高能_12_C_6_离子辐照诱发小肠急性损伤研究
加速器、重离子束及其应用-近代物理研究所
核 物 理 实 验
裂变现象的发 开始超（铀）重 热核物质性质(状态方程)， 现及应用 元素合成 素105—118合成
人工合成放射 新反应机制(深 超形变核(预言核形状的多样性) 性核素 部非弹，大质量 奇异核结构—晕结构， 新的衰变模 转移)高自旋 式
107号同位素264,265,266Bh的合成
宇宙射线的来源： • 银河宇宙射线－数百MeV-GeV高 能质子α粒子少量重离子； • 太阳宇宙射线－数百MeV高能质 子； • 范· 阿伦辐射带－数MeV的质子
辐射对航天器的危害 • 充放电效应 • 总剂量效应 • 单粒子效应－翻转，锁定，烧毁
高能离子
宇航元器件单粒子效应试验基地
近物所已与几十家航天单位、半导 体厂家、相关研究所和高校开展合作研 究；2010年，单粒子效应试验的束流时 间达770小时，占总供束时间1/6，2010 年用户提出了2500多小时的束流申请。
国防重大专项
利用HIRFL装置为我国 新一代卫星关键器件的选 用提供了重要参考依据。
束流需求
LET≥75 MeV·cm2/mg， >1000小时/年
国内只有HIRFL满足
LET<75 MeV· 2/mg， >1000小时/年 cm
航天—宇宙射线对宇航员的危害
造血系统，生殖系统，神经系统； 细胞变异，致癌作用，诱发白内障， 重离子辐照的地面模拟，找出预防措施！ 重离子辐射生物学研究
重离子束的特点
• • • •
高能量的载体—MeV/nGeV/n； 脉冲窄，可调性好—几纳秒几十纳秒； 重复频率高(10Hz)，重复性好—10-4 整体转换效率高—电能离子能量(感应加速）
可以用于惯性约束聚变！
环境和经济性能的考虑
12C 6+离子辐照对4种农作物种子出苗率及幼苗生长的研究
性 的差 异 ， 进一 步离 子束 诱变 育种 提供 基础 。 为
２ 材 料 与 方 法
２ １ 实 验材料 ．
大葱 、 菜 、 麻 和兵 豆 种 子 均 为 兰州 当地 市 油 胡
售 的种 子 。
收 稿 Ｅ 期 ： ２ ０ 一Ｏ 一Ｏ ；修 改 日期 ：２ ０ —０ —０ ｔ ０８ １ ４ ０８ ３ ５
关 键 词 ： Ｃ 离 子 ；出 苗 率 ；大 葱 ；油 菜 ；胡 麻 ；兵 豆 中 图分 类 号 ：Ｑ６ １ ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ ｉ ｔ ｓ ｍ ．） 称 油 用 亚 麻 ，属 于 亚 麻 科 ，一 年 ｔ ｉ ｍｕ Ｌ 又 ａ ｓ
１ 引 言
重离 子是 一种 具有 高传 能线 密度 （ Ｅ 的质 量 Ｌ Ｔ） 数 大于 ４的荷 电粒 子 ， 剂量 分 布在 射 程末 端 形 成典 型 的 Ｂ ａ ｇ峰 ，同时较 高 的相 对生 物 效 应 （ Ｂ ） ｒｇ Ｒ Ｅ 等 特性 被认 为是 比 Ｘ射 线 和 ｙ射 线更 有利 于植 物遗
＊ 基 金 项 目 ： 中 国科 学 院西 部 之 光 联 合 学 者 项 目（ Ｌ ５ ６ ６ ；甘 肃 省 农 业 生 物 技 术 研 究 与 应 用 开 发 项 目（ Ｘ ００１ ） ＧＮＳ ２ ０ —６ ； 育 部 Ｗ一０ ６１ ） 教 新 世 纪 优 秀 人 才 支 持 计 划 作 者 简 介 ： 孙 兰 弟 （ ９ １ ，女 （ １ ８ 一） 汉族 ） ，甘 肃 兰 州 人 ， 士 研 究生 ，从 事 细 胞 生 物 学 研 究 ；Ｅｍａｌ ｕ ｌ２ ０ ＠ ｌｕ ｃ 硕 — ｉ ：ｓ ｎｄ ０ ５ ｚ ．ｎ ＃ 通 信 联 系人 ： 岁稳 ，Ｅ ｍａｌ ｈ ｕｗ＠ ｌ ． ｄ ．ｎ 侯 － ｉ： ｏ ｓ ｚ ｅ ｕ ｃ ｕ
低剂量 12C 6+离子辐照对小鼠胸腺、脾脏细胞周期及DNA损伤的影响
来 ，重离子辐射生物效应研究主要涉及 Ｄ Ａ 损伤 Ｎ 及修复、染色体畸变、细胞周期效应、致瘤性转化 和基 因组 的不稳定 性等 。 中高剂量低 Ｌ Ｔ 电离辐射对生长期真核细胞 Ｅ 的一个普遍效应是导致分裂延迟 ，这早已被放射生 物学界所公认 。刘树铮等口 研究发现 ，低剂量的 ｘ
第２ ６卷 第 ６期 ２射 工 艺 学 报
Ｊ Ｒａ ｉ ｔ Ｒｅ ． ｄ ａ． ｒ ｃ ｓ ． ． ｄ ａ ． ｓ Ｒａ ｉ ｔＰ ｏ ｅ ｓ
Ｖｏ１２ Ｎｏ． ．６， ６
Ｄｅ ｅ ｅ ０ ８ ｃ ｍｂ ｒ ０ ２
低 剂 量 Ｃ 离 子 辐 照 对 小 鼠 胸 腺 、 脾 脏 细 胞 周 期
Ｑ ９ ，Ｒ ９ ，Ｒ３９５ ６ １ ３２ ３ ．７ 中图分类号
重离子作为一种致密的电离辐射 ，具有高传能 线 密度 （ ｉｅｒ ｎｒｙｔ ｎｆｒ Ｅ 、能 量沉 积密 Ｌｎａ ｅ ａｓｅ，Ｌ Ｔ） ｅ ｇ ｒ 集、局部剂量大、相对生物学效应高等特点，在各 学科 领域展 现 出极 大 的应用前 景 ，如重 离 子治癌 是 肿瘤定位放疗的发展趋势 ， 其相关 的生物学研究 已 成为 当今放射生物学、放射医学 、放射治疗学与重 离子物理交叉学科研究的热点和前沿课题 【 】 】 。近年
及 ＤＮＡ 损 伤 的 影 响
赵卫平 １， 张 红 王燕玲 ， 李 宁 １， 刘 斌 ， ２ ３ ， ， ２ ， ２ ３ 武振华 谢 漪 郝冀方 刘 阳 ２ ， ， ’ ， ， 。
（ 中国科学院近代物理研究所 （ 中国科 学院研究生院 兰州 ７ ００ ３ ０ ０） 北京 １０ ４ ） ００ ９ 兰州 ７ ０ ０ ３ ０ ０）
用。但是关于低剂量的重离子辐照对小鼠胸腺及脾 脏细 胞周 期进 程 的影响 尚未见 报道 。 作为单细胞水平上检测 Ｄ Ａ 损伤与修复的方 Ｎ 法 ，彗星电泳技术简便 、快速而敏感性高【，在 彗 ４ 】 星分析中，彗头是细胞核，是未断裂的分子量较大 的 Ｄ Ａ片段， Ｎ 彗尾是 由于损伤细胞 Ｄ Ａ断裂 ， Ｎ 超 螺旋松散而溢出细胞核的 Ｄ Ａ， Ｎ 且损伤越厉害 ， 彗 尾越长。它是一种测定和研究单个细胞 Ｄ Ａ 链断 Ｎ 裂的新电泳技术 ，与传统方法相比， 具有简便、快 速 、灵敏、样品量少 、无需放射性标记等特点 ，具 有很高的实用价值 ［ ５ ］ 。利用该方法检测各种物理化 学因素造成的 Ｄ Ａ损伤在国内外有诸多报道 。 Ｎ 本 工 作 拟采 用 流式 细胞 术 （ ｌ ｙ ｍ ｔ Ｆ ｗ ｃｔ ｅ ｙ ｏ ｏ ｒ Ｍｅ ｏ ， Ｃ ） ｔ ｄ Ｆ Ｍ 对低剂量 ｃ 重离子全身辐照后 ６ ｈ ¨ ｈ 小鼠胸腺及脾脏细胞周期的变化进行了探讨， 同时采 用彗星电泳技术检测受辐照小 鼠胸腺脾脏细胞的拖
基于脑肠互动理论探究神经营养因子在肠易激综合征中作用的研究进展
基于脑肠互动理论探究神经营养因子在肠易激综合征中作用的研究进展马健，唐学贵川北医学院附属医院中西医结合肛肠科，四川南充637002摘要：肠易激综合征（IBS）是一种常见的功能性胃肠道疾病，无器质性病变，其病理生理机制至今仍未完全清楚。
脑肠互动是中枢神经系统与胃肠道之间的双向调节机制，而脑肠互动异常可导致胃肠道感觉、运动和分泌失常，从而引起IBS发病。
脑肠互动与神经-内分泌网络密切相关。
神经营养因子（NTFs）是一类由神经所支配组织和神经胶质细胞分泌的蛋白质分子，是神经-内分泌网络中的重要组成，主要包括神经生长因子（NGF）、脑源性神经营养因子（BDNF）、神经营养因子3（NT-3）和神经营养因子4（NT-4）。
其中，NGF、BDNF与IBS的发生关系密切，二者均可通过与相应的特异性受体结合介导脑肠互动异常，从外周介导内脏超敏、参与中枢神经对疼痛增敏以及对精神心理调节等方面参与IBS的病理生理过程，两者作用机制有相似之处，但其介导途径又有所不同；而NT-3、NT-4与IBS的关系目前研究较少，二者作为有可能参与IBS发病的NTFs，其作用途径、作用靶点及作用机制有待于进一步深入研究。
关键词：肠易激综合征；脑肠互动；神经营养因子doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2024.01.022中图分类号：R574 文献标志码：A 文章编号：1002-266X（2024）01-0089-05肠易激综合征（IBS）是一种常见的功能性胃肠道疾病，无器质性病变，临床以腹痛、腹胀或腹部不适以及排便习惯、大便性状改变为主要表现［1］。
根据罗马Ⅳ诊断标准，IBS可分为腹泻型、便秘型、混合型以及未定型四种类型［2］。
近年虽然对IBS发病机制的研究较多，但其病理生理机制仍未完全清楚。
脑肠互动是指中枢神经系统（CNS）与胃肠道之间的双向调节机制，此调节机制失常可引起胃肠功能紊乱。
目前认为，IBS的发生与肠黏膜通透性增加、肠道免疫激活、肠道微生态紊乱、肠道动力异常、内脏超敏、精神心理等因素综合作用所致脑肠互动异常有关。
微塑料和纳米塑料对胃肠道及肝脏的毒性效应机制研究进展
