放疗是目前肿瘤治疗最常用且有效的方法之一，约50%的肿瘤患者在治疗过程中需要接受放疗^[1]。然而放疗在杀死肿瘤细胞的同时也导致正常组织细胞辐射损伤而使其应用受到明显限制。研究人员尝试多种方法保护正常组织免受辐射损伤，理想的辐射防护剂只增加正常组织的辐射抗性，而不影响肿瘤细胞。目前主要的辐射防护途径有：① 通过增强组织清除自由基的能力抑制辐射对组织的损伤；② 应用生长因子促进细胞增殖；③ 基因治疗，即通过转入外源基因的表达来预防或修复辐射损伤。以上方法从不同角度保护机体免受或减轻辐射损伤以维持正常组织的功能，是辐射损伤的重要防护手段。

辐射防护基因治疗因作用靶向性强、细胞毒性小、不良反应少等优势引起了科学家们极大的兴趣，其可通过固有转基因载体或基因定点整合将特定外源基因插入靶细胞或组织，提供一个额外的保护作用，从而减轻组织损伤，如通过转入抗氧化的基因增强对自由基的清除能力，通过转入辐射抗性基因提高正常组织辐射抵抗能力等。虽然辐射防护基因治疗有诸多优势，但要达到显著的防护效果，载体的选择至关重要，必须能够高效地将目的基因导入正常组织并在特定时间表达相应产物且发挥防护作用，这给辐射防护基因治疗带来了挑战。目前，质粒脂质体和腺病毒载体是具有前景的辐射防护载体系统。质粒脂质体聚合物已被研发并显示出对特定组织的靶向性潜力^[2]；腺病毒载体能够靶向性地针对多种正常组织细胞，在基因治疗载体系统中具有很大优势。因此，人们能够利用高效的载体系统将辐射防护基因转入靶组织使其发挥辐射防护作用，从而降低组织细胞辐射损伤，现将主要的辐射防护基因进行分析。

1 超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）

SOD是生物体内重要的抗氧化酶，是清除自由基的首要物质，能够催化过氧化物（O₂^-）转化为H₂O₂和O₂，从而减轻辐射损伤。在肺部，MnSOD疗法可减轻肺泡炎症，减少受照肺细胞凋亡，降低炎性细胞因子如IL-1、TNF-α和转化生长因子β的表达^[3]。SOD基因疗法对造血组织也有辐射防护作用，能降低辐射使造血功能受抑制而导致的死亡^[4]；小鼠骨髓细胞32Dcl3的体外实验研究表明，MnSOD基因治疗能减少照射后细胞的凋亡和TNF-α的产生^[5]。以上研究表明，SOD家族特别是MnSOD基因治疗，是一种阻止细胞辐射损伤的可行方法，其疗效可通过体重、存活率、细胞凋亡等临床及病理指标检测。然而，由于SOD基因对转基因载体的特异性要求极高，导致直接注射SOD载体或在局部位置实现SOD的特异性基因表达受到限制。为了使SOD基因对其他组织也发挥辐射防护作用，研发靶向明确的特异性转基因载体尤为重要。

2 热休克蛋白25（heat shock protein 25，HSP25）

HSP是一组高度保守的分子伴侣，在先天免疫和后天免疫中发挥着重要作用^[6]。近年研究显示，HSP25可以保护机体免受放疗和化疗的损害。Lee等^[7]直接将表达HSP25蛋白的腺病毒载体注射至小鼠下颌下腺，然后给予局部17.5 Gy的辐照处理，发现转基因小鼠局部细胞凋亡减少；将HSP25注射至小鼠的尾静脉，研究其对骨髓细胞辐射抗性的影响，结果发现HSP25蛋白大部分在骨髓细胞中表达，辐照后所有小鼠的红细胞、白细胞、血小板减少，但是转基因小鼠恢复得更快，这可能与半胱天冬酶活性降低导致细胞凋亡减少有关，且HSP25保护的细胞多数是c-kit阳性的（干细胞标记物）细胞，表明HSP25可能通过阻止造血干细胞凋亡从而对骨髓细胞起辐射防护作用^[8]。

