适应性反应
作者：刘树铮
单位：刘树铮(130021 长春 白求恩医科大学卫生部放射生物学重点实验室)
关键词：
中华放射医学与防护杂志000601 适应性反应(adaptive response,AR)是生物界普遍存在的现象。生物机体在其种系进化和个体发育过程中，不断受到环境变化的影响。这些变化因其强度不同而对机体产生不同的效应。若环境因子的强度过大，超过了机体耐受的限度，往往造成严重伤，或甚至导致机体死亡。但当环境因子的强度较小时，机体的功能和生存不会受到威胁，甚至可通过体内的相应变化产生对环境因子的抗性，在随后一定时间内具有耐受较大强度的同一种或其它环境因子的能力。从较广的视野来理解，适应环境变化是个体生存和种系繁殖、演变和进化的最基本特性之一，具有很强的保守性。从单细胞生物到高等动物乃至人类都保有此种特性，只是在不同的发育阶段其表现形式和复杂性有所不同而已。在放射生物学领域中，近年来对低剂量电离辐射诱导的适应性反应进行了较广泛的研究，同时观察到电离辐射可和其他环境因子交叉诱导适应性反应。因此，对研究者提出了一个新问题，即各种环境因子诱导适应性反应是否具有共同机理，他们间又有什么区别。本文作者对近5年内文献报道的主要资料加以分析，希望能引起进一步的讨论和研究。
, http://www.100md.com
一、电离辐射诱导适应性反应
自从Olivieri等1984年首先发表人淋巴细胞由低剂量辐射诱导细胞遗传学适应性反应以来[1]，这一现象不断为其他许多学者以不同的实验模式所证实，并对其机理进行了初步探讨。UNSCEAR 1994年的报告确认了这一科学观察[2]。此后各国学者对适应性反应进一步从拓宽和深入两个方向进行了研究。
1.离体照射
近年的研究在实验模型，包括细胞种类和终点指标的选择方面有进一步的拓宽，观察了多种动物和人体细胞以及酵母、细菌等的适应性反应。人胚成纤维细胞受0.1 Gy的诱导剂量(D1)照射后4 h，其染色体对1.5 Gy的攻击剂量(D2)的抗性增高[3]。人成纤维细胞系VH-10的存活亦可诱导适应性反应[4]。有人用鸡胚进行实验，于受精后13～15 d给予D1(X射线0.05～0.30 Gy)，照射后3～48 h制备脑和肝细胞悬液，体外给予4.32 Gy(D2)，发现在给予D1后12～36 h非程序性DNA合成(UDS)、拟核沉降系数和细胞碱性裂解液粘度的辐射效应均显著减轻[5]。报告者认为减轻初始DNA损伤是适应性反应的主要机理。对酵母菌Saccharomyces cerevisiae D7的基因转换(gene conversion)研究表明，慢性低水平辐射可诱导适应性反应[6]。若向酵母菌培养基内加入不同量的氚水，使其辐射剂量率为0.383 μSv/h～1.275 mSv/h，相当于天然本底辐射的3～ 10 000倍。以此作为D1照射，而以大剂量急性γ射线照射或烷化剂MNNG作为D2。慢性低水平辐射并不使基因转换频率增高，保持于每百万细胞中5～10个转换体，但在剂量率较高及照射时间过久时则增高到每百万活细胞中20个转换体。有意义的是，无论剂量多高，在传代培养超过900 h后基因转换频率均恢复到正常对照水平，提示酵母菌对不断累积的辐射剂量产生了适应性反应。但受慢性低剂量辐射作用的细胞对急性大剂量γ射线或MNNG的反应却和未受照射的对照一样，说明酵母细胞只对慢性照射产生适应性反应，而对急性高剂量攻击则否。以往在哺乳动物细胞中尚未见有类似的报道。
, http://www.100md.com
给霍乱弧菌D1为1.7 Gy X射线，于37℃培养40 min后给予致死剂量攻击，其抗性较对照增高3.38倍，而且低浓度H2O2亦可诱导其对X射线的适应性反应[7]。与以往在淋巴细胞观察到的适当增温促进适应性反应的观察[8]不同，照射前42℃培养10 min却使照射后存活率下降。以上两例提示，虽然不同细胞均可由低剂量辐射诱导适应性反应，但在表现形式和影响因素等方面存在一些差别。
卵巢癌细胞OVCAR3及骨髓瘤细胞RPMI8226受0.01 Gy照射后，间隔数h或48～72 h给予6 Gy照射，细胞凋亡率较单纯6 Gy照射者降低[9]。同时发现分割照射(4或8 Gy分两次等剂量照射)可使细胞凋亡减少。用3-AB或冈田酸(okadaic acid)抑制ADPRP和蛋白磷酸酶，可阻断适应性反应和分割剂量效应的发生。在全身照射条件下，0.075 Gy亦可减轻小鼠胸腺细胞在1.5 Gy全身照射后所致的细胞凋亡[10]。
, http://www.100md.com
低剂量辐射可诱导基因突变的适应性反应，其规律基本与低剂量辐射诱导细胞遗传学适应性反应的规律一致[11]。保护效应可达40～75%，可被3-AB阻断。适应的细胞中主要是缺失型突变减少，提示突变适应性反应的机理主要是促进DNA双链断裂型损伤的消除。有证据表明，蛋白激酶C(PKC)介导的信号通路可能是转导低剂量辐射诱导作用的关键步骤。有资料显示，低剂量辐射启动一些基因的表达，其产物可能与DNA修复及/或细胞周期进程调控有关[12]。低剂量辐射使C3H10T1/2细胞的自发性恶性转化率显著降低[13]。用HeLa与皮肤成纤维细胞杂交系进行了类似的实验，分为3组，第1组不予照射，第2组给予0.01 Gy γ射线后立即接种，第3组给予0.01 Gy γ射线后于37℃保持24 h再行接种，然后检测恶性转化率，发现第3组的转化率显著降低，提示发生了适应性反应。但只能由多次实验汇集的资料获得上述结论[14]。
关于高LET辐射诱导适应性反应的问题，在以往对人淋巴细胞观察的基础上，研究了V79-379A细胞受中子D1照射，剂量为0.2 Gy，4 h后给予1 Gy的250 kVp X射线，细胞存活率显著高于对照，以X射线和Bragg峰负π介子为D1时，亦可增强细胞的辐射抵抗力[15]。近来报道，D1和D2均为高LET碳离子，照射V79细胞，诱导了微核率和细胞存活的适应性反应(辐射研究和辐射工艺学报，2000，18：35-39)。
, 百拇医药
2.全身照射
低剂量辐射在整体条件下诱导适应性反应亦续有报道，从生殖细胞、胚胎发生到免疫功能等方面均有研究。用ICR雌性小鼠于妊娠第9～11天给予D1(0～0.5 Gy)，次日给予D2(5 Gy)，妊娠第19天检查存活胎儿、产前死胎及存活胎儿畸形的数目，与单纯接受5 Gy的对照相比，0.3 Gy的预先照射使活胎率显著增高，且存活胎儿的先天性畸型明显减少。报告者认为，在关键的剂量和时间给予诱导剂量可在小鼠妊娠的器官形成期诱导适应性反应，但需有一定的阈剂量[16]。同一组研究者在随后的报道中指出，在上述实验模型中继续观察子代的生长、发育和行为，则发现产后死亡率高，且存活者出现各种辐射诱导的有害效应。作者据此认为，诱导剂量对胎儿存活本身有利，但对存活者的健康不利[17]。但该报告未比较不同攻击剂量的效应。这种现象的出现是否与剂量，特别是攻击剂量(5 Gy)过高有关，报告者未加分析。而根据一般放射生物学资料，2 Gy照射就足以使妊娠小鼠的器官发生严重障碍，显然该报告中所用的攻击剂量(5 Gy)所造成的损害难以由低剂量辐射诱导的机理所阻止。
, 百拇医药
给雄性小鼠慢性60Co γ射线照射，剂量率20 μGy/min，40 d累积剂量达1.1 Gy (D1)时停止照射后再经40 d给予1.5 Gy X射线全身照射(D2)，照后24 h检查，发现精原细胞出现明显的细胞遗传学适应性反应，但经慢性照射的雄鼠与正常雌鼠交配后所生子代的骨髓细胞和精母细胞的染色体对1.5 Gy照射的敏感性未受影响，同时子代脾细胞的DNA修复合成能力和对射线杀伤作用的抵抗力也未见改变[18]。上述实验结果提示，低水平辐射可在雄性亲代诱导生殖细胞的细胞遗传学适应性反应，而不会引起对其子代的危害。
由低剂量辐射预先作用减轻高剂量辐射所致免疫抑制的现象称为免疫适应性反应，在国内已有较系统的研究，参考文献[10]总结了近年的资料，以0.075 Gy全身照射为D1，1.5～2 Gy为D2，间隔6 h，诱导了胸腺和脾细胞十几项指标的适应性反应。在离体条件下亦可诱导免疫适应性反应，例如丝裂原刺激的小鼠脾细胞受0.01 Gy γ射线预先照射后4、7和20 h给予2 Gy攻击剂量，脾细胞增殖增强，以间隔4 h者最显著，脾细胞受4 Gy照射后出现凋亡细胞典型形态改变和DNA裂解，这类变化在预先经低剂量照射的脾细胞亦明显减轻，并发现在D1和D2两次照射之间的时间内加入蛋白合成抑制剂CHM(环己酰胺)和RNA合成抑制剂DRFB (5,6-dichloro-1-beta-d-ribofuranosyl benzimidazo)可阻断适应性反应的诱导，说明上述脾细胞适应性反应的发生需要同时有蛋白质和RNA的合成[19]。
, 百拇医药
3.人群观察
