2. 山东省医科院放射医学研究所
细胞因子是由机体细胞合成和分泌的一类小分子多肽的统称, 它们具多种生物学活性, 如调节机体免疫、神经和内分泌功能, 参与炎症发生、促进创伤愈合及造血调控等。近几年随着越来越多的细胞因子被发现, 以及对细胞因子的研究越来越深入, 有些细胞因子在辐射损伤的预防和治疗中取得了令人瞩目的成就, 尤其是在有些细胞因子在促进造血功能以及免疫功能的重建中显示出显著的作用。现将GM-CSF(粒-单核细胞集落刺激因子)、IL-11(白介素-11)、TPO(促血小板生成素)等几种细胞因子在辐射损伤防治中的作用一一分述。
1 GM-CSFGM-CSF是较早发现的一种造血生长因子, 在某些刺激条件下可由多种细胞合成分泌, 能够刺激骨髓造血祖细胞增殖和分化, 刺激中性、嗜酸性粒细胞及巨噬细胞增殖和成熟, 也可以促进巨核细胞生长, 对红细胞生长有辅助调节作用。GM-CSF水平在辐射后动物体内发生明显的变化, 对辐射损伤后造血的恢复具有很好的治疗效果。
1.1 辐射后GM-CSF的变化Chang CM等(1995)研究证明, 用7.75 Gy γ射线照射后B6D2F1雌性小鼠骨髓中的GM-CSFmRNA水平从照射后2 d开始增高持续到照射后第10天, 脾脏内GM-CSF mRNA水平在照射后4 ~ 10 d亦显著增高(P < 0.05);但是骨髓和脾脏内以及血清中的GM-CSF蛋白水平同样没有增加。这表明照射后GM-CSF mRNA的变化并不与其蛋白的变化相一致。Chang CM等研究还发现单纯7.0 Gy照射小鼠后GMCSF mRNA与未照射组相比增加明显, 在照射后第3天达高峰, 第10天仍高于对照组[1]。Escribano S等研究表明, 5 Gy射线(1.03 Gy/min)照射后, 小鼠GM-CSF在骨髓细胞中的表达增加, 其对成熟中性粒细胞的代谢功能有重要作用, 可能在一定程度上抑制照射引起的中性粒细胞调亡[2]。Fedorocko P等观察了小鼠受9.0 Gy射线照射后脾脏、骨髓、胸腺、淋巴结条件培养液的CSA(集落形成能力), 结果显示, 照射后脾脏、骨髓、胸腺、淋巴结条件液的CSA明显增加(P < 0.01)[3]。由此可见, 照射后GM-CSF的变化规律为机体组织和体液中GM-CSF mRNA水平增高而且有一定的剂量、时间关系, 但是蛋白水平却并不与mRNA水平相平行。
1.2 GM-CSF与辐射损伤的防治研究发现, GM-CSF对γ射线引起的辐射损伤具有显著的保护效应, 在照射前20h或照射后立即使用, 并持续15 d, 均可延长动物的生存期[4, 5]。Nothdurft W等观察了11.7 Gy照射犬头盖骨后应用rhGM-CSF(重组人粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子)促进造血恢复情况, 在照射后24 h起每日注射rhGM-CSF 30 mg/kg, 共应用7 d, 结果显示, rhGM-CSF的应用虽然没能完全阻止粒细胞下降, 但是在照射后第9天粒细胞开始恢复, 但是一直延续到第15天仍没有完全恢复[6]。Nothdurft W等还研究了2.4 Gy全身照射犬后rhGM-CSF促进造血恢复的情况。结果表明, 照射组rhGM-CSF的应用减轻了中性粒细胞减少的程度, 缩短了中性粒细胞减少的持续时间, 但是对单核细胞和淋巴细胞的恢复没有影响[7]。