生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第18卷第4期2023年8月V ol.18,No.4Aug.2023㊀㊀基金项目:国家自然科学基金青年项目(82202069)㊀㊀第一作者:孙凡晰(1997 ),女,硕士研究生,研究方向为环境材料与技术,E -mail:*********************㊀㊀*通信作者(Corresponding author ),E -mail:*********************.cn ㊀㊀共同通信作者(Co -corresponding author ),E -mail:****************DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20221025001孙凡晰,齐鑫,王靖,等.微塑料和纳米塑料对胃肠道及肝脏的毒性效应机制研究进展[J].生态毒理学报,2023,18(4):131-147Sun F X,Qi X,Wang J,et al.Mechanism of toxic effects of microplastics and nano -plastics on gastrointestinal tract and liver:A review [J].Asian Journal of Ecotoxicology,2023,18(4):131-147(in Chinese)微塑料和纳米塑料对胃肠道及肝脏的毒性效应机制研究进展孙凡晰,齐鑫,王靖*,纪丽莲#苏州科技大学化学与生命科学学院,苏州215000收稿日期:2022-10-25㊀㊀录用日期:2023-01-20摘要:由于塑料制品的大量生产和使用,其废弃物降解产生的微塑料(microplastics,MPs)作为一种新型的环境污染物近年来逐渐引起全世界的关注㊂持续的老化会使微塑料降解为纳米塑料(nano -plastics,NPs),在进入人体后增加对细胞的危害,因此微塑料和纳米塑料对人体产生的毒性效应及健康危害也日益成为环境领域的研究热点㊂本文基于已有研究,重点阐述了人体内微塑料和纳米塑料沉积对胃肠道产生氧化应激㊁炎症及细胞凋亡相关毒性效应的机制,以及造成肝脏糖脂代谢紊乱的潜在机制,为进一步开展微塑料和纳米塑料的毒性效应机制研究和人体健康风险评估提供理论依据㊂关键词:微塑料;胃肠道;肝脏代谢;肝脏;氧化应激;纳米塑料文章编号:1673-5897(2023)4-131-17㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:AMechanism of Toxic Effects of Microplastics and Nano-plastics on Gastro-intestinal Tract and Liver :A ReviewSun Fanxi,Qi Xin,Wang Jing *,Ji Lilian #School of Chemistry and Life Sciences,Suzhou University of Science and Technology,Suzhou 215000,ChinaReceived 25October 2022㊀㊀accepted 20January 2023Abstract :In recent years,due to the mass production and use of plastic products,microplastics (MPs)produced by the degradation of their wastes have gradually attracted the world s attention as a new type of environmental pollu -tant.Continuous aging degrades MPs into nano -plastics (NPs),which can increase their damage to cells when they enter the human body.Therefore,the toxic effects and health hazards of MPs and NPs on the human body have in -creasingly become a research hotspot in the environmental field.Based on existing studies,this article focuses on the mechanism related to the toxic effects of MPs and NPs deposition on the gastrointestinal tract (e.g.,oxidative stress,inflammation and apoptosis),and the potential mechanism of glucose and lipid metabolism disorders in the liver.This study provides a theoretical basis for further research on the mechanism of toxic effects of MPs and NPs and human health risk assessment.132㊀生态毒理学报第18卷Keywords:microplastics;gastrointestinal tract;glucolipid metabolism;liver;oxidative stress;nano-plastics㊀㊀随着塑料制品在生产和生活中的广泛使用,中国已经成为全球最大的塑料生产国㊂由于使用的需要,这些塑料制品通常耐高温,耐酸碱,耐腐蚀,目前还没有正确的方式处理塑料垃圾,这些塑料垃圾在自然环境下几乎不会被完全降解,而是通过生物以及非生物途径逐渐降解为微米或纳米级的碎片[1-3],更容易发生转移和扩散,导致微塑料和纳米塑料对环境的污染㊂根据塑料颗粒的粒径不同,可以将其划分为微塑料(microplastics,MPs)(直径纺5mm)[4]和纳米塑料(nano-plastics,NPs),目前有关NPs的粒径划分标准尚存争议,大部分学者将粒径<1μm的塑料颗粒定义为NPs[5-6]㊂随着对人体中MPs和NPs研究的不断深入,研究者们已经在人类血液㊁胎盘和粪便中发现了MPs和NPs[7-9]㊂MPs和NPs主要通过食物㊁水以及空气进入人体[10-11]㊂小鼠暴露实验发现, MPs和NPs进入体内后在胃㊁肠㊁肝脏等器官积累[12-13]㊂从消化道进入的MPs和NPs由于耐腐蚀性高,消化液会改变MPs和NPs颗粒的表面粗糙度和粒径[12],使它们更稳定地停留在消化道内壁,也更易吸附其他有毒物质从而增加毒性[14]㊂实际上,组织内的屏障并不能阻止MPs和NPs的入侵,MPs和NPs进入人体后,小粒径的塑料颗粒可以跨越消化系统的上皮屏障[15-17],从而进入淋巴和血液循环,粒径范围在0.1~10μm的纳米级塑料颗粒甚至可以穿过血脑屏障和胎盘[18-20]㊂饮食饮水摄入的MPs 和NPs颗粒,若其粒径>150μm,通常很难穿过肠道上皮细胞,导致几乎90%的MPs通过粪便排出体外[5],剩下的只能在肠道上皮细胞膜外产生局部影响,而<150μm的纳米级塑料颗粒接触到小肠绒毛时,这些小粒径的塑料颗粒则会穿过小肠上皮细胞[21],进入淋巴系统[22]和血液[18,23],通过毛细血管最终到达门静脉,扩散至全身[24-26]㊂对于<150μm的纳米级塑料颗粒物,其中>10μm的部分塑料颗粒(0.1%)可到达其他器官和细胞膜表面[19],而<5μm 的纳米级颗粒物则会被淋巴细胞吸收[21]㊂随着有关纳米级塑料颗粒进入哺乳动物细胞机制研究的逐渐深入,可以归纳出以下3种纳米级颗粒进入淋巴和血液循环的机制:(1)小粒径的纳米粒子通过细胞间紧密连接旁路,扩散进入血液[27],肠道上皮杯状细胞分泌的黏液是促进其旁路扩散的因素[21];(2)较大一些的纳米粒子(50~200nm)更倾向于通过内吞作用穿过肠道上皮细胞[21],并且可能存在黄金摄入尺寸,例如40nm可能是非吞噬细胞摄取的最佳尺寸[28],而200nm可能是穿过血脑屏障的最佳尺寸[29]㊂体内研究发现,肠道细胞可利用不同的内吞机制,甚至多种内吞机制联合使用,内化纳米级颗粒物,例如吞噬细胞可通过吞噬作用将其内化[30],而非吞噬细胞可以借助网格蛋白或细胞膜内陷介导的内吞作用内化较小的纳米颗粒[27],在这一过程中肌动蛋白发挥重要作用[31]㊂另外,能量依赖性途径也是肠道上皮细胞内吞作用的机制之一[31]㊂最近的研究发现,<3μm的纳米级颗粒可通过非特异性内吞机制内化到非吞噬细胞[31],且可利用内吞作用的微粒粒径上限增加到了5μm[19,21],肠道Peyer斑中丰富的M细胞的内吞作用是粒径上限增加的主要原因[23],此外肠道黏膜的协助也是可能的影响因素之一[32-33];(3)带正电的粒子与质膜的高度结合会增加表面张力并导致膜穿孔或变形[34],从而使纳米级塑料颗粒进入细胞,进而进入血液循环㊂除了被消化道吸收的纳米级塑料颗粒,经呼吸系统进入肺部的MPs和NPs通常会滞留在肺部或者通过毛细血管进入体内循环系统,<2.5μm的塑料颗粒会进入肺部深处或渗透肺泡进入血液循环[35]㊂这些进入血液循环的纳米级塑料颗粒,其中粒径在100nm左右的会被血清白蛋白包围[36],形成多层血清白蛋白冠,可能有助于纳米塑料逃避免疫监视,增加其在血液循环系统的时间,并帮助颗粒到达次级器官并在肝脏㊁肾脏和肠道中积累[36]㊂血清白蛋白与纳米级塑料颗粒的结合导致蛋白质的二级结构发生改变[37],从而增加了塑料颗粒的细胞毒性[27,36]㊂尽管只有小部分纳米级塑料颗粒能够穿透肺泡和胃肠道的上皮屏障,转移到次级组织器官内,但考虑到人类对塑料颗粒的长期接触以及塑料颗粒可能产生积累,这种低比例的内化仍不容忽视,因为它们能够进一步引起一系列毒性效应(图1),包括氧化应激㊁局部炎症㊁细胞凋亡以及肠道菌群的改变[38-41]㊂流行病学调查发现,吸入MPs和NPs会增加对呼吸道刺激的几率,一部分职业性接触MPs和NPs的工人患有间质性肺病,肺组织病理学检查发现,该病是MPs和NPs作为半抗原刺激呼吸道,引发肺泡炎症产生的[42-43]㊂体内研究表明,小鼠摄入MPs后,胃中的幽门螺旋杆菌与MPs相互作用,促进了幽门螺第4期孙凡晰等:微塑料和纳米塑料对胃肠道及肝脏的毒性效应机制研究进展133㊀旋杆菌在胃黏膜上皮细胞的快速定植[12],这种致病菌的大量繁殖导致小鼠胃部炎症的发生㊂肠道菌群的失调也是MPs 