中国辐射卫生  2000, Vol. 9 Issue (2): 68-69  DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2000.02.003

引用本文 

杨业鹏, 阮明, 刘景院, 洪敏, 芦春林. γ射线和高热对胚胎脑发育的单独及联合作用[J]. 中国辐射卫生, 2000, 9(2): 68-69. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2000.02.003.
YANG Yepeng, RUAN Ming, LIU jingyuan, et al. The individual and combined effects of γ rays and hyperthermia on the development of embryonic brains[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2000, 9(2): 68-69. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2000.02.003.

文章历史

收稿日期：1999-09-28
修回日期：1999-12-22
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γ射线和高热对胚胎脑发育的单独及联合作用
杨业鹏 , 阮明 1, 刘景院 2, 洪敏 1, 芦春林 1     
北京医科大学放射医学基础教研室, 北京 100083
收稿日期：1999-09-28；修回日期：1999-12-22
作者简介：杨业鹏(1955~), 男, 河北阜城县人, 硕士, 副教授, 主攻研究方向:医用辐射生物效应与机制的研究.
1 北京医科大学公共卫生学院
摘要：目的 探讨γ射线和高热单独及联合暴露对胚胎脑发育的影响方法 对孕9d小鼠给予1.0Gy 60Co-γ射线照射或/和42℃ 10min高热处理, 孕18d剖腹取胎, 观察胎鼠外观, 测定胎鼠脑重、全脑细胞数、脑组织核酸及蛋白质含量和作为胆碱能神经元标志的脑组织乙酰胆碱脂酶(AChE)活力。结果 各组胎鼠均无神经管畸形发生; 与对照组比较, 单纯照射组各指标均显著降低, 单纯高热组全脑细胞数和AChE活力显著降低; 先高热处理, 4h后再照射, 脑组织AChE活力显著高于单纯照射组; 先照射, 后高热处理, 各指标与单纯照射组无显著差异。结论 42℃ 10min高热处理对鼠胚胎脑发育的影响远小于1.0Gyγ照射; 预先给予高热处理可诱导胚胎对随后给予的γ辐射产生交叉适应性反应; 先照射, 后高热处理, 两因素未呈现明显相加或协同作用。
关键词：电离辐射    辐射效应    高热    适应性反应    胚胎脑发育    
The individual and combined effects of γ rays and hyperthermia on the development of embryonic brains
YANG Yepeng , RUAN Ming 1, LIU jingyuan 2 , et al     
Department of Radiation Medicine, Beijing Medical University, Beijing 100083
Abstract: Objective To observe the individual and combined effects of exposure to γ rays and hyperthermia on the development of embryonic brains. Methods the pregnant LACA mice were exposed to 1.0 Gy 60Co-γ rays, 42℃ hyperthermia for 10minutes or the two treatments combined together on day 9 of pregnancy.The females were sacrificed on day 18 of pregnancy and the fetuses were gained by cesarean section.The appearance of fetuses was observed and, then, the weight of fetal brains, the cell number of whole brains, the contents of nucleic acid and protein in brain tissue and the activity of acetylcholine esterase (AChE) in brain tissue as a marker for cholinergic neurons were determined. Results Nervous tube defects did not occur in all groups.Compared with the control group, all the indices determined significantly declined in the radiation group while the cell number of whole brains and the AChE activity in brain tissue significantly decreased in the hyperthermia group.In the group of hyperthermia in advance, 4 hours later, followed by exposure to radiation, the AChE activity in brain tissue was significantly higher than the single radiation group.In the group of prior radiation exposure, 4 hours later, followed by hyperthermia, all the indices did not present significant difference from the single radiation group. Conclusion The effects of 42℃ hyperthermia for 10 minutes on the development of mouse embryo's brains are much weaker than 1.0 Gy γ radiation.It seems that the hyperthermia in advance can induce mouse fetuses to produce the cross adaptability to the following exposure to radiation.Exposure to γ radiation followed by hyperthermia does not present an additive action or a synergistic action.
Key words: Ionizing radiation    Radiation effects    Hyperthermia    Adaptive response    Embryo brain development    

