氫氣通過減少活性氧生成抑制線粒體凋亡發(fā)揮對小鼠精原細(xì)胞的電離輻射防護(hù)作用
本論文概述來自《第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)》
作者：馬龍，蔡山林，郝偉，高福，李百龍，郭佳銘，顏宏利
隨著核能在軍事、醫(yī)療和能源等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電離輻射對人類健康的影響越來越引起人們的關(guān)注。國際癌癥研究機(jī)構(gòu)全球癌癥觀測站報(bào)告，2018年全球新增癌癥病例總數(shù)超過 1 800萬。有50%～60%的癌癥患者需要應(yīng)用放射治療。由于醫(yī)學(xué)成像和圖像引導(dǎo)干預(yù)的需要，美國的電離輻射總暴露劑量從 1980 年到 2014年增加了6 倍。男性生殖系統(tǒng)對電離輻射極為敏感，即使是非常低的劑量也會對精原細(xì)胞造成顯著的損傷。目前對于男性生殖系統(tǒng)電離輻射損傷還缺乏良好的輻射防護(hù)措施，尋找安全、有效的輻射防護(hù)劑對于防護(hù)男性生殖系統(tǒng)電離輻射損傷具有重要意義
氫氣在缺血/再灌注損傷、器官移植、代謝綜合征、炎癥和急性放射病等領(lǐng)域發(fā)揮了保護(hù)性作用。其中，氫氣的輻射防護(hù)效應(yīng) 已經(jīng)在多項(xiàng)體內(nèi)、外研究中得到證實(shí)，尤其值得關(guān)注。本課題組前期研究也表明，富氫氣溶液在動物水平和細(xì)胞水平都有較好的輻射防護(hù)效果。 本研究以小鼠精原細(xì)胞系 GC-1 細(xì)胞為研究對象， 觀察在細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中添加氫氣對 GC-1 細(xì)胞的輻射防護(hù)效果，探討氫氣的輻射防護(hù)作用機(jī)制，為氫氣在輻射防護(hù)方面的研究提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
 
氫氣升高照射后GC-1細(xì)胞活力
CCK-8檢測結(jié)果顯示，照射組 GC-1 細(xì)胞的活力［（93.00± 2.03）%］ 較對照組［（100.00±3.49）%］降低 （P＜0.01），照射加氫氣組細(xì)胞活力［（102.76± 4.93）%］較照射組升高（P＜0.01）。結(jié)果表明氫氣對電離輻射導(dǎo)致的GC-1細(xì)胞活力降低有防護(hù)作用。
 
氫氣緩解照射后GC-1細(xì)胞凋亡率升高
流式細(xì)胞術(shù)檢測結(jié)果（圖 2）顯示，照射組GC-1 細(xì)胞凋亡率［（27.54±1.68）%］較對照組［（16.90±0.08）%］升高 （P＜0.01），照射加氫氣組細(xì)胞凋亡率［（21.10± 0.40）%］較照射組降低（P＜0.01）。結(jié)果表明氫氣對電離輻射導(dǎo)致的GC-1 細(xì)胞凋亡率升高有防護(hù)作用。

 
氫氣緩解照射后 GC-1 細(xì)胞內(nèi)ROS水平的升高
DCFH-DA 熒光探針法檢測結(jié)果（圖 3） 顯示，照射組GC-1 細(xì)胞內(nèi)ROS水平（灰度值219.41±10.44）較對照組（灰度值 80.46±14.43） 升高（P＜0.01），照射加氫氣組細(xì)胞內(nèi)ROS 水平（灰度值 143.37±10.26）較照射組降低（P＜0.01）。 結(jié)果表明氫氣能緩解電離輻射后 GC-1 細(xì)胞內(nèi)ROS水平的升高。  
氫氣緩解照射后 GC-1 細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位降低
JC-1熒光探針法檢測結(jié)果（圖4）顯示， 照射組GC-1細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位（JC-1聚合物/單體 1.50±0.05）較對照組（JC-1 聚合物 / 單體 2.17±0.10）降低（P＜0.01），照射加氫氣組細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位（JC-1 聚合物 / 單體 1.65±0.04）較照射組升高（P＜0.05）。結(jié)果表明氫氣能緩解電離輻射誘導(dǎo)的 GC-1 細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位降低。  
氫氣緩解照射后 GC-1 細(xì)胞中線粒體凋亡通路蛋白的表達(dá)升高
蛋白質(zhì)印跡法檢測結(jié)果（圖 5） 顯示，照射組GC-1細(xì)胞中Bax、Cyt-c 和 cleavedcaspase 3 的表達(dá)水平（分別為0.49±0.03、 0.49±0.03、0.76±0.04）均高于對照組（分別為 0.26±0.03、0.11±0.02、0.24±0.02，P均＜0.01）， 而照射加氫氣組細(xì)胞中Bax、Cyt-c和 cleavedcaspase 3的表達(dá)水平（分別為0.40±0.03、0.33± 0.03、0.53±0.02）均低于照射組（P＜0.05 或 P＜ 0.01）。結(jié)果表明氫氣能緩解電離輻射后 GC-1 細(xì)胞中線粒體凋亡通路蛋白的表達(dá)水平升高。  
目前，公認(rèn)的細(xì)胞凋亡通路主要有 3 條，分別是以Fas介導(dǎo)的 caspase 8 激活為標(biāo)志的死亡受體通路、以 caspase 9 和 caspase 3 激活為標(biāo)志的線粒體通路及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路。細(xì)胞受到凋亡刺激（如 γ 射線、ROS 過高）后會引起 Bax與B淋巴細(xì)胞瘤2同源拮抗劑（B-cell lymphoma 2 antagonist/killer， Bak）形成低聚物復(fù)合體，插入到線粒體外膜孔隙，導(dǎo)致線粒體滲透壓改變、跨膜電位丟失，促使 Cyt-c 從線粒體釋放到細(xì)胞質(zhì)。Cyt-c 與細(xì)胞凋亡激活因子1結(jié)合形成凋亡復(fù)合體，活化 caspase 9 前體，從而激活 caspase 3 和 caspase 7 引發(fā) caspase 級聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而誘發(fā)細(xì)胞凋亡。
 
本研究結(jié)果表明，氫氣可以抑制照射后 GC-1 細(xì)胞內(nèi)Bax和 Cyt-c 的表達(dá)、抑制 caspase 3 的激活，最終抑制線粒體凋亡通路的激活，發(fā)揮電離輻射損傷防護(hù)效應(yīng)。 綜上所述，氫氣對GC-1 細(xì)胞具有較好的輻射防護(hù)作用，作用機(jī)制與其清除 ROS、保護(hù)線粒體膜電位、抑制線粒體凋亡通路有關(guān)，在輻射防護(hù)方面有廣泛的應(yīng)用前景。