不同劑量X射線照射對小鼠免疫系統的影響

宋淑軍　左曉勇　司少艷　王瑩　單改仙　任燁　戴卓捷　王宗燁#

解放軍第306醫院1特種醫學實驗研究中心，2放療科，北京100101

不同劑量X射線照射對小鼠免疫系統的影響

宋淑軍1*左曉勇2*司少艷1王瑩1單改仙2任燁2戴卓捷2王宗燁2#

解放軍第306醫院1特種醫學實驗研究中心，2放療科，北京100101

目的觀察不同劑量X射線照射對小鼠免疫系統的影響。方法將24只小鼠隨機分為對照組（無照射），低劑量照射組（每次2 Gy）和高劑量照射組（每次5 Gy），每組各8只。比較不同劑量X射線對小鼠進行單次全身照射后，胸腺、脾臟變化及對外周血白細胞，淋巴細胞及血小板數量的影響。結果高劑量照射組胸腺指數較對照組降低，差異具有統計學意義（P＜0.05），而低劑量照射組胸腺指數與對照組比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；隨著X線照射劑量的增大，脾臟指數降低，差異均有統計學意義（P＜0.05）；與對照組比較，低、高劑量照射組小鼠外周血白細胞，淋巴細胞及血小板數量均減少，差異均有統計學意義（P＜0.05）。結論不同免疫器官對X射線敏感度不同，X射線對免疫功能的損傷隨著射線劑量的增加而增大，因此應該加強對放射治療患者免疫器官的保護。

輻射；免疫系統；外周血；胸腺指數；脾臟指數

Oncol Prog，2016，14（6）

放射治療是惡性腫瘤主要治療方法之一，并在腫瘤的綜合治療中發揮重要作用。隨著精準放射治療時代的到來，放射治療能夠給予腫瘤組織足夠的照射劑量，最大程度地殺滅腫瘤細胞，同時也最大限度地保護正常組織。但放射治療是一把雙刃劍，對腫瘤組織起到殺傷作用的同時，對正常組織也會產生一定的損傷，并且在制定放射治療計劃過程中，醫師根據自己的臨床經驗以及對腫瘤的掌握情況，較少考慮到患者的自身免疫系統情況，而機體免疫系統對輻射極為敏感，故在臨床放射治療時會受到不同程度地損傷，進而導致機體免疫功能下降，免疫力低下，從而增加了患者的并發癥，如引起繼發感染等。本研究旨在觀察不同劑量X射線照射對小鼠外周血細胞數量及胸腺、脾臟指數的影響，進而了解惡性腫瘤患者在接受不同劑量放射治療后對免疫系統的影響，以為臨床醫師在放射治療前后正確評估腫瘤患者的免疫系統功能提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料

X線照射采用瑞典ELEKTA公司生產的-AXESSE醫用電子直線加速器；血細胞計數儀采用中國邁瑞公司生產的血球計數儀（BC5300）；6～8周齡健康ICR系小鼠共24只由北京大學醫學部實驗動物部飼養繁殖。

1.2方法

24只小鼠隨機分為對照組（無照射），X線低劑量照射組（2 Gy），高劑量照射組（5 Gy），每組各8只。照射條件：X線照射組采用單次全身照射，照射能量為6 MeV，源軸距（SAD）為101.5 cm，照射劑量分別為2 Gy和5 Gy，劑量率設為最大值（600 cGy/min），照射野為30 cm×30 cm，對照組同時搬運至照射地點但不進行X線照射，共照射7 d。外周血細胞及淋巴細胞的測定：外周血用EDTA抗凝，取20 μl外周血進行20倍稀釋，再用血細胞計數儀檢測。胸腺和脾臟指數的測定：胸腺和脾臟指數分別采用下面的公式計算：胸腺指數=（胸腺重量/小鼠體質量）×1000；脾臟指數=（脾臟重量/小鼠體質量）×1000。

1.3統計學方法

采用SPSS16.0軟件對數-據進行統計學分析。計量資料以均數±標準差（±s）表示，組間比較采用單因素方差分析，首先進行方差齊性檢驗，方差齊性采用LSD檢驗，方差不齊采用Dunnett-t檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義，計算所得結果應用Prism5.0軟件繪圖。

2　結果

2.1不同劑量X射線全身照射小鼠胸腺的變化

對照組、低劑量照射組、高劑量照射組小鼠胸腺質量分別為（0.0641±0.121）g、（0.0619±0.167）g、（0.0459±0.01）g。低劑量照射組與對照組比較，小鼠胸腺質量下降了約3.43%，差異無統計學意義（P＞0.05）；高劑量照射組與對照組比較，小鼠胸腺質量下降了28.4%，差異具有統計學意義（P＜0.05）。高劑量照射組與低劑量照射組比較，小鼠胸腺質量下降了約25.8%，差異無統計學意義（P＞0.05）。對照組、低劑量照射組、高劑量照射組小鼠胸腺指數分別為（2.76±0.67）、（2.40±0.67）、（1.82± 0.51）。與對照組比較，低劑量照射組胸腺指數降低，差異無統計學意義（P＞0.05），高劑量照射組胸腺指數降低，差異有統計學意義（P＜0.05）；低劑量照射組與高劑量照射組比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。（圖1）

