0.5 Gy 辐射预处理：开启细胞抵抗高剂量 γ 射线损伤的新途径

为探究低剂量辐射影响，研究人员用 0.5 Gy 预处理细胞，发现其可通过调节 HO-1/Nrf2 等途径抵抗高剂量 γ 射线损伤。

　　在辐射生物学领域，长期以来存在一个有趣且充满争议的谜题：低剂量的电离辐射对细胞究竟有着怎样的影响？从传统的以 DNA 为核心的视角来看，电离辐射通过在细胞核内的能量沉积事件引发生物学效应和健康后果。在高辐射剂量下，这种观点或许是正确的，但当涉及到低剂量辐射时，情况却变得复杂起来。低剂量辐射所引发的非靶向效应，尤其是其中的适应性反应，开始占据主导地位。然而，“低剂量” 的定义在学界一直存在争议，从放射治疗的角度来看，它被定义为 0.5 - 0.7 Gy。同时，肿瘤细胞对低剂量电离辐射（LDIR）诱导的适应性反应也尚不明确，不同研究得出的结论相互矛盾。有的研究显示肿瘤细胞对 LDIR 诱导的适应性反应具有抗性，而有的研究则表明其与正常细胞的反应模式不同。这些争议和未知，促使科学家们不断探索，希望能揭开低剂量辐射影响细胞的神秘面纱。

为了解开这些谜团，来自埃及的研究人员（Al-Azhar University 的 Biophysics lab、Physics Department 以及 National Center for Radiation Research and Technology 的 Radiation Physics Department）开展了一项极具意义的研究。他们以人肺癌细胞系 A549 和人正常肺成纤维细胞系 WI-38 为研究对象，探究了暴露于电离辐射且有无 0.5 Gy 预处理剂量时细胞的反应。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为辐射生物学领域提供了重要的新见解。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们通过彗星实验（comet assay）定量评估 DNA 损伤；利用流式细胞术（flow cytometry）分析细胞凋亡和细胞周期；借助荧光显微镜（fluorescence microscopy）观察细胞的核形态以判断是否发生有丝分裂灾难（mitotic catastrophe）；采用实时定量 PCR（real-time quantitative PCR）检测相关基因的表达水平。这些技术手段相互配合，为研究提供了有力的支持。

研究结果显示：

1. 0.5 Gy 预处理赋予 WI-38 细胞抗 DNA 损伤能力：彗星实验结果表明，单独使用 2 Gy 的挑战剂量会使 WI-38 细胞的尾矩（tail moment，衡量 DNA 损伤程度的指标，是尾 DNA 与尾长的乘积）增加，而先用 0.5 Gy 预处理再给予 2 Gy 挑战剂量时，尾矩增加的幅度明显减小。从细胞分类来看，单独使用挑战剂量时，45% 的彗星尾矩值表明细胞受损，其中 20% 为凋亡细胞；而预处理加挑战剂量组中，受损细胞占比为 33%，凋亡细胞仅占 5%。这充分说明 0.5 Gy 的预处理能有效保护肺成纤维细胞免受后续 2 Gy 剂量辐射导致的 DNA 损伤。
2. 0.5 Gy 预处理缓解挑战剂量诱导的细胞周期阻滞和凋亡：在细胞周期方面，未照射的对照组中，WI-38 细胞的细胞周期分布为 12% 处于 G₀/G₁期，4% 处于 S 期，84% 处于 G₂/M 期。受到 2 Gy 高剂量照射后，细胞停留在 G₁期，难以进入 S 期，G₀/G₁期细胞占比高达 99%。但经过 0.5 Gy 预处理后，这种 G₁期的细胞周期阻滞得到缓解，部分细胞能够进入 S 期，此时 G₀/G₁:S:G₂/M 期的比例变为 93%:5%:2%。同时，预处理组的细胞凋亡率也显著低于单独挑战剂量组。这表明 0.5 Gy 预处理能够部分逆转挑战剂量诱导的 G₀/G₁期阻滞和细胞凋亡。
3. 0.5 Gy 预处理减轻后续 2 Gy 照射诱导的晚期细胞死亡：有丝分裂灾难是一种延迟性细胞死亡，通常发生在照射后 2 - 6 天。研究发现，单独使用 2 Gy 挑战剂量时，12% 的细胞发生有丝分裂灾难；而经过 0.5 Gy 预处理后，这一比例降至 7%。这说明 0.5 Gy 预处理能明显减轻后续 2 Gy 照射诱导的晚期细胞死亡。
4. 0.5 Gy 辐射诱导正常成纤维细胞产生保护作用的分子机制：在分子机制层面，0.5 Gy 的低剂量照射显著增加了 WI-38 细胞中 HMOX1 的 mRNA 表达。HMOX1 编码的血红素加氧酶 1（HO-1）具有细胞保护作用，它在受到应激时会转移到细胞核，与其他蛋白质相互作用，调节抗氧化和细胞保护基因的转录。同时，2 Gy 的 γ 射线会降低细胞内重要抗氧化剂超氧化物歧化酶（SOD）的水平，但 0.5 Gy 预处理加 2 Gy 照射的细胞中 SOD 水平明显高于仅接受 2 Gy 照射的细胞。在细胞凋亡方面，0.5 Gy 照射会增加抗凋亡蛋白 Bcl-2 的水平，同时降低促炎细胞因子 IL-1β 和 TNF-α 的释放。这些变化使得 WI-38 细胞对 2 Gy 挑战剂量诱导的细胞凋亡产生抗性。
5. 0.5 Gy 预处理保护肺癌细胞（A549）免受后续 2 Gy 照射诱导的凋亡：对于 A549 细胞，先前的研究结果并不一致。而本研究发现，预先用 0.5 Gy “预处理” 再接受 2 Gy 照射的 A549 细胞，其凋亡率明显低于仅接受 2 Gy 照射的细胞。从分子机制来看，0.5 Gy 预处理显著增加了 A549 细胞中 HMOX1、SOD 和 Bcl-2 的 mRNA 表达，同时显著降低了 IL-1β 和 TNF-α 的释放。这表明 0.5 Gy 预处理能保护肺癌细胞免受后续 2 Gy 照射诱导的凋亡。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：0.5 Gy 的预处理剂量能够诱导正常肺细胞和肺癌细胞对后续高剂量 γ 射线产生适应性反应。这种适应性反应的机制主要涉及对 HO-1/Nrf2 通路（该通路参与抗氧化物质的产生，减轻细胞因高剂量辐射产生的活性氧损伤）和细胞凋亡通路的调节。这一研究成果不仅为辐射生物学领域的理论研究提供了重要依据，也为临床放射治疗提供了新的思考方向。然而，正常细胞和癌细胞在这种预处理下都表现出一定的抗性，这也给低剂量电离辐射在癌症治疗中的临床应用带来了挑战，未来还需要进一步深入研究，以寻找更有效的策略来平衡正常细胞保护和癌细胞杀伤之间的关系。