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编号:10267352
低剂量辐射诱导小鼠脾细胞蛋白表达及生物活性
http://www.100md.com 《中华放射医学与防护杂志》 2000年第4期
     作者:孟庆勇 陈沙力 刘树铮

    单位:孟庆勇(524023 湛江,广东医学院分析中心);陈沙力 刘树铮(白求恩医科大学卫生部放射生物学重点实验室)

    关键词:低剂量辐射;蛋白分子表达;高效液相色谱法

    中华放射医学与防护杂志000402 【摘要】 目的 为了探讨低剂量辐射兴奋效应的分子机理,本文作者对昆明小鼠接受75 mGy X射线全身照射后4 h的脾细胞进行了蛋白分子表达的研究。方法 用凝胶过滤和高效液相色谱法(HPLC)分析蛋白分子表达,通过3H-TdR掺入的淋巴细胞转化和人外周血淋巴细胞染色体畸变率观察蛋白分子表达的生物活性。结果 发现相对分子质量为17 000、18 500和50 000 3种蛋白质的表达在照射后发生改变,这3种蛋白质分别在脾细胞浆、全脾细胞和脾细胞核中发现,其中17 000和18 500的蛋白分子表达下调,50 000的蛋白分子表达上调。并且照射后17 000和18 500蛋白质分子表达下调的组分对正常脾细胞的增殖反应具有促进作用,18 500蛋白质分子表达下调的组分和50 000蛋白分子表达上调的组分对人外周血淋巴细胞染色体辐射损伤具有保护作用。结论 低剂量辐射诱导蛋白分子表达的变化在低剂量辐射兴奋效应发生机理中可能具有重要作用。
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    Expression of proteins in mouse splenic cells after low dose radiation and their biological activity

    MENG Qingyong,CHEN Shali,LIU Shuzheng.

    (MH Radiobiology Research Unit,Norman Bethune University of Medical Sciences,Changchun 130021, China)

    【Abstract】 Objective In order to investigate the mechanisms of the hormetic effect of low dose ionizing radiation,the induction of protein expression in mouse splenic cells after whole-body irradiation was studied. Methods Expression of proteins and their biological activity was detected using gel filtration and high performance liquid chromatography (HPLC) as well as mouse splenic lymphocyte transformation with 3H-TdR incorporation and chromosome aberrations of human lymphocytes were observed. ResultsThe changes in expression of three polypeptides with MW 18 500,17 000 and 50 000 were respectively detected in the crude extracts of the whole cell,cytoplasm and nucleus using HPLC.The 17 kD and 18\^5 kD molecules were down-regulated,while the 50 kD molecule was up-regulated by low dose X-irradiation.The proliferative response of splenic lymphocytes from normal mice to ConA was significantly enhanced after the addition of protein fractions containing the reduced amount of 17 kD and 18\^5 kD molecules,but not after the addition of the fraction containing increased amount of 50 kD molecules.The fractions with down-regulated expression of 18\^5 kD protein and with up-regulated expression of 50 kD protein showed a protective effect on the chromosome damage caused by radiation. Conclusion The changes in expression of protein molecules might play an important role in the mechanism of radiation hormesis.
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    【Key words】 Low dose radiation; Protein expression; High performance liquid chromatography

    随着核技术的发展和核能的开发和利用,低剂量辐射兴奋效应愈来愈受到人们的重视,国际上已召开过多次研讨会[1-3],但其机理还不完全清楚。有人提出可能与低剂量辐射使细胞周期发生改变或使细胞亚群发生改变有关[4];也有人倾向于DNA损伤后的修复能力被低剂量辐射激活,促进了损伤修复[5]。Wolff等用双向电泳的方法,在人外周血淋巴细胞接受低剂量X射线照射后,发现了4种新产生的蛋白质[6];低水平辐射诱导细胞产生某种保护性物质(可能是一种保护性蛋白质)的假说正引起人们的关注[7],为了进一步证实这种假说,我们对低剂量辐射诱导小鼠脾细胞蛋白表达及生物活性进行了探讨。

    材料和方法
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    1.动物:雄性昆明小白鼠,体重(20±2)g。分为2组(75 mGy全身照射后4 h组和假照射组),每组200只。动物由本校实验动物部提供。

    2.照射条件:用Philips X射线深部治疗机,电压为200 kV,电流10 mA;滤过板1.0 mmAl和0.5 mmCu,靶皮距212 cm,吸收剂量率12.5 mGy/min。

    3.主要仪器:美国产ECONO System低压层析仪,Spectra Physics高效液相色谱分析仪,PAK300SW 7.5 mm(ID)×30 cm色谱柱。1214-Rackbeta自动液闪计数仪(LKB,瑞典)。Olympus显微镜(日本)。