受低水平辐射长期作用的人群，其外周血淋巴细胞在较大剂量急性照射后，也可出现适应性反应。已知人外周血淋巴细胞(丝裂原刺激后约26 h)在体外受0.01 Gy 60Co γ射线(D1)经5 h后，1 Gy照射引起的微核率显著降低，其降低幅度平均为37.1%，说明体外诱导微核适应性反应与染色体畸变适应性反应的幅度相近[20]。对24名医用射线工作者的观察表明，长期低水平辐射亦可诱导淋巴细胞微核的适应性反应[21]，与13名非射线对照人员相比，医用射线工作者外周血淋巴细胞在体外受1和2 Gy照射后，其微核率明显低于对照人员外周血淋巴细胞受相同剂量体外照射后的微核率，说明长期低剂量辐射可在人体诱导适应性反应。以外周血淋巴细胞双着丝粒为指标，也证实了慢性低水平X和γ射线的职业照射可诱导染色体对2 Gy急性照射的适应性反应[22]。
近几年来对切尔诺贝利核事故后受放射污染影响的人群是否发生适应性反应也进行了观察，以单细胞凝胶电泳检测DNA单链断裂，对比了戈莫尔地区(放射性污染最严重地区之一)36名健康儿童和意大利比萨13名儿童的白细胞接受攻击剂量的博来霉素(1.5 μg/ml)后的反应，发现对博来霉素的反应降低与137Cs体负荷较高有关(P<0.03)[23]。对同一地区儿童染色体畸率的观察发现，博来霉素攻击后未出现的适应性反应不被DNA修复抑制剂所阻断[24]，而急性大剂量电离辐射攻击后未见有适应性反应[25]。对受到切尔诺贝利核事故初期急性照射的普里卜加特(Pripjat)儿童的检测表明，在攻击剂量博来霉素作用后出现的细胞遗传学适应性反应与初期急性照射无关，而取决于尔后体内137Cs的负荷[26]。
, 百拇医药
关于年龄对诱导适应性反应的影响，有人观察了年龄为5至65岁健康人的外周血淋巴细胞的反应，诱导剂量为0.01 Gy X射线，攻击剂量为2.0 Gy X射线，以染色单体和等位染色体断裂为指标，6名5岁男性、6名25岁女性和6名45岁男性都出现了明显的适应性反应，而65岁的男、女各6名都未见适应性反应[27]，提示老龄可能是妨碍诱导染色体修复机理的一个因素。
适应性反应在人群中的变异度早就受到注意。近来的研究再次证实了这一点，例如，在8例献血者中，用染色体畸变和微核两项指标平行观察，诱导剂量为0.01 Gy，攻击剂量为1.5 Gy时，5例出现明显的适应性反应，3例反应不明显，但在各例中畸变率和微核率的变化非常一致[28]。为了验证个体差异是否与遗传背景有关，选择了两对单卵双生、两对异卵双生和9名无关人员，以0.05 Gy的诱导剂量和1.5 Gy的攻击剂量照射外周血淋巴细胞，观察染色单体和等位染色单体断裂，在两对单卵双生中都见到明显的适应性反应，而在两对异卵双生则否。有意义的是，在两对单卵双生中，各项检测指标的变化非常相近，而异卵双生中所见的变化则与9例无关人员中所见一样，互不相干[29]。因此作者认为，适应性反应的发生在很大程度上受遗传背景的影响。
, 百拇医药
二、其它环境因子诱导适应性反应
环境中存在的化学因子对生物体的生存和发育至关重要，因为它们中不少具有潜在的致畸、致突和致癌作用。过去对一些烷化剂诱导适应性反应的研究早有报道，目前仍吸引着许多实验室的关注。由于人们在日常生活中会接触各种化学物质，考虑到它们对健康的可能影响，环境保护部门需要制订有关的法规，限制其在空气、水体、食物等中的水平。这些法规的制订应当具有相应的科学依据。这是毒理学界关注的一个重要问题，其中有关剂量效应模型的探讨尤为当前争论的焦点。例如，美国环境保护署(US EPA)目前对具有潜在致癌效应的化学因子的防护法规，多依据线性无阈模型，而有些毒理学者则根据大量研究资料揭示的化学兴奋效应(chemical hormesis)对此提出了质疑(参阅BELLE News Letter Vol 8,No.1,July,1999)。化学因子诱导适应性反应的研究是与化学兴奋效应密切相关的一个内容。因此，扩展这一领域的实验研究和人体观察，不仅是一个理论问题，同时也具有实际意义。
, 百拇医药
N-乙基-N-亚硝基脲(ENU)是一种已被广泛研究的潜在性致突和致癌烷化剂，有人以2×10-5 mol/L的ENU为诱导剂量，4 h后以10-3 mol/L的ENU为攻击剂量，作用于分离的人淋巴细胞，以染色体畸变为指标，在4例中发现了1例出现明显的适应性反应[30]。考虑到ENU诱发的初始DNA损伤及其修复机理的复杂性，以及细胞周期时相的影响，对其诱导适应性反应的规律尚需进一步研究。MEB(monoepoxybutene)是BD(1，3-butadiene)的基因毒性代谢物，对人体可能有致癌作用。对外周血淋巴细胞的检测表明，以姊妹单体交换为观察指标，证实MEB可诱导适应性反应[31]。由于食物中存在或形成的致突变物质被认为是人类肿瘤发生的重要病因之一，而且还在不断地发现和鉴定这类物质，研究者对它们是否可诱导适应性反应十分关注。类黄酮属于存在于可食用水果和蔬菜中的一大类多酚醌类化合物，其中有少数，如槲皮素，在离体实验中表现出基因毒性。槲皮素的致突变作用的机理涉及氧化基团的形成，因而被视为拟辐射剂。实验揭示，低浓度槲皮素可诱导V79细胞染色体畸变对过氧化氢和丝裂霉素C的抗性[32]。化学因子诱导人淋巴细胞适应性反应显然与遗传背景有关。曾对比正常人和AT患者淋巴细胞对低剂量γ射线和博来霉素的反应，正常人淋巴细胞对二者均出现适应性反应，杂合子AT患者的淋巴细胞则只对博来霉素发生适应性反应，而纯合子AT患者的淋巴细胞对二者均不发生适应性反应[33]。
, http://www.100md.com
非电离辐射也可诱导适应性反应。有人研究了UVA对锰过氧化物歧化酶(MnSOD)的诱导作用及其与适应性反应的关系。用4种不同的成纤维细胞系进行实验，发现UVA引起MnSOD特异mRNA增高，具有剂量和时间依赖性。MnSOD的mRNA和活性上调与受亚致死剂量UV预先照射的成纤维细胞对高剂量UV抵抗力增强相适应[34]。同时也发现对UV反应的个体差异，其分子机理尚待澄清。有报道认为，72 kD热激蛋白(hsp72)的诱导可能是人体细胞对UVA适应性反应的部分机理，因为hsp72的表达可提高培养中细胞的存活，而且只有UVA诱导其表达，UVB则否[35]。
热激蛋白最初是由增温时诱导而得名，早有报道适度增温可诱导人淋巴细胞对辐射的适应性反应[8]。有人用一种简化的心肌模型(源于大鼠的H9c2成肌细胞)检验了增温诱导心肌适应性反应，39℃预处理24 h可提高H9c2在过氧化氢(40-54 μmol/L，3h)环境下的存活，而且延长预处理时间可进一步提高细胞的抗性，使其可耐受68 mmol/L的过氧化氢。已知有3种hsp调节细胞的抗氧化防卫反应，即组成性hsp 70(hsc70)、hsp70和hsp27。轻度增温(39℃)仅诱导hsc70，而且其诱导的保护作用与细胞内hsc70的中度增多相关[36]。与前述UVA的研究资料比较，提示不同环境因子诱导适应性反应的机理中参与作用的热激蛋白的种类可能是不同的。另一方面，降温对某些生物体也可诱导适应性反应。弧菌V.vulnificus预先在15℃培养(一般培养温度为35℃)可使其在-78℃冷冻后的存活增高，发现蛋白质合成和铁的存在对冷适应有重要意义，示踪实验进一步证明，15℃冷适应使6kD和40kD蛋白的表达上调，而82kD蛋白的表达下降[37]。
, 百拇医药
三、不同因子交叉诱导适应性反应
不同环境因子可交叉诱导细胞遗传学适应性反应已早有报道，前文列举的实例也已涉及此问题，近年有不少研究采用不同终点指标进一步证实了交叉诱导的存在。用DNA解旋荧光分析(FADU)检测DNA损伤及其修复，正常人成纤维细胞(AG1522)受4 Gy60Co γ射线照后其DNA损伤修复呈双相性，初始快速相修复时间在15 min以内，随后慢速相于90 min完成。用10 μg/ml顺铂处理细胞30 min后立即照射对快速重接相无影响，但使慢速相显著受抑，同样处理后间隔24 h照射则DNA修复的两时相均受抑制。若将顺铂浓度降低至1 μg/ml，同样处理30 min，经24 h后照射，则DNA断裂修复在两时相均显著高于单纯4 Gy照射者，说明顺铂诱导对辐射的交叉适应反应与顺铂处理的剂量及两种处理的间隔时间有关[38]。已知过氧化氢可诱导人淋巴细胞和生殖细胞对辐射的适应性反应，以微核率为指标对兔和牛淋巴细胞的观察也证实了交叉诱导适应性反应，牛淋巴细胞诱导的适应性反应的幅度大于兔淋巴细胞[39]。无机物诱导对辐射的适应性反应也有报道，锌(50 μmol/L体外作用或100 μmol/g体重)均可诱导家兔淋巴细胞染色体对γ射线的抗性，而铜(50 μmol/L体外作用)则否，但锌和铜在体外作用均可使淋巴细胞的金属硫蛋白浓度升高，而向无细胞体系中加入Zn-金属硫蛋白可防止γ射线引起的小牛胸腺DNA损伤，因此推测Zn-金属硫蛋白的合成可能是诱导细胞遗传学适应性反应的机理之一[40]。以姊妹单体交换率(SCE)为观察指标，低剂量γ射线全身预照射可使注射丝裂霉素C所致小鼠骨髓细胞SCE减少30%[41]。人体观察也证实化学因子与辐射可交叉诱导适应性反应，12名受职业照射者与11名对照的外周血淋巴细胞受攻击剂量的博来霉素处理时，前者的染色单体畸变显著低于后者[42]。
