电离辐射对男性生殖系统的危害及其预防

电离辐射对男性生殖系统的危害及其预防
于楠,屈明玥,王凯,张阳东*,郭宝石*
(火箭军特色医学中心,北京100088)
摘要:关于电离辐射对生物体的影响存在很多争论㊂低剂量电离辐射可能会对生物体产生有益影响,但是对于男性
生殖系统,几乎没有文献提及电离辐射对其存在有益影响㊂我们需要正视电离辐射对男性生殖系统的危害并加以预防㊂ 关键词:　电离辐射;　生殖系统;　危害;　预防
中图分类号:R146 文献标志码:A 文章编号:1001-5248(2020)10-0036-03
作者简介:于楠(1984-),女,硕士,技师㊂从事生物医学工程工作㊂*通信作者
伴随人们生活水平的提高,高速发展的科技在给人类生活带来便利的同时,也由于高科技产品产生的各种电离辐射,不可避免地对人体产生一定程度的危害㊂关于电离辐射对生物体的影响存在很多争论㊂首先,暴露在低剂量辐射下可能会产生对生物体有益的影响㊂近年来有大量相关研究发现0.2Gy 以内的低传能线密度(Low energy transfer,LET)辐射,即低剂量辐射(LDR)具有免疫刺激作用〔1-2〕㊂LDR 不仅对机体的免疫应答具有正向的促进作用,还可以预防药物对机体的毒性作用〔3〕㊂另有研究报道,LDR 能够降低肿瘤的发生率〔4〕㊂LDR 对细胞的兴奋效应可以阻止体内和体外细胞发生基因突变㊁阻止DNA 损伤以及减轻随后的较大剂量辐射或化学毒物引起的损伤,即发生适应性免疫应答〔5-6〕㊂但是我们在查阅了诸多的文献后,发现几乎没有文献提及关于辐射对男性生殖系统存在有益影响,我们需要正视电离辐射对男性生殖系统的危害并加以预防㊂
1摇电离辐射对男性生殖系统的危害
Xue L 等〔7〕通过分析50多年来关于电离辐射对雄性生殖影响的研究,发现一定剂量的电离辐射对雄性生殖有明显损害,特别是损害精原细胞的结构和功能㊂损伤机制可能与能量代谢异常㊁脂质过氧化㊁凋亡相关基因和蛋白表达异常㊁DNA 损伤等有关㊂精子DNA 的完整性对父本遗传信息的准确复制和传递至关重要㊂精子发生是一个高度精准且复杂的生理过程,精原干细胞通过增殖分化形成初级精母细胞,随后进行一次减数分裂形成次级精母细胞,再经二次减数分裂形成精子细胞,精子细胞变形后形成精子,在附睾成熟㊂精子发生的不同阶段在放射敏感性上有很大差异㊂精原细胞暴露于电离
辐射后不易发生DNA 损伤,但与体细胞相比,其DNA 修复较慢㊂暴露于电离辐射后的基因在精子发生的每个阶段都可能受到损伤,其中单倍体精子辐射敏感性最高㊂在精子发生过程中,细胞分化的遗传风险局限于精子发生的某一个周期,而遗传的不稳定性可能会持续整个生命周期,电离辐射引起的DNA 损伤可能会遗传给后代㊂造成可检测到的DNA 损伤的最低剂量为30Gy㊂当超过这个剂量时,单链DNA 断裂的数量增加㊂接触到电离辐射的男性中,精子活力㊁形态正常精子的百分比以及空泡化程度均有所下降㊂这些精子中的遗传物质表现出较高的基因组DNA 断裂和甲基化〔8〕㊂精原细胞的分化易受辐射诱导的细胞杀伤,但有些精原细胞可通过分化修复DNA 损伤㊂生殖细胞在增殖分化期以及减数分裂后期对能够诱导基因组损伤的外因特别敏感㊂如果此时受到电离辐射等影响,很可能影响精子的结构㊁形态和功能,并将这些影响由精子带入卵母细胞,影响胚胎发育,造成胎儿畸形,甚至流产和死亡㊂
