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大黄素和山萘酚的辐射防护作用及其药学作用机制研究

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  • 论文编号:el2018080119224317501
  • 日期:2018-07-29
  • 来源:上海论文网
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医药学论文格式由以下6部分组成:论文题目;作者署名、工作单位和邮编;摘要(目的、方法、结果、结论);关健词;正文(资料与方法、结果、结论)参考文献。
 
前言
 
随着经济水平、科技水平以及医疗卫生水平的发展,人们在日常生活环境、医疗以及工业等方面接触辐射的机会也日益增加。放射治疗是大多数肿瘤的常见治疗方法之一,据报道大部分的肿瘤患者在治疗期间接受过放射治疗,放疗同时也是一个经济的治疗方法,它的花费一般只占癌症总治疗费用的 5%[12]。辐射指的是能量以波(如 X 射线、γ 射线)或是次原子粒子(如 α 粒子、β 粒子或质子)移动的型态传送。一般可依其能量的高低及电离物质的能力把辐射分为电离辐射和非电离辐射。一般人们常说的辐射指的是电离辐射,本课题研究的是电离辐射中的 γ射线辐射。电离辐射具有足够的能量可以将原子或分子电离化,非电离辐射则否,不管哪种来源的辐射,长期或者大剂量的辐射均会造成人体损伤[13]。其中电离辐射会对人体代谢、造血、免疫系统等造成显著的影响,当人们短时间内接触到大剂量的离子辐射会出现一系列的急性症状,诱发急性放射性综合征[14]。如辐射后出现的造血功能障碍、恶心、呕吐、腹泻、肠下垂、胃肠道出血、细菌感染和内毒素血症等,严重会出现死亡情况[15]。人体的肠道组织、造血组织是对辐射尤为敏感的组织[16]。电离辐射使人体细胞中的水在辐射作用下分解产生自由基[17],其中包括超氧化物自由基、羟基自由基和过氧化氢[18]。这些自由基会与蛋白质、脂质和核酸相互作用产生一系列的链式反应,进而引起细胞功能紊乱甚至是死亡。文献报道,辐射产生的氧化应激会引起细胞的凋亡反应[19]。在骨盆和腹部肿瘤治疗时,小肠组织是重要的剂量限制器官。在动物辐射研究中,根据症状发生的早晚将小肠辐射毒性损伤分为早期和晚期。有研究报道称,肠组织辐射毒性损伤程度与小肠隐窝细胞的死亡情况直接相关,辐射改变小肠隐窝细胞的功能,引起细胞死亡,会进一步加剧辐射引起的肠道损伤[20,21]。如图 1 所示,辐射会直接或间接地引起细胞或组织器官的损伤[13],通过对辐射引起的损伤作用机制研究,可以为辐射防护剂的研究提供方法与指导。辐射防护剂可以从以下方向发展:减少自由基的形成,低氧诱导以及活化细胞本身含有的辐射防护因子,例如 SOD,还可以促进 DNA 修复减少细胞损伤,进而抑制细胞死亡信号的通路,发挥辐射防护作用[13]。
辐射防护的研究,一直受到高度的关注,早期的辐射防护剂研究主要集中在合成类药物氨巯基类,如氨磷汀,然而氨磷汀同时也存在一些毒副作用,如引起低血压、恶心等。因此继续寻找高效低毒的辐射防护剂仍然是研究者关注的重点[14]。中药具有多靶点、高效低毒的特点,另外我国中药历史悠久、资源丰富这都为从中药中找到合适的辐射防护剂提供了条件。大黄素(1,3,8-三羟基-6-甲基蒽醌,Emodin),是一种多存在于中药材大黄、何首乌和虎杖中的物质。经过许多学者对大黄素的深入研究发现其具有广泛的药理作用,如抗氧化清除自由基、胃肠道保护、抗菌抗炎、抗肿瘤以及提高免疫力等作用[22,23]。近期有文献发现,大黄素可以通过减少辐射引起的哺乳动物脾细胞 DNA损伤和氧化应激来发挥辐射防护作用[7]。但是并未有文献报道大黄素在体内是否具有 γ 辐射防护作用,是否可以改善辐射引起的组织损伤,以及其相关作用机制。山萘酚(3,4,,5,7-四羟基黄酮,Kaempferol),是一种大量存在于中药、水果、蔬菜、茶叶和豆类中的黄酮醇类化合物,如沙棘、银杏叶、草莓、羽叶甘蓝、葱、卷心菜、小红萝卜等都广泛存在。经过对山萘酚的多年研究,发现山萘酚具有多种药理活性如抗氧化[8]、抗炎[9]、抑制血小板聚集和黏附[10]、抑制肿瘤生长和保护肝细胞[11]等。一般认为,含酚羟基的化合物具有很明显的清除自由基作用,并且这一作用可能与含酚羟基的数目具有一定的关系[24]。山萘酚在 3,4,5,7 位具有四个酚羟基,这些羟基可以发挥清除自由基和抗氧化作用。文献报道山萘酚的抗氧化作用机制为清除自由基[25]、调节 NO 水平[26]、抑制脂质过氧化[27]等。体外研究发现,在人造皮肤上,山萘酚可以通过抗氧化作用来减少紫外线辐射引起的皮肤损伤[28]。目前尚未有关于山萘酚对于 γ 辐射的体内外防护作用以及作用机制的相关系统报道。
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第一部分:大黄素的辐射防护作用及其作用机制研究
 