圖1　不同劑量X射線照射小鼠胸腺指數的變化

2.2不同劑量X射線全身照射小鼠脾臟的變化

對照組、低劑量照射組、高劑量照射組小鼠脾臟質量分別為（0.0895±0.234）g、（0.0693±0.19）g、（0.0477±0.08）g。低、高劑量照射組與對照組比較，小鼠脾臟質量分別下降了22.6%和46.7%，高劑量照射組與低劑量照射組比較，小鼠脾臟質量下降了31.2%，組間差異均具有統計學意義（P＜0.05）。對照組、低劑量照射組、高劑量照射組脾臟指數分別為（3.78±0.74）、（2.64±0.55）、（1.87± 0.37），差異均有統計學意義（P＜0.05）。（圖2）

圖2　不同劑量X射線照射小鼠脾臟指數的變化

2.3不同劑量X射線全身照射對小鼠外周血白細胞、淋巴細胞及血小板數量的影響

經不同劑量X射線全身照射后，與對照組比較，低、高劑量照射組小鼠外周血白細胞（WBC）數量分別減少67.5%和82.01%，高劑量照射組與低劑量照射組比較，小鼠WBC數量減少了約44.68%，組間差異均具有統計學意義（P＜0.05）。低、高劑量照射組與對照組比較，小鼠淋巴細胞（LY）數量分別減少70.59%和86.89%，差異具有統計學意義（P＜0.05）；高劑量照射組與低劑量照射組比較，小鼠LY數量下降55.43%，差異無統計學意義（P＞0.05）。與對照組相比，低、高劑量照射組小鼠血小板（PLT）數量分別減少53.39%和79.07%，高劑量照射組與低劑量照射組比較，小鼠PLT數量下降55.1%，組間差異均具有統計學意義（P＜0.05）。（表1）

表1　不同劑量X射線照-射小鼠外周血WBC、LY、PLT數量的變化（109/L，±s）

表1　不同劑量X射線照-射小鼠外周血WBC、LY、PLT數量的變化（109/L，±s）

組別（n=8）對照組低劑量照射組高劑量照射組WBC 7.23±1.73 2.35±0.44 1.30±0.37 LY 5.95±2.20 1.75±0.55 0.78±0.36 PLT 976.87±121.39 455.3±137.47 204.42±133.31

3　討論

隨著精準放射治療時代的到來，腫瘤個體化治療理念的明確，放射療法在腫瘤治療中發揮越來越重要的作用，在治療腫瘤疾病本身的同時，臨床放射科腫瘤醫師已開始關注患者治療后整體預后情況，因此觀察X射線引起的免疫系統損傷的發生規律和特點，對了解腫瘤放療患者預后及生活質量具有重要意義。Anderson［1］最早報道了電離輻射能引起免疫系統和淋巴細胞的嚴重損傷。有研究發現，即使局部照射仍能引起免疫功能的低下［2］。因此，本研究通過觀察外周血白細胞、淋巴細胞及血小板數量，胸腺和脾臟的變化，比較不同劑量X射線照射對小鼠免疫系統的影響。

外周血細胞數量變化直接反映骨髓、脾臟等組織造血功能的變化，造血器官由于受到輻射損傷導致功能障礙，可引起外周全血細胞的減少，損傷程度與血細胞減少二者密切相關［3］。外周血白細胞是免疫系統的重要檢測指標之一［3-4］，造血器官的輻射損傷首先體現在外周血白細胞數量上，是反映輻射損傷最直接、最經典的指標［5-6］；白細胞在機體的防護、免疫和創傷治愈過程中起重要作用，是機體防御系統的一個重要組成部分。淋巴細胞是外周血白細胞的主要組成成分，也是構成機體免疫系統的主要細胞群體，包括T細胞、B細胞、NK細胞等，在免疫應答過程中相互協作、制約，共同完成對抗原物質的識別、應答和清除，淋巴細胞增加或降低與白細胞增加或降低具有緊密關系。本研究中，小鼠受照射7 d后，低、高劑量照射組白細胞及淋巴細胞數量均較對照組減少，且高劑量照射組較低劑量組下降更加明顯，說明免疫功能隨著放射劑量的增加而減少；血小板的壽命比白細胞短，一般在受照射后1周至10天發生減少，各劑量組血小板數量均存在差異，且隨著照射劑量的增加，血小板數量減少越明顯。