, http://www.100md.com
四、适应性反应机理的研究
UNSCEAR 1994报告曾对适应性反应的发生机理进行一般性分析[2]，虽然指出共同的认识是将适应性反应视为DNA损伤的后果，也提及辐射诱导的基因表达以及氧化中间产物和自由基直接影响调节蛋白，如转录因子，后者通过诱导基因表达制约适应性反应。此后Wolff曾强调DNA损伤在诱导适应性反应机理中的重要性[43，44]，因为实验证明向淋巴细胞中导入很小量的限制性核酸内切酶(通过电穿孔法)即可诱导适应性反应，而否定SOD和细胞周期进程变化的作用。但近来报道了人淋巴母细胞AHH-1受0.02 Gy γ射线照射经6 h接受3 Gy γ射线的攻击剂量后一系列抗氧化酶类的表达，包括CuZnSOD\,MnSOD、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)、谷胱甘肽还原酶(GSR)和6-磷酸脱氢酶(G6PD)。发现在D2照射后MnSOD\,GST\,GPX和CAT的活性均迅即轻度增高，认为抗氧化防卫作用是适应性反应发生的部分机理[45]。Wolff列举的实验是对比正常小鼠和CuZnSOD转基因小鼠胚胎成纤维细胞对X射线的反应，二者均可诱导适应性反应，在传代4次的细胞重复实验中阳性率分别为3/5和3/6，实验中并未测定照射后成纤维细胞的各种SOD的mRNA或活性，仅知转基因小鼠肝细胞内的CuZnSOD表达为正常的2～3倍。上述报告[45]中所述MnSOD活性在攻击剂量的γ射线作用后迅即轻度升高以及本文上节引述的UV照射诱导MnSOD的剂量和时间依赖性增高及其与4种成纤维细胞对大剂量UV的抗性的相依关系[34]，提示抗氧化酶类的表达升高可能是辐射诱导适应性反应的机理之一。
, http://www.100md.com
曾报道低剂量辐射诱导某些蛋白分子表达的变化，色括新蛋白分子的出现、原有蛋白分子的消失或某些蛋白分子表达水平的改变[46，47]。实际上也包括了前文多处已提到hsp家族不同成员在诱导适应性反应机理中的作用。用mRNA差异显示所获结果也从另一角度反映此问题[43]。近有报道，通过mRNA差异显示发现低剂量辐射诱导HT29细胞的PBP74(mortalin/Grp75)即为hsp70家族成员之一，在0.25 Gy照射后15 min开始升高，30 min达蜂值，5 h逐渐回降。人乳腺癌细胞MCF-7中也观察到辐射抵抗力增高伴有PBP74表达上升，而不出现诱导性辐射抗性的SW48细胞则无PBP74的表达[48]。
人淋巴细胞受0.01 Gy诱导后由1.5 Gy照射所致微核率减少约30%，但攻击剂量后直接由慧星试验检测的DNA修复率则未见变化[49]。若在给予诱导剂量前1 h用抗CD38处理淋巴细胞，微核率减少的适应性反应消失，DNA修复速率不受影响，但在各时间点上经低剂量辐射诱导并受抗CD38处理的淋巴细胞的平均DNA损伤水平均低于对照细胞，因此作者认为，微核率降低所反映的染色体损伤减轻与DNA修复速率无关，而细胞表面分子CD38启动的信号转导可能在诱导适应性反应的机理中发挥作用。
, 百拇医药
低剂量烷化剂诱导的适应性反应可能与PADPRP活性升高有关。例如，角质形成细胞经2.5 nmol/L MNNG诱导60 min后立即以2.5 μmol/L处理30、45或60 min，其存活显著高于单纯受高剂量MNNG作用者，其DNA链断裂则明显减少，同时其PADPR则高出两倍，其中主要是与组蛋白结合亲和力很高的分枝状聚合物增多[50]。同一组研究者近年在此领域有系列报告，不一一赘述。
以上的资料提示，不能将D1诱发的DNA损伤及其激活的修复酶类表达上调作为适应性反应发生的唯一机理，除了诱导剂量的基因毒性作用以外，必须考虑外生性效应(epigenetic effect)的作用，而这方面的研究目前尚处于启动阶段，需要进一步深入。细胞信号传递通路不同环节的活化参与适应反应的发生、日益受到重视。有关内容请参考近年发表的文献[51-53]。
此外，关于新近提出的HRS/IRR概念，却在很低剂量下按单位剂量计致死效应较强(hyper-radio-sensitivity)和剂量稍大时的辐射抵抗力增高(increased radio-resistance)以及“旁观者”(bystander)效应与适应性反应性的关系，限于篇幅，将另文介绍。
, 百拇医药
五、结语
适应性反应是生物界普通存在的一种通常是有益于机体的机理，使生物体能较好地适应环境的变化，免遭有害因子的伤害。低剂量环境因子可以诱导生物体对继后高剂量该因子损伤作用的抵抗力，此现象称为适应性反应；不同环境因子往往可交叉诱导适应性反应。在各种环境因子中当前研究较多的是低剂量辐射诱导的适应性反应，无论是低剂量单次照射或低剂量率慢性照射均可在特定时间内增强生物体对高剂量辐射的抗性。这种现象可见于细菌、酶母菌、哺乳动物以及人体的多种细胞，其表现既有很强的普通性，又因遗传背景不同而有一定的个体差异。低剂量辐射诱导的适应性反应可表现于DNA和染色体损伤、细胞存亡、基因突变、细胞转化、致癌、免疫抑制等生物指标，但各有其诱导的剂量范围、时效和反应幅度。适应性反应的发生机理涉及DNA损伤激发的修复过程增强和细胞信号传递通路活化所致的基因和蛋白表达的变化，其细节尚待进一步澄清。低剂量辐射和化学因子诱导适应性反应是辐射和化学兴奋效应的重要内容，受到放射生物学和毒理学界的高度重视，阐明其规律具有巨大的社会和经济效益。
, http://www.100md.com
基金项目：国家自然科学基金资助项目(38970455，39270207)
参考文献
[1]Olivieri G,Bodycote J,Wolff S.Adaptive response of human lymphocytes to low concentrations of radioactive thymidine.Science,1984,223:594-597.
[2]UNSCEAR 1994 Report,Annex B(中译本，1996，北京：原子能出版社，216).
[3]Ishii K,Misonoh J,Induction of radio-adaptive response by low-dose X-irradiation on chromosome abnerrations in human embryonic fibroblasts.Physiol Chem Phys Med NMR 1996,28:83-90.
, 百拇医药
[4]Belyaev IYa,Spivak IM,Kolman A,et al.Relationship between radiation induced adaptive response in human fibroblasts and changes in chromatin conformation.Mutat Res.1996,358:223-230.
[5]Tempel K,Schleifer S.Adaptive response of the chicken embryo to low doses of X-irradiation.Radiat Environ Biophys,1995,34:177-183.
[6]Deorukhakar VV Rao BS.Induction of gene conversion in yeast cells continuously cultured at high radiation background.Radiat Environ Biophys,1995,34:185-190.
, 百拇医药
[7]Basad J,Characterization of the adaptive response to ionizing radiation induced by low doses of X-rays to Vibrio cholerae cells.Mutat Res,1996,372:115-118.
[8]Cai L,Jianf J.Mild hyperthermia can induce adaptation to cytogenetic damage caused by subsequent X-irradiation.Radiat Res,1995,143:26-33.
[9]Filippovich IV,Sorokina NI,Robillard N,et al.Radiation-induced apoptosis in human tumor cell lines:adaptive response and split-dose effect.Int J Cancer,1998,77:76-81.
, http://www.100md.com
[10]鞠桂芝，苏旭、傅海青，等.低剂量辐射诱导免疫适应性反应的研究.中华放射医学与防护杂志，1999，19：369-371.
