细胞遗传学指标在慢性放射损伤诊断中的意义
作者：白玉书
单位：白玉书(100088 北京，卫生部工业卫生实验所)
关键词：
中华放射医学与防护杂志000635 用染色体畸变估算全身一次比较均匀的X、γ射线和中子的过量照射时的生物剂量比较准确，对不均匀和局部照射可给出相当于均匀照射的等效剂量当量。淋巴细胞微核也已被用作估算受照射剂量的指标，并取得了较为满意的结果。但在慢性放射损伤时，染色体畸变和微核的变化特点及其在慢性放射病诊断中的作用，是值得探讨和深入研究的问题。
在《外照射慢性放射病诊断标准及处理原则》(GB8281-87)[1]中将“外周血淋巴细胞染色体畸变率显著增加和/或外周血淋巴细胞微核率显著增加”，作为慢性放射病诊断的参考指标。
到目前为止，还不能用染色体畸变率和微核率增加的多少来判断慢性损伤的严重程度，对染色体畸变率和微核率的正常范围也无统一的标准。本文作者就上述的正常范围、在惭性放射损伤时的变化特点和慢性放射病诊断中的应用以及稳定性染色体畸变分析估算慢性受照累积剂量的前景，提出一些看法，与同行们进行讨论。
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一、国人染色体畸变的自发率及在慢性放射损伤时的特点 染色体畸变包括染色体结构和数目的异常。结构畸变分为染色体型和染色单体型。染色体型畸变，对分裂中期的体细胞检查，能从细胞学上加以分辨的主要有以下7种畸变：无着丝粒断片(末端缺失)、微小体、无着丝粒环、着丝粒环、双或多着丝粒体、倒位和易位。无着丝粒断片、微小体和无着丝粒环，由于无着丝粒结构在纺缍体上不能定向，很快从分裂细胞中丢失，把这3种畸变统称为无着丝粒畸变。双或多着丝粒体和着丝粒环往往在分裂后期形成染色体桥或导致四倍体，常引起细胞死亡，故将上述5种畸变称为非稳定性畸变。易位和倒位等畸变，在细胞分裂时不存在任何力学障碍，细胞复制不受影响，可较长时间继续在体内存在，称为稳定性畸变。染色单体型畸变主要包括染色单体断裂、单体互换和单体裂隙等。化学物质和一些病毒也可引起单体型畸变，一般不作为评价辐射损伤的指标。染色体数目的改变，主要包括非整倍体、多倍体、内复制等，这些变化的频率往往与年龄、性别、操作状况和个体有关，一般也不作为辐射效应的指标。
辐射诱发结构畸变，主要为染色体型畸变，现将国内不同作者报道的我国健康人染色体畸变自发率(正常值)列于表1。
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表1 健康国人染色体畸变自发率均值(%)[2-5] 作者
例数
分析细胞
“双+环”
无着丝粒
稳定性畸变
畸变细胞
总畸变
陈德清等[2]
99
19 800
0.02
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0.30
0.005
0.32
0.33
王知权等[3]
447
85 965
0.01
0.11
0.001
0.12
0.12
张秀珍等[4]
, 百拇医药
156
29 246
0.01
0.21
-
0.22
0.22
白玉书等[5]
480
96 000
0.03
0.13
0.004
, 百拇医药
0.15
0.16
从表1可见，健康国人染色体自发率很低，“双+环”率低于0.05%，畸变细胞和总畸变接近，在0.1%～0.3%之间。
笔者的实验室[5]，检查了480例染色体畸变的自发率，其均值见表1。同时将染色体畸变自发率按年龄分组，结果，除常规法不易识别的稳定性畸变外，各类染色体型畸变随年龄增加而增加。相关分析表明，“双+环”、无着丝粒畸变、畸变细胞和总畸变，与年龄存在显著的相关关系，并可用回归方程式表达。而各类染色体型畸变与性别间无显著性差异。 作者根据本实验室工作及有关资料，认为国人染色体型畸变自发率95%可信限范围为0%～2.0%。
慢性放射损伤，多为较长时间分次的小剂量低剂量率照射所致。常诱发染色体的一击畸变，无着丝粒断片是唯一的一击畸变，每个细胞多含一个畸变，很少见含两个或以上畸变的细胞，故慢性放射损伤时常规法染色体畸变的特点是以无着丝粒断片为主，畸变细胞和总畸变几乎相等。慢性照射，由于淋巴细胞受照后时间较久，大部分细胞至少经过一次有丝分裂，导致伴随性断片丢失，使双着丝粒体多无伴随性断片。而有些淋巴细胞寿命较长，数年不分裂一次，远期仍可见到非稳定性畸变。
