包括MIPT在內(nèi)的幾家俄羅斯研究機(jī)構(gòu)的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間接觸電離輻射對(duì)人體干細(xì)胞的影響。他們發(fā)現(xiàn)它會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期延遲，從而更快地修復(fù)輻射誘導(dǎo)的DNA雙鏈斷裂，并減少錯(cuò)誤。尚不清楚健康問(wèn)題是什么，尤其是這會(huì)如何影響患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。該論文發(fā)表于Oncotarget。

電離輻射能夠?qū)⒅行栽雍头肿愚D(zhuǎn)變?yōu)閹щ婋x子。人體不可避免地暴露于自然背景輻射，一般人每年接受約3毫克的輻射。此外，根據(jù)確切的程序，一次X射線檢查可達(dá)0.001至10毫克的額外暴露。也就是說(shuō)，過(guò)度暴露是危險(xiǎn)的 - 在短時(shí)間內(nèi)接受超過(guò)1,000毫克的劑量會(huì)引起急性放射病。

為確保輻射安全，評(píng)估電離輻射帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。對(duì)暴露于輻射的人的研究最終確定了由于接受高劑量輻射而導(dǎo)致的癌癥風(fēng)險(xiǎn)增加。這導(dǎo)致管理當(dāng)局接受線性模型，在該模型下，低劑量的輻射也增加了患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。然而，實(shí)驗(yàn)表明，低劑量輻射暴露或者沒(méi)有不利的生物學(xué)效應(yīng)或者甚至是有益的，這可以通過(guò)延長(zhǎng)壽命和減少癌癥發(fā)生來(lái)證明。

除此之外，不應(yīng)忽視所謂劑量率的重要性。在較短或較長(zhǎng)的時(shí)間間隔內(nèi)暴露于相同劑量的輻射具有不同的效果，“慢”照射造成的傷害較小。劑量率影響生物學(xué)結(jié)果的程度引起了很多爭(zhēng)論。在現(xiàn)實(shí)生活中，人們更有可能長(zhǎng)期接觸低劑量輻射，因此了解其影響至關(guān)重要。

DNA雙鏈斷裂

輻射的負(fù)面影響之一是形成所謂的DNA雙鏈斷裂，其中雙螺旋的兩條鏈都被切斷。幸運(yùn)的是，細(xì)胞能夠修復(fù)受損的DNA。如果兩根股線中的一根損壞，另一股可以用來(lái)修理它。然而，在雙鏈斷裂的情況下，必須采用更容易出錯(cuò)的機(jī)制。左未修復(fù)或錯(cuò)誤修復(fù)，此類病變可引起腫瘤疾病。這解釋了為什么研究輻射對(duì)活細(xì)胞的影響傾向于關(guān)注雙鏈斷裂。不久前，人們發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞- 功能上未分化的細(xì)胞 - 通過(guò)積累突變并將它們傳遞給作為其后代的特化細(xì)胞，在腫瘤的形成中起主要作用。然而，干細(xì)胞對(duì)長(zhǎng)期照射的反應(yīng)仍然知之甚少。

科學(xué)家們使用源自牙齦或牙齦的干細(xì)胞進(jìn)行了幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。他們?cè)陂L(zhǎng)時(shí)間和短時(shí)間跨度內(nèi)給予相同輻射劑量的細(xì)胞。使用染色的γH2AX和53BP1蛋白作為標(biāo)記監(jiān)測(cè)雙鏈斷裂的形成。通過(guò)短暫但強(qiáng)烈的輻射暴露，發(fā)現(xiàn)兩種標(biāo)記物的發(fā)生率隨劑量線性增加。但是在長(zhǎng)時(shí)間照射的情況下，響應(yīng)只是線性到一定程度，然后是1000毫安的平臺(tái)。換句話說(shuō)，在達(dá)到一定數(shù)量后，病變計(jì)數(shù)不會(huì)繼續(xù)上升。在斷裂形成和修復(fù)之間實(shí)現(xiàn)了各種平衡。

DNA修復(fù)

該細(xì)胞配備了能夠修復(fù)DNA雙鏈斷裂的修復(fù)系統(tǒng)。然而，在強(qiáng)烈照射后，細(xì)胞必須采用稱為末端連接的機(jī)制 - 快速但有缺陷的程序 - 在10個(gè)雙鏈斷裂中的8個(gè)中。這經(jīng)常導(dǎo)致染色體畸變。這種DNA斷裂的錯(cuò)誤修復(fù)可能導(dǎo)致細(xì)胞死亡，癌基因激活和抗癌基因抑制。但是有一種替代的DNA修復(fù)機(jī)制，稱為同源重組。它使用相似或相同的DNA分子作為模板并產(chǎn)生更少的錯(cuò)誤，但它僅在細(xì)胞周期的某些階段可用。研究人員使用Rad51(另一種蛋白質(zhì)標(biāo)記物)監(jiān)測(cè)同源重組。在長(zhǎng)達(dá)兩小時(shí)的曝光期間，Rad51的數(shù)量基本保持不變，之后是線性增長(zhǎng)。該團(tuán)隊(duì)假設(shè)長(zhǎng)時(shí)間照射可能會(huì)激活同源重組。

細(xì)胞分裂

干細(xì)胞可以分為兩組，稱為增殖和靜止，其中前者經(jīng)歷分裂，后者已經(jīng)停止再生，并且在兩種類型的細(xì)胞之間存在平衡。研究人員分別計(jì)算了增殖和靜止細(xì)胞中的DNA雙鏈斷裂。這是通過(guò)僅在經(jīng)歷分裂的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的某種蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。事實(shí)證明，在兩種類型的細(xì)胞中，DNA斷裂的數(shù)量增加，最終達(dá)到恒定值。

研究人員還觀察到，輻射暴露并未改變?cè)鲋臣?xì)胞和靜止細(xì)胞之間大約四比一的比例。然而，更詳細(xì)的研究表明，4小時(shí)的“緩慢”照射導(dǎo)致循環(huán)的S期和G2期的細(xì)胞數(shù)量顯著增加 - 即DNA合成和分裂的最終制備。正是在這些階段，細(xì)胞DNA的拷貝可用于分裂，但也可用作同源重組的模板。這一事實(shí)可能是檢測(cè)Rad51標(biāo)記量增加的原因。換句話說(shuō)，輻射導(dǎo)致細(xì)胞周期延遲 - 因此，在任何給定時(shí)間，這些階段中有更多細(xì)胞能夠?qū)崿F(xiàn)同源重組。。這意味著可以正確修復(fù)DNA雙鏈斷裂。

“我們已經(jīng)證明間充質(zhì)干細(xì)胞的長(zhǎng)時(shí)間照射會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期重新分布。這可能會(huì)影響生物對(duì)輻射的反應(yīng)，”Phystech生物和醫(yī)學(xué)物理學(xué)院院長(zhǎng)Sergey Leonov說(shuō)。“我們的研究結(jié)果可能成為進(jìn)一步研究干細(xì)胞雙重?cái)嗔鸭捌鋵?duì)腫瘤形成的影響的基礎(chǔ)。”