产生的毒性效应之一,在多项体外研究中均发现MPs 导致小鼠肠道菌群紊乱,条件致病菌数量增多,同时伴随肠道炎症[44-46]㊂NPs 对肝脏的毒性效应主要表现为糖脂代谢紊乱,NPs 暴露后的小鼠,体内葡萄糖含量升高并伴随糖尿病发生[47],脂肪质量减少,肝脏中甘油三酯和总胆固醇水平下降[48]㊂进入人体的NPs 最终进入并积累在组织内的各种细胞中构成潜在威胁㊂体外研究发现纳米级塑料颗粒可进入细胞,产生毒性效应[10,49]㊂人胃黏膜上皮细胞与NPs 共培养后,发现细胞增殖速率降低,细胞凋亡增加[50]㊂在人肠道细胞中也发现NPs 会导致细胞产生氧化应激[51]㊂尽管目前没有研究证明MPs 和NPs 会通过食物链传递至人体内,但现有的体内外研究已经展现出MPs 和NPs 进入体内产生的不良后果㊂目前MPs 和NPs 积累对人体的毒性效应研究还不深入,因此聚焦于MPs 和NPs 对人体产生的毒性效应机制,对了解MPs 和NPs 对人体健康的影响有重要意义,同时也为今后预防和治疗MPs 和NPs 导致的人体疾病提供科学依据㊂本篇综述将归纳总结MPs 和NPs 对人体胃肠道及肝脏的毒性效应机制,提出目前研究存在的问题和不足以及未来可能的发展方向,为今后研究MPs 和NPs 对人体的毒性效应及机制提供科学依据㊂1㊀引发胃肠道(gastrointestinal tract ,GIT )氧化应激㊁炎症及细胞凋亡的毒性效应机制(Toxic mechanism of oxidative stress ,inflammation andapoptosis in GIT )人体中的MPs 和NPs 经不同的内吞机制进入细胞或吸附聚集在胃肠道组织表面,引起氧化应激和炎症,甚至细胞凋亡,该现象已经在多项体外研究及小鼠的体内研究中得到证实(表1)㊂MPs 和NPs 对人体胃肠道健康的危害日益显现,因此探究MPs 和NPs 对胃肠道的毒性效应机制,为防治MPs 和NPs 引起的胃肠道疾病提供科学依据㊂1.1㊀细胞中的活性氧(reactive oxygen species,ROS)诱导氧化应激的产生(ROS in cells induce the genera -tion of oxidative stress)细胞内拥有一套抗氧化防御系统,可以维持细胞内ROS 的水平,保护重要的生物分子免受自由基的伤害[52-53]㊂细胞中活性氧和氧化应激的增加与抗氧化系统失衡和疾病有关[54]㊂体内外研究表明,MPs 和NPs 暴露后,细胞内ROS 水平升高,一方面是外源颗粒的直接刺激作用诱导细胞内ROS 的产生增加[55];另一方面,MPs 和NPs抑制抗氧化酶转录图1㊀人体中微塑料和纳米塑料的来源㊁分布及影响Fig.1㊀Source,distribution and impact of microplastics and nano -plastics in human body134㊀生态毒理学报第18卷因子的产生或降低抗氧化酶的活性,进而抑制ROS 代谢,使线粒体膜电位增加,导致线粒体通透性和ROS 产生增加,进而加速线粒体中产生的ROS 向胞质转移[17,56]㊂超氧化物歧化酶(SOD)㊁过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽(GSH)是衡量机体氧化应激程度重要而不可或缺的生物标志物[57]㊂研究发现,聚苯乙烯纳米塑料可导致小鼠十二指肠内过氧化生物标志物水平升高,SOD ㊁CAT 活性和GSH 含量明显降低[58-59];人正常结肠黏膜上皮细胞的体外实验也发现,经NPs 处理的细胞中ROS 水平比未经处理细胞的ROS 水平高[58]㊂因此,MPs 和NPs 可直接促进ROS 产生或通过抑制抗氧化酶活性和谷胱甘肽的产生进而抑制ROS 代谢,间接导致ROS 增加㊂随着MPs 和NPs 与细胞微环境的相互作用,增加的ROS 在MPs 和NPs 颗粒表面沉降,导致细胞产生氧化应激,如果它们不能穿过细胞膜,则会诱导肠道局部炎症[60],如果颗粒足够小,可以穿过肠道上皮细胞,此时位于颗粒表面的ROS 毒性就会增强,介导细胞产生应激反应[61](图2)㊂1.2㊀炎症产生的潜在机制(The underlying mecha -nism of inflammation)胃肠道是MPs 和NPs 经摄入途径进入人体后发生积累的组织器官,MPs 和NPs 带来的机械损伤或刺激很容易造成胃肠道的炎症反应[12,44],炎症反应的产生机制可以分为2个方面:(1)促炎细胞因子释放产生的炎症反应[12];(2)肠道菌群失调,条件致病菌增多,导致免疫失衡以及脂多糖含量增加刺激炎症产生[46,62]㊂MPs 和NPs 可通过2种机制诱导促炎细胞因子释放(图2),一种机制是MPs 和NPs直接刺激产图2㊀引起胃肠道(GIT )氧化应激㊁炎症及细胞凋亡的潜在机制注:微塑料和纳米塑料一方面直接刺激细胞产生ROS ,另一方面调控细胞抗氧化系统抑制ROS 代谢从而导致ROS 激增,诱导氧化应激的产生;微塑料和纳米塑料可直接刺激细胞产生炎症细胞因子或通过氧化应激诱导炎症反应,产生的炎症反应和氧化应激最终导致细胞凋亡㊂Fig.2㊀Potential mechanisms causing oxidative stress,inflammation and apoptosis in the gastrointestinal tract (GIT)Note:On the one hand,microplastics and nano -plastics directly stimulate cells to produce ROS,on the other hand,they regulate cellular antioxidant system to inhibit ROS metabolism and lead to ROS surge,resulting in a surge of ROS and inducing oxidative stress;microplastics and nano -plastics can directly stimulate cells to produce inflammatory cytokines or induce inflammatory response through oxidative stress;the resulting inflammatory response and oxidative stress eventually lead to cell apoptosis.第4期孙凡晰等:微塑料和纳米塑料对胃肠道及肝脏的毒性效应机制研究进展135㊀表1㊀微塑料和纳米塑料对胃肠道及肝脏产生的毒性效应及机制T a b l e 1㊀T o x i c e f f e c t s a n d m e c h a n i s m o f m i c r o p l a s t i c s a n d n a n o -p l a s t i c s o n h u m a n b o d y器官/细胞O r g a n s /C e l l s 聚合物P o l y m e r 剂量D o s e毒性效应T o x i c i t y e f f e c t 产生机制G e n e r a t i o n m e c h a n i s m体内研究(小鼠)I n v i v o s t u d i e s (m i c e )肝脏㊁结肠㊁回肠和盲肠内容物[13]L i v e r ,c o l o n ,i l e u m a n dc e c u m c o n t e n t s[13]P S100,1000μg ㊃L -1脂质代谢紊乱D i s o r d e r o f l i p i d m e t a b o l i s m肠道屏蔽功能障碍I n t e s t i n a l s h i e l d i n g d y s f u n c t i o n肠道菌群改变C h a n g e s i n i n t e s t i n a l f l o r a胃[12]S t o m a c h [12]P E100μg ㊃m L -1促进幽门螺旋杆菌在胃黏膜上皮细胞快速定植P r o m o t e t h e r a p i d c o l o n i z a t i o n o f H e l i c o b a c t e rp y l o r i i n g a s t r i c m u c o s a l e p i t h e l i a l c e l l s胃部损伤及炎症G a s t r i c i n j u r y a n d i n f l a m m a t i o n髓过氧化物酶表达增加I n c r e a s e d e x p r e s s i o n o fm y e l o p e r o x i d a s eI L -6和T N F -α表达上调U p -r e g u l a t i o n o f I L -6a n d T N F -α结肠和十二指肠[44]C o l o n a n d d u o d e n u m [44]P E6,60,600μg ㊃d -1肠道炎症I n t e s t i n a l i n f l a m m a t i o n I L -1α表达上调U p -r e g u l a t i o n o f I L -1α肠道菌群改变C h a n g e s i n i n t e s t i n a l f l o r a免疫失衡I m m u n e i m b a l a n c eT L R 4㊁A P -1和I R F 5表达上调U p -r e g u l a t i o n o f T L R 4,A P -1a n d I R F 5结肠[45]C o l o n [45]P S500μg ㊃L -1肠道屏障受损和肠道炎症I m p a i r e d i n t e s t i n a l b a r r i e r a n d i n t e s t i n a l i n f l a m m a t i o n肠道致病菌增加I n c r e a s e d i n t e s t i n a l p a t h o g e n i c b a c t e r i a干扰肠道微生物代谢I n t e r f e r e n c e w i t h i n t e s t i n a l m i c r o b i a l m e t a b o l i s m免疫失衡I m m u n e i m b a l a n c e肠道菌群改变C h a n g e s i n i n t e s t i n a l f l o r a炎症因子(T N F -α㊁I L -1β和I F N -γ)表达上调U p -r e g u l a t i o n o f i n f l a m m a t o r y f a c t o r s(T N F -α,I L -1βa n d I F N -γ)136㊀生态毒理学报第18卷续表1器官/细胞O r g a n s /C e l l s 聚合物P o l y m e r 剂量D o s e毒性效应T o x i c i t y e f f e c t产生机制G e n e r a t i o n m e c h a n i s m 小肠和盲肠[46]S m a l l i n t e s t i n e s a n d c e c u m[46]P E5.25ˑ104p a r t i c l e s ㊃d -1肠道通透性增加I n c r e a s e d i n t e s t i n a l p e r m e a b i l i t y肠道炎症I n t e s t i n a l i n f l a m m a t i o n代谢紊乱M e t a b o l i c d i s o r d e r s改变肠道菌群组成C h a n g e s i n t h e c o m p o s i t i o n o f i n t e s t i n a l f l o r a能量代谢和免疫功能相关细菌相对丰度减少R e d u c i n g t h e r e l a t i v e a b u n d a n c e o f b a c t e r i a r e l a t e d t oe n e r g y m e t a b o l i s m a n d i m m u n ef u n c t i o n氧化应激㊁免疫应答和脂质代谢相关基因表达下调D o w n -r e g u l a t i o n o f g e n e s r e l a t e d t oo x i d a t i v e s t r e s s ,i m m u n e r e s p o n s e a n d l i p i d m e t a b o l i s m肝㊁结肠㊁盲肠内容物㊁回肠[48]L i v e r ,c o l o n ,c e c u m c o n t e n t s a n d i l e u m[48]P S100,1000μg ㊃L -1减少肠道黏液分泌D e c r e a s e d s e c r e t i o n o f i n t e s t i n a l m u c u s损害肠道屏障功能D a m a g e t o i n t e s t i n a l b a r r i e r f u n c t i o n肠道微生物群失调和代谢紊乱D y s b i o s i s o f t h e g u t m i c r o b i o m e a n d m e t a b o l i c d i s o r d e r s/小肠和结肠[68]S m a l l i n t e s t i n e s a n d c o l o n[68]P S0.2m g ㊃k g -1肠道屏障功能损伤I n t e s t i n a l b a r r i e r d y s f u n c t i o n条件致病菌增多,紧密连接促进功能微生物减少I n c r e a s e d o p p o r t u n i s t i c p a t h o g e n s a n d d e c r e a s e dt i g h t j u n c t i o n p r o m o t i n g f u n c t i o n a l m i c r o o r g a n i s m s紧密连接蛋白表达下调D o w n -r e g u l a t i o n o f t i g h t j u n c t i o n p r o t e i n e x p r e s s i o n肠道菌群改变C h a n g e s i n i n t e s t i n a l f l o r a肝脏和小肠[47]L i v e r a n d s m a l l i n t e s t i n e s [47]P S55μg ㊃d -1胰岛素抵抗I n s u l i n r e s i s t a n c e糖尿病D i a b e t e s m e l l i t u s肠-肝轴代谢串扰M e t a b o l i c c r o s s t a l k o f g u t -l i v e r a x i s肝脏和盲肠[69]L i v e r a n d c e c u m [69]P S100,1000μg ㊃L -1肝脏质量减少R e d u c e d l i v e r w e i g h t肠道黏液分泌减少D e c r e a s e d s e c r e t i o n o f i n t e s t i n a l m u c u s肝脏中甘油三酯和总胆固醇水平下降,脂质紊乱D e c r e a s e d t r i g l y c e r i d e a n d t o t a l c h o l e s t e r o l l e v e l s a n dl i p i d d i s o r d e r s i n t h e l i v e r肠道菌群改变C h a n g e s i n i n t e s t i n a l f l o r a肝脏中合成脂肪和甘油三酯的相关基因的相对m R N A 水平下降D e c r e a s e d r e l a t i v e m R N A l e v e l s o fg e n e s i n v o l v e d i n t h e s y n t h e s i s o f f a t s a n d t r i g l y c e r i d e s i n t h e l i v e r第4期孙凡晰等:微塑料和纳米塑料对胃肠道及肝脏的毒性效应机制研究进展137㊀续表1器官/细胞O r g a n s /C e l l s 聚合物P o l y m e r 剂量D o s e 毒性效应T o x i c i t y e f f e c t 产生机制G e n e r a t i o n m e c h a n i s m肝脏[70]L i v e r [70]P S 0.5m g ㊃d-1影响肝脏免疫微环境A f f e c t t h e l i v e r i m m u n e m i c r o e n v i r o n m e n t肝脏局部组织炎症L o c a l t i s s u e i n f l a m m a t i o n i n t h e l i v e r增加N K 细胞和巨噬细胞的免疫浸润,减少B 细胞的免疫浸润I n c r e a s e d i m m u n e i n f i l t r a t i o n o f N K c e l l s a n d m a c r o p h a g e sa n d d e c r e a s e d i m m u n e i n f i l t r a t i o n o f B c e l l s谷丙转氨酶和谷草转氨酶表达增加I n c r e a s e d e x p r e s s i o n o f a l a n i n e a