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二、染色体畸变在慢性放射损伤的诊断价值
慢性低水平电离辐射职业性照射的累积剂量与常规检查染色体畸变率的关系，由于此类人员物理剂量测定的困难和影响因素的复杂，结果差异较大，Evans等[6]对197名核船厂工作人员(累积剂量0～300 mSv)染色体进行了分析，结果表明，非稳定性染色体畸变率与累积剂量呈线性增加关系。Lloyd等[7]对146名职业受照人员(累积剂量90～500 mSv)研究表明，染色体畸变与累积剂量无关，当以3年为半寿期加权年剂量，并按加权剂量分组时，相关性良好。陈德清等[3]对高本底地区居民染色体畸变率分析(剂量率为3～6 mSv/a，为正常本底3倍以上)，结果染色体畸变率明显高于对照地区。王知权等对我国584名医用X射线工作者染色体畸变率进行了调查，其平均剂量为45 mSv，受照组染色体畸变率明显高于对照组，并有随累积剂量、年剂量率的增加而增加的趋势，相关分析表明与受照剂量有关，与工龄、性别相比未见差异。
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根据本实验室的工作和综合有关资料，笔者认为，某放射工作者，染色体型畸变超过2.5%，视为异常，其中双着丝粒体或稳定性畸变等于或大于1%有较重要的诊断价值。因双着丝粒体是放射损伤比较特异的指标。对稳定性畸变，用常规法不易识别那些外形变化不明显的互换，一旦发现，更说明问题。对上述指标，同时伴有两项异常者更有诊断意义，同时要充分考虑到受检者的年龄、受照史、就业前的染色体检查资料，近期有无化学药物接触史、医疗照射史和病毒感染等。染色体畸变，目前只能作为慢性放射损伤综合指标之一，起辅助诊断作用。
三、国人淋巴细胞微核的自发率及在慢性放射损伤诊断的价值
外周血淋巴细胞微核检验法，包括比较方便的直接法、常规培养法和比较准确的CB法。方法不同，微核的自发率也不同。直接法微核自发率的均值在0.1‰～0.3‰之间。赵文正等[9]报道了我国医用诊断X射线工作者淋巴细胞微核(直接法)与剂量关系的研究，结果表明，放射组(1 387例，累积剂量平均，男组55.7 mSv，女组48.2 mSv)，微核率比对照组(899例)有显著意义的增加，并与累积剂量、放射工龄及年剂量相关。同时该作者认为淋巴细胞微核检测法是评价职业受照者群体辐射效应一种简便而有价值的细胞遗传学方法。根据本实验室资料分析，直接法微核率的正常范围为0‰～1.0‰，达到1.5‰或以上者视为异常。黄权光等(1988)对济南地区42名献血员用培养法检测外周血淋巴细胞微核率，其均值为1.2‰，其范围为0‰～6‰，白玉书等(1992年)总结了59例正常人常规培养法微核，结果微核细胞率和微核率均值分别为1.97‰和2.12‰，微核率范围在0‰～8‰之间。由于常规培养法受培养条件、受检者个体差异因素的影响，各实验室之间的差异较大，正常个体自发率波动范围较大，该法逐渐被CB法所取代。本实验室用CB法检测了63例不同年龄健康人外周血淋巴细胞微核率，结果微核细胞率和微核率的平均自发率分别为14.0‰和15.8‰，正常范围的上限分别为25‰和30‰，并证明二者与性别无关，与年龄密切相关[8]。
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许多环境化学诱变剂可诱发微核，外周血淋巴细胞微核率的增高，虽然不是放射损伤所特有，但其方法比较简便，易于掌握，可作为慢性放射损伤综合诊断中的一项作为辅以染色体畸变的参考指标。如果染色体畸变率和微核率皆增加，更有诊断意义。
四、稳定性染色体畸变分析估算慢性受照剂量的前景
由于非稳定性染色体畸变随受照时间的延长而逐渐丢失，致使研究者们用稳定性染色体畸变来观察辐射远后效应和进行先前照射的剂量估算。如对日本原爆幸存者和事故受照者远期外周血淋巴细胞染色体G-显带研究，结果表明在照后较长时间内稳定性畸变和受照剂量仍存在良好的相关性。随着荧光原位杂交(FISH)技术的问世，有些作者[10]用FISH和G带两种方法对上述对象进行比较研究。结果证明，FISH技术和G带结果相当一致。同进，由离体血得到的易位剂量效应曲线，推算出原爆幸存者的剂量，发现两者非常符合。有的作者[11]将FISH技术用于职业受照者的剂量估算，取得了较为满意的结果。