    4.主要试剂:刀豆球蛋白(ConA)购于Sigma公司,3H-TdR中国原子能科学研究院产品,RPMI 1640培养基(GIBCO,美国),其他均为国产分析纯试剂。
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    5.小鼠全脾细胞、脾细胞浆、脾细胞核分离及蛋白提取物的制备:分别断头处死照射和假照射组小鼠各200只,在无菌条件下取出脾脏(以下分离提取步骤均在4℃条件下进行),置于RPMI 1640培养液中。毛玻璃片研磨制成单细胞悬液,经200目尼龙网过滤结缔组织,1 000 g离心10 min,弃上清,磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤两次。将制得的照射组和假照射组单细胞悬液各分成3等份,分别制备全脾细胞、脾细胞浆、脾细胞核蛋白提取物[7,8]

    6.Sephadex G-100凝胶过滤及高效液相色谱法(HPLC)分析:将制得的全脾细胞、脾细胞浆和脾细胞核蛋白提取物过0.45 μm的硝酸纤维素滤膜后,分别取3 ml加于1 cm×50 cm的Sephadex G-100凝胶柱表面,用0.15 mol/L PBS,以0.06 ml/min的流速洗脱,在4℃的冰柜中,洗脱20 h,每管收集120滴的洗脱物。把每管的洗脱物以10 μl的体积注入HPLC色谱柱。在流动相为0.15 mol/L PBS,流速1 ml/min,柱压300 psi,检测波长280 nm的条件下,进行HPLC分析。
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    7.蛋白活性测定和染色体标本制备:采用本室的常规方法加以改进[9,10]

    8.蛋白质定量和蛋白质分子量测定:分别采用Lowry法和凝胶过滤法[11]

    结 果

    1.凝胶过滤:由照射组与假照组各200只小鼠制备的全脾细胞、脾细胞浆和核的蛋白提取物经Sephadex G-100凝胶过滤后,照射组与假照组的峰形基本一致,都出现两个峰,只是凝胶过滤第1峰照射组比假照射组略高,第2峰照射组比假照射组略低。

    2.HPLC分析:将凝胶过滤后的全脾细胞、脾细胞浆和核的蛋白洗脱物进行HPLC分析,发现第10个蛋白组分变化明显,其中全脾细胞相对分子质量为18 500蛋白分子照射组比假照射组明显减少;脾细胞浆17 000蛋白分子照射组比假照射组明显降低,脾细胞核50 000蛋白分子照射组比假照射组明显增加(见图1)。
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    图1 Sephadex G-100凝胶过滤脾细胞第10个蛋白组分的HPLC综合分析

    So:Sephadex G-100凝胶过滤假照射组全脾细胞第10个蛋白组分的HPLC图

    Si:Sephadex G-100凝胶过滤照射组全脾细胞第10个蛋白组分的HPLC图

    Sos:Sephadex G-100凝胶过滤假照射组脾细胞浆第10个蛋白组分的HPLC图

    Sis:Sephadex G-100凝胶过滤照射组脾细胞浆第10个蛋白组分的HPLC图

    Son:Sephadex G-100凝胶过滤假照射组脾细胞核第10个蛋白组分的HPLC图

    Sin:Sephadex G-100凝胶过滤照射组脾细胞核第10个蛋白组分的HPLC图 3.蛋白生物活性测定:由照射组与假照组各200只小鼠制备的全脾细胞、脾细胞浆和核的蛋白提取物经凝胶过滤后,洗脱出的全脾细胞和脾细胞浆第10个蛋白组分,在刺激脾细胞增殖方面,照射组高于假照射组;而洗脱出的脾细胞核第10蛋白组分照射组与假照组都不具有刺激脾细胞增殖的能力(见表1)。
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    表1 Sephadex G-100凝胶过滤第10个蛋白

    组分对ConA刺激小鼠脾淋巴细胞增殖反应的影响

    (计数.min-1) 组别

    蛋白组分(12.5 μg/5×105个细胞)

    全脾细胞

    脾细胞浆

    脾细胞核

    假照射组

    57 135±740

    47 933±1 483
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    45 684±4 799

    照射组

    72 610±2 863

    55 127±2 699

    43 856±5 188

    注:±s,n=6,与假照射组比,P<0.05 4.染色体损伤的保护性实验:由照射组与假照组各200只小鼠制备的全脾细胞、脾细胞浆和核的蛋白提取物经凝胶过滤后,洗脱出的全脾细胞和脾细胞核第10个蛋白组分,对较大剂量X射线所致的染色体损伤的保护,照射组高于假照射组;而脾细胞浆第10个蛋白组分,对较大剂量X射线所致的染色体损伤照射组与假照射组比较差异无显著性(表2)。
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    表2 Sephadex G-100凝胶过滤第10个蛋白组分对

    X射线损伤染色体的作用 蛋白浓度(62.5 μg/mol)

    X射线

    (Gy)

    细胞数

    染色单体断裂

    (%)

    畸变细胞

    (%)