我们采用60Co γ 辐射一次性全身辐照 C57BL/6 小鼠和人脐静脉内皮细胞(HUVECs),建立辐射损伤动物和细胞模型。大黄素预先给药,观察大黄素对 γ辐射刺激后小鼠的生存率、体重、肠道损伤、脏器指数以及外周血中内皮祖细胞含量影响,探究大黄素对小鼠辐射损伤的防护作用;分别通过 MTT 实验、Hoechst33258 染色、流式细胞术、Real-time PCR 和 Western blot 等方法,探究大黄素的辐射防护作用及其作用原理。
 
1 实验材料与方法
C57BL/6,雄性,7-8 周龄,体重 20±2g,购自上海 SIPPR-BK 实验动物有限公司。实验动物饲养于第二军医大学药学院动物房,实验前进行适应性培养一周,保持室温 22-25℃,相对湿度 70%左右,保持光照时间为早上八点至晚上八点。所有动物的管理均获得第二军医大学动物管理机构的认可,符合伦理要求,并且均受到了人性化的待遇。
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1.2 实验方法
 
1.2.1 大黄素混悬液配制
按照 30mg/kg 动物体重给药量,计算出实验所需的大黄素药物量,用相应体积预配好的 0.5%CMC-Na 溶液溶解,以达到 200μL/20g 动物体重为准,超声 20min,涡旋 5min,以形成均匀的混悬液,存于 4℃冰箱,临用时提前 30min 拿出恢复至室温,灌胃给药。
 
1.2.2 辐射动物损伤模型建立
取 7 周龄左右,体重 20±2g,正常条件饲养的野生型 C57BL/6 雄性小鼠,实验分为 5 组:0Gy 组(即正常对照组),7Gy 辐射组,8Gy 辐射组,8.5Gy 辐射组以及 9Gy 辐射组,每组 10 只动物,一次性接受相应剂量的60Co γ 射线辐射,剂量率为 2Gy/min。辐射完成后,正常条件饲养,一个月内观察各组动物的存活情况并记录。
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2 实验结果 ....... 50
2.1 山萘酚对辐射小鼠生存率的影响 ......... 50
2.2 山萘酚对辐射小鼠脾脏和胸腺的影响 ........... 51
2.2.1 山萘酚对辐射小鼠脾脏指数和胸腺指数的影响....... 51
2.2.2 山萘酚对辐射小鼠脾脏和胸腺组织 SOD 水平的影响...... 52
2.2.3 山萘酚对辐射小鼠脾脏和胸腺组织 MDA 水平的影响...... 53
2.3 山萘酚对辐射小鼠肠组织影响 ............. 53
2.4 山萘酚对辐射小鼠外周血 EPCs 含量的影响 .......... 56
2.5 山萘酚提高 γ 辐射损伤后 HUVECs 的细胞存活率 .......... 57
2.6 山萘酚减少 γ 辐射损伤后 HUVECs 的细胞凋亡 .... 58
2.6.1 流式细胞术检测细胞凋亡.... 58
2.6.2 Hoechst 33258 染色检测细胞凋亡........... 59
2.7 山萘酚对辐射后 HUVECs 细胞 ROS、NO、SOD 和 MDA水平的影响............60
2.8 山萘酚对 γ 辐射损伤后 HUVECs 细胞 prx-5、Caspase9 和Caspase3 基因表达影响 ............ 62
2.9 山萘酚对 γ 辐射损伤后 HUVECs 细胞 prx5、Cyt-c、Caspase9 和 Caspase3 蛋白表达影响 ........... 63
3 讨论 ..... 64
 