m i n o t r a n s f e r a s ea n d a s p a r t a t e a m i n o t r a n s f e r a s e激活N F -κB 信号通路A c t i v a t i o n o f t h e N F -κB s i g n a l i n g p a t h w a y体外研究I n v i t r o s t u d i e s人胃腺癌细胞[64]H u m a n g a s t r i c a d e n o c a r c i n o m a c e l l s [64]P S2~30μg ㊃m L -1影响细胞活力和形态D e c r e a s e d c e l l v i a b i l i t y a n d m o r p h o l o g y炎症I n f l a m m a t i o nI L -6和I L -8表达上调U p r e g u l a t i o n o f I L -6a n d I L -8人胃黏膜上皮细胞[50]H u m a n g a s t r i c m u c o s a l e p i t h e l i a l c e l l s[50]P S50μg ㊃m L -1细胞增殖速率降低D e c r e a s e d c e l l p r o l i f e r a t i o n r a t e细胞凋亡增加I n c r e a s e d c e l l a p o p t o s i s/人结肠腺癌细胞[17,56]H u m a n c o l o n a d e n o c a r c i n o m a c e l l s [17,56]P S0~200μg ㊃m L -1,0.01~100μg ㊃m L -1降低细胞活力氧化应激和炎症D e c r e a s e d c e l l v i a b i l i t y ;o x i d a t i v e s t r e s s a n d i n f l a m m a t i o n线粒体凋亡M i t o c h o n d r i a l a p o p t o s i sH S P 70㊁H O 1表达上调,I L -1β表达上调T h e e x p r e s s i o n o f H S P 70a n d H O 1w a s u p -r e g u l a t e d ,a n d t h e e x p r e s s i o n o f I L -1βw a s u p -r e g u l a t e d线粒体膜电位增加T h e m i t o c h o n d r i a l m e m b r a n e p o t e n t i a l i n c r e a s e d138㊀生态毒理学报第18卷续表1器官/细胞O r g a n s /C e l l s 聚合物P o l y m e r 剂量D o s e毒性效应T o x i c i t y e f f e c t 产生机制G e n e r a t i o n m e c h a n i s m 人胃癌细胞株[66]H u m a n g a s t r i c c a r c i n o m a c e l l l i n e [66]P S0.1~100μg ㊃m L -1降低细胞活力D e c r e a s e d c e l l v i a b i l i t y诱导细胞凋亡或坏死A p o p t o s i s o r n e c r o s i s w a s i n d u c e d破坏细胞膜完整性D i s r u p t i o n o f c e l l m e m b r a n e i n t e g r i t y ;b a x 表达上调U p -r e g u l a t i o n o f b a x e x p r e s s i o nC a s p a s e -3和C a s p a s e -8蛋白酶表达增加T h e e x p r e s s i o n o f C a s p a s e -3a n dC a s p a s e -8p r o t e a s e w a s i n c r e a s e d人结肠腺癌细胞[51]H u m a n c o l o n a d e n o c a r c i n o m a c e l l s [51]P S100μg ㊃m L -1氧化应激O x i d a t i v e s t r e s s改变氧化应激相关基因表达A l t e r e d e x p r e s s i o n o f o x i d a t i v e s t r e s s -r e l a t e d g e n e sH O 1和S O D 2转录水平显著增加H O 1a n d S O D 2t r a n s c r i p t l e v e l s w e r e s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d人多能干细胞产生的肝脏类器官[40]L i v e r o r g a n o i d s [40]P S0.25~25μg ㊃m L -1破坏代谢酶的功能,增加脂质积累D i s r u p t t h e f u n c t i o n o f m e t a b o l i ce n z y m e s ;i n c r e a s e d l i p i d a c c u m u l a t i o nR O S 生成㊁氧化应激和炎症反应R O S p r o d u c t i o n ;o x i d a t i v e s t r e s sa n d i n f l a m m a t o r y r e s p o n s e肝细胞毒性H e p a t o t o x i c i t yA S L 和A L T 释放增加T h e r e l e a s e o f A S L a n d A L T i n c r e a s e d破坏肝功能相关基因表达D i s r u p t i o n o f g e n e e x p r e s s i o n r e l a t e d t o l i v e r f u n c t i o nH N F 4A 和C Y P 2E 1表达上调T h e e x p r e s s i o n o f H N F 4A a n d C Y P 2E 1w a s u p -r e g u l a t e dI L -6和C O L 1A 1表达上调U p -r e g u l a t e d e x p r e s s i o n o f I L -6a n d C O L 1A 1注:P S 表示聚苯乙烯;P E 表示聚乙烯;R O S 表示活性氧自由基;A S L 表示精氨琥珀酸裂解酶;A L T 表示谷丙转氨酶;I L -6表示白细胞介素6;I L -8表示白细胞介素8;I L -1β表示白细胞介素1β;I L -1α表示白细胞介素1α;T N F -α表示肿瘤坏死因子α;I F N -γ表示γ干扰素㊂N o t e :P S m e a n s p o l y s t y r e n e ;P E m e a n s p o l y e t h y l e n e ;R O S m e a n s r e a c t i v e o x i d e s p e c i e s ;A S L m e a n s a r g i n i n o s u c c i n a t e l y a s e ;A L T m e a n s a l a n i n e t r a n s a m i n a s e ;I L -6m e a n s i n t e r l e u k i n -6;I L -8m e a n s i n t e r l e u k i n -8;I L -1βm e a n s i n t e r l e u k i n -1β;I L -1αm e a n s i n t e r l e u k i n -1α;T N F -αm e a n s t u m o r n e c r o s i s f a c t o r α;I F N -γm e a n s i n t e r f e r o n -γ.