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慢性小剂量照射主要是指长期小剂量低剂量率的分次照射，影响因素复杂，用FISH技术解决慢性受照者剂量重建问题，有很多工作要做。例如：①T淋巴细胞的寿命差异较大，照后不同寿命T淋巴细胞变化规律尚不清楚，稳定性畸变在体内到底存在多久；②慢性照射诱发稳定性染色体畸变和累积剂量的关系，在大剂量照射条件下，当总剂量相同时，分次照射诱发的染色体畸变明显低于一次照射，在慢性小剂量照射时，稳定性畸变和累积剂量之间是怎样关系；③慢性小剂量照射诱发的稳定性染色体畸变是否存在阈值和适应性反应；④个体差及各种影响因素的交互作用加大了解决问题的难度等等。
Lloyd[12](1998年)指出，染色体分析技术作为辐射生物剂量学的可选方法已被一致承认，在世界范围内已广泛被应用，但方法有其局限性，即照射和取样时间间隔太长而导致剂量评估的不确定性。FISH技术从实质上改进了双着丝粒畸变分析的缺陷，能使稳定的易位畸变显现，因而被用作回顾性剂量计，迄今为止，该技术作为剂量计的有效性还未得到证明，由于许多实验室正开展这方面大量研究工作，不久就会确定该技术的适用性及其应用规则。
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参考文献
[1]GB8281-87.外照射慢性放射病诊断标准及处理原则.
[2]陈德清，张朝阳，姚素艳，等.广东高本底地区居民淋巴细胞染色体畸变的进一步研究.中华放射医学与防护杂志，1985，5：116-119.
[3]染色体专题组.我国医用诊断X线工作者的染色体畸变分析.中华放射医学与防护杂志，1984，4：46-48.
[4]张秀珍，赵秀珍，顾红，等.156例健康人周围血淋巴细胞染色体畸变分析.辐射防护，1986，6：211-214.
[5]白玉书，黄绮龙，关树荣，等.人淋巴细胞染色体畸变自发率及其与性别年龄关系研究.癌变.畸变.突变，1994，637-640.
, 百拇医药
[6]Evans HJ,Buckton KE,Hamilton GE,et al.Radiation-induced chromosome aberrations in nuclear-dockyard workers.Nature,1979,227:531-534.
[7]Lloyd DC,Purrott RJ,Reeder EJ,et al.The incidence of unstable chromosome aberrations in peripheral blood lymphocyes from unirradiated and occupationally exposed people.Mutat Res,1980,72:523-532.
[8]白玉书，黄绮龙，关树荣，等.CB法检测人淋巴细胞微核的自发率及其与性别年龄的关系.中华放射医学与防护杂志，1993，13：243-245.
, 百拇医药
[9]淋巴细胞微核专题组.我国医用诊断X线工作者淋巴细胞微核与剂量的关系.中华放射医学与防护杂志，1984，4：49-51.
[10]Lucas JN,Awa A,Straume T,et al.Rapid translocation frequency analysis in humans decades after exposure to ionizing radiation.Int J Radiat Biol,1992,62:53-64.
[11]Straume T,Lucas JN,Tucker JD,et al.Biodosimetry for a radiation worker using multiple assays.Health Phys,1992,62:122-130.
[12]Lloyd DC.New developments in chromosomal analysis for biological dosimetry.Radidt Prot Dosim,1998,77:33-36.