3 锌指转录因子2（snail family zinc finger 2，Snail2）

Snail2是Slug/Snail转录因子家族成员之一，具有抑制辐射诱导细胞凋亡功能，它阻断p53上调凋亡调控因子的表达，通过线粒体途径抑制细胞凋亡，成为辐射防护基因治疗的候选基因之一。Maier等^[9]构建慢病毒载体将Snail2基因转染离体TK6细胞，结果发现Snail2可通过减少细胞凋亡和降低凋亡调控因子的表达显著提高照射后细胞的生存率。Snail2抑制细胞凋亡对多种组织有辐射防护作用，但其可诱导上皮细胞向间质细胞转变，促进肿瘤侵袭转移^[10]。其主要机制是通过结合E-cadherin启动子，抑制E-cadherin的转录激活，下调其表达，导致细胞失去上皮极性，使细胞间黏附能力下降，从而促进肿瘤细胞的侵袭转移^[11]。因其可促进肿瘤细胞迁移，故需要更加深入的研究，努力寻找靶标单一的转基因载体防止其在肿瘤细胞中表达，从而既能保护正常组织免受辐射损伤又减少肿瘤细胞迁移的不良作用，达到辐射防护的目的。

4 多药耐药基因1（multi drug resistance gene 1，MDR1）

MDR1是表达P-糖蛋白（P-gp）的基因，在人类许多肿瘤组织中广泛表达，且对多种化疗药物都具有很强的耐药性。能否将MDR1抑制细胞凋亡的能力应用于正常组织细胞使其发挥辐射保护作用引起了研究人员的广泛兴趣。Maier等^[12]利用逆转录病毒载体将MDR1基因转染TK6细胞，结果发现，促凋亡基因半胱天冬酶1、半胱天冬酶4和NALP7的表达均下调，而具有潜在抗凋亡功能的AKT丝氨酸/苏氨酸激酶3基因表达上调，照射后也存在此变化。受到1~4 Gy辐照后，转染了MDR1基因的细胞凋亡减少，生存率提高。将MDR1基因转染CD34阳性的造血干细胞，48 h后进行0~8 Gy γ射线照射，随着照射剂量的增大，转染MDR1基因的细胞存活率提高，表明MDR1基因对造血干细胞有辐射防护功能^[13]。MDR1基因未来的应用取决于基因靶向治疗的进展，如果能找到既准确将MDR1基因转入正常组织，又不对肿瘤细胞的辐射敏感性产生影响的载体，其今后的研究意义和临床应用将步入新阶段。

5 R-脊椎蛋白1（roof plate-specific spondin 1，R-spondin1）

R-spondin1是一种可以增强Wnt/β-catenin通路的分泌型蛋白^[14]，在转基因小鼠中表达R-spondin1对口腔黏膜辐照模型具有防护作用^[15]。Bhanja等^[16]用表达R-spondin1的腺病毒载体转染模型小鼠，研究分析R-spondin1对小鼠的辐射防护作用，在致死剂量（10.4 Gy）全身照射前进行转染能够提高小鼠的平均生存时间，更好地维持体重和良好的大便。此结果可能与肠道正常组织标志物如隐窝细胞增殖有关，R-spondin1能够降低隐窝细胞凋亡，并增加隐窝菌落。R-spondin1并不增加肿瘤组织放疗或化疗耐药性，其转基因治疗是一种很有研究价值的辐射防护新方法。

