CT多次扫描对BALB/C小鼠的损伤效应研究

【摘要】目前，人们对于高剂量辐射诱导的损伤效应（Injuryeffects）已有普遍共识，但低剂量电离辐射（LowDoseRadiation,LDR）产生有益效应(BeneficialEffect)还是损伤效应仍存有巨大争议。日本福岛核泄露事件产生的辐射高本底环境是否影响人类健康再次引起广泛关注，其焦点是致癌问题。LDR的有益效应包括适应性反应（AdaptiveResponse）和兴奋性效应（Hormesis），可能的损伤效应包括随机性效应(StochasticEffects)、确定性效应(DeterministicEffects)、旁效应(BystanderEffects)、基因组不稳定性(GenomicInstability)和遗传效应(HereditaryEffects)等。目前除高暴露人群流行病学资料（如日本原子弹爆炸幸存者）外，尚缺乏整体水平的生物学证据，即使是原爆幸存者数据也存在混杂因素而难以明确辐射诱导的生物效应。当前疾病诊断越来越依赖影像技术，尤其是计算机断层扫描（ComputetedTomography,CT）的应用已达X线检查的9%，辐射剂量达总医疗辐射剂量的40-67%，辐射剂量随CT升级仍有增加趋势。CT多次应用是否具有累积性效应或者致癌风险，其病理学基础是什么？已经成为放射生物学和辐射防护学关注的焦点。我们前期研究发现，在确保CT诊断图像质量情况下，从单排到320排CT，其不同脏器局部吸收剂量为10-50mGy，均属LDR范围。目前，超过70%的病人和91%影像医师低估了CT影像的辐射剂量，对CT诱导的确定性效应和随机性效应还缺乏了解。多次反复灌注和介入CT可引起皮肤损伤和带状脱发。而每年诊断出的癌症病例中，英国有0.6%、德国1.5%的患者是由X线检查所致，日本每年新增癌症患者中3.2%是由X线和CT诱发的。而美国每年约有29,000例CT扫描诱发的癌症病例。N-乙酰半胱酸（NAC)是一种的抗氧化剂，通过乙酰化变成L-半胱氨酸，最终转变成谷胱甘肽(GSH)。体内外实验证实：NAC作为一种辐射防护剂，能有效的减轻电离辐射引起的DNA损伤和内脏损害，还能降低LDR诱发的癌症风险。目的本研究通过动物实验观察急性、慢性CT扫描对小鼠造血系统和免疫系统的影响，以及NAC在慢性CT扫描中的辐射防护作用,旨在探索发现安全使用CT的最大无作用剂量和扫描次数，进而为临床影像医师合理使用CT扫描提供科学的参考。方法随机数字表法将小鼠分为急性CT照射组和慢性CT照射组。急性CT照射组包括对照组、1、2、4、6和8次CT扫描组。慢性CT照射组、NAC干预组和观察组均包括对照组、一天两次、一天一次、两天一次、四天一次、六天一次和八天一次CT扫描组。用64排螺旋CT（扫描骨盆模式）全身扫描各组小鼠，采用热释光技术（TLD）检测小鼠局部吸收剂量。流式细胞仪检测各照射组小鼠外周血淋巴和骨髓细胞的DNA损伤（γ-H2AX）、凋亡、自噬、细胞周期和外周血CD4+/CD8+水平变化。蛋白质印迹法（Westernblot）检测小鼠脾脏蛋白HSP-90和XRCC1表达水平变化；酶联免疫吸附试验（ELISA）检测脾脏中活性氧（Reactiveoxygenspecies，ROS）的表达水平。聚合酶链式反应-单链构象多态（PCR-SSCP）检测甲状腺组织中p53和K-Ras基因外显子突变情况。结果1.CT急性扫描对小鼠的血液系统和免疫系统的影响(1).CT急性全身扫描1h后小鼠外周血淋巴、骨髓细胞的DNA损伤和对照组相比，2～8次扫描均明显增加了小鼠外周血淋巴细胞的DNA损伤；在骨髓细胞中，4～8次扫描也增加了其DNA损伤（P<0.05）。(2).CT急性全身扫描24h后小鼠外周血淋巴、骨髓细胞的凋亡和对照组相比，4～8次扫描均增加小鼠外周血淋巴细胞凋亡水平；在骨髓细胞中，四次和八次CT扫描却降低了其凋亡水平（P<0.05）。(3).CT急性全身扫描24h后小鼠外周血淋巴、骨髓细胞的自噬和对照组相比，各照射组均未明显改变小鼠外周血淋巴细胞的自噬水平；在骨髓细胞中，1～8次CT扫描均增加了骨髓细胞自噬水平（P<0.05）。