(收稿日期:1999-12-18), http://www.100md.com
单位：白玉书(100088 北京，卫生部工业卫生实验所)
关键词：
中华放射医学与防护杂志000635 用染色体畸变估算全身一次比较均匀的X、γ射线和中子的过量照射时的生物剂量比较准确，对不均匀和局部照射可给出相当于均匀照射的等效剂量当量。淋巴细胞微核也已被用作估算受照射剂量的指标，并取得了较为满意的结果。但在慢性放射损伤时，染色体畸变和微核的变化特点及其在慢性放射病诊断中的作用，是值得探讨和深入研究的问题。
在《外照射慢性放射病诊断标准及处理原则》(GB8281-87)[1]中将“外周血淋巴细胞染色体畸变率显著增加和/或外周血淋巴细胞微核率显著增加”，作为慢性放射病诊断的参考指标。
到目前为止，还不能用染色体畸变率和微核率增加的多少来判断慢性损伤的严重程度，对染色体畸变率和微核率的正常范围也无统一的标准。本文作者就上述的正常范围、在惭性放射损伤时的变化特点和慢性放射病诊断中的应用以及稳定性染色体畸变分析估算慢性受照累积剂量的前景，提出一些看法，与同行们进行讨论。
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一、国人染色体畸变的自发率及在慢性放射损伤时的特点 染色体畸变包括染色体结构和数目的异常。结构畸变分为染色体型和染色单体型。染色体型畸变，对分裂中期的体细胞检查，能从细胞学上加以分辨的主要有以下7种畸变：无着丝粒断片(末端缺失)、微小体、无着丝粒环、着丝粒环、双或多着丝粒体、倒位和易位。无着丝粒断片、微小体和无着丝粒环，由于无着丝粒结构在纺缍体上不能定向，很快从分裂细胞中丢失，把这3种畸变统称为无着丝粒畸变。双或多着丝粒体和着丝粒环往往在分裂后期形成染色体桥或导致四倍体，常引起细胞死亡，故将上述5种畸变称为非稳定性畸变。易位和倒位等畸变，在细胞分裂时不存在任何力学障碍，细胞复制不受影响，可较长时间继续在体内存在，称为稳定性畸变。染色单体型畸变主要包括染色单体断裂、单体互换和单体裂隙等。化学物质和一些病毒也可引起单体型畸变，一般不作为评价辐射损伤的指标。染色体数目的改变，主要包括非整倍体、多倍体、内复制等，这些变化的频率往往与年龄、性别、操作状况和个体有关，一般也不作为辐射效应的指标。
辐射诱发结构畸变，主要为染色体型畸变，现将国内不同作者报道的我国健康人染色体畸变自发率(正常值)列于表1。
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表1 健康国人染色体畸变自发率均值(%)[2-5] 作者
例数
分析细胞
“双+环”
无着丝粒
稳定性畸变
畸变细胞
总畸变
陈德清等[2]
99
19 800
0.02
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0.30
0.005
0.32
0.33
王知权等[3]
447
85 965
0.01
0.11
0.001
0.12
0.12
张秀珍等[4]
, 百拇医药
156
29 246
0.01
0.21
-
0.22
0.22
白玉书等[5]
480
96 000
0.03
0.13
0.004
, 百拇医药
0.15
0.16
从表1可见，健康国人染色体自发率很低，“双+环”率低于0.05%，畸变细胞和总畸变接近，在0.1%～0.3%之间。
笔者的实验室[5]，检查了480例染色体畸变的自发率，其均值见表1。同时将染色体畸变自发率按年龄分组，结果，除常规法不易识别的稳定性畸变外，各类染色体型畸变随年龄增加而增加。相关分析表明，“双+环”、无着丝粒畸变、畸变细胞和总畸变，与年龄存在显著的相关关系，并可用回归方程式表达。而各类染色体型畸变与性别间无显著性差异。 作者根据本实验室工作及有关资料，认为国人染色体型畸变自发率95%可信限范围为0%～2.0%。
慢性放射损伤，多为较长时间分次的小剂量低剂量率照射所致。常诱发染色体的一击畸变，无着丝粒断片是唯一的一击畸变，每个细胞多含一个畸变，很少见含两个或以上畸变的细胞，故慢性放射损伤时常规法染色体畸变的特点是以无着丝粒断片为主，畸变细胞和总畸变几乎相等。慢性照射，由于淋巴细胞受照后时间较久，大部分细胞至少经过一次有丝分裂，导致伴随性断片丢失，使双着丝粒体多无伴随性断片。而有些淋巴细胞寿命较长，数年不分裂一次，远期仍可见到非稳定性畸变。