6 促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）

EPO是肾上腺皮质生成的一种糖蛋白，人体缺氧时，此激素生成增加，作用于红细胞前体细胞，对红细胞的成熟与增生有重要作用。在急性辐射损伤心肺肾再灌注过程中起保护作用^[17-18]。Rocha等^[19]构建了EPO的腺病毒载体并将其转入到照射致干眼综合征小鼠模型中（通过导管注入到小鼠的下颌下腺中），结果发现转基因小鼠能分泌更多的泪液，这是对角膜上皮细胞的一种保护措施，小鼠泪腺中炎性刺激因子IL-1、TNF-α、细胞间黏附分子1和氧化应激因子的表达没有显著变化。但转基因实验组小鼠血管内皮刺激因子受体增加，这可能涉及到另一种新的保护机制，有待进一步研究。

7 肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）

辐射会引起造血干细胞及祖细胞的损伤及凋亡，从而造成严重的贫血、出血及感染。HGF在造血干细胞及祖细胞的再生，促进细胞分裂方面发挥着至关重要的作用^[20]。研究人员对HGF作为组织的辐射防护剂进行了很多实验研究，Hu等^[21]构建腺病毒载体将HGF表达至一个放射性心脏病大鼠模型（20 Gy局部辐照大鼠心脏）中，研究发现转染组大鼠心肌血清HGF水平明显上升，心脏局部灌注增多，心肌纤维化减少，心脏左室收缩功能得到维持。Li等^[22]通过实验检测小鼠全身辐照后HGF的表达对骨髓是否有防护作用，结果表明，实验组小鼠血清HGF水平有显著升高，红白细胞计数明显增加，EPO和IL-6水平升高，促进细胞集落形成。HGF重组腺病毒可预防辐射引起的骨髓衰竭和提高生存率。

8 耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans，D. radiodurans）pprI基因

D. radiodurans是一种具有极强辐射抗性的原核生物，能在指数生长期耐受12~20 kGy的电离辐射和800 J/m2的紫外照射^[23]，辐射剂量是多数脊椎动物的3000多倍^[24]。pprI是D. radiodurans修复DNA损伤、发挥辐射抗性的关键基因，它可以调节D. radiodurans的抗氧化、基因表达和代谢等能力，增强菌株的电离辐射抗性。Dong等^[25]研究发现将pprI基因转染至乳酸杆菌中，可提高其对紫外线、过氧化氢、NaCl、乳酸的耐受性并提高乳酸的产量。将pprI质粒或蛋白以肌肉注射的方式注入动物体内，结果发现pprI基因可以在真核细胞中表达，瞬时转染pprI可以提高小鼠的辐射抗性，对动物急性致死性放射损伤具有明显的防治作用^[26-27]，但具体的临床应用途径和效果有待进一步研究验证。pprI及其他很多高效抗辐射基因的抗辐射机制尚未完全清楚，多基因协同抗辐射的研究也在进行中。pprI作为辐射防护治疗的候选基因，具有重要的研究价值。

综上所述，辐射防护基因治疗需要高效的转基因载体，如何实现转基因在活体内的靶向高效表达，是当前的一个难题。目前病毒载体的活体实验具有实用性，人们需要尝试多种方法使辐射防护基因在体内表达的高效性增加，从而发挥防护作用。

基因治疗是辐射防护方法中一种非常有前景的治疗方式，能够减轻放疗对正常组织细胞的辐射损伤，提高治愈率，以其靶向性、技术路线的多样性及多学科研究的交叉性受到全世界科学家们的广泛关注。目前发现的可供选择的基因较多，也有一定的动物模型实验研究基础，但目的基因表达效率的稳定性、不良反应、免疫排斥强弱、致瘤性概率大小等一系列问题还需要以分子遗传学、病毒学、免疫学、胚胎干细胞等研究为理论基础，进行更多的实用性研究以实现基因的高效靶向定位表达，使辐射防护基因治疗成为可能。

利益冲突 本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展，不涉及任何利益冲突。

作者贡献声明 杨奇、何淑雅负责论文命题的提出；杨奇负责论文的起草；马云负责文章写作过程中的修改；肖方竹负责论文审阅；杨奇、何淑雅负责论文最终版本修订。