精子发生的稳健维持系统是基因保护的关键,然而,男性的生育能力很容易受到环境㊁化学和物理因素的影响,这其中就包含电离辐射〔9〕㊂电离辐射有一敏感的靶器官-睾丸,睾丸精子发生对辐射损伤极为敏感,即使电离辐射对睾丸的分散剂量很低,也可能造成与其相关的不育风险㊂Bazalytska Sv 等〔10〕发现,电离辐射可启动睾丸癌变的进程㊂睾丸结构和功能也容易受到电离辐射的影响,生殖激素水平波动,性功能和生育能力下降㊂电离辐射会诱发染色体损伤,如果染色体损伤不能及时修复,可形成断裂型畸变,而染色体修复错误则会形成重接型畸变㊂精子细胞稳态的调节以及精子细胞数量平衡的维持需要通过细胞凋亡来完成,目前大量的临床研究发现电离辐射可引起精子细胞出现凋亡,可能与辐射暴露后精子细胞IL-2㊁IL-6的大量分泌,使炎症反应发生㊁自由基增加以及DNA 受损有关㊂
男性生殖能力是通过精原细胞增殖和分化之间的复杂平衡来维持的㊂精原细胞DNA损伤可引起细胞周期阻滞或生殖细胞凋亡,可能导致男性不育㊂精原细胞通常比体细胞对辐射更敏感,更容易发生凋亡㊂在精原亚型中,对DNA损伤的反应是不同的;未分化的精原细胞,包括精原干细胞,具有较强的抗辐射能力,而分化的精原细胞则具有较强的辐射敏感性㊂辐射诱导的DNA双链断裂(DNA DSB)是对精原干细胞基因组完整性的最大威胁,而精原干细胞是维持精子发生和防止生殖失败的关键㊂
Abuelhija M等〔11〕比较了7个大鼠品系对精子发生辐射损伤的敏感性,发现不同遗传背景的大鼠精子发生恢复的辐射敏感性差异,取决于辐射诱导的精原分化阻滞程度的差异㊂
2摇电离辐射对男性生殖系统危害的预防 首先,利用动物实验,研究者们发现了一些与预
防电离辐射对生殖系统危害有关的分子机制㊂Ya⁃suda T等〔12〕发现,p53基因在睾丸中卵母样细胞(testis-ova)自发消除过程中起关键作用㊂而P53在胞浆中的结合蛋白53BP1在精原干细胞DNA DSB的病理生理修复中起着重要的作用㊂这可能为理解精原干细胞的DNA修复机制和男性不育开辟了一条新的途径〔13〕㊂Messiaen S等〔14〕发现,与野生型小鼠相比,辐照后Rad54敲除小鼠的精子发生恢复较慢且不完全,这说明在精子发生过程中,生殖干细胞前体的损失并没有得到完全补偿,Rad54可能在维持发育中的生殖细胞的基因组完整性方面具有关键作用㊂近年来的研究发现,氢分子(H2)具有通过降低氧化应激而成为一种安全有效的辐射防护剂的潜力㊂研究结果证实,电离辐射前用H2处理小鼠可增加精子数量,保护生精上皮不受电离辐射影响〔15〕㊂Sukhotnik I等〔16〕发现,在WBIR大鼠模型中,抗氧化治疗可改善氧化应激引起的睾丸损伤,减少生殖细胞凋亡,改善精子发生㊂
