Metallofullerenol Sc3N@C80(OH)18：一种新一代辐射防护剂，可在伽马辐射下保护人类红细胞免受多种生化损伤；该物质被证实能够清除短寿命和长寿命自由基

《Advanced Healthcare Materials》：Metallofullerenol Sc3N@C80(OH)18: A New Generation Radioprotector Protecting Human Erythrocytes Against Multiple Biochemical Damage Modes Upon Gamma Irradiation, Identifying It as a Scavenger of Short- and Long-Lived Radicals

本研究发现金属富勒烯Sc3N@C80(OH)18具有双重辐射防护机制，可快速清除活性氧，有效减少高剂量γ射线诱导的红细胞溶血和膜蛋白降解，其生物相容性优于传统剂，为核安全应用提供新方案。

　　金属全氟醇（Metallofullerenols, MFs）是一种被功能化的内嵌富勒烯纳米化合物，其独特之处在于能够整合原子、分子以及超分子层次的物质组织方式。这些特性使其在抗氧化性能方面展现出非凡的能力，特别是在放射保护领域。研究揭示了金属全氟醇Sc?N@C??(OH)??（Sc-FulOH）在高能辐射与活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）之间的相互作用，为现代癌症治疗提供了潜在的创新基础。通过在人体红细胞中进行放射保护评估，研究发现Sc-FulOH在辐射诱导的溶血过程中具有显著的保护作用。这一发现不仅表明其对膜损伤的缓解能力，还揭示了其在生物活性和膜蛋白吸附方面的潜在机制。

富勒烯及其衍生物在生物医学领域展现出巨大的应用潜力。它们既可以用于生成ROS以实现光动力疗法（Photodynamic Therapy, PDT），也可以作为ROS清除剂用于放射保护。然而，其作用机制往往依赖于具体的实验体系。近年来，水溶性的富勒烯衍生物和含有羟基的金属富勒烯化合物成为一种新的纳米材料类别，因其具有强大的抗氧化性能而备受关注。这些化合物在生物系统中表现出非毒性、高耐受性等优势，被认为是比传统放射保护剂更具潜力的候选材料。

红细胞作为研究纳米材料抗氧化机制的理想模型，因其缺乏细胞核和大多数细胞器，使得在实验中更易于观察和评估氧化应激的诱导及抗氧化效果。红细胞膜由脂质和蛋白质（如酶）组成，其内部的胞质溶胶具有丰富的生物活性。这些特性使得红细胞成为研究氧化损伤及其修复机制的合适对象。同时，由于红细胞膜的结构较为简单，且在受到辐射损伤后，其变化更容易被监测和分析，这为评估抗氧化剂的效果提供了便利。在研究中，我们发现Sc-FulOH对红细胞膜的保护作用具有显著性，尤其是在高剂量辐射后，其表现出极强的抗溶血能力，表明其对膜蛋白和脂质的保护效果。

在实验设计中，我们采用了三种不同的处理方式：辐射前加入Sc-FulOH、辐射后加入Sc-FulOH，以及不加入任何保护剂。通过分析溶血率和钾离子释放情况，我们发现Sc-FulOH在辐射前加入时，其保护作用最为显著。即使在高剂量（2.115 kGy）下，Sc-FulOH仍能有效减少红细胞膜的破坏，从而防止溶血的发生。而在辐射后加入Sc-FulOH时，虽然其保护效果仍然明显，但相较于辐射前加入，其作用的强度有所下降。这一结果表明，Sc-FulOH的保护作用不仅依赖于其对氧化损伤的直接清除，还可能涉及其对膜蛋白和脂质结构的稳定作用。

进一步的研究通过脉冲辐射分解实验揭示了Sc-FulOH与辐射生成的CCl?OO•自由基之间的反应速率常数为1.29 × 10? dm3 mol?1 s?1。这一数值表明Sc-FulOH能够快速与这些高活性的自由基发生反应，从而有效清除它们。通过这种机制，Sc-FulOH能够显著减少氧化损伤的发生，这为其在放射治疗中的应用提供了理论依据。此外，研究还发现Sc-FulOH对红细胞膜的形态变化和膜蛋白（如带3蛋白）的破坏具有显著的抑制作用，这表明其不仅能够清除自由基，还能够通过物理吸附作用稳定膜结构，减少辐射对细胞膜的破坏。