第4期孙凡晰等:微塑料和纳米塑料对胃肠道及肝脏的毒性效应机制研究进展139㊀生促炎细胞因子㊂在小鼠体内实验中,IL-6和TNF-α升高促进小鼠胃部损伤及炎症[12]㊂在体外研究中,MPs和NPs处理后的胃上皮细胞和小肠上皮细胞均发现促炎反应相关基因(如IL-1β㊁IL-6㊁IL-8)发生不同程度的基因表达上调[63-64],导致促炎细胞因子释放增多㊂另一种机制是氧化应激促进炎症发生,通过氧化应激激活NF-κB㊁p53㊁PPAR-γ和Nrf2等多种转录因子,而这些转录因子可以调控炎症细胞因子的表达[65],从而增加促炎细胞因子的释放㊂体内研究表明,MPs和NPs会导致小鼠胃肠道菌群紊乱㊂MPs和NPs通过与幽门螺旋杆菌相互作用促进其在胃黏膜上皮细胞表面快速定植[12],提高NPs进入组织的效率,促进炎症发生[12]㊂MPs和NPs引起肠道菌群失调,特别是免疫功能相关的细菌相对丰度显著减少[46],致病菌的菌群数量增加,降低CD4+细胞的Th17/Treg细胞百分比,导致免疫失衡,同时血浆脂多糖含量增加[62],刺激肠道炎症产生[45],还有研究发现,肠道菌群失调后,小鼠体内TLR4㊁AP-1和IRF5基因表达上调,以此介导肠道炎症反应[44]㊂1.3㊀细胞凋亡产生的潜在机制(Potential mecha-nisms of apoptosis)内源性和外源性因子均可导致DNA损伤,已有研究发现粒径足够小的NPs可穿过核膜直接造成DNA损伤㊂另外MPs和NPs导致细胞内ROS 水平激增引起的氧化应激也是导致DNA损伤的原因,若DNA损伤修复不及时则诱导细胞凋亡的发生㊂在体外实验中经常可以观察到由氧化应激引起的细胞凋亡[63,66],氧化应激引起细胞凋亡的同时还伴随线粒体膜电位的升高㊂一项以HaCaT细胞为模型的研究发现,在体外模拟氧化应激的条件下,细胞内INF2表达增加,导致线粒体中的ROS超负荷,打破细胞氧化还原平衡,改变线粒体膜电位,引起线粒体应激,同时抑制HIF-1信号通路介导细胞凋亡[67]㊂Bcl-2相关X蛋白(Bcl2-associated X,Bax)是Bcl-2蛋白家族的成员,它可以调节凋亡诱导因子的释放,bax的过表达可能是细胞凋亡发生的另一个原因[66]㊂此外,Bax还可调节线粒体外膜的透化作用,其表达的增加使线粒体膜通透性增加,从而促使凋亡因子从线粒体释放到细胞质中,激活半胱天冬酶,导致细胞凋亡㊂事实上,Bax的N端乙酰化参与了其线粒体靶向作用,因此bax基因表达的上调导致线粒体膜通透性增加,使线粒体内ROS外溢,导致细胞中ROS激增进而引发凋亡㊂另外,MPs和NPs导致的炎症反应最终也会引发细胞凋亡㊂综上所述,MPs和NPs引起氧化应激㊁炎症及细胞凋亡的机制为:ROS产生增加或ROS代谢减少造成细胞内ROS激增,引起DNA损伤和氧化应激;胃肠道菌群失调引起的免疫失衡以及炎症相关细胞因子表达上调导致炎症反应发生;氧化应激和炎症反应最终会导致细胞凋亡,此外MPs和NPs还可使促凋亡相关基因过表达直接导致细胞凋亡(图2)㊂2㊀引发肝脏糖脂代谢紊乱的毒性效应机制(Toxic effect mechanism of liver glucose and lipid metabo-lism disorder)肝脏是人体重要的排毒解毒器官,MPs和NPs 经食物进入人体后聚集在胃肠道上皮细胞表面,纳米级塑料颗粒则被上皮细胞吸收进入淋巴和血液循环,最终经门静脉到达肝脏[11],相关研究还发现NPs 富集后,会扰乱肝脏组织的糖脂代谢[47,69],在人类肝脏类器官的体外研究中也发现了类似的毒性效应(表1)㊂目前,越来越多的研究聚焦于NPs造成肝脏组织糖脂代谢紊乱的毒性机制[13,47,62],主要是从生化和转录组学方面展开分析,发现NPs会从生化和转录水平影响糖脂代谢,其机制大致可以总结为以下2点:(1)在生化水平上影响糖代谢中间代谢物的产生(图3);(2)在转录水平上影响糖脂代谢中关键/限速酶的产生(图4)㊂2.1㊀在生化水平上影响糖脂代谢中间代谢物的产生(Affecting the production of intermediate metabolites for glycolipid metabolism at the biochemical level) NPs会通过影响中间代谢物的产量继而对糖脂代谢造成影响㊂丙酮酸是糖酵解途径的重要中间代谢物,也是连接糖脂代谢的重要枢纽,其产量的增加可能是丙酮酸激酶(PK)和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPckc)的水平升高所致[69,71-72],可促进糖代谢向脂质代谢的转化,导致脂肪酸产生增加;肝脏内葡萄糖和胆固醇水平的升高,则可能增加人体罹患Ⅱ型糖尿病㊁高血脂和脂肪肝的风险[71]㊂研究发现,摄入NPs后,肝脏组织内参与糖代谢调控的重要因子和催化酶的生化水平会发生改变,小鼠在摄入NPs后其肝脏细胞中碳水化合物调节元件结合蛋白(ChREBP)的表达量显著降低[69],该蛋白通过抑制PK 和A TP-柠檬酸裂解酶(ACL)的产生,阻碍葡萄糖转化为乙酰辅酶A,使肝脏中的糖原不断积累,增加人体罹患Ⅱ型糖尿病的风险[73]㊂此外ChREBP合成的减少140㊀生态毒理学报第18卷还会导致棕榈酸-5-羟基硬脂酸的合成量减少,研究表明棕榈酸-5-羟基硬脂酸可以增加脂肪组织中胰岛素的敏感性[74],还可以通过激活G 蛋白偶联受体40(GPR40)增加胰岛素的分泌[75],因此NPs 直接导致ChREBP 表达降低后,间接抑制了胰岛素的敏感性和分泌量,进而阻碍糖酵解途径,导致糖代谢紊乱[76],还有研究发现,NPs 可增加组织中乳酸脱氢酶(LDH)和柠檬酸合酶(CS)的活性,这2种酶是参与糖酵解和糖异生的关键酶,其活性增加导致糖代谢紊乱,但目前关于NPs 影响酶活性的具体机制尚不明确[77]㊂在影响脂质代谢方面,NPs 造成ChREBP 表达量的降低导致肝细胞中成纤维细胞生长因子21(FGF21)的合成量下降,从而抑制了FGF21通过加速脂肪组织中脂蛋白分解降低血浆甘油三酯的功能,因此血浆中甘油三酯堆积,导致人体患高血脂的风险增加[78-79]㊂血液中的游离脂肪酸进入肝细胞后帮助肝脏组织内脂肪酸的合成,但有研究发现,NPs处理肝细胞后,脂肪酸转运蛋白2(FATP2)和脂肪酸转运体(FAT)合成量降低[69],因此阻碍了血液中的脂肪酸向肝脏运输,间接阻碍了肝脏脂肪酸的合成;同时还有研究发现,NPs 处理肝细胞后,载脂蛋白和脂肪酸结合蛋白6(FABP6)的合成量显著升高,这2个蛋白参与脂肪酸的转运出胞过程,因此肝脏脂肪酸的水平降低使得甘油三酯的合成不足,间接影响脂图3㊀在生化水平影响糖脂代谢的潜在机制注:在生化水平,纳米塑料通过抑制ChREBP 的合成进而抑制丙酮酸激酶㊁ATP 柠檬酸裂解酶㊁棕榈酸-5-羟基硬脂酸产生,阻碍了乙酰辅酶A 的合成,发生胰岛素抵抗,导致葡萄糖含量升高,最终导致Ⅱ型糖尿病风险增加;ChREBP 的合成减少还会抑制成纤维细胞因子21的合成,减少脂蛋白分解,从而增加血浆中甘油三酯的含量,最终导致高血脂;纳米塑料还通过抑制脂肪酸转运体和脂肪酸转运蛋白2的合成,激活载脂蛋白和脂肪酸结合蛋白6的合成,使肝细胞中脂肪酸合成减少㊁转出增多,导致脂肪储存减少,最终增加脂肪营养不良综合征的风险;ChREBP 表示碳水化合物调节元件结合蛋白㊂Fig.3㊀Potential mechanisms affecting glucose and lipid metabolism at the biochemical levelNote:At the biochemical level,nano -plastics inhibit the synthesis of ChREBP and then inhibit the production of pyruvate kinase,ATP citrate lyase,and palmitic acid -5-hydroxystearic acid,which hinder the synthesis of acetyl -CoA and lead to insulin resistance,leading to the increase of glucose content,and ultimately leading to the increased risk of type 2diabetes;the decreased synthesis of ChREBP can also inhibit the synthesis of fibroblastfactor 21and reduce the decomposition of lipoproteins,thereby increasing the content of triglyceride in plasma and eventually leading to hyperlipidemia;nano -plastics also inhibit the synthesis of fatty acid transporter and fatty acid transporter 2,activate the synthesis of apolipoprotein and fatty acid binding protein 6,reduce the synthesis of fatty acid and increase the export of fatty acid in hepatocytes,resulting in the reduction of fatstorage and ultimately increasing the risk of lipodystrophy syndrome;ChREBP means carbohydrate regulatory element -binding proteins.。
苏州大学888医学放射生物学-刘芬菊-放射生物学
使辐射损伤减轻。
第六节 氧效应与氧增强比
一、氧效应:受照组织、细胞或生物大分子的辐射
效应随周围介质中氧浓度升高而增高。
二、氧增强比（OER）：指缺氧条件下引起 一定效应所需辐射剂量与有氧条件下引起同 样效应所需辐射剂量的比值。
三、氧浓度对氧效应的影响 四、照射时间对氧效应的影响 五、氧效应的发生机制
二、活性氧与氧自由基
活性氧----是指氧的某些代谢产物和一些由 其衍生的含氧物质，统称为活性氧.
