 

 

参考文献:

[1] N. Dainiak and R. C. Ricks, “The evolving role of haematopoietic cell transplantation in radiation injury: potentialsand limitations,” The British Journal of Radiology, vol. 78,pp. 169–174, 2005.

链接:https://www.birpublications.org/doi/10.1259/bjr/31003240

[2] Qian L, Cen J. Hematopoietic Stem Cells and Mesenchymal Stromal Cells in Acute Radiation Syndrome. Oxid Med Cell Longev. 2020 Aug 8;2020:8340756. doi: 10.1155/2020/8340756. PMID: 32855768; PMCID: PMC7443042.

链接:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7443042/#B1

[3] Asano, S. Current status of hematopoietic stem cell transplantation for acute radiation syndromes. Int J Hematol 95, 227–231 (2012). https://doi.org/10.1007/s12185-012-1027-8

链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s12185-012-1027-8#citeas

[4] Yamanaka S. Pluripotent Stem Cell-Based Cell Therapy-Promise and Challenges. Cell Stem Cell. 2020 Oct 1;27(4):523-531. doi: 10.1016/j.stem.2020.09.014. PMID: 33007237.

链接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33007237/

[5] Lei X, He N, Zhu L, Zhou M, Zhang K, Wang C, Huang H, Chen S, Li Y, Liu Q, Han Z, Guo Z, Han Z, Li Z. Mesenchymal Stem Cell-Derived Extracellular Vesicles Attenuate Radiation-Induced Lung Injury via miRNA-214-3p. Antioxid Redox Signal. 2021 Oct 10;35(11):849-862. doi: 10.1089/ars.2019.7965IF: 6.6 Q1 . Epub 2020 Aug 7. PMID: 32664737IF: 6.6 Q1 .

链接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32664737/

 

PhD高压均质机高压细胞破碎仪,为结构生物学、生命科学的研究、制备抗癌药、抗辐射药物,助一臂之力!

 

 

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