角质细胞生长因子对受照小鼠的遗传保护作用

李佳 王月英 邢志伟 李进 郝建秀 于程程 姜恩海

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角质细胞生长因子对受照小鼠的遗传保护作用

    通讯作者: 姜恩海, jnh1953@yahoo.com.cn
  • 基金项目:

    卫生部行业基金 201002009

    中国医学科学院放射医学研究所探索基金 1315

Keratinocyte growth factor pretreatment prevents radiation-induced genetics damage in a mouse model

    Corresponding author: En-hai JIANG, jnh1953@yahoo.com.cn
  • 摘要: 目的 应用单细胞凝胶电泳(SCGE)和微核实验探讨角质细胞生长因子(KGF)对受照小鼠的遗传保护作用。 方法 将40只C57BL/6J小鼠随机分为空白对照组、照射对照组、KGF低(1 mg/kg)、中(2 mg/kg)、高(4 mg/kg)剂量组5组。KGF的3个给药组于照射前给药,连续3 d分别给予腹腔注射1、2、4 mg/kg的KGF,1次/d。照射对照组腹腔注射磷酸盐缓冲液。给药后,空白对照组给予假照射,其他4组给予7.2 Gy 137Cs γ射线全身一次性照射。应用SCGE和微核实验检测5组小鼠的DNA损伤情况。 结果 与照射对照组相比,KGF低剂量组小鼠的DNA微核率显著降低,中、高剂量组的彗星尾矩、Olive尾矩和微核率均显著降低。 结论 KGF对受照小鼠有显著的遗传保护作用。
  • 图 1  7.2 Gy γ射线全身一次性照射引起的各组小鼠外周血淋巴细胞DNA断裂彗星图

    表 1  各组小鼠彗星尾部DNA百分含量、尾长、尾矩、Olive尾矩的比较

    组别 只数 尾部DNA百分含量(%) 尾长(μm) 尾矩 Olive尾矩
    空白对照组 8 1.22±2.76 7.24±7.09 0.31±1.04 0.49±0.90
    照射对照组 8 4.72±5.20 19.73±13.90 1.83±3.92 1.93±2.57
    KGF低剂量组 8 5.21±4.31 20.22±14.06 1.62±3.06 1.76±2.00
    KGF中剂量组 8 3.65±3.15 16.35±8.96 0.85±1.10 1.31±1.00
    KGF高剂量组 8 3.41±1.37 13.04±4.08 0.32±0.26 0.59±0.34
    F 17.731 35.950 8.194 10.814
    P <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
    注:表中,KGF:角质细胞生长因子。
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    表 2  各组小鼠微核率、PCE/NCE值的比较

    组别 只数 微核率(‰) PCE/NCE值
    空白对照组 8 3.00±1.00 2.0±0.7
    照射对照组 8 77.60±13.81 0.6±0.2
    KGF低剂量组 8 26.67±12.40 1.4±0.8
    KGF中剂量组 8 18.83±8.30 1.5±0.3
    KGF高剂量组 8 9.00±4.94 2.7±0.5
    F 9.056 14.118
    P <0.01 <0.01
    注:表中,KGF:角质细胞生长因子;PCE:嗜多染红细胞;NCE:正染红细胞。
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-05-28
  • 刊出日期:  2013-07-25

角质细胞生长因子对受照小鼠的遗传保护作用

    通讯作者: 姜恩海, jnh1953@yahoo.com.cn
  • 300192 天津,中国医学科学院放射医学研究所,天津市分子核医学重点实验室
基金项目:  卫生部行业基金 201002009中国医学科学院放射医学研究所探索基金 1315

摘要:  目的 应用单细胞凝胶电泳(SCGE)和微核实验探讨角质细胞生长因子(KGF)对受照小鼠的遗传保护作用。 方法 将40只C57BL/6J小鼠随机分为空白对照组、照射对照组、KGF低(1 mg/kg)、中(2 mg/kg)、高(4 mg/kg)剂量组5组。KGF的3个给药组于照射前给药,连续3 d分别给予腹腔注射1、2、4 mg/kg的KGF,1次/d。照射对照组腹腔注射磷酸盐缓冲液。给药后,空白对照组给予假照射,其他4组给予7.2 Gy 137Cs γ射线全身一次性照射。应用SCGE和微核实验检测5组小鼠的DNA损伤情况。 结果 与照射对照组相比,KGF低剂量组小鼠的DNA微核率显著降低,中、高剂量组的彗星尾矩、Olive尾矩和微核率均显著降低。 结论 KGF对受照小鼠有显著的遗传保护作用。

English Abstract

  • 电离辐射直接作用于机体,可通过能量沉积或产生自由基造成DNA结构和功能的损伤,从而导致急、慢性放射病甚至致癌等一系列的生物学后果。DNA损伤和修复的程度决定了其生物学的最终结局。近年来,国内外研究表明角质细胞生长因子(keratinocyte growth factor,KGF)可有效防治辐射损伤,且作用迅速、高效,有望成为新的辐射防护细胞因子[1-2]。本实验以137Cs γ射线照射小鼠建立辐射损伤模型,运用单细胞凝胶电泳(single cell gel electrophoresis,SCGE)和微核实验,评价KGF对受照小鼠的遗传保护作用,为研究KGF作为辐射损伤防治药物提供理论依据。