[11]Rigaud O,Moustacchi E.Radioadaptation for gene mutation and the possible molecular mechanisms of the adaptive response.Mutat Res,1996,N 358:127-134.
[12]Liu SZ,Bai O,Chen D,et al.Genes and protein molecules in the cellular activation induced by low dose radiation.J Radiat Res Radiat Proc,2000,18:175-186.
[13]Azzam EL,de Toledo SM,Raaphorst GP,et al.Low dose ionizing radiation decreases the frequency of neoplastic transformation to a level below spontaneous rate in C3H10T1/2 cells.Radiat.Res,1996,146:369-370.
, 百拇医药
[14]Redpath JL,Antoniono RJ.Induction of an adaptive response against spontaneous neoplastic transformation in vitro by low-dose gamma radiation,Radiat Res.1998,149:517-520.
[15]Marples B,Skov KA.Small doses of high-linear energy transfer radiation increase the radioresistance of Chinese hamster V79 cells to subsequent X irradiation.Radiat Res,1996,146:382-387.
[16]Wang B,Ohyama H,Nose T,et al.Adaptive response in embryogenesis:I.Dose and timing of radiation for reduction of prenatal death and congenital malformation during the late period of organogenesis.Radiat Res,1998,150:120-122.
, http://www.100md.com
[17]Wang B,Ohyama H,Haginoya K,et al.Adaptive response in embryogenesis:II.Retardation of postnatal development of prenatally irradiated mice.Radiat Res,1999,152:119-123.
[18]Cai L,Wang P.Induction of a cytogenetic adaptive response in germ cells of irradiated mice with very low-dose rate of chronic gamma-irradiation and its biological influence on radiation-induced DNA or chromosomal damage and cell killing in their male offspring.Mutagenesis.1995,10:95-100.
, 百拇医药
[19]Hyun SJ,Yoon MY,Kim TH, et al.Enhancement of mitogen-stimulated proliferation of low dose radiation-adapted mouse splenocytes.Anticancer Res.1997,17:225-229.
[20]Venkat S,Chaubey RC,Chauhan PS.Radio-adaptive respone in human lymphocytes in vitro.Indian J Exp Biol,1996,34:909-912.
[21]Gourabi H,Mozdarani H.A cytokinesis-blocked micronucleus study of the radioadaptive response of lymphocytes of individuals occupationally exposed to chronic doses of radiation.Mutagenesis,1998,13:475-480.
, http://www.100md.com
[22]Barquinero JF,Barrios L,Caballin MR,et al.Occupational exposure to radiation induces an adaptive response in human lymphocytes.Int J Radiat Biol,1995,76:187-191.
[23]Frenzilli G,Lori A,Panasiuk G,et al.Comet assay on children's leukocytes 8 years after the Chernobyl disaster.Mutat Res,1999，415:151-158.
[24]Tedeschi B,Caporossi D,Vernole P,et al.Do human lymphocytes exposed to the fallout of the Chernobyl accident exhibit an adaptive response? 2.Challenge with bleomycin Mutat Res,1995,332:39-44.
, 百拇医药
[25]Padovani L,Appolloni M,Anzidei P,et al.Do human lymphocytes exposed to the fallout of the Chernobyl accident exhibit an adaptive response?1.Challenge with ionizing radiation.Mutat Res,1995,332:33-38.
[26]Tedeschi B,Caporossi D,Vernole P,et al.Do human lymphocytes exposed to the fallout of the Chernobyl accident exhibit an adaptive response? III.Challenge with bleomycin in lymphocytes from children hit by the initial acute dose of ionizing radiation.Mutat Res,1996,354:77-80.
, 百拇医药
[27]Gadhia PK,Possible age-dependent adaptive response to a low dose of X-rays in human lymphocytes.Mutagenesis.1998,13:151-152.
[28]Vijayalaxmi,Leal BZ,Deahl TS,et al.Variability in adaptive response to low dose radiation in human blood lymphocytes:consistent results from chromosome aberrations and micronuclei.Mutat Res,1995,348:45-50.
[29]Kalina I,Nemethova G.Variability of the adaptive response to low dose radiation in peripheral blood lymphocytes of twins and unrelated donors.Folia Biol Praha,1997,43:91-95.
, 百拇医药
[30]Nikolova T,Huttner E.Adaptive and synergistic effects of a low-dose ENU pretreatment on the frequency of chromosomal aberrations induced by a challenge dose of ENU in human peripheral blood lymphocytes in vitro.Mutat Res,1996,357:131-141.
[31]Sasiadek M,Paprocka-Borowicz M.Correlation between the adaptive response and individual sensitivity to monoepoxybutene in in vitro expderiments on human lymphocytes.Mutat Res,1997,390:239-243.
, 百拇医药
[32]Oliveira NG,Rodrigues AS,Chaveca T,et al.Induction of an adaptive response to quercetin,mitomycin C and hydrogen peroxide by low doses of quercetin in V79 Chinese hamster cells.Mutagenesis.1997,12:457-462,[33]Nemethova G,Kalina I,Racekova N.The adaptive response of peripheral blood lymphocytes to low doses of mutagenic aghents in patients with ataxia telangiectasia.Mutat Res,1995,348:101-104.
[34]Poswig A,Wenk J,Brenneisen P,et al.Adaptive antioxidant response of manganese-superoxide dismutase following repetitve UVA irradiation.J-Invest-Dermatol.1998,112:13-18.
, 百拇医药
[35]Trautinger F,Kokesch C,Klosner G,et al.Expression of the 72-kD heat shock protein is induced by ultraviolet A radiation in a human fibrosarcoma cell line.Exp Dermatol，1999,8:187-192.
[36]Su CY,Chong KY,Chen J,et al.A physiologicaslly relevasnt hyperthermia selectively activates constitutive hsp70 in H9c2 cardiac myoblasts and confers oxidative protection.J Mol Cell Cardiol,1999,31:845-855.
[37]Bryan PJ,Steffan RJ,DePaola A,et al.Adaptive response to cold temperatures in Vibrio vulnificus.Curr Microbiol,1999,38:168-175.
, 百拇医药
[38]Dolling JA,Boreham DR,Brown DL,et al.Modulation of radiation-induced strand break repair by cisplatin in mammalian cells.Int J Radiat Biol,1998,74:61-69.
[39]Flores MJ,Pinero J,Ortiz T,et al.Both bovine and rabbit lymphocytes conditiones with hydrogen peroxide show an adaptive response to radiation damage.Mutat Res,1996,372:9-15.
[40]Cai L,Cherian MG,Adaptive response to ionizing radiation-induced chromosome aberrations in rabbit lymphocytes:effect of pre-exposure to zinc,and copper salts.Mutat Res,1996,369:233-241.
, 百拇医药
[41]Morales-Ramirez P,Cruz-Vallejo V.In vivo effect of gamma ray pretreatment on sister-chromatid exchange induction by mitomycin C in murine bone marrow cells.Mutat Res,1996,367:225-232.
[42]Barquinero JF,Barrios L,Caballin MR,et al.Decreased sensitivity to the cytogenetic effects of bleomycin in individuals occupationally exposed to ionizing radiation.Mutat Res,1996,354:81-86.
[43]Wolff S.Aspects of the adaptive response to very low doses of radiation and other agents.Mutat Res,1996,358:135-142.
, http://www.100md.com
[44]Wolff S.The adaptive response in radiobiology:evolving insights and implications.Environ Health Perspect,1998,106 Suppl 1:277-283.
[45]Bravard A,Luccioni C,Moustacchi E,et al.Contribution of antioxidant enzymes to the adaptive response to ionizing radiation of human lymphoblasts.Int J Radiat Biol,1999,75:639-645.
[46]Chen S,Cai L,Li X,et al.Low-dose whole-body irradiastion induces alteration of protein expression in mouse splenocytes.Toxicol Lett,1999,105:141-152.
, 百拇医药
[47]Boothman DA,Meyers M,Fukunaga N,et al.Isolation of X-ray-inducible transcripts from radioresistant human melanoma cells.Proc Natl Acad Sci,USA,1993,90:7200-7204.
[48]Sadekova S,Lehnert S,Chow TY.Induction of PBP74/mortalin/Grp75,a member of the hsp70 family,by low doses of ionizing radiation:a possible role in induced radioresistance.Int J Radia Biol,1997,72:653-660.
[49]Wojewodzka M,Kruszewski M,Szumiel I.Anti-CD38 prevents the development of the adaptive response induced by X-rays in human lymphocytes.Mutagenesis,1996,11:593-596.
, http://www.100md.com
[50]Kleczkowska HE,Althaus FR.Biochemical changes associated with the adaptive response of human keratinocytes to N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine.Mutat Res,1996,368:121-131.
[51]刘树铮.低水平环境因子与适应性反应.中华放射医学与防护杂志，1998，18：310-315.
[52]Liu SZ.Biological defense and adaptation induced by low dose radiation.Human and Ecological Risk Assessment,1998,4:1217-1254.
[53]Liu SZ,Xie F,Mu Y.Distinct pattern of induction of genes related to cell survival and apoptosis after low dose radiation.In C.Baumstark-Khan,S.Kozubek and G.Horneck(eds.).,“Fundamentals for the assessment of risks from environmental radiation”.Kluwer Academic Publishers,Dordrecht,1999,327-337.