2 IL-11IL-11是由纤维细胞、上皮细胞和软骨细胞等基质细胞受刺激产生的。自从1990年克隆IL-11(白介素11)c D N A以来, 对IL-11的分子生物学研究取得了很大进展, 同时其在辐射损伤的防治方面也起到一定的作用, IL-11主要对机体的造血系统、肠上皮组织以及免疫系统产生作用。
2.1 IL-11对机体造血系统的影响IL-11为重要的造血调节因子, 刺激巨核系、红系和粒系造血。Nash RA等研究表明, 5只Beagle犬受200 cGy 60Co全身照射, 照后2 h内皮下注射rh IL-11, 结果用药组血小板数恢复加快[8]。接受卡铂治疗的Lewis肺癌小鼠在肿瘤受到抑制的同时出现血小板减少, 应用IL-11治疗后, 成功阻止血小板减少并且不影响卡铂的抗肿瘤活性[9]。MMC(丝裂霉素2)诱导的骨髓抑制小鼠, 接爱IL-11治疗后, 显著改善血小板减少的程度和持续时间, 并促进血小板和中性粒细胞的恢复[10]。临床应用结果显示, rh IL-11能显著减少造血受抑制肿瘤患者的血小板输注率, 缩短血小板恢复的时间。
2.2 IL-11对肠上皮组织具有保护作用肠粘膜上皮组织对辐射较敏感, 因此保护肠粘膜上皮细胞是抗辐射损伤的重要内容。研究发现rh IL-11对受照小鼠小肠隐窝干细胞具保护作用。给予rh IL-11后小鼠肠隐窝存活数明显增多。照前和照后连续给药对肠隐窝也有一定保护作用。rh IL-11可明显增加多次5-FU处理过的小鼠小肠陷窝存活数, 同时能使12 Gy137Cs照射剂量下小鼠存活延长3~ 4 d, 提示保护隐窝中干细胞有助于整体动物的存活[11]。研究表明rh IL-11能部分抑制隐窝细胞的调亡, 同时能增加其有丝分裂的频率[12]。在体外, rh IL-11可延迟肠上皮细胞进入S期, 同时抑制Rb蛋白磷酸化, 提示rh IL- 11可能通过抑制Rb蛋白磷酸化, 诱导肠上皮干细胞短暂生长停滞, 从而减轻辐射对肠粘膜造成的损伤[13]。
2.3 IL-11对免疫系统的作用rh IL-11能使受200 c Gy X射线照射小鼠胸腺和脾脏细胞恢复功能。但如小鼠受300 c Gy剂量照射, rh IL-11对胸腺的作用不明显。rh IL-11刺激浆细胞增殖和分化, 促使B淋巴细胞分泌抗体, 但此作用依赖于CD4+T淋巴细胞和单核细胞。IL-6的单克隆抗体仅能部分阻断rh IL-11对B淋巴细胞的作用, 说明这一作用不是主要通过CD4 +T淋巴细胞和单核细胞产生的IL-6[14]。
3 TPOTPO是巨核系造血的主要刺激因子。近年的研究表明, TPO与造血干细胞之间存在密切联系。TPO可促进辐射损伤后的造血重建, 有可能解决急性放射病中血小板恢复滞后的问题。
3.1 辐射后TPO的变化Mouthon等用20 Gy对小鼠肝区的70%进行局部照射, 结果, 骨髓造血祖细胞和巨核细胞数增加, 外周血血小板和中性粒细胞数增加, 照后14 d达高峰, 血清TPO浓度于照后5h即见升高, 至照后14d仍高于正常水平[15]。Cohen-Solal等对小鼠进行9.5 Gy全身照射, 照后第2天血小板开始下降, 第8 d达最低值, 照后血清TPO活性明显升高, 而肝、肾细胞TPOmRNA水平与对照组无明显差别[16]。
3.2 TPO对辐射损伤防治的作用急性放射病实验治疗研究证实, TPO可促进巨核细胞、血小板系统的恢复, 提高外周血血小板的数量, 在出血的防治方面起到关键的作用。