妇女妊娠早期因高热进行X射线检查时, 或在特殊的职业环境中, 有可能受到低剂量电离辐射和高热的共同作用。既往研究表明, 妇女孕早期受电离辐射照射可导致胚胎脑形态畸形、发育障碍及出生后智力低下、行为异常等; 高热可造成动物胚胎脑组织发育不良, 脑重下降, 甚至出现小头、小眼、露脑等畸形, 对人可能也具有致畸性〔1〕。但关于二者联合暴露对胚胎脑发育的影响, 国内外报道较少, 值得深入研究。本研究以小鼠为实验对象, 探讨了孕早期γ射线和高热暴露对胚胎脑发育的单独及联合作用。

1 材料与方法 1.1 材料

健康性成熟LACA小鼠, 雌30g~ 35g, 雄40g~ 45g, 由北京医科大学动物部提供。60Co-γ辐射源由北京医科大学钴源室提供, 剂量率28.11cGy/min。

1.2 动物准备、分组及处理

按致畸实验常规交配动物, 雌雄2 : 1合笼过夜, 次日晨查阴栓, 发现阴栓者为孕0天。孕鼠64只随机分为6组, 于孕9d分别给予相应处理。空白对照组:不作处理; 37℃对照组:以KDx2型热敏电偶插入孕鼠肛门, 置37.0℃±0.5 ℃水浴中, 使肛温保持在37.0℃±0.5℃范围内, 持续时间同单纯高热组孕鼠在水中滞留的平均时间; 单纯高热组:置孕鼠于42.0 ℃±0.5℃水浴中, 使肛温达42.0℃±0.5℃, 持续10min; 单纯照射组:以1.0Gy60Co-γ射线对孕鼠进行一次性全身照射, 剂量率28.11cGy/min; 高热加照射组:先行42.0℃ 10min高热处理, 4h后给1.0Gyγ射线照射; 照射加高热组:先行1.0Gyγ射线照射, 4h后给42.0℃10min高热处理。

1.3 脑发育指标测定

孕18d处死母鼠, 剖腹取胎, 观察胎鼠处观有无露脑、无脑、脊柱裂等神经管畸形。每窝按规则随机取雌雄活胎各1只, 完整剥离全脑, 称脑重。而后, 一半胎鼠脑用于全脑细胞计数, 其方法依据Flint〔2〕制备胚胎脑单细胞悬液的技术, 经试验摸索而建立。全脑剪碎后, 用0.25%胰蛋白酶无钙、镁平衡盐溶液于37℃消化20min, 至组织块完全消失。再加平衡盐溶液稀释, 用孔径50μm尼龙网滤过细胞。2000rpm, 离心10min后, 去上清, 以平衡盐溶液悬起, 血细胞计数板计数, 得出全脑细胞数。另一半胎鼠脑以0.1mol/L磷酸缓冲液(pH8.0)磨成匀浆, 采用二硫双硝基苯甲酸(DTNB)法和二苯胺法、5 -甲基间苯二酚法、Lowry' s法分别测定脑组织乙酰胆碱脂酶(AChE)活力和DNA、RNA、蛋白质含量。