(收稿日期：2000-04-04), http://www.100md.com
单位：刘树铮(130021 长春 白求恩医科大学卫生部放射生物学重点实验室)
关键词：
中华放射医学与防护杂志000601 适应性反应(adaptive response,AR)是生物界普遍存在的现象。生物机体在其种系进化和个体发育过程中，不断受到环境变化的影响。这些变化因其强度不同而对机体产生不同的效应。若环境因子的强度过大，超过了机体耐受的限度，往往造成严重伤，或甚至导致机体死亡。但当环境因子的强度较小时，机体的功能和生存不会受到威胁，甚至可通过体内的相应变化产生对环境因子的抗性，在随后一定时间内具有耐受较大强度的同一种或其它环境因子的能力。从较广的视野来理解，适应环境变化是个体生存和种系繁殖、演变和进化的最基本特性之一，具有很强的保守性。从单细胞生物到高等动物乃至人类都保有此种特性，只是在不同的发育阶段其表现形式和复杂性有所不同而已。在放射生物学领域中，近年来对低剂量电离辐射诱导的适应性反应进行了较广泛的研究，同时观察到电离辐射可和其他环境因子交叉诱导适应性反应。因此，对研究者提出了一个新问题，即各种环境因子诱导适应性反应是否具有共同机理，他们间又有什么区别。本文作者对近5年内文献报道的主要资料加以分析，希望能引起进一步的讨论和研究。
, http://www.100md.com
一、电离辐射诱导适应性反应
自从Olivieri等1984年首先发表人淋巴细胞由低剂量辐射诱导细胞遗传学适应性反应以来[1]，这一现象不断为其他许多学者以不同的实验模式所证实，并对其机理进行了初步探讨。UNSCEAR 1994年的报告确认了这一科学观察[2]。此后各国学者对适应性反应进一步从拓宽和深入两个方向进行了研究。
1.离体照射
近年的研究在实验模型，包括细胞种类和终点指标的选择方面有进一步的拓宽，观察了多种动物和人体细胞以及酵母、细菌等的适应性反应。人胚成纤维细胞受0.1 Gy的诱导剂量(D1)照射后4 h，其染色体对1.5 Gy的攻击剂量(D2)的抗性增高[3]。人成纤维细胞系VH-10的存活亦可诱导适应性反应[4]。有人用鸡胚进行实验，于受精后13～15 d给予D1(X射线0.05～0.30 Gy)，照射后3～48 h制备脑和肝细胞悬液，体外给予4.32 Gy(D2)，发现在给予D1后12～36 h非程序性DNA合成(UDS)、拟核沉降系数和细胞碱性裂解液粘度的辐射效应均显著减轻[5]。报告者认为减轻初始DNA损伤是适应性反应的主要机理。对酵母菌Saccharomyces cerevisiae D7的基因转换(gene conversion)研究表明，慢性低水平辐射可诱导适应性反应[6]。若向酵母菌培养基内加入不同量的氚水，使其辐射剂量率为0.383 μSv/h～1.275 mSv/h，相当于天然本底辐射的3～ 10 000倍。以此作为D1照射，而以大剂量急性γ射线照射或烷化剂MNNG作为D2。慢性低水平辐射并不使基因转换频率增高，保持于每百万细胞中5～10个转换体，但在剂量率较高及照射时间过久时则增高到每百万活细胞中20个转换体。有意义的是，无论剂量多高，在传代培养超过900 h后基因转换频率均恢复到正常对照水平，提示酵母菌对不断累积的辐射剂量产生了适应性反应。但受慢性低剂量辐射作用的细胞对急性大剂量γ射线或MNNG的反应却和未受照射的对照一样，说明酵母细胞只对慢性照射产生适应性反应，而对急性高剂量攻击则否。以往在哺乳动物细胞中尚未见有类似的报道。
, http://www.100md.com
给霍乱弧菌D1为1.7 Gy X射线，于37℃培养40 min后给予致死剂量攻击，其抗性较对照增高3.38倍，而且低浓度H2O2亦可诱导其对X射线的适应性反应[7]。与以往在淋巴细胞观察到的适当增温促进适应性反应的观察[8]不同，照射前42℃培养10 min却使照射后存活率下降。以上两例提示，虽然不同细胞均可由低剂量辐射诱导适应性反应，但在表现形式和影响因素等方面存在一些差别。
卵巢癌细胞OVCAR3及骨髓瘤细胞RPMI8226受0.01 Gy照射后，间隔数h或48～72 h给予6 Gy照射，细胞凋亡率较单纯6 Gy照射者降低[9]。同时发现分割照射(4或8 Gy分两次等剂量照射)可使细胞凋亡减少。用3-AB或冈田酸(okadaic acid)抑制ADPRP和蛋白磷酸酶，可阻断适应性反应和分割剂量效应的发生。在全身照射条件下，0.075 Gy亦可减轻小鼠胸腺细胞在1.5 Gy全身照射后所致的细胞凋亡[10]。
, http://www.100md.com
低剂量辐射可诱导基因突变的适应性反应，其规律基本与低剂量辐射诱导细胞遗传学适应性反应的规律一致[11]。保护效应可达40～75%，可被3-AB阻断。适应的细胞中主要是缺失型突变减少，提示突变适应性反应的机理主要是促进DNA双链断裂型损伤的消除。有证据表明，蛋白激酶C(PKC)介导的信号通路可能是转导低剂量辐射诱导作用的关键步骤。有资料显示，低剂量辐射启动一些基因的表达，其产物可能与DNA修复及/或细胞周期进程调控有关[12]。低剂量辐射使C3H10T1/2细胞的自发性恶性转化率显著降低[13]。用HeLa与皮肤成纤维细胞杂交系进行了类似的实验，分为3组，第1组不予照射，第2组给予0.01 Gy γ射线后立即接种，第3组给予0.01 Gy γ射线后于37℃保持24 h再行接种，然后检测恶性转化率，发现第3组的转化率显著降低，提示发生了适应性反应。但只能由多次实验汇集的资料获得上述结论[14]。
关于高LET辐射诱导适应性反应的问题，在以往对人淋巴细胞观察的基础上，研究了V79-379A细胞受中子D1照射，剂量为0.2 Gy，4 h后给予1 Gy的250 kVp X射线，细胞存活率显著高于对照，以X射线和Bragg峰负π介子为D1时，亦可增强细胞的辐射抵抗力[15]。近来报道，D1和D2均为高LET碳离子，照射V79细胞，诱导了微核率和细胞存活的适应性反应(辐射研究和辐射工艺学报，2000，18：35-39)。
, 百拇医药
2.全身照射
低剂量辐射在整体条件下诱导适应性反应亦续有报道，从生殖细胞、胚胎发生到免疫功能等方面均有研究。用ICR雌性小鼠于妊娠第9～11天给予D1(0～0.5 Gy)，次日给予D2(5 Gy)，妊娠第19天检查存活胎儿、产前死胎及存活胎儿畸形的数目，与单纯接受5 Gy的对照相比，0.3 Gy的预先照射使活胎率显著增高，且存活胎儿的先天性畸型明显减少。报告者认为，在关键的剂量和时间给予诱导剂量可在小鼠妊娠的器官形成期诱导适应性反应，但需有一定的阈剂量[16]。同一组研究者在随后的报道中指出，在上述实验模型中继续观察子代的生长、发育和行为，则发现产后死亡率高，且存活者出现各种辐射诱导的有害效应。作者据此认为，诱导剂量对胎儿存活本身有利，但对存活者的健康不利[17]。但该报告未比较不同攻击剂量的效应。这种现象的出现是否与剂量，特别是攻击剂量(5 Gy)过高有关，报告者未加分析。而根据一般放射生物学资料，2 Gy照射就足以使妊娠小鼠的器官发生严重障碍，显然该报告中所用的攻击剂量(5 Gy)所造成的损害难以由低剂量辐射诱导的机理所阻止。
, 百拇医药
给雄性小鼠慢性60Co γ射线照射，剂量率20 μGy/min，40 d累积剂量达1.1 Gy (D1)时停止照射后再经40 d给予1.5 Gy X射线全身照射(D2)，照后24 h检查，发现精原细胞出现明显的细胞遗传学适应性反应，但经慢性照射的雄鼠与正常雌鼠交配后所生子代的骨髓细胞和精母细胞的染色体对1.5 Gy照射的敏感性未受影响，同时子代脾细胞的DNA修复合成能力和对射线杀伤作用的抵抗力也未见改变[18]。上述实验结果提示，低水平辐射可在雄性亲代诱导生殖细胞的细胞遗传学适应性反应，而不会引起对其子代的危害。
由低剂量辐射预先作用减轻高剂量辐射所致免疫抑制的现象称为免疫适应性反应，在国内已有较系统的研究，参考文献[10]总结了近年的资料，以0.075 Gy全身照射为D1，1.5～2 Gy为D2，间隔6 h，诱导了胸腺和脾细胞十几项指标的适应性反应。在离体条件下亦可诱导免疫适应性反应，例如丝裂原刺激的小鼠脾细胞受0.01 Gy γ射线预先照射后4、7和20 h给予2 Gy攻击剂量，脾细胞增殖增强，以间隔4 h者最显著，脾细胞受4 Gy照射后出现凋亡细胞典型形态改变和DNA裂解，这类变化在预先经低剂量照射的脾细胞亦明显减轻，并发现在D1和D2两次照射之间的时间内加入蛋白合成抑制剂CHM(环己酰胺)和RNA合成抑制剂DRFB (5,6-dichloro-1-beta-d-ribofuranosyl benzimidazo)可阻断适应性反应的诱导，说明上述脾细胞适应性反应的发生需要同时有蛋白质和RNA的合成[19]。
, 百拇医药
3.人群观察