1.氧的单电子还原物,如O2-和O-,以及HO2. 和.OH;
2.氧的双电子还原物H2O2; 3.烷烃过氧化物ROOH及其均裂产物RO.，
ROO； 4.处于激发态的氧、单线态氧和羟基化合物。
二、活性氧与氧自由基
所有含氧自由基都是活性氧(active oxygen species)
活性氧可以通过生物体内的金属离子介 导或酶的催化反应相互转变。
* 清除O2-.的超氧化物歧化酶(SOD) *清除H2O2的过氧化氢酶(CAT)
三、自由基对生物分子的作用
1.自由基对DNA的损伤作用: 1)碱基的损伤: .OH和.H自由基与嘧啶碱基可发生
(Gy)
0.1mol/L NaCl(对照) SOD(35μg/g)
4.0
7.8 ±0.67
8.56 ±0.96
5.5
4.99±0.46
8.29 ±0.53**
6.75
3.34±1.04
7.39 ±0.77**
0
10.57± 0.20 10.53±1.26
6.5Gy辐照后小鼠死亡率(n=48)
二、相对生物效能（Relative biological effectiveness,RBE）
CsPbBr3_纳米晶电子辐照效应研究
文章编号 2097-1842（2024）01-0178-09CsPbBr 3纳米晶电子辐照效应研究张博文1，韩 丹1 *，薛梦芸2，曹荣幸1，李红霞1，曾祥华1，薛玉雄1 *（1. 扬州大学 电气与能源动力工程学院, 江苏 扬州 225000；2. 扬州大学 物理与科学技术学院, 江苏 扬州 225002）摘要：钙钛矿材料具有优异的光学性能和较高的载流子迁移率，成为空间太阳能电池领域极具竞争力的材料。
然而空间粒子辐照容易改变材料结构和光学性能，导致其性能下降。
为了探究电子辐照对CsPbBr 3材料结构与光学特性的影响规律，本文开展了CsPbBr 3材料电子辐照实验，利用高分辨透射电子显微镜表征CsPbBr 3纳米晶微观形貌，并通过X 射线衍射分析和X 射线光电子能谱分析进一步探究晶体结构的变化趋势。
研究发现：电子辐照后CsPbBr 3纳米晶形貌变得粗糙，尺寸明显减小，并且纳米晶在高剂量电子辐照下变得紧凑，形成纳米团簇。
其次，通过稳态紫外-可见吸收光谱图与光致发光谱图表征CsPbBr 3材料的光学性能，并利用第一性原理计算分析辐照后晶格膨胀带来的带隙变化。
研究证明电子辐照后纳米晶颜色加深，影响钙钛矿的透光率，进而增强了样品对光的吸收性能，同时电子辐照能够分解CsPb-Br 3纳米晶，特别是高剂量辐照后其光致发光性能降低了53.7%～78.6%。
本文研究结果为钙钛矿纳米晶空间辐射损伤机理及应用研究提供了数据支撑。
关 键 词：CsPbBr 3钙钛矿；电子辐照；晶体结构；光学性能中图分类号：O76;O43 文献标志码：A doi ：10.37188/CO.2023-0044Effect of electron irradiation on CsPbBr 3 perovskite nanocrystalZHANG Bo-wen 1，HAN Dan 1 *，XUE Meng-yun 2，CAO Rong-xing 1，LI Hong-xia 1，ZENG Xiang-hua 1，XUE Yu-xiong 1 *（1. College of Electrical , Energy and Power Engineering , Yangzhou University , Yangzhou 225000, China ；2. College of Physics Science and Technology , Yangzhou University , Yangzhou 225002, China ）* Corresponding author ，E-mail : ***********.cn ; *************.cnAbstract : With excellent optical properties and high carrier mobility, perovskite materials have become highly competitive materials in the field of space solar cells. However, space particle irradiation can change the structure and optical properties of materials, leading to a rapid degradation of device performance. In or-der to investigate the influence of electron irradiation on the structure and optical properties of CsPbBr 3 nano-收稿日期：2023-03-15；修订日期：2023-04-04基金项目：国家自然科学基金资助（No. 12004329）；强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室开放基金（No. SK-LIPR2115）；空间环境材料行为及评价技术国家级重点实验室基金（No. WDZC-HGD-2022-11）Supported by National Natural Science Foundation of China (No.12004329); Open Project of State Key Labor-atory of Intense Pulsed Radiation Simulation and Effect (No. SKLIPR2115); Foundation of National Key Laboratory of Materials Behavior and Evaluation Technology in Space Environment (No. WDZC-HGD-2022-11)第 17 卷 第 1 期中国光学（中英文）Vol. 17 No. 12024年1月Chinese OpticsJan. 2024crystals, we conducted electron irradiation experiments on CsPbBr3 materials, characterized the microscopic morphology of CsPbBr3 nanocrystals by high-resolution transmission electron microscopy. Moreover, we in-vestigated the variation trend of crystal structure by X-ray diffraction analysis and X-ray photoelectron spec-troscopy analysis. The results revealed electron irradiation caused the CsPbBr3 nanocrystals to become rough and significantly decrease in size. The nanocrystal became compact and formed nanocluster under high-dose electron irradiation. Furthermore, the optical properties of CsPbBr3 materials were characterized using steady-state UV-Vis absorption spectra and photoluminescence spectra. The analysis of lattice expansion-in-duced bandgap changes after irradiation was performed using first principles calculations. It is demonstrated that electron irradiation deepened the color of nanocrystals and affected the light transmittance of CsPbBr3 nanocrystalline, thereby enhancing the optical absorption performance of the samples. However, electron ir-radiation also led to the decomposition of CsPbBr3 nanocrystals, resulting in a significant reduction in lumin-escence intensity of the CsPbBr3 by 53.7%−78.6% after high-dose irradiation. These findings provide valu-able data support for the study of spatial radiation damage mechanisms and the application of perovskite nanocrystals.Key words: CsPbBr3 perovskite；electron radiation；crystal structure；optical properties1 引 言卤素钙钛矿材料具有优异的光学性能、可调带隙、优异的载流子迁移率等优势[1]。
快中子反应堆核心结构材料的辐照损伤
在辐照生成的杂质原子中，辐照引起的合金 组成变化一般不大． 在快堆的高温环境下，H 足够 快的扩散速率达到与环境的平衡，而 He 基本上 不溶于合金而是以 He 泡析出，因此 He 成为对合 金性能影响最重要的杂质原子． He 的积累速率一 般情况下由 He 量（ appm） 与 dpa 之比来表征，比 值 He / dpa 对中子谱敏感．
204
材料与冶金学报
12Cr-ODS钢中氧化物强化相(Y_2O_3)辐照损伤行为研究
２ １年 ３ ０ １ 月
原
子
能
科
学
技
术
Ｖｏ１ ４ ． ５，ＮＯ ．３
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谷氨酰胺对电离辐射损伤小鼠小肠保护作用研究
谷氨酰胺对电离辐射损伤小鼠小肠保护作用研究
刘颖;金宏;许志勤;王先远;南文考
【期刊名称】《营养学报》
【年(卷),期】2004(26)6
【摘要】目的:探讨谷氨酰胺(Gln)防治电离辐射损伤肠道的作用机制。
方法:用137Cs作为放射源,以4Gy的剂量对小鼠进行一次性全身照射,观察Gln对肠道辐射损伤的保护作用。
结果:辐射小鼠小肠粘膜中丙二醛(MDA)含量升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性、还原型谷胱甘肽(GSH)含量、蛋白质和DNA含量下降,小肠绒毛高度降低,隐窝深度变浅,小肠壁全层厚度和绒毛表面积减小。
补充Gln对上述指标的改变有抑制作用,分别达到或接近正常组水平。
结论:Gln对肠道的辐射损伤有保护作用。
【总页数】4页(P426-429)
【关键词】谷氨酰胺;辐射;肠道
【作者】刘颖;金宏;许志勤;王先远;南文考
【作者单位】军事医学科学院卫生学环境医学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】R81
【相关文献】
1.唐古特大黄多糖组分1对急性电离辐射损伤小鼠的保护作用 [J], 刘琳娜;郭志伟;张琰;张甜;
2.低剂量电离辐射对小鼠小肠类器官生物学特性的影响及二甲双胍对其辐射损伤的防护作用 [J], 宋妃灵;王思涵;林小松;张博文;何丽娟;裴雪涛;李艳华
3.谷氨酰胺对电离辐射损伤小鼠抗氧化作用的影响 [J], 刘颖;金宏;许志勤;王先远;南文考
4.唐古特大黄多糖组分1对电离辐射损伤小鼠免疫功能的保护作用 [J], 刘琳娜;郭志伟;张琰;覃华;韩燕;刘新友
5.谷氨酰胺对烧伤小鼠小肠粘膜损伤的保护作用 [J], 杨萍;陈玉林;杨天成;杨春荣;张永勇;汪涛;方勇
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基于实验与仿真的SiC_JFET单粒子效应研究
目前!针对 7/E 器件 711 的 研究主 要 集 中 在 7/E二极管和 7/E H?7M1: 器件.##/%,CC8-3
等 报 .#$/ 道了 7/E H?7M1: 的 氧 化 层 被 重 离 子 辐照损 伤!导 致 氧 化 层 形 成 电 阻 通 路% H84-/D 23''8等.#+/&d;&B等.#>/研 究 认 为 漏 电 退 化 起 始 阶段 栅 极 氧 化 层 首 先 中 间 区 域 损 伤!随 着 漏 极 偏压 增 大 栅 极 氧 化 层 损 伤 扩 散 到 沟 道 区 域!导 致漏极与源极短路!这 被 认 为 是 7/E H?7M1: 单粒子漏电退化机制%
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基于实验与仿真的!&,ZK:4 单粒子效应研究
黎荣佳#贾云鹏#" 周新田#胡冬青#吴!郁#唐!蕴#许明康#马林东$赵元富#
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基于脑肠互动中药干预腹泻型肠易激综合征的研究进展
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缓解 内 脏 高 敏,但 中 药 干 预 IBS
-D 的 机 制 是 非 线
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成果,进一步开展 IBS
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社会现实意义和科 学 意 义 本 文 基 于 脑 肠 轴 理 论,探
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作者简介:李绅绅(
男,
硕士研究生,
住院医师。研究方向:消化系统疾病中西医结合防治。
1996通信作者,E
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l:1780953762@qq.