2 结果

实验结果(见表 1、表 2、表 3、表 4)表明, 37℃对照组各项指标均与空白对照组无显著性差异。单纯照射组各项指标均较空白对照组显著降低, 说明孕早期受1.0Gyγ照射对胚胎脑发育具有明显的阻碍作用。单纯高热组全脑细胞数和AChE活力较37 ℃对照组显著降低, 单位质量脑组织的细胞数和AChE活力也显著降低, 余未见显著性差异, 说明42℃10min高热对胚胎脑发育也具有一定的阻碍作用, 但其影响远小于1.0Gyγ照射。先高热处理后照射组, 脑重、全脑细胞数较单纯高热组显著下降, 较单纯照射组反而略有增高, 只是未显示出显著性差异; 脑组织中DNA、RNA和蛋白质含量与单纯高热组和单纯照射组比较, 虽然均未呈现显著性差异, 但也显示出较单纯照射组增高的趋势; 而AChE活力则较单纯照射组显著增高, 与单纯高热组无差异。该结果表明, 先行高热处理后给γ照射, 两因素不但不会表现为相加或协同作用, 反而会减轻后给予的γ照射对胚胎脑发育的影响, 提示预先给予的高热处理可以诱导胚胎对随后给予的γ照射产生交叉适应性反应。先照射后高热处理组, 除脑组织蛋白质含量外, 其余各项指标均较单纯高热组显著降低, 而与单纯照射组无显著差异, 说明先照射后高热处理, 两因素对胚胎脑发育也未呈现明显相加或协同作用。

表 1 γ射线或/和高热对胎鼠脑重的影响

表 2 γ射线或/和高热对胎鼠脑细胞数量的影响

表 3 γ射线或/和高热对胎鼠脑组织AChE活力的影响

表 4 γ射线或/和高热对胎鼠脑组织核酸及蛋白质含量的影响
3 讨论

本研究结果表明, 脑组织AChE活力检测和全脑细胞计数是深入反映胚胎脑发育的敏感指标, 在脑重及脑组织中核酸、蛋白质含量无明显改变时, 即可表现出显著性差异。脑组织AChE活力是脑内胆碱能神经元的生化标志〔3〕, 代表脑组织中胆碱能神经元的数量和功能, 该指标反应灵敏, 与神经元细胞在脑内各种组织和神经细胞中对辐射和高热等有害因素最为敏感有关。本研究依据国外文献中制备脑单细胞悬液的技术, 经试验摸索而建立的全脑细胞计数方法, 较常用的制备脑组织病理切片, 观察脑组织中某个部位细胞数量改变的方法简便易行, 不必考虑切片部位、切片厚度等因素对计数结果所产生的影响, 且可以反映全脑细胞数量的改变进而反映整个脑组织的发育情况。

本研究高热处理选用42 ℃、10min, γ照射选用1.0Gy, 旨在以一个中等强度的高热刺激诱导小鼠胚胎产生适应性, 而以一个较强的辐射攻击来显示高热—γ射线之间是否存在交叉适应性反应。研究结果揭示, 孕早期母鼠经42 ℃、10min高热预处理, 可使胚胎对随后给予的γ辐射产生耐受, 表现为在某些指标上显著减轻γ射线对胚胎脑发育的阻碍作用。这在胚胎水平上证实了高热和γ射线之间交叉适应性反应的存在, 并与国内外某些相关报道相一致。国内蔡露等〔4〕的淋巴细胞体外培养实验结果表明, 41℃、1h高热预处理, 可以降低其后给予的X射线的致染色体畸变效应。国外Kimmel等〔5〕对孕10d大鼠胚胎整体及离体给予42 ℃5、10、15min的高热处理, 观察到了70KD和90KD应激蛋白合成的显著增强。Carolyn等〔6〕的小鼠胚胎离体培养实验结果表明, 胚胎经43 ℃、5min高热预处理, 可对后来的更强的高热暴露形成耐受, 并对致畸剂量的镉暴露产生交叉适应性反应。近来的研究证实〔7〕, 高热可诱导机体细胞产生热休克蛋白, 并认为热休克蛋白很可能在降低细胞损伤并对后来的高热或其他暴露因素形成适应性反应方面发挥重要作用。但也有人认为高热导致适应性反应产生的原因是由于高热诱导机体免疫功能增强或激活了DNA修复酶系所引起。这种作用因素间适应性反应和交叉适应性反应存在的广泛性及其确切机理, 有待于进一步深入探讨。

参考文献
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Nover L, Scharf KD. Heat stress proteins and transcription factors[J]. Cell. Mol. Life Sci., 1997, 53: 80-103. DOI:10.1007/PL00000583