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二、染色体畸变在慢性放射损伤的诊断价值
慢性低水平电离辐射职业性照射的累积剂量与常规检查染色体畸变率的关系，由于此类人员物理剂量测定的困难和影响因素的复杂，结果差异较大，Evans等[6]对197名核船厂工作人员(累积剂量0～300 mSv)染色体进行了分析，结果表明，非稳定性染色体畸变率与累积剂量呈线性增加关系。Lloyd等[7]对146名职业受照人员(累积剂量90～500 mSv)研究表明，染色体畸变与累积剂量无关，当以3年为半寿期加权年剂量，并按加权剂量分组时，相关性良好。陈德清等[3]对高本底地区居民染色体畸变率分析(剂量率为3～6 mSv/a，为正常本底3倍以上)，结果染色体畸变率明显高于对照地区。王知权等对我国584名医用X射线工作者染色体畸变率进行了调查，其平均剂量为45 mSv，受照组染色体畸变率明显高于对照组，并有随累积剂量、年剂量率的增加而增加的趋势，相关分析表明与受照剂量有关，与工龄、性别相比未见差异。
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根据本实验室的工作和综合有关资料，笔者认为，某放射工作者，染色体型畸变超过2.5%，视为异常，其中双着丝粒体或稳定性畸变等于或大于1%有较重要的诊断价值。因双着丝粒体是放射损伤比较特异的指标。对稳定性畸变，用常规法不易识别那些外形变化不明显的互换，一旦发现，更说明问题。对上述指标，同时伴有两项异常者更有诊断意义，同时要充分考虑到受检者的年龄、受照史、就业前的染色体检查资料，近期有无化学药物接触史、医疗照射史和病毒感染等。染色体畸变，目前只能作为慢性放射损伤综合指标之一，起辅助诊断作用。
三、国人淋巴细胞微核的自发率及在慢性放射损伤诊断的价值
外周血淋巴细胞微核检验法，包括比较方便的直接法、常规培养法和比较准确的CB法。方法不同，微核的自发率也不同。直接法微核自发率的均值在0.1‰～0.3‰之间。赵文正等[9]报道了我国医用诊断X射线工作者淋巴细胞微核(直接法)与剂量关系的研究，结果表明，放射组(1 387例，累积剂量平均，男组55.7 mSv，女组48.2 mSv)，微核率比对照组(899例)有显著意义的增加，并与累积剂量、放射工龄及年剂量相关。同时该作者认为淋巴细胞微核检测法是评价职业受照者群体辐射效应一种简便而有价值的细胞遗传学方法。根据本实验室资料分析，直接法微核率的正常范围为0‰～1.0‰，达到1.5‰或以上者视为异常。黄权光等(1988)对济南地区42名献血员用培养法检测外周血淋巴细胞微核率，其均值为1.2‰，其范围为0‰～6‰，白玉书等(1992年)总结了59例正常人常规培养法微核，结果微核细胞率和微核率均值分别为1.97‰和2.12‰，微核率范围在0‰～8‰之间。由于常规培养法受培养条件、受检者个体差异因素的影响，各实验室之间的差异较大，正常个体自发率波动范围较大，该法逐渐被CB法所取代。本实验室用CB法检测了63例不同年龄健康人外周血淋巴细胞微核率，结果微核细胞率和微核率的平均自发率分别为14.0‰和15.8‰，正常范围的上限分别为25‰和30‰，并证明二者与性别无关，与年龄密切相关[8]。
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许多环境化学诱变剂可诱发微核，外周血淋巴细胞微核率的增高，虽然不是放射损伤所特有，但其方法比较简便，易于掌握，可作为慢性放射损伤综合诊断中的一项作为辅以染色体畸变的参考指标。如果染色体畸变率和微核率皆增加，更有诊断意义。
四、稳定性染色体畸变分析估算慢性受照剂量的前景
由于非稳定性染色体畸变随受照时间的延长而逐渐丢失，致使研究者们用稳定性染色体畸变来观察辐射远后效应和进行先前照射的剂量估算。如对日本原爆幸存者和事故受照者远期外周血淋巴细胞染色体G-显带研究，结果表明在照后较长时间内稳定性畸变和受照剂量仍存在良好的相关性。随着荧光原位杂交(FISH)技术的问世，有些作者[10]用FISH和G带两种方法对上述对象进行比较研究。结果证明，FISH技术和G带结果相当一致。同进，由离体血得到的易位剂量效应曲线，推算出原爆幸存者的剂量，发现两者非常符合。有的作者[11]将FISH技术用于职业受照者的剂量估算，取得了较为满意的结果。