(4).CT急性全身扫描24h后小鼠骨髓细胞的周期进程变化。与对照组相比,1～6次CT扫描均未引起各组小鼠骨髓G0/G1、S和G2/M变化，八次CT扫描能显著增加小鼠骨髓细胞G0/G1期细胞百分率，降低S期百分率和增加G2/M百分率，提示八次CT扫描能诱导小鼠骨髓细胞G0/G1和G2/M期阻滞，同时发现其S期细胞明显减少，提示细胞增殖明显受到抑制（P<0.05）。(5).CT急性全身扫描24h后小鼠外周血淋巴细胞亚群变化与对照组相比，1～8次CT扫描均降低了小鼠外周血CD4+T细胞亚群的百分率；2～6次CT扫描降低小鼠外周血CD8+T细胞亚群的百分率（P<0.05）；1～8次CT扫描均未能明显改变各组小鼠外周血CD4+/CD8+比值，提示不同频次CT扫描未能影响小鼠免疫平衡。(6).CT急性全身扫描24h后小鼠脾脏中ROS水平变化和对照组相比，6～8次扫描均增加小鼠脾脏中ROS水平（P<0.05）。(7).CT急性全身扫描24h后小鼠脾脏中HSP和XRCC1的水平变化和对照组相比，6～8次扫描均增加小鼠脾脏中HSP水平（P<0.05），但是降低了XRCC1的表达水平（P<0.05）。2.CT慢性扫描对小鼠的血液系统和免疫系统的影响以及NAC的辐射防护作用(1).CT慢性全身扫描24h后小鼠外周血淋巴细胞的凋亡变化和对照组相比，CT慢性扫描组和NAC干预组（一天两次扫描、一天一次扫描、两天一次扫描、四天一次扫描）均明显增加了小鼠外周血淋巴细胞凋亡水平（P<0.05）；和CT慢性扫描组相比，NAC干预组（一天两次扫描、一天一次扫描、两天一次扫描、四天一次扫描）能显著降低的淋巴细胞凋亡水平（P<0.05）。(2).CT慢性全身扫描24h后小鼠外周血淋巴细胞的自噬变化和对照组相比，CT慢性扫描组和NAC干预组（一天两次扫描、一天两次扫描）均明显增加了小鼠外周血淋巴细胞自噬水平（P<0.05）；和CT慢性扫描组相比，NAC干预组（一天两次扫描）能降低的淋巴细胞凋亡水平（P<0.05）。(3).CT慢性全身扫描24h后小鼠骨髓细胞的凋亡变化和对照组相比，CT慢性扫描组和NAC干预组（一天两次扫描、一天一次扫描、两天一次扫描）均明显增加了小鼠骨髓细胞的凋亡水平（P<0.05）；和CT慢性扫描组相比，NAC干预组（一天两次扫描）降低了骨髓细的胞凋亡水平（P<0.05）。(4).CT慢性全身扫描24h后小鼠骨髓细胞的自噬变化和对照组相比，CT慢性扫描组和NAC干预组（一天两次扫描、一天一次扫描、两天一次扫描）均增加了小鼠骨髓细胞的自噬水平（P<0.05）；和CT慢性扫描组相比，NAC干预组（一天两次扫描、一天一次扫描、两天一次扫描）降低了骨髓细的胞自噬水平（P<0.05）。(5).CT慢性全身扫描24h后小鼠骨髓细胞的周期进程变化CT慢性全身扫描诱导小鼠骨髓细胞期G0/G1变化：和对照组相比，CT慢性扫描组（一天两次扫描、一天一次扫描、两天一次扫描、八天一次扫描）和NAC干预组（一天两次扫描、四天一次扫描、八天一次扫描）增加小鼠骨髓细胞G0/G1期细胞百分率（P<0.05）；和CT慢性扫描组相比，NAC干预组（一天两次扫描）降低了小鼠骨髓细胞G0/G1期细胞百分率，而（四天一次扫描、八天一次扫描）却增加了小鼠骨髓细胞G0/G1期细胞百分率（P<0.05）。CT慢性全身扫描诱导小鼠骨髓细胞S期变化：和对照组相比，CT慢性扫描组（一天两次扫描、一天一次扫描、四天一次扫描、八天一次扫描）均显著降低小鼠骨髓细胞S期百分率，NAC干预组（一天两次扫描、四天一次扫描、八天一次扫描）亦降低了小鼠骨髓细胞S期百分率，只有一天一次扫描组轻度增加了小鼠骨髓细胞S期百分率（P<0.05）；和CT慢性扫描组相比，NAC干预组（一天一次扫描）增加了小鼠骨髓细胞S期细胞百分率，而（四天一次扫描、八天一次扫描）却降低了小鼠骨髓细胞S期细胞百分率（P<0.05）。