红细胞膜的结构和其与细胞骨架的紧密联系使其对膜的微曲率变化极为敏感。因此，细胞形态的变化可以作为膜损伤的一个重要指标。在实验中，我们利用流式细胞术检测了红细胞的形态和颗粒度变化。结果显示，在没有Sc-FulOH的情况下，红细胞在受到较低剂量辐射后会发生明显的形态改变，如形成棘细胞（echinocytes）。而当Sc-FulOH存在时，这种形态变化被显著抑制，尤其是在辐射前加入的情况下。这表明Sc-FulOH在防止膜结构损伤方面具有重要作用，即使在高剂量辐射下也能有效减少棘细胞的形成。

此外，我们还通过显微镜技术对红细胞的形态变化进行了直接观察。结果进一步支持了Sc-FulOH在保护膜结构方面的有效性。即使在辐射后加入Sc-FulOH，其对细胞形态的保护作用仍然显著，尤其是在防止棘细胞形成方面。这一现象表明，Sc-FulOH能够有效地清除氧化反应产生的次级产物，从而防止膜结构的进一步损伤。

在研究中，我们还关注了Sc-FulOH对红细胞内带3蛋白和血红蛋白的影响。带3蛋白是红细胞膜上重要的转运蛋白，其结构的破坏往往意味着膜损伤的加剧。通过免疫荧光技术，我们发现Sc-FulOH能够有效防止带3蛋白的降解，从而维持其结构的完整性。而在血红蛋白的氧化研究中，我们发现Sc-FulOH在辐射后加入时能够显著减少血红蛋白氧化为高铁血红蛋白（MetHb）的比例，这一结果进一步支持了其作为抗氧化剂的潜力。

研究还涉及对ROS的直接测量，通过DCFH?DA荧光探针，我们观察到Sc-FulOH能够高效清除由辐射引起的ROS。这一作用不仅限于短寿命的自由基，还包括一些长寿命的氧化产物，如过氧化氢和过氧亚硝酸盐。这些ROS的积累通常会导致细胞内大分子（如蛋白质、脂质和核酸）的氧化损伤，而Sc-FulOH的清除作用显著降低了这种损伤的发生率。这表明Sc-FulOH不仅能够清除即时产生的自由基，还能有效抑制后续的氧化反应链，从而保护细胞免受进一步的损害。

从整体来看，Sc-FulOH表现出双重的放射保护机制。一方面，它能够有效清除短寿命的初级自由基，防止即时的细胞损伤；另一方面，它还能清除长寿命的次级氧化产物，从而防止细胞结构的长期破坏。这种双重作用机制使其在放射治疗中具有独特的应用价值，尤其是在预防和治疗辐射损伤方面。

此外，Sc-FulOH的生物安全性也是其应用的重要前提。实验中，我们评估了其对多种人类细胞系的毒性，发现其在低浓度下对细胞具有良好的耐受性，不会引起显著的细胞毒性。这种低毒性特征使其在实际应用中具有更高的可行性，尤其是在需要长期保护的场景中。同时，Sc-FulOH的水溶性使其能够更容易地进入生物系统，从而在体内发挥其抗氧化和保护作用。

在放射保护领域，传统药物如氨磷汀（Amifostine）虽然在局部清除自由基方面具有一定效果，但其作用时间有限，且无法有效清除所有氧化产物。此外，其在体内的应用受到多种限制，如对辐射的反应时间要求严格，以及可能引发的副作用。相比之下，Sc-FulOH表现出更广泛的保护作用，不仅能够清除即时产生的自由基，还能有效防止次级氧化产物对细胞的持续损伤。这种能力使其在多个应用场景中具有显著优势，包括癌症治疗、核事故防护、组织移植前的预处理，以及航天任务中对宇航员的保护。

研究结果表明，Sc-FulOH在多种实验条件下均表现出良好的保护效果，这为其进一步的临床应用提供了坚实的基础。然而，为了全面验证其在复杂生物系统中的保护能力，还需要进行更多预临床和临床研究。此外，其在不同组织和器官中的表现也值得进一步探讨，以确保其在实际应用中的广泛适用性。

综上所述，Sc-FulOH作为一种新型的放射保护剂，其独特的结构和功能使其在清除自由基、稳定膜结构、减少氧化损伤等方面展现出卓越的性能。其双重保护机制和良好的生物安全性，使其成为放射保护领域的一个重要候选物质。未来的研究应进一步探索其在不同生物环境中的应用潜力，以及如何优化其作用方式以提高保护效果。同时，还需要评估其在实际应用中的可行性和安全性，以推动其在医学、工业和航天等领域的广泛应用。