受低水平辐射长期作用的人群，其外周血淋巴细胞在较大剂量急性照射后，也可出现适应性反应。已知人外周血淋巴细胞(丝裂原刺激后约26 h)在体外受0.01 Gy 60Co γ射线(D1)经5 h后，1 Gy照射引起的微核率显著降低，其降低幅度平均为37.1%，说明体外诱导微核适应性反应与染色体畸变适应性反应的幅度相近[20]。对24名医用射线工作者的观察表明，长期低水平辐射亦可诱导淋巴细胞微核的适应性反应[21]，与13名非射线对照人员相比，医用射线工作者外周血淋巴细胞在体外受1和2 Gy照射后，其微核率明显低于对照人员外周血淋巴细胞受相同剂量体外照射后的微核率，说明长期低剂量辐射可在人体诱导适应性反应。以外周血淋巴细胞双着丝粒为指标，也证实了慢性低水平X和γ射线的职业照射可诱导染色体对2 Gy急性照射的适应性反应[22]。
近几年来对切尔诺贝利核事故后受放射污染影响的人群是否发生适应性反应也进行了观察，以单细胞凝胶电泳检测DNA单链断裂，对比了戈莫尔地区(放射性污染最严重地区之一)36名健康儿童和意大利比萨13名儿童的白细胞接受攻击剂量的博来霉素(1.5 μg/ml)后的反应，发现对博来霉素的反应降低与137Cs体负荷较高有关(P<0.03)[23]。对同一地区儿童染色体畸率的观察发现，博来霉素攻击后未出现的适应性反应不被DNA修复抑制剂所阻断[24]，而急性大剂量电离辐射攻击后未见有适应性反应[25]。对受到切尔诺贝利核事故初期急性照射的普里卜加特(Pripjat)儿童的检测表明，在攻击剂量博来霉素作用后出现的细胞遗传学适应性反应与初期急性照射无关，而取决于尔后体内137Cs的负荷[26]。
, 百拇医药
关于年龄对诱导适应性反应的影响，有人观察了年龄为5至65岁健康人的外周血淋巴细胞的反应，诱导剂量为0.01 Gy X射线，攻击剂量为2.0 Gy X射线，以染色单体和等位染色体断裂为指标，6名5岁男性、6名25岁女性和6名45岁男性都出现了明显的适应性反应，而65岁的男、女各6名都未见适应性反应[27]，提示老龄可能是妨碍诱导染色体修复机理的一个因素。
适应性反应在人群中的变异度早就受到注意。近来的研究再次证实了这一点，例如，在8例献血者中，用染色体畸变和微核两项指标平行观察，诱导剂量为0.01 Gy，攻击剂量为1.5 Gy时，5例出现明显的适应性反应，3例反应不明显，但在各例中畸变率和微核率的变化非常一致[28]。为了验证个体差异是否与遗传背景有关，选择了两对单卵双生、两对异卵双生和9名无关人员，以0.05 Gy的诱导剂量和1.5 Gy的攻击剂量照射外周血淋巴细胞，观察染色单体和等位染色单体断裂，在两对单卵双生中都见到明显的适应性反应，而在两对异卵双生则否。有意义的是，在两对单卵双生中，各项检测指标的变化非常相近，而异卵双生中所见的变化则与9例无关人员中所见一样，互不相干[29]。因此作者认为，适应性反应的发生在很大程度上受遗传背景的影响。
, 百拇医药
二、其它环境因子诱导适应性反应
环境中存在的化学因子对生物体的生存和发育至关重要，因为它们中不少具有潜在的致畸、致突和致癌作用。过去对一些烷化剂诱导适应性反应的研究早有报道，目前仍吸引着许多实验室的关注。由于人们在日常生活中会接触各种化学物质，考虑到它们对健康的可能影响，环境保护部门需要制订有关的法规，限制其在空气、水体、食物等中的水平。这些法规的制订应当具有相应的科学依据。这是毒理学界关注的一个重要问题，其中有关剂量效应模型的探讨尤为当前争论的焦点。例如，美国环境保护署(US EPA)目前对具有潜在致癌效应的化学因子的防护法规，多依据线性无阈模型，而有些毒理学者则根据大量研究资料揭示的化学兴奋效应(chemical hormesis)对此提出了质疑(参阅BELLE News Letter Vol 8,No.1,July,1999)。化学因子诱导适应性反应的研究是与化学兴奋效应密切相关的一个内容。因此，扩展这一领域的实验研究和人体观察，不仅是一个理论问题，同时也具有实际意义。
, 百拇医药
N-乙基-N-亚硝基脲(ENU)是一种已被广泛研究的潜在性致突和致癌烷化剂，有人以2×10-5 mol/L的ENU为诱导剂量，4 h后以10-3 mol/L的ENU为攻击剂量，作用于分离的人淋巴细胞，以染色体畸变为指标，在4例中发现了1例出现明显的适应性反应[30]。考虑到ENU诱发的初始DNA损伤及其修复机理的复杂性，以及细胞周期时相的影响，对其诱导适应性反应的规律尚需进一步研究。MEB(monoepoxybutene)是BD(1，3-butadiene)的基因毒性代谢物，对人体可能有致癌作用。对外周血淋巴细胞的检测表明，以姊妹单体交换为观察指标，证实MEB可诱导适应性反应[31]。由于食物中存在或形成的致突变物质被认为是人类肿瘤发生的重要病因之一，而且还在不断地发现和鉴定这类物质，研究者对它们是否可诱导适应性反应十分关注。类黄酮属于存在于可食用水果和蔬菜中的一大类多酚醌类化合物，其中有少数，如槲皮素，在离体实验中表现出基因毒性。槲皮素的致突变作用的机理涉及氧化基团的形成，因而被视为拟辐射剂。实验揭示，低浓度槲皮素可诱导V79细胞染色体畸变对过氧化氢和丝裂霉素C的抗性[32]。化学因子诱导人淋巴细胞适应性反应显然与遗传背景有关。曾对比正常人和AT患者淋巴细胞对低剂量γ射线和博来霉素的反应，正常人淋巴细胞对二者均出现适应性反应，杂合子AT患者的淋巴细胞则只对博来霉素发生适应性反应，而纯合子AT患者的淋巴细胞对二者均不发生适应性反应[33]。
, http://www.100md.com
非电离辐射也可诱导适应性反应。有人研究了UVA对锰过氧化物歧化酶(MnSOD)的诱导作用及其与适应性反应的关系。用4种不同的成纤维细胞系进行实验，发现UVA引起MnSOD特异mRNA增高，具有剂量和时间依赖性。MnSOD的mRNA和活性上调与受亚致死剂量UV预先照射的成纤维细胞对高剂量UV抵抗力增强相适应[34]。同时也发现对UV反应的个体差异，其分子机理尚待澄清。有报道认为，72 kD热激蛋白(hsp72)的诱导可能是人体细胞对UVA适应性反应的部分机理，因为hsp72的表达可提高培养中细胞的存活，而且只有UVA诱导其表达，UVB则否[35]。
热激蛋白最初是由增温时诱导而得名，早有报道适度增温可诱导人淋巴细胞对辐射的适应性反应[8]。有人用一种简化的心肌模型(源于大鼠的H9c2成肌细胞)检验了增温诱导心肌适应性反应，39℃预处理24 h可提高H9c2在过氧化氢(40-54 μmol/L，3h)环境下的存活，而且延长预处理时间可进一步提高细胞的抗性，使其可耐受68 mmol/L的过氧化氢。已知有3种hsp调节细胞的抗氧化防卫反应，即组成性hsp 70(hsc70)、hsp70和hsp27。轻度增温(39℃)仅诱导hsc70，而且其诱导的保护作用与细胞内hsc70的中度增多相关[36]。与前述UVA的研究资料比较，提示不同环境因子诱导适应性反应的机理中参与作用的热激蛋白的种类可能是不同的。另一方面，降温对某些生物体也可诱导适应性反应。弧菌V.vulnificus预先在15℃培养(一般培养温度为35℃)可使其在-78℃冷冻后的存活增高，发现蛋白质合成和铁的存在对冷适应有重要意义，示踪实验进一步证明，15℃冷适应使6kD和40kD蛋白的表达上调，而82kD蛋白的表达下降[37]。
, 百拇医药
三、不同因子交叉诱导适应性反应
不同环境因子可交叉诱导细胞遗传学适应性反应已早有报道，前文列举的实例也已涉及此问题，近年有不少研究采用不同终点指标进一步证实了交叉诱导的存在。用DNA解旋荧光分析(FADU)检测DNA损伤及其修复，正常人成纤维细胞(AG1522)受4 Gy60Co γ射线照后其DNA损伤修复呈双相性，初始快速相修复时间在15 min以内，随后慢速相于90 min完成。用10 μg/ml顺铂处理细胞30 min后立即照射对快速重接相无影响，但使慢速相显著受抑，同样处理后间隔24 h照射则DNA修复的两时相均受抑制。若将顺铂浓度降低至1 μg/ml，同样处理30 min，经24 h后照射，则DNA断裂修复在两时相均显著高于单纯4 Gy照射者，说明顺铂诱导对辐射的交叉适应反应与顺铂处理的剂量及两种处理的间隔时间有关[38]。已知过氧化氢可诱导人淋巴细胞和生殖细胞对辐射的适应性反应，以微核率为指标对兔和牛淋巴细胞的观察也证实了交叉诱导适应性反应，牛淋巴细胞诱导的适应性反应的幅度大于兔淋巴细胞[39]。无机物诱导对辐射的适应性反应也有报道，锌(50 μmol/L体外作用或100 μmol/g体重)均可诱导家兔淋巴细胞染色体对γ射线的抗性，而铜(50 μmol/L体外作用)则否，但锌和铜在体外作用均可使淋巴细胞的金属硫蛋白浓度升高，而向无细胞体系中加入Zn-金属硫蛋白可防止γ射线引起的小牛胸腺DNA损伤，因此推测Zn-金属硫蛋白的合成可能是诱导细胞遗传学适应性反应的机理之一[40]。以姊妹单体交换率(SCE)为观察指标，低剂量γ射线全身预照射可使注射丝裂霉素C所致小鼠骨髓细胞SCE减少30%[41]。人体观察也证实化学因子与辐射可交叉诱导适应性反应，12名受职业照射者与11名对照的外周血淋巴细胞受攻击剂量的博来霉素处理时，前者的染色单体畸变显著低于后者[42]。