其次,应用适当的抗辐射药物,也是预防电离辐射对官兵生殖系统危害的方法之一,有研究者对药物预防辐射损伤进行了探索性工作㊂Cavalim Vale AP等〔17〕发现,电离辐射显著影响生育力,而AT1拮抗剂可能对后代发育有辐射保护作用㊂El-Mesal⁃lamy HO等〔18〕发现,阿魏酸(FA)对辐射诱导的睾丸损伤有保护作用㊂它通过提高睾丸Sirtuin1 (SIRT1)和睾酮水平,降低氧化应激㊁聚合酶1 (PARP1)和胞质钙来改善精子发生㊂线粒体靶向抗氧化剂米托奎诺(MitoQ)对电离辐射致大鼠睾丸损伤有潜在辐射保护作用,是一种新的治疗电离辐射引起的睾丸毒性的药物〔19〕㊂姜黄素是一种从姜科植物姜黄等的根茎中提取到的黄色色素,是我国的传统中草药,具有抗炎㊁抗氧化等药理作用,同时具有副作用小,原料易获取等诸多优点㊂杨文军〔20〕发现姜黄素能够在电离辐射诱导的男性生殖系统损伤过程中发挥保护作用,其发挥保护作用的机制可能与通过调控Nrf-2/HO-1抗氧化信号通路维持机体氧化应激状态平衡有关㊂刘军等〔21〕研究发现,海带多糖可以改善和促进局部电离辐射损伤大鼠的性功能,降低电离辐射对大鼠生精细胞和精子活力的损伤㊂Said RS等〔22〕通过动物实验证实,辅酶Q10显著增加了精子数量和活力,同时减少了电离辐射后精子缺陷的发生率㊂Mozdarani H和Salimi M的研究发现〔23〕,电离辐射会影响精子发生,引起精子DNA改变,从而导致随后胚胎的染色体异常㊂照射前服用维生素E有效地降低了染色体异常的频率㊂维生素E降低辐射遗传毒性的机制可能是通过自由基清除或抗氧化作用㊂Kaidar-Person O等〔24〕也发现维生素E可以降低电离辐射相关毒性的作用㊂绿茶中的生物活性多酚,儿茶素-3-没食子酸酯(EGCG)具有抗凋亡活性,能防止不同刺激对组织的损伤㊂Ding J等〔25〕研究了EGCG疗法改善电离辐射后精子发生的效果,发现补充外源性EGCG可防止短期生殖细胞消亡并减弱辐射诱导的睾丸氧化应激㊂间断EGCG治疗可以显著改善受辐射的睾丸内的小管损伤㊁生殖细胞脱落和尾端受损㊂此外,长期应用EGCG可改善电离辐射诱导的血 睾屏障通透性,抑制睾丸甾体合成,对精子发生恢复产生刺激作用㊂总的来说,EGCG可能通过多种机制有效防止生殖细胞受辐射诱导的细胞凋亡㊂这种生物活性多酚对于保护男性生育能力可能是一种好方法,但还需要进一步的研究㊂Najafi M等〔26〕研究发现,褪黑激素是一种有效的辐射防护剂㊂
国际辐射防护委员会(ICRP)提出辐射防护的三原则,即辐射实践正当化㊁辐射防护最优化㊁个人剂量当量限值(剂量控制)的应用原则㊂在实践中,要尽可能的遵循这些原则,将辐射的危害减少到最小㊂对于正处于育龄的官兵,要更加重视对其生殖系统的保护㊂接触射线时间越长,放射危害越严重㊂另外,要尽量缩短从事放射性工作时间,以达到减少受照剂量的目的㊂在工作中要尽量远离放射源,来达到防护目的㊂有条件的话,要在人与放射源之间设置防护屏障,因为射线穿过原子序数大的物质,会被部分吸收,这样达到人体的辐射剂量就减弱了㊂常用的屏蔽材料有铅㊁钢筋水泥㊁铅玻璃等㊂
关于电离辐射对生物体的影响存在很多争论㊂低剂量电离辐射可能会对生物体产生有益影响,但是对于男性生殖系统,几乎没有文献提及电离辐射对其存在有益影响㊂我们需要正视电离辐射对男性生殖系统的危害并加以预防㊂
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(收稿日期:2020-04-25;修回日期:2020-08-28)。