急性高剂量γ辐射暴露对大鼠血液免疫参数的剂量与时间依赖性影响研究

《Immunobiology》：The Impacts of Acute High-Level Gamma Radiation Exposure on immunological parameters in the blood of rats

本研究针对急性高剂量γ辐射(γR)对免疫系统的复杂影响，探讨了2-5 Gy剂量照射后1天与4天时大鼠T细胞受体(TCR) mRNA表达、细胞因子(IL-10, TGF-β)及一氧化氮(NO)水平的动态变化。研究发现γR显著上调TCR mRNA、TGF-β和NO，同时抑制IL-10，并引起血液学参数及淋巴器官重量改变。该研究为理解辐射免疫抑制机制及制定防护策略提供了重要实验依据。

　　

在核能应用日益广泛和放射治疗不断发展的今天，人类接触电离辐射的机会逐渐增多。伽马辐射（γR）作为穿透力极强的电离辐射，在高剂量急性暴露下会对生物体造成严重损伤，其中免疫系统是其关键靶点之一。然而，关于急性高剂量γ辐射暴露后，免疫系统如何随时间动态响应，其关键调控分子如T细胞受体（TCR）、抗炎因子白细胞介素-10（IL-10）、免疫抑制因子转化生长因子-β（TGF-β）以及信号分子一氧化氮（NO）的具体变化模式，特别是不同时间点（如照射后1天与4天）之间的差异，尚缺乏系统性的深入研究。明确这些变化对于评估放射事故风险、优化放疗方案以及开发辐射防护剂均具有重要意义。

为了深入探究这一问题，发表在《Immunobiology》上的这项研究，开展了一项设计严谨的动物实验。研究人员以健康的雄性Wistar白化大鼠为模型，将其随机分为八个组别，包括两个不同时间点的非照射对照组，以及分别在照射后第1天和第4天处死的、接受2 Gy、3 Gy和5 Gy全身γ辐射的实验组。通过这种分组设计，可以系统分析辐射剂量和照射后时间两个因素对各项指标的影响。

本研究应用了几项关键的技术方法。实验动物来自埃及开罗国家研究中心，所有操作均遵循伦理规范。辐射暴露在埃及原子能管理局下属的国家辐射研究技术中心完成，使用Cs-137源的GammaCell 40生物辐照器，并进行了严格的剂量学质量控制。血液学参数（如血红蛋白、血细胞比容、白细胞WBCs、红细胞RBCs和血小板计数）采用全自动血液分析仪进行检测。T细胞受体（TCR）基因的mRNA表达水平通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）技术进行定量分析。血清中的细胞因子IL-10和TGF-β的浓度使用商业化的酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒进行检测。而血清中一氧化氮（NO）的水平则采用基于格里斯试剂（Griess reagent）的比色法进行测定。数据分析主要采用多因素方差分析（MANOVA）等统计方法。

3.1. 照射后TCR mRNA表达

研究结果显示，全身γ辐射显著提高了全血中TCR mRNA的表达水平，与未照射的对照组相比具有统计学差异。多因素方差分析表明，γ辐射剂量对TCR基因表达有极显著影响，而时间因素（第1天 vs 第4天）本身的影响不显著。然而，辐射剂量与时间之间存在显著的交互作用，表明不同剂量下TCR mRNA随时间变化的模式可能不同。

3.2. 照射后IL-10水平

γ辐射显著降低了血清中IL-10的水平。分析表明，辐射剂量、实验时间点以及两者之间的交互作用均对IL-10水平产生了显著影响。这表明IL-10的下降不仅与辐射剂量有关，其在照射后不同时间点的变化趋势也受到剂量的调制。

3.3. TGF-β血清水平

与IL-10相反，照射组大鼠血清中的TGF-β水平显著高于对照组。辐射剂量是导致TGF-β升高的主要因素，其影响极为显著。而时间因素以及剂量与时间的交互作用对TGF-β水平的影响则不具有统计学意义。

3.4. 一氧化氮（NO）水平

照射组大鼠血清中的NO水平也显著高于对照组。辐射剂量对NO水平有极显著影响。时间因素的主效应不显著，但剂量与时间之间存在显著的交互作用，提示NO的动态变化也受到剂量和时间共同的影响。

3.5. 血红蛋白和血细胞比容（Haemto%）变化

γ辐射显著增加了血红蛋白含量和血细胞比容百分比。辐射剂量和时间因素对这两个参数均有显著影响，且剂量与时间之间存在显著的交互作用。

3.6. 血液细胞计数

辐射显著改变了白细胞（WBCs）、红细胞（RBCs）和血小板计数。辐射剂量和时间因素对这三种血细胞计数均产生了显著影响。除血小板外，剂量与时间对其他细胞计数的交互作用也显著。

3.7. 淋巴器官重量

γ辐射显著增加了脾脏和胸腺的重量。辐射剂量对两者均有显著影响。随时间推移，脾脏重量变化显著，而胸腺重量变化不显著。剂量与时间的交互作用仅对脾脏重量有显著影响。

3.8. 其他器官重量

γ辐射对肝脏、肾脏、心脏和肺脏的重量也产生了显著影响。剂量对肾脏、心脏和肺脏的影响显著，但对肝脏影响不显著。时间因素对所有这四种器官的重量均有显著影响。剂量与时间的交互作用对所有器官（除肾脏外）均显著。

3.9. 回归分析

回归分析揭示了不同生物标志物在不同时间点与辐射剂量之间关系的多样化数学模型，包括幂函数模型、线性模型、对数模型和多项式模型等，反映了各参数对辐射剂量响应的复杂性。

综合讨论与结论部分，本研究清晰地表明，急性高剂量γ辐射暴露会引发大鼠免疫系统的显著且复杂的变化。这些变化呈现出明显的剂量依赖性和一定程度的时间依赖性。最为核心的发现是，辐射导致了免疫激活相关指标（如TCR mRNA）的上调，同时伴随着免疫抑制微环境的形成，具体表现为抑制性细胞因子TGF-β的升高和调节性细胞因子IL-10的降低，以及参与氧化应激和信号传导的NO水平的增加。尽管照射后早期观察到脾脏和胸腺重量的增加，但相关性分析提示，更高剂量的辐射最终可能导致淋巴器官的萎缩。血液学参数的变化也印证了辐射对造血和免疫系统的广泛影响。

该研究的重要意义在于，它系统地描绘了急性高剂量γ辐射后早期（1天和4天）关键免疫参数的动态变化图谱，揭示了辐射免疫调节的双重性（既可能激活某些通路，又同时诱导免疫抑制）和复杂性。这些发现不仅深化了对辐射生物效应，特别是免疫效应机制的理解，而且为未来开发针对辐射引起的免疫功能紊乱的干预策略（如在放疗中联合免疫调节剂或在核事故应急中评估免疫损伤）提供了重要的实验数据和理论依据。研究结果强调，在评估辐射风险或应用辐射时，必须充分考虑其对抗炎和促炎平衡、氧化应激以及特定免疫细胞功能的精细影响。