, http://www.100md.com
四、适应性反应机理的研究
UNSCEAR 1994报告曾对适应性反应的发生机理进行一般性分析[2]，虽然指出共同的认识是将适应性反应视为DNA损伤的后果，也提及辐射诱导的基因表达以及氧化中间产物和自由基直接影响调节蛋白，如转录因子，后者通过诱导基因表达制约适应性反应。此后Wolff曾强调DNA损伤在诱导适应性反应机理中的重要性[43，44]，因为实验证明向淋巴细胞中导入很小量的限制性核酸内切酶(通过电穿孔法)即可诱导适应性反应，而否定SOD和细胞周期进程变化的作用。但近来报道了人淋巴母细胞AHH-1受0.02 Gy γ射线照射经6 h接受3 Gy γ射线的攻击剂量后一系列抗氧化酶类的表达，包括CuZnSOD\,MnSOD、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)、谷胱甘肽还原酶(GSR)和6-磷酸脱氢酶(G6PD)。发现在D2照射后MnSOD\,GST\,GPX和CAT的活性均迅即轻度增高，认为抗氧化防卫作用是适应性反应发生的部分机理[45]。Wolff列举的实验是对比正常小鼠和CuZnSOD转基因小鼠胚胎成纤维细胞对X射线的反应，二者均可诱导适应性反应，在传代4次的细胞重复实验中阳性率分别为3/5和3/6，实验中并未测定照射后成纤维细胞的各种SOD的mRNA或活性，仅知转基因小鼠肝细胞内的CuZnSOD表达为正常的2～3倍。上述报告[45]中所述MnSOD活性在攻击剂量的γ射线作用后迅即轻度升高以及本文上节引述的UV照射诱导MnSOD的剂量和时间依赖性增高及其与4种成纤维细胞对大剂量UV的抗性的相依关系[34]，提示抗氧化酶类的表达升高可能是辐射诱导适应性反应的机理之一。
, http://www.100md.com
曾报道低剂量辐射诱导某些蛋白分子表达的变化，色括新蛋白分子的出现、原有蛋白分子的消失或某些蛋白分子表达水平的改变[46，47]。实际上也包括了前文多处已提到hsp家族不同成员在诱导适应性反应机理中的作用。用mRNA差异显示所获结果也从另一角度反映此问题[43]。近有报道，通过mRNA差异显示发现低剂量辐射诱导HT29细胞的PBP74(mortalin/Grp75)即为hsp70家族成员之一，在0.25 Gy照射后15 min开始升高，30 min达蜂值，5 h逐渐回降。人乳腺癌细胞MCF-7中也观察到辐射抵抗力增高伴有PBP74表达上升，而不出现诱导性辐射抗性的SW48细胞则无PBP74的表达[48]。
人淋巴细胞受0.01 Gy诱导后由1.5 Gy照射所致微核率减少约30%，但攻击剂量后直接由慧星试验检测的DNA修复率则未见变化[49]。若在给予诱导剂量前1 h用抗CD38处理淋巴细胞，微核率减少的适应性反应消失，DNA修复速率不受影响，但在各时间点上经低剂量辐射诱导并受抗CD38处理的淋巴细胞的平均DNA损伤水平均低于对照细胞，因此作者认为，微核率降低所反映的染色体损伤减轻与DNA修复速率无关，而细胞表面分子CD38启动的信号转导可能在诱导适应性反应的机理中发挥作用。
, 百拇医药
低剂量烷化剂诱导的适应性反应可能与PADPRP活性升高有关。例如，角质形成细胞经2.5 nmol/L MNNG诱导60 min后立即以2.5 μmol/L处理30、45或60 min，其存活显著高于单纯受高剂量MNNG作用者，其DNA链断裂则明显减少，同时其PADPR则高出两倍，其中主要是与组蛋白结合亲和力很高的分枝状聚合物增多[50]。同一组研究者近年在此领域有系列报告，不一一赘述。
以上的资料提示，不能将D1诱发的DNA损伤及其激活的修复酶类表达上调作为适应性反应发生的唯一机理，除了诱导剂量的基因毒性作用以外，必须考虑外生性效应(epigenetic effect)的作用，而这方面的研究目前尚处于启动阶段，需要进一步深入。细胞信号传递通路不同环节的活化参与适应反应的发生、日益受到重视。有关内容请参考近年发表的文献[51-53]。
此外，关于新近提出的HRS/IRR概念，却在很低剂量下按单位剂量计致死效应较强(hyper-radio-sensitivity)和剂量稍大时的辐射抵抗力增高(increased radio-resistance)以及“旁观者”(bystander)效应与适应性反应性的关系，限于篇幅，将另文介绍。
, 百拇医药
五、结语
适应性反应是生物界普通存在的一种通常是有益于机体的机理，使生物体能较好地适应环境的变化，免遭有害因子的伤害。低剂量环境因子可以诱导生物体对继后高剂量该因子损伤作用的抵抗力，此现象称为适应性反应；不同环境因子往往可交叉诱导适应性反应。在各种环境因子中当前研究较多的是低剂量辐射诱导的适应性反应，无论是低剂量单次照射或低剂量率慢性照射均可在特定时间内增强生物体对高剂量辐射的抗性。这种现象可见于细菌、酶母菌、哺乳动物以及人体的多种细胞，其表现既有很强的普通性，又因遗传背景不同而有一定的个体差异。低剂量辐射诱导的适应性反应可表现于DNA和染色体损伤、细胞存亡、基因突变、细胞转化、致癌、免疫抑制等生物指标，但各有其诱导的剂量范围、时效和反应幅度。适应性反应的发生机理涉及DNA损伤激发的修复过程增强和细胞信号传递通路活化所致的基因和蛋白表达的变化，其细节尚待进一步澄清。低剂量辐射和化学因子诱导适应性反应是辐射和化学兴奋效应的重要内容，受到放射生物学和毒理学界的高度重视，阐明其规律具有巨大的社会和经济效益。
, http://www.100md.com
基金项目：国家自然科学基金资助项目(38970455，39270207)
参考文献
[1]Olivieri G,Bodycote J,Wolff S.Adaptive response of human lymphocytes to low concentrations of radioactive thymidine.Science,1984,223:594-597.
[2]UNSCEAR 1994 Report,Annex B(中译本，1996，北京：原子能出版社，216).
[3]Ishii K,Misonoh J,Induction of radio-adaptive response by low-dose X-irradiation on chromosome abnerrations in human embryonic fibroblasts.Physiol Chem Phys Med NMR 1996,28:83-90.
, 百拇医药
[4]Belyaev IYa,Spivak IM,Kolman A,et al.Relationship between radiation induced adaptive response in human fibroblasts and changes in chromatin conformation.Mutat Res.1996,358:223-230.
[5]Tempel K,Schleifer S.Adaptive response of the chicken embryo to low doses of X-irradiation.Radiat Environ Biophys,1995,34:177-183.
[6]Deorukhakar VV Rao BS.Induction of gene conversion in yeast cells continuously cultured at high radiation background.Radiat Environ Biophys,1995,34:185-190.
, 百拇医药
[7]Basad J,Characterization of the adaptive response to ionizing radiation induced by low doses of X-rays to Vibrio cholerae cells.Mutat Res,1996,372:115-118.
[8]Cai L,Jianf J.Mild hyperthermia can induce adaptation to cytogenetic damage caused by subsequent X-irradiation.Radiat Res,1995,143:26-33.
[9]Filippovich IV,Sorokina NI,Robillard N,et al.Radiation-induced apoptosis in human tumor cell lines:adaptive response and split-dose effect.Int J Cancer,1998,77:76-81.
, http://www.100md.com
[10]鞠桂芝，苏旭、傅海青，等.低剂量辐射诱导免疫适应性反应的研究.中华放射医学与防护杂志，1999，19：369-371.