    • KGF购自上海朗月生物科技有限公司,批号为121229。正常熔点和低熔点琼脂糖凝胶购自法国Biowest公司,Tris·HCl、二甲基亚砜、TritonX-100、Giemsa染液均购于美国Sigma公司。水平电泳仪为美国BIO-RAD公司产品,Nikon 90i荧光显微镜购自日本Nikon公司。137Cs源购自加拿大Best Theratronics公司,剂量率1.02 Gy/min。

    • C57BL/6J雄性小鼠40只,无特定病原体级,8~10周龄,体质量20~22 g,购于中国食品药品检定研究院国家啮齿类实验动物种子中心,饲养于天津市实验动物中心。将实验动物随机分为5组,每组8只,分别为:空白对照组、照射对照组、KGF低(1 mg/kg)、中(2 mg/kg)、高(4 mg/kg)剂量组,KGF的3个给药组于照射前给药,连续3 d分别给予腹腔注射1、2、4 mg/kg的KGF,1次/d。照射对照组腹腔注射磷酸盐缓冲液。给药后,空白对照组给予假照射,其余4组均给予7.2 Gy 137Cs γ射线全身一次性照射。

    • 参考Banáth等[3]的方法进行操作,步骤如下:①铺胶:照射后立即采用微量眼球取血法取5组小鼠外周血0.05 ml/只,分离淋巴细胞。将100 μl正常熔点琼脂糖凝胶均匀铺于彗星玻片上,置于4 ℃冰箱中固化,将25 μl淋巴细胞悬液与75 μl低熔点琼脂糖凝胶混匀后均匀铺于第一层凝胶上面,置于4 ℃冰箱中固化;②裂解和电泳:将胶板置于新鲜配制的碱性裂解液中,于4 ℃裂解1.5 h;用双蒸水漂洗去掉多余的盐分,置于4 ℃电泳液中解旋20 min,然后在20 V、200 mA的电泳条件下电泳20 min;③染色和观察:采用溴化乙锭染色,双蒸水漂洗,去掉多余染液,于荧光显微镜(40倍物镜)下观察彗星,用图像传感器对每份样品随机拍摄100个彗星图像。采用波兰弗罗茨瓦夫大学(Wroclaw university)提供的慧星分析软件系统对所得彗星图像进行分析。

    • 5组小鼠全身照射1 h后,脱颈椎处死并取两侧股骨,剪去骨两端,用2 ml胎牛血清(美国Gibco公司)冲洗骨髓,直至骨髓腔发白为止。将骨髓冲洗液以200×g离心8 min,除去约0.5 ml胎牛血清外,弃多余上清,将沉淀悬浮混匀。在每个载玻片上滴1滴混匀液,推片后自然干燥,于冰乙酸:甲醇为1:3的固定液中固定10 min,晾干后于10%的Giemsa染液中染色2 min,用pH 6.8的K2HPO3:Na2HPO3为1:1的缓冲液洗涤背景。晾干后,在油镜下计数每只动物1000个骨髓嗜多染红细胞(polychromatic erythrocytes,PCE)并统计其微核发生率,计数每只动物200个骨髓细胞并统计其中PCE与正染红细胞(normochromatic erythrocytes,NCE)的比例。

    • 应用SPSS13.0统计学软件对彗星尾部DNA百分含量、尾长、尾矩、Olive尾矩、微核率、PCE/NCE值等所有数据进行统计学处理,数据均以均数±标准差(x±s)表示,多组比较采用单因素方差分析,组间两两比较采用最小显著差数法,P < 0.05为差异有统计学意义。

    • 各实验组小鼠彗星尾部DNA百分含量、尾长、尾矩、Olive尾矩分别见图 1表 1。结果显示,小鼠接受7.2 Gy γ射线全身一次性照射后,照射对照组各项指标与空白对照组相比均明显升高,差异有统计学意义(t=6.226、9.520、3.924和5.369,P均 < 0.01),提示造模成功。与照射对照组相比,KGF低剂量组各项指标差异均无统计学意义,中剂量组各项指标差异均有统计学意义(t=2.385、3.188、2.733和2.892,P分别为 < 0.05、 < 0.01、 < 0.01和 < 0.01),高剂量组的差异更加明显(t=3.189、6.987、3.648和3.097,P均 < 0.01)。以上结果提示KGF可促进小鼠淋巴细胞DNA损伤的修复,且修复能力与KGF的给药剂量存在一定相关性。