胸腺和脾臟是重要的免疫器官，對輻射十分敏感，因此胸腺和脾臟細胞對輻射的反應是輻射免疫學研究的重點之一。胸腺屬于中樞免疫器官，是T淋巴細胞產生、發育、接受抗原刺激和分化、成熟的場所，對T細胞發揮重要作用。本研究發現，低劑量照射組胸腺指數較對照組無明顯下降，而高劑量照射組的胸腺指數較對照組明顯下降，說明X線照射對胸腺指數的影響與照射劑量有關，照射劑量為2 Gy時可能不足以使胸腺萎縮或萎縮可以快速恢復。胸腺萎縮可能與胸腺細胞受到輻射后細胞凋亡增加相關，有研究發現輻射劑量與胸腺細胞凋亡率成正相關［7］；研究還證實，用不同檢測方法在各種淋巴器官（胸腺、脾臟）均可發現0.2 Gy以上的劑量即可誘導劑量依賴性的胸腺細胞凋亡增多［8-9］。脾臟屬于外周免疫器官，是人體最大的淋巴器官，成熟淋巴細胞定居的場所，也是淋巴細胞對外來血源性抗原產生免疫應答的主要部位。本研究中，各組小鼠脾臟指數均存在差異，且脾臟指數隨著劑量的增加而減小。研究顯示，小鼠脾臟在0.5～6 Gy全身照射后，多數反應免疫功能的參數均呈線性下降。如照射后24 h脾臟指數下降至對照組的32%，脾細胞對脂多糖和刀豆蛋白A誘導的增殖反應均降至對照組的0.3%，脾細胞分泌IL-2的功能降至對照組的14.3%［10］。Cui等［11］研究發現致死劑量的γ射線照射小鼠脾臟，6 Gy照射后數小時，脾臟體積縮小，在第7天時顯著縮小。本研究顯示，小鼠脾臟質量及脾臟指數均隨照射劑量的增加而降低，這與外周血白細胞減少的結果一致，推測與白細胞減少及射線使脾細胞的凋亡增加，細胞增殖功能下降有關。

不同的組織對射線照射的敏感度不同，本研究顯示2 Gy X射線照射的脾臟指數較對照組下降，差異具有統計學意義，而胸腺指數較對照組差異無統計學意義，這可能與脾臟細胞對輻射的敏感度較胸腺細胞高有關。Paranich等［12］研究發現，小鼠脾臟細胞在2 Gy γ射線照射下開始失去功能活性和形態結構特征，且隨著輻射劑量的增加，這些變化過程越明顯。胸腺細胞在2 Gy照射下，其功能活性會發生變化，但甚至在10 Gy的劑量照射后，仍能維持一定的細胞膜參數及形態結構特征，說明胸腺細胞較脾臟細胞更能耐受X射線照射，其具體機制尚未明確，還有待進一步探究。

本研究從胸腺、脾臟及外周血白細胞、淋巴細胞、血小板數量變化觀察發現，照射劑量越高，對小鼠胸腺、脾臟及血液系統損傷越大。目前，X線照射對免疫系統的遠期影響有待進一步深入研究。

［1］Anderson RE.Ionizing radiation and the immune response［J］.Adv Immunol，1976，24:215-235.

［2］Lei R，Zhao T，Li Q，et al.Carbon ion irradiated neural injury induced the peripheral immune effects in vitro or in vivo［J］.Int J Mol Sci，2015，16（12）:28334-28346.

［3］閡銳，李雨，潘真.核武器及放射損傷醫學防治學［M］.上海:第一軍醫大學出版社，2008:89-92.

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［12］Paranich AV，Tyslenko KV，Frolova N，et al.Structural and functional changes in various cells following radiation exposure［J］.Biofizika，2006，46（6）:1103-1107.

The effects of different doses of X-ray irradiation on the immune system in mice

SONG Shu-jun1*ZUO Xiao-yong2*SI Shao-yan1WANG Ying1SHAN Gai-xian2REN Ye2DAI Zhuo-jie2WANG Zong-ye2#
1Center for Special Medicine and Experimental Research，
2Department of Radiation Oncology，306th Hospital of PLA，Beijng 100101，China

ObjectiveTo observe the changes of immune system in mice at various doses of X-ray irradiation.Method24 mice were randomized into three groups:control group（no irradiation），low dose irradiation group（2 Gy）and high dose irradiation group（5 Gy），with 8 mice in each.Each mouse was irradiated for whole body with different single doses of X-rays，and the weights of thymus and spleen were measured，besides the peripheral blood leukocyte and lymphocyte levels were counted.ResultThe thymus index was lower in high dose group than that in low dose group（P＜0.05），while there was no significant difference in thymus index between low dose group and the control group（P＞0.05）；spleen index was significantly reduced as the irradiation dose increased，which was of statistical significance（P＜0.05）；the counts of peripheral blood leukocyte and lymphocyte were decreased in low dose group compared with control group，yet the leukocyte and lymphocyte counts as well as the blood platelet level were further decreased in high dose group. ConclusionThe sensitivity of different immune organs to X rays is varied.The damage of X-ray to immune function is aggravated as irradiation dose increases.Therefore，protective measures should be strengthened for immune organs when patients are on radiotherapy.

radiation；immune system；peripheral blood；thymus index；spleen index

R730.5

A

10.11877/j.issn.1672-1535.2016.14.06.24

2016-03-23）

（corresponding author），郵箱：wangzye@163.com

*兩名作者對本文貢獻相同