Kaushansky等给小鼠腹腔注射卡铂(carboplatin)1.2 mg同时进行3.5 ~ 5 Gy全身照射, 照后不同时间给予TPO治疗, 与对照组相比, 外周血血小板数和红细胞数提前10 ~ 14 d恢复, 白细胞提前1~ 2 d恢复[17]。Neelis等对恒河猴进行5 Gy全身照射, 诱发了为期三周的全血细胞减少期, 每天皮下注射TPO, 连续21 d, 结果促进血小板和网织红细胞的恢复, 血小板最低值变得不明显, 较快恢复正常, 与对照组相比, 治疗组不再需要血小板输注, 血红蛋白值迅速变得稳定[18]。Neelis等对6 Gy照射小鼠照后0 ~ 4 h内腹腔注射TPO12 μg/kg, 结果可明显阻止严重血小板减少症的发生, 同时促进白细胞和红细胞的恢复, 在照后0 ~ 4 h范围内, 随着给药与照射时间间隔的延长, 疗效逐渐降低, 对造血的刺激作用由多系渐转向巨核系为主[19]。
4 细胞因子组合在辐射损伤防治中的应用细胞因子在辐射防护过程中具有协同作用, 成为辐射损伤防治中的热点。例如, 低剂量IL-1、TNF和SCF单独应用对辐射无防护作用, 若将低剂量IL-1、TNF和SCF合用, 则具有显著的放射防护作用。IL-11与TPO合用时, 10 Gy137Cs γ射线照射小鼠的存活率明显高于IL-11或TPO单用。这一结果说明, IL-11和TPO在刺激造血方面有协同作用[20]。在500 c Gy剂量条件下, rh IL- 11与rh IL-3作用能使受照小鼠胸腺和脾脏的细胞数和有丝分裂反应显著恢复。结果表明, rh IL-11与rh IL-3协同作用拮抗亚致死剂量X射线对B淋巴细胞的损伤作用。而给予rh IL-11与rh IL-3后, 受照射小鼠Bcl-2mRNA的表达无明显变化, 提示不通过抑制辐射诱导的细胞调亡起作用[21]。在5Gy X射线全身照射后骨髓抑制模型中, 与单独应用TPO相比, GM-CSF/TPO的应用明显促进血小板、红细胞和中性粒细胞的恢复。提示GM-CSF/ TPO对造血的作用可能与其他因子的协同作用有关。Farese等比较了rMGDF、PEG-rMGDF和PEG-rMGDF +rhG-CSF(重组人粒细胞集落刺激因子)联合应用对7 G y全身照射恒河猴的治疗作用:以照后血小板数低于每微升20 000定为血小板减少, 对照组血小板最低值为每微升4 000, 三种治疗方案分别使照后血小板减少时间从12.2 d缩短至0.25 d、0 d和0.5 d, 血小板的最低值分别增至每微升28 000、43 000和30 000, 三种治疗方案均可促进中性粒细胞恢复, 与单用rhG-CSF组比较, PEG-rMGDF +rhG-CSF联合治疗组照后中性粒细胞减少时间有所改善[22]。集落刺激因子GCSF或GM-CSF与造血辅助因子如IL-3、IL-6、IL-18、IL-11等同时应用, 可以促进受照小鼠外周血细胞的恢复, 促进脾脏内源性脾结节的形成, 骨髓细胞含量的增加和促进骨髓细胞粒巨核系造血集落的形成, 提高受照小鼠的生存率[23]。
5 展望随着新的细胞因子的发现以及分子生物学技术的飞速发展, 用于辐射损伤防治的细胞因子将会越来越多, 而且其用于辐射损伤防治的作用机理也将研究得越来越清楚。另外, 研究细胞因子的组合用于辐射损伤的防护和治疗, 也是目前研究的热点。
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