      图  1  7.2 Gy γ射线全身一次性照射引起的各组小鼠外周血淋巴细胞DNA断裂彗星图

      组别 只数 尾部DNA百分含量(%) 尾长(μm) 尾矩 Olive尾矩
      空白对照组 8 1.22±2.76 7.24±7.09 0.31±1.04 0.49±0.90
      照射对照组 8 4.72±5.20 19.73±13.90 1.83±3.92 1.93±2.57
      KGF低剂量组 8 5.21±4.31 20.22±14.06 1.62±3.06 1.76±2.00
      KGF中剂量组 8 3.65±3.15 16.35±8.96 0.85±1.10 1.31±1.00
      KGF高剂量组 8 3.41±1.37 13.04±4.08 0.32±0.26 0.59±0.34
      F 17.731 35.950 8.194 10.814
      P <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
      注:表中,KGF:角质细胞生长因子。

      表 1  各组小鼠彗星尾部DNA百分含量、尾长、尾矩、Olive尾矩的比较

    • 各实验组小鼠微核率、PCE/NCE值结果见表 2。结果显示,小鼠接受7.2 Gy γ射线全身一次性照射后,与空白对照组相比,照射对照组微核率显著升高,PCE/NCE值显著降低,差异均有统计学意义(t=5.336和4.511,P均 < 0.01),提示造模成功。与照射对照组相比,KGF低剂量组微核率显著降低(t=3.805,P < 0.01),PCE/NCE值明显升高(t=2.181,P < 0.05);中剂量组和高剂量组微核率显著降低(t=4.391和4.935,P均 < 0.01),PCE/NCE值显著升高(t=3.914和7.312,P均 < 0.01)。以上结果提示KGF可减少辐射引起的染色体异常,且可能减轻辐射引起的骨髓抑制。

      组别 只数 微核率(‰) PCE/NCE值
      空白对照组 8 3.00±1.00 2.0±0.7
      照射对照组 8 77.60±13.81 0.6±0.2
      KGF低剂量组 8 26.67±12.40 1.4±0.8
      KGF中剂量组 8 18.83±8.30 1.5±0.3
      KGF高剂量组 8 9.00±4.94 2.7±0.5
      F 9.056 14.118
      P <0.01 <0.01
      注:表中,KGF:角质细胞生长因子;PCE:嗜多染红细胞;NCE:正染红细胞。

      表 2  各组小鼠微核率、PCE/NCE值的比较

    • 随着放射性核素工业应用及电离辐射医学应用的发展,辐射损伤的防治显得尤为重要。DNA损伤是电离辐射的最初效应,电离辐射通过能量沉积或激活氧自由基直接或间接导致DNA损伤[4]。DNA损伤及修复的程度决定了放射性疾病的转归,因此,减轻辐射导致的DNA损伤或者促进DNA损伤的修复可有效防治放射性疾病的发生。

      SCGE可在细胞水平上评价DNA损伤的程度,该技术不仅能从单细胞水平上检测DNA链的断裂程度,还可以根据DNA链断裂的量化指标,进一步分析辐照后不同时相点DNA的残余量,从而揭示了DNA的修复过程。Szerencsi等[5]采用该技术比较了核磁共振与60Co γ射线对人外周血白细胞DNA的损伤程度。本研究运用SCGE检测各组小鼠接受7.2 Gy全身照射后外周血淋巴细胞DNA的损伤程度,评价KGF对受照小鼠DNA损伤的保护作用。结果显示,7.2 Gy照射后小鼠DNA的损伤明显,但与照射对照组相比,照前给予2、4 mg/kg的KGF对辐射损伤小鼠均表现出明显的遗传保护作用,提示KGF可以显著促进DNA的损伤修复。

      微核实验是一种常用的细胞遗传学方法,真核细胞经辐射作用后可产生微核。微核发生率可评价染色体损伤的程度,PCE/NCE值可反映受照后骨髓抑制程度。本研究运用此实验技术检测各组小鼠接受7.2 Gy全身照射后骨髓细胞的损伤程度。结果显示,7.2 Gy照射后小鼠外周血淋巴细胞的微核率明显增加,与照射对照组相比,KGF给药组均可明显降低细胞微核发生率,提高照射后PCE/NCE值,表明KGF可减轻辐射引起的染色体异常及骨髓抑制。

      KGF最初在肺成纤维细胞的培养液中发现,由间质细胞产生,特异地作用于上皮细胞表面的成纤维细胞生长因子受体2b,参与细胞分化、增殖、DNA修复、清除活性氧等诸多生物学过程。近年来,由于对皮肤[6]、肺[7]、胃肠[8]等器官的辐射保护作用以及免疫重建[9]作用,KGF成为各国辐射损伤防护的研究热点,但其对于辐射损伤的遗传保护作用却鲜有研究。KGF可修复或减轻氧自由基介导肺组织上皮细胞的DNA损伤[10],推测其可提高DNA断裂链的修复。本研究结果表明,KGF具有显著的遗传保护作用,且能够减轻辐射引起的骨髓抑制,有望成为新型辐射损伤防治药物。

参考文献 (10)

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