    0

    0

    200
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    1.5

    2.0

    0

    1.5

    200

    36.0

    31.5

    So

    1.5

    200

    32.0

    28.0

    Si
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    1.5

    200

    21.5

    19.5

    Sos

    1.5

    200

    33.5

    28.0

    Sis

    1.5

    200

    34.0
, 百拇医药
    27.0

    Son

    1.5

    200

    36.0

    31.5

    Sin

    1.5

    200

    24.0

    20.0

    注:与相应的假照射组比,P<0.05,P<0.01讨 论
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    低剂量辐射诱导蛋白分子的表达,国内外均有报道[6,7]。我们用75 mGy X射线照射昆明小鼠,然后提取细胞蛋白,进行电泳分析,结果发现在整体条件下,低剂量辐射可诱导某些蛋白分子的表达;这些蛋白分子对ConA刺激的正常小鼠脾淋巴细胞转化具有促进作用,并指出这些蛋白质可能是一种“保护性蛋白”[7]。Wolff用10 mGy X射线照射人外周血淋巴细胞,通过双向电泳法,证明低剂量辐射可诱导人外周血淋巴细胞产生新蛋白,认为这种新蛋白可能属于DNA修复酶类。

    Wolff曾观察放线菌酮(CHM)对低剂量辐射诱发适应性反应的影响,发现在攻击剂量照射前2 h向细胞培养液中加入CHM可抑制适应性反应,并证明低剂量辐射的兴奋效应可能与低剂量辐射促进修复酶类的合成有关[12]。我们以往的研究发现,在攻击剂量照射前4~6 h向细胞培养液中加入CHM,在未接受攻击剂量照射的条件下CHM本身即可诱发细胞遗传学适应性反应,而且其幅度与CHM浓度呈正比关系[13]。这一实验结果表明,CHM在攻击剂量照射前4~6 h可能降低某种或某些具有抑制效应的蛋白质的合成,从而使保护机理或修复功能得以实现。本文作者进一步证明全身低剂量照射(75 mGy)可诱导脾细胞蛋白表达或表达抑制,用HPLC分析证实小鼠接受全身低剂量照射后,具有刺激作用的蛋白组分中17 000、18 500的蛋白分子表达受抑,说明这些蛋白质可能对脾细胞的增殖有抑制作用,低剂量辐射使其减少,而相应地促进了脾细胞对ConA的反应性,这说明低剂量辐射兴奋效应可能与低剂量辐射降低抑制性蛋白的表达有关;而50 000的蛋白组分对脾细胞ConA反应则无影响,说明低剂量辐射诱导蛋白表达,不都具有影响细胞增殖的生物活性。从表2可以看出,18 500蛋白的表达下调和50 000蛋白的表达上调对染色体损伤具有保护作用,这说明某些蛋白的表达上调或下调可能是低剂量辐射诱导细胞遗传学适应性反应的机理。
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    基金项目:国家自然科学基金资助项目(39570188)

    参考文献

    1,Alper T.Cell survival after low dose of radiation:theoretical and clinical implications.Institute of Physics,London:John Wiley & Sons,1975.

    2, Sugahara T,Sagan LA,Aoyama T.Low dose irradiation and biological defense mechanisms.Amsterdam:Elsevier,1992.

    3, Liu SZ.International symposium on biological effects of low level exposures to radiation and related agents. ISBELLES.Changchun:1993.
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    5, Wiencke JK,Afzal V,Olivieri G,et al.Evidence that the 3H-thymidine induced adaptive response of human lymphocytes to subsequent doses of X-rays involves the induction of a chromosomal repair mechanism.Mutagenesis,1986,1:375-380.

    6, Wolff S,Wiencke JK,Afzal V,et al.The adaptive response of human lymphocytes to very low doses of ionizing radiation;A case of induced chromosomal repair with the induction of specific proteins.In:Baverstock KF and Stather JW, eds. Low dose radiation biological bases of risk assessment.London:Taylos & Francis.1989.446-454.
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    7, Liu SZ,Li XK.Induction of proteins in lymphocytes by in vitro and in vivo irradiation with low dose X-and gamma-rays.ISBELLES.Changchun:1993.71-72.

    8, Dignam JD,Lebovitz RM,Roeder RG.Accurate transcription initiation by RNA polymerase Ⅱ in a soluble extract from isolated mammalian nuclei.Nucleic Acids Res,1983,11:1475-1489.

    9, 刘伟宏,刘树铮.单次X射线全身照射后小鼠免疫学参数的剂量效应关系.中华放射医学与防护杂志,1990,10:85-88.

    10, 杨宝晨,朱德志.简易微量全血培养法检查人染色体.中华医学检验杂志,1984,7:149.
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    11, 方福德,周吕,丁濂,等.现代医学实验技巧全书.北京:北京医科大学中国协和医科大学联合出版社,1995.554-561.

    12, Wolff S,Afzal V,Wiencke JK,et al.Human lymphocytes exposed to low doses of ionizing radiations become refractory to high doses of radiation as well as to chemical mutagens that induce double-strand breaks in DNA.Int J Radiat Biol,1988,53:39-47.

    13, Cai L,Liu SZ.Effect of cycloheximide on the adaptive response induced by low dose radiation.Biomed Environ Sci,1992,5:46-52.

    (收稿日期:1999-07-24), 百拇医药