[11]Rigaud O,Moustacchi E.Radioadaptation for gene mutation and the possible molecular mechanisms of the adaptive response.Mutat Res,1996,N 358:127-134.
[12]Liu SZ,Bai O,Chen D,et al.Genes and protein molecules in the cellular activation induced by low dose radiation.J Radiat Res Radiat Proc,2000,18:175-186.
[13]Azzam EL,de Toledo SM,Raaphorst GP,et al.Low dose ionizing radiation decreases the frequency of neoplastic transformation to a level below spontaneous rate in C3H10T1/2 cells.Radiat.Res,1996,146:369-370.
, 百拇医药
[14]Redpath JL,Antoniono RJ.Induction of an adaptive response against spontaneous neoplastic transformation in vitro by low-dose gamma radiation,Radiat Res.1998,149:517-520.
[15]Marples B,Skov KA.Small doses of high-linear energy transfer radiation increase the radioresistance of Chinese hamster V79 cells to subsequent X irradiation.Radiat Res,1996,146:382-387.
[16]Wang B,Ohyama H,Nose T,et al.Adaptive response in embryogenesis:I.Dose and timing of radiation for reduction of prenatal death and congenital malformation during the late period of organogenesis.Radiat Res,1998,150:120-122.
, http://www.100md.com
[17]Wang B,Ohyama H,Haginoya K,et al.Adaptive response in embryogenesis:II.Retardation of postnatal development of prenatally irradiated mice.Radiat Res,1999,152:119-123.
[18]Cai L,Wang P.Induction of a cytogenetic adaptive response in germ cells of irradiated mice with very low-dose rate of chronic gamma-irradiation and its biological influence on radiation-induced DNA or chromosomal damage and cell killing in their male offspring.Mutagenesis.1995,10:95-100.
, 百拇医药
[19]Hyun SJ,Yoon MY,Kim TH, et al.Enhancement of mitogen-stimulated proliferation of low dose radiation-adapted mouse splenocytes.Anticancer Res.1997,17:225-229.
[20]Venkat S,Chaubey RC,Chauhan PS.Radio-adaptive respone in human lymphocytes in vitro.Indian J Exp Biol,1996,34:909-912.
[21]Gourabi H,Mozdarani H.A cytokinesis-blocked micronucleus study of the radioadaptive response of lymphocytes of individuals occupationally exposed to chronic doses of radiation.Mutagenesis,1998,13:475-480.
, http://www.100md.com
[22]Barquinero JF,Barrios L,Caballin MR,et al.Occupational exposure to radiation induces an adaptive response in human lymphocytes.Int J Radiat Biol,1995,76:187-191.
[23]Frenzilli G,Lori A,Panasiuk G,et al.Comet assay on children's leukocytes 8 years after the Chernobyl disaster.Mutat Res,1999，415:151-158.
[24]Tedeschi B,Caporossi D,Vernole P,et al.Do human lymphocytes exposed to the fallout of the Chernobyl accident exhibit an adaptive response? 2.Challenge with bleomycin Mutat Res,1995,332:39-44.
, 百拇医药
[25]Padovani L,Appolloni M,Anzidei P,et al.Do human lymphocytes exposed to the fallout of the Chernobyl accident exhibit an adaptive response?1.Challenge with ionizing radiation.Mutat Res,1995,332:33-38.
[26]Tedeschi B,Caporossi D,Vernole P,et al.Do human lymphocytes exposed to the fallout of the Chernobyl accident exhibit an adaptive response? III.Challenge with bleomycin in lymphocytes from children hit by the initial acute dose of ionizing radiation.Mutat Res,1996,354:77-80.
, 百拇医药
[27]Gadhia PK,Possible age-dependent adaptive response to a low dose of X-rays in human lymphocytes.Mutagenesis.1998,13:151-152.
[28]Vijayalaxmi,Leal BZ,Deahl TS,et al.Variability in adaptive response to low dose radiation in human blood lymphocytes:consistent results from chromosome aberrations and micronuclei.Mutat Res,1995,348:45-50.
[29]Kalina I,Nemethova G.Variability of the adaptive response to low dose radiation in peripheral blood lymphocytes of twins and unrelated donors.Folia Biol Praha,1997,43:91-95.
, 百拇医药
[30]Nikolova T,Huttner E.Adaptive and synergistic effects of a low-dose ENU pretreatment on the frequency of chromosomal aberrations induced by a challenge dose of ENU in human peripheral blood lymphocytes in vitro.Mutat Res,1996,357:131-141.
[31]Sasiadek M,Paprocka-Borowicz M.Correlation between the adaptive response and individual sensitivity to monoepoxybutene in in vitro expderiments on human lymphocytes.Mutat Res,1997,390:239-243.
, 百拇医药
[32]Oliveira NG,Rodrigues AS,Chaveca T,et al.Induction of an adaptive response to quercetin,mitomycin C and hydrogen peroxide by low doses of quercetin in V79 Chinese hamster cells.Mutagenesis.1997,12:457-462,[33]Nemethova G,Kalina I,Racekova N.The adaptive response of peripheral blood lymphocytes to low doses of mutagenic aghents in patients with ataxia telangiectasia.Mutat Res,1995,348:101-104.
[34]Poswig A,Wenk J,Brenneisen P,et al.Adaptive antioxidant response of manganese-superoxide dismutase following repetitve UVA irradiation.J-Invest-Dermatol.1998,112:13-18.
, 百拇医药
[35]Trautinger F,Kokesch C,Klosner G,et al.Expression of the 72-kD heat shock protein is induced by ultraviolet A radiation in a human fibrosarcoma cell line.Exp Dermatol，1999,8:187-192.
[36]Su CY,Chong KY,Chen J,et al.A physiologicaslly relevasnt hyperthermia selectively activates constitutive hsp70 in H9c2 cardiac myoblasts and confers oxidative protection.J Mol Cell Cardiol,1999,31:845-855.
[37]Bryan PJ,Steffan RJ,DePaola A,et al.Adaptive response to cold temperatures in Vibrio vulnificus.Curr Microbiol,1999,38:168-175.
, 百拇医药
[38]Dolling JA,Boreham DR,Brown DL,et al.Modulation of radiation-induced strand break repair by cisplatin in mammalian cells.Int J Radiat Biol,1998,74:61-69.
[39]Flores MJ,Pinero J,Ortiz T,et al.Both bovine and rabbit lymphocytes conditiones with hydrogen peroxide show an adaptive response to radiation damage.Mutat Res,1996,372:9-15.
[40]Cai L,Cherian MG,Adaptive response to ionizing radiation-induced chromosome aberrations in rabbit lymphocytes:effect of pre-exposure to zinc,and copper salts.Mutat Res,1996,369:233-241.
, 百拇医药
[41]Morales-Ramirez P,Cruz-Vallejo V.In vivo effect of gamma ray pretreatment on sister-chromatid exchange induction by mitomycin C in murine bone marrow cells.Mutat Res,1996,367:225-232.
[42]Barquinero JF,Barrios L,Caballin MR,et al.Decreased sensitivity to the cytogenetic effects of bleomycin in individuals occupationally exposed to ionizing radiation.Mutat Res,1996,354:81-86.
[43]Wolff S.Aspects of the adaptive response to very low doses of radiation and other agents.Mutat Res,1996,358:135-142.
, http://www.100md.com
[44]Wolff S.The adaptive response in radiobiology:evolving insights and implications.Environ Health Perspect,1998,106 Suppl 1:277-283.
[45]Bravard A,Luccioni C,Moustacchi E,et al.Contribution of antioxidant enzymes to the adaptive response to ionizing radiation of human lymphoblasts.Int J Radiat Biol,1999,75:639-645.
[46]Chen S,Cai L,Li X,et al.Low-dose whole-body irradiastion induces alteration of protein expression in mouse splenocytes.Toxicol Lett,1999,105:141-152.
, 百拇医药
[47]Boothman DA,Meyers M,Fukunaga N,et al.Isolation of X-ray-inducible transcripts from radioresistant human melanoma cells.Proc Natl Acad Sci,USA,1993,90:7200-7204.
[48]Sadekova S,Lehnert S,Chow TY.Induction of PBP74/mortalin/Grp75,a member of the hsp70 family,by low doses of ionizing radiation:a possible role in induced radioresistance.Int J Radia Biol,1997,72:653-660.
[49]Wojewodzka M,Kruszewski M,Szumiel I.Anti-CD38 prevents the development of the adaptive response induced by X-rays in human lymphocytes.Mutagenesis,1996,11:593-596.
, http://www.100md.com
[50]Kleczkowska HE,Althaus FR.Biochemical changes associated with the adaptive response of human keratinocytes to N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine.Mutat Res,1996,368:121-131.
[51]刘树铮.低水平环境因子与适应性反应.中华放射医学与防护杂志，1998，18：310-315.
[52]Liu SZ.Biological defense and adaptation induced by low dose radiation.Human and Ecological Risk Assessment,1998,4:1217-1254.
[53]Liu SZ,Xie F,Mu Y.Distinct pattern of induction of genes related to cell survival and apoptosis after low dose radiation.In C.Baumstark-Khan,S.Kozubek and G.Horneck(eds.).,“Fundamentals for the assessment of risks from environmental radiation”.Kluwer Academic Publishers,Dordrecht,1999,327-337.
(收稿日期：2000-04-04), http://www.100md.com