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慢性小剂量照射主要是指长期小剂量低剂量率的分次照射，影响因素复杂，用FISH技术解决慢性受照者剂量重建问题，有很多工作要做。例如：①T淋巴细胞的寿命差异较大，照后不同寿命T淋巴细胞变化规律尚不清楚，稳定性畸变在体内到底存在多久；②慢性照射诱发稳定性染色体畸变和累积剂量的关系，在大剂量照射条件下，当总剂量相同时，分次照射诱发的染色体畸变明显低于一次照射，在慢性小剂量照射时，稳定性畸变和累积剂量之间是怎样关系；③慢性小剂量照射诱发的稳定性染色体畸变是否存在阈值和适应性反应；④个体差及各种影响因素的交互作用加大了解决问题的难度等等。
Lloyd[12](1998年)指出，染色体分析技术作为辐射生物剂量学的可选方法已被一致承认，在世界范围内已广泛被应用，但方法有其局限性，即照射和取样时间间隔太长而导致剂量评估的不确定性。FISH技术从实质上改进了双着丝粒畸变分析的缺陷，能使稳定的易位畸变显现，因而被用作回顾性剂量计，迄今为止，该技术作为剂量计的有效性还未得到证明，由于许多实验室正开展这方面大量研究工作，不久就会确定该技术的适用性及其应用规则。
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参考文献
[1]GB8281-87.外照射慢性放射病诊断标准及处理原则.
[2]陈德清，张朝阳，姚素艳，等.广东高本底地区居民淋巴细胞染色体畸变的进一步研究.中华放射医学与防护杂志，1985，5：116-119.
[3]染色体专题组.我国医用诊断X线工作者的染色体畸变分析.中华放射医学与防护杂志，1984，4：46-48.
[4]张秀珍，赵秀珍，顾红，等.156例健康人周围血淋巴细胞染色体畸变分析.辐射防护，1986，6：211-214.
[5]白玉书，黄绮龙，关树荣，等.人淋巴细胞染色体畸变自发率及其与性别年龄关系研究.癌变.畸变.突变，1994，637-640.
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[6]Evans HJ,Buckton KE,Hamilton GE,et al.Radiation-induced chromosome aberrations in nuclear-dockyard workers.Nature,1979,227:531-534.
[7]Lloyd DC,Purrott RJ,Reeder EJ,et al.The incidence of unstable chromosome aberrations in peripheral blood lymphocyes from unirradiated and occupationally exposed people.Mutat Res,1980,72:523-532.
[8]白玉书，黄绮龙，关树荣，等.CB法检测人淋巴细胞微核的自发率及其与性别年龄的关系.中华放射医学与防护杂志，1993，13：243-245.
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[9]淋巴细胞微核专题组.我国医用诊断X线工作者淋巴细胞微核与剂量的关系.中华放射医学与防护杂志，1984，4：49-51.
[10]Lucas JN,Awa A,Straume T,et al.Rapid translocation frequency analysis in humans decades after exposure to ionizing radiation.Int J Radiat Biol,1992,62:53-64.
[11]Straume T,Lucas JN,Tucker JD,et al.Biodosimetry for a radiation worker using multiple assays.Health Phys,1992,62:122-130.
[12]Lloyd DC.New developments in chromosomal analysis for biological dosimetry.Radidt Prot Dosim,1998,77:33-36.
(收稿日期:1999-12-18), http://www.100md.com