CT慢性全身扫描诱导小鼠骨髓细胞G2/M期变化：和对照组相比，CT慢性扫描组和NAC干预组（一天两次扫描、八天一次扫描）降低了小鼠骨髓细胞G2/M期百分率，四天一次扫描组轻度增加了小鼠骨髓细胞G2/M期百分率（P<0.05）。和CT慢性扫描组相比，NAC干预组（四天一次扫描、六天一次扫描）轻度降低了小鼠骨髓细胞期细胞G2/M百分率（P<0.05）。(6).CT慢性全身扫描24h后小鼠外周血淋巴细胞亚群变化CT慢性全身扫描诱导小鼠外周血CD4+T细胞亚群百分率变化：和对照组相比，CT慢性扫描组（一天两次扫描、一天一次扫描、两天一次扫描、四天一次扫描、六天一次扫描）和NAC干预组（一天两次扫描、一天一次扫描、两天一次扫描、四天一次扫描）降低了小鼠外周血CD4+T细胞亚群百分率（P<0.05）；和CT慢性扫描组相比，NAC干预组均未有显著变化。CT慢性全身扫描诱导小鼠外周血CD8+T细胞亚群百分率变化：和对照组相比，CT慢性扫描组（一天两次扫描、一天一次扫描、两天一次扫描、六天一次扫描）和NAC干预组（一天两次扫描、一天一次扫描、两天一次扫描）降低了小鼠外周血CD8+T细胞亚群百分率（P<0.05）；和CT慢性扫描组相比，NAC干预组均未显著变化。CT慢性全身扫描诱导小鼠外周血CD4+/CD8+比值变化：和对照组相比，NAC干预组（一天一次扫描）增加了小鼠外周血CD4+/CD8+比值（P<0.05），CT慢性扫描组相比未有显著变化；和CT慢性扫描组相比，NAC干预组（一天一次扫描）亦增加了小鼠外周血CD4+/CD8+比值（P<0.05）。(7).CT慢性全身扫描24h后小鼠脾脏中ROS水平变化和对照组相比，CT慢性扫描组和NAC干预组（除四天一次扫描组外）均增加了ROS的水平（P<0.05）；和CT慢性扫描组相比，NAC干预组的（一天两次扫描和一天一次扫描）降低了ROS水平（P<0.05）。(8).CT慢性全身扫描24h后小鼠脾脏中HSP-90和XRCC1的水平变化和对照组相比，一天两次扫描和一天一次扫描降低了HSP-90水平（P<0.05）；但是一天一次扫描、两天一次扫描、四天一次扫描、六天一次扫描和八天一次扫描增加了XRCC1的表达水平（P<0.05）。3.CT慢性全身扫描对观察组小鼠的远期效应(1).CT慢性全身扫描1年后小鼠外周血淋巴、骨髓细胞的凋亡变化和对照组相比，CT慢性扫描组均未显著影响小鼠外周血淋巴、骨髓细胞的凋亡水平（P>0.05）。(2).CT慢性扫描1年后小鼠外周血淋巴、骨髓细胞的自噬和对照组相比，CT慢性扫描组均未显著影响小鼠外周血淋巴、骨髓细胞的自噬水平（P>0.05）。(3).CT慢性扫描1年后小鼠骨髓细胞的周期进程变化和对照组相比，CT慢性扫描组均未显著影响小鼠骨髓细胞的G0/G1、G2/M和S期细胞百分率（P>0.05）。(4).CT慢性扫描1年后小鼠甲状腺组织中p53和K-Ras基因外显子突变对照组、一天两次扫描组、一天一次扫描组、两天一次扫描、四天一次扫描组、六天一次扫描组和八天一次扫描组均未出现p53和K-Ras基因外显子突变。结论CT多次扫描（急性和慢性扫描）对造血系统和免疫系统产生了损伤效应，机体进而启动凋亡、自噬和细胞周期阻滞来维持基因组稳定性，而机体的免疫平衡未受影响。CT多次扫描显著增加了小鼠脾脏中ROS的水平，但是HSP和XRCC1却呈现不同的水平变化。NAC在CT扫描过程中发挥了一定的辐射防护作用。本实验结果提示患者在短时间内接受一次、两次CT扫描可能不会对其机体产生显著影响，但是超过3次以上的CT扫描可能对机体产生一定的损害；然而，CT扫描对观察组小鼠无显著的远期效应，提示CT诱导的机体损害可能是一过性，机体启动一些保护机制来维持基因组稳定性。故本实验探索了急性、慢性CT扫描对机体可能的损伤作用，为临床合理使用CT扫描提供参考。
【作者】刘兵；
【导师】马淑梅；
【作者基本信息】吉林大学，放射医学，2014，硕士
【关键词】CT扫描；低剂量电离辐射；损伤效应；DNA损伤；

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