3 讨论
 
我们选择 8.5Gy 剂量全身辐射 C57 小鼠,山萘酚 15mg/kg/day 剂量预处理,研究山萘酚的辐射防护作用。研究发现,8.5Gy 模型组在辐射后的第 5 天出现死亡,山萘酚给药组在辐射后的第 10 天出现死亡,8.5Gy 模型组动物的 30 天生存率为10%,山萘酚给药组的 30 天动物生存率可达到 40%。该实验说明,山萘酚可以延缓辐射造成的死亡发生并且提高生存率,并且实验中我们还发现山萘酚可以减缓辐射导致的体重降低。因为辐射会导致一系列的急性放射性综合征,这些症状进而会导致死亡发生,因而根据目前发现的山萘酚提高致死剂量小鼠生存率的结果,我们针对山萘酚对辐射后组织损伤影响的开展进一步的探究。如前所述,胃肠系统对辐射的高度敏感,6Gy-9Gy 剂量的全身辐射一般认为会引起肠道辐射损伤[31,32],所以我们猜想山萘酚提高辐射动物生存率作用,与保护辐射后的肠道组织有关,我们将 C57 小鼠暴露在 7Gy 剂量的辐射下,在辐射后的第 7 天处死动物进行进一步检测。我们利用 H&E 染色和 TUNEL 染色来对辐射后小鼠小肠的组织病理学改变和凋亡情况进行分析,发现辐射会导致小鼠肠结构的完整性遭到严重破坏,小肠平均绒毛高度显著缩短,隐窝明显减少,山萘酚处理后小肠绒毛完整性增加并且变长,隐窝数也发生明显的增多;TUNEL 染色结果显示,辐射会导致小鼠小肠绒毛细胞和隐窝细胞凋亡明显增多,山萘酚处理后,小肠绒毛和隐窝的细胞凋亡均明显减少,阻止了辐射导致的小肠组织凋亡。结果提示山萘酚通过抑制小肠细胞凋亡来发挥辐射防护作用。#p#分页标题#e#
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结论
 
1 大黄素具有辐射防护作用,可减少辐射后小鼠小肠组织和 HUVECs 的 p53、Bax 以及 Caspase3 在 mRNA 和蛋白水平的高表达,减少辐射引起的小肠组织损伤、细胞凋亡和 HUVECs 凋亡,提高辐射后小鼠脾脏指数和胸腺指数,升高外周血中EPCs 含量,以及减缓辐射引起的小鼠体重下降。
2 山萘酚具有辐射防护作用,可清除组织和细胞在辐射中产生的过剩 ROS、NO和 MDA,增加 SOD 表达,恢复辐射后小鼠小肠组织和 HUVECs 的 prx5、Cyt-c、Caspase9 以及 Caspase3 在 mRNA 和蛋白水平的异常表达,减少辐射引起的小肠组织损伤、细胞凋亡和 HUVECs 凋亡,提高辐射后小鼠脾脏指数和胸腺指数,升高外周血中 EPCs 含量,以及减缓辐射引起的小鼠体重下降。
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参考文献(略)
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