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空间辐射环境模拟装置与空间辐射生物效应研究进展
4基金项目：国家自然科学基金面上项目(11975283)；国家自然科学基金联合基金项目(U1632271)；国家重大研发计划项目(2021YFA1601400)作者介绍：沈程（1995-），男，博士研究生，E-mail:*******************.cn；刘文静（1986-），博士，副研究员，E-mail:***************.cn。
*沈程和刘文静在本工作中做出了同等贡献。
通信作者：杜广华，男，中国科学院近代物理研究所，研究员，E-mial:***************.cn空间辐射环境模拟装置与空间辐射生物效应研究进展沈程1, 2, #，刘文静1, #，吴汝群1，郭金龙1，牟宏进1，张磊1, 2，赵灿1，毛光博1，杜广华1 2*（1.中国科学院近代物理研究所，甘肃，兰州，730000；2.中国科学院大学，北京，100049）Abstract: The high-energy ionizing radiation exposed to astronauts in the outer space come mainly derived from solar particle events, galactic cosmic rays and high-energy ions in the Earth's capture belt and their secondary radioactive particles. Space radiation exposure is characterized by low dose rates, multi-element radiation, and high linear energy transfer (LET), which are the main risk factors faced by astronauts during long-term space exploration missions in deep space. Space radiation simulation facilities at the ground-based high-energy accelerators and the study of the biological effects of space radiation are of great importance to the scientific grounding for space radiation risk assessment. As an advanced irradiation facility that can provide precise targeted irradiation with single ion, single-ion microbeam is a unique platform for biological effect research that simulates high-energy radiation conditions in space. This paper first introduces the radiation environment for near-Earth missions and deep space exploration, as well as particle accelerator facilities available in the world to carry out ground-based simulations of space radiation in recent years. Finally, the high-energy microbeam facility of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou and its application in space radiation biology are introduced. .Progress in Ground-based Simulation Facilities for Space RadiationEnvironment and Their Biological Effects ResearchSHEN Cheng 1, 2, #, LIU Wenjing 1, #, WU Ruqun 1, GUO Jinlong 1, MOU Hongjin 1, ZHANG Lei1, 2, ZHAO Can 1,MAO Guangbo 1, DU Guanghua 1 2*(1. Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou, Gansu,730000.2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049)摘要：空间环境中宇航员受到的高能辐射主要来源于太阳粒子事件、银河宇宙射线和地球捕获带中的高能离子及其次生放射性粒子。
核结构材料用多主元合金辐照损伤的研究进展
第 1 期第 1-15 页材料工程Vol.52Jan. 2024Journal of Materials EngineeringNo.1pp.1-15第 52 卷2024 年 1 月核结构材料用多主元合金辐照损伤的研究进展Research progress in multiprincipal element alloys for nuclear structure materials on irradiation damage田震，李聪聪，吴渊*，吕昭平（北京科技大学 新金属材料国家重点实验室，北京 100083）TIAN Zhen ，LI Congcong ，WU Yuan *，LYU Zhaoping（State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials ，University ofScience and Technology Beijing ，Beijing 100083，China ）摘要：开发具有优异综合性能的核反应堆结构材料是核能发展的基础，并且是长期以来制约核能推广的难点之一。
多主元合金（multiprincipal element alloys ，MEAs ）因具有良好的抗辐照性能、力学性能而被认为是先进反应堆结构材料的候选材料，为新型抗辐照材料的设计开辟了广阔空间。
近年来，有关多主元合金在辐照损伤方面的研究多试图揭示多主元合金一些因素和特性对辐照过程中缺陷形成与演变的影响。
例如：主元种类和数目、主元浓度、晶格畸变、化学短程序等。
尽管现有的一些研究结果表明以上因素可以提高多主元合金抗辐照损伤能力，但是在不同辐照条件下，以上因素对多主元合金中缺陷形成和演变的影响机制存在较大差异，难以得出普适性的结论。
本文围绕FCC 和BCC 系两类多主元合金的辐照肿胀、氦泡形成、辐照诱导元素偏析和相变、辐照硬化四方面内容，综述了近年来多主元合金在辐照损伤方面的研究进展，总结了多主元合金提高抗辐照性能的作用机制，并在此基础上对核电结构用多主元合金的未来研究方向做出了展望，包括短程序调控、高熵陶瓷、增材制造、高通量结合机器学习加速材料开发等。
热峰作用下单斜ZrO_(2)相变过程的分子动力学模拟
关键词：ZrO2, 相变, 热峰, 分子动力学 PACS：61.80.Az, 61.82.–d, 71.15.Pd, 05.70.Fh
DOI: 10.7498/aps.70.20201861
1 引 言
随着核能的不断开发利用, 高放射性核废料持 续增多, 如何有效地提高核燃料利用率并减少放射 性核废料, 已成为核能可持续发展所必须解决的关 键问题. 近年来研究发现, 在反应堆以及加速器驱 动的次临界系统中, 采用惰性基质燃料能够有效地 促进钚的回收利用和次锕系元素的嬗变, 从源头上 降低核废物中长寿命放射性元素的含量 [1,2]. 氧化 锆 (ZrO2) 陶瓷耐高温、耐腐蚀、抗辐照性能强, 是
物 理 学 报 Acta Phys. Sin. Vol. 70, No. 13 (2021) 136101
热峰作用下单斜 ZrO2 相变过程的分子 动力学模拟*
赵中华 1) 渠广昊 1) 姚佳池 1) 闵道敏 1) 翟鹏飞 2) 刘杰 2) 李盛涛 1)†
1) (西安交通大学电气工程学院, 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049) 2) (中国科学院近代物理研究所, 兰州 730000)
本文结合热峰模型和分子动力学两种方法的 优势, 对快速重离子辐照下, ZrO2 由单斜相转化为 四方相的微观过程进行模拟, 并计算诱导 ZrO2 相 变的快速重离子的电子能损阈值. 首先, 利用热峰 模型描述快速重离子入射后, ZrO2 内部电子激发、 电子-声子能量耦合、电子-电子以及声子-声子能量 传递过程, 计算得出晶格温度; 然后, 根据晶格温 度标定体系原子动能, 将其作为分子动力学模拟初 始条件, 研究 ZrO2 微观结构演化, 并通过 X 射线 衍射 (X-ray diffraction, XRD) 计算确定 ZrO2 相 变类型; 随后, 根据 Zr 原子配位数变化具体分析 ZrO2 相变过程; 最后, 改变入射离子的电子能损, 进行多次热峰计算和分子动力学模拟, 确定诱导 ZrO2 发生相变的快速重离子的电子能损阈值.
重离子辐照下SDRAM存储器“固定位”错误研究
1引言SDRAM 存储器具有价格低、体积小、容量大、读写速度快等优点，是计算机系统中理想的存储器件，目前已在工业和商业中广泛使用。
若要在工作环境严苛的航空航天系统中使用SDRAM 存储器，需密切研究其辐照效应。
在这一领域中，国内外主要针对单粒子翻转进行研究，对于辐照试验中出现的单粒子硬错误SHE （Single Hard Errors ）涉及较少。
然而，相比于单粒子翻转错误，不能通过重新上电恢复的硬错误对计算机系统的危害更大。
在SDRAM 的硬错误中，典型的一种是“固定位”（stuck bit ）错误，其特点为存储单元的状态卡在了“0”或“1”状态，无法从“0”变为“1”或从“1”变为“0”。
Henson 等人[1]在对0.35μm 的SDRAM 进行重离子试验时就有“固定位”错误产生，其认为“固定位”错误数量只占SDRAM 容量的0.002%，对航天应用不会产生严重影响。
然而随着特征尺寸减小，“固定位”错误更易发生，并且“固定位”错误的数量会随着辐照剂量的增加而增加[2]。
这使得SDRAM 存储器在辐照环境下工作时，“固定位”错误越来越多，超出ECC 的可纠错能力范围，使系统出现问题。
针对这一情况，在此提出一种试验方案，对65nm 的SDRAM 存储器进行重离子辐照，统计和分析出现的重离子辐照下SDRAM 存储器“固定位”错误研究唐越，殷中云，邓玉良，李孝远，杨彬，方晓伟（深圳市国微电子有限公司，深圳518057）摘要:对65nm SDRAM 存储器进行重离子试验，分析其出现“固定位”错误的地址分布规律性，并研究错误数量与辐射能量以及注量之间的关系。
对辐照后样品采用不同温度和时长退火，分析不同参数设定对“固定位”错误恢复的影响。
根据试验现象,围绕微剂量效应，分析“固定位”错误的产生机理。
提出一种方法，通过三维堆叠的方式在SDRAM 存储芯片下叠封一个加热芯片，利用加热退火使“固定位”错误消失，可有效解决SDRAM 存储器在宇航环境下出现“固定位”错误却无法维修器件的问题。
石墨烯辐照损伤及力学性能研究
石墨烯辐照损伤及力学性能研究华军;候燕;段志荣;贺煜【摘要】石墨烯的加工和掺杂是其工程应用和性能开发的重要手段，离子辐照技术是实现上述目的的有效途径。
利用分子动力学方法建立了硅离子辐照石墨烯和辐照后拉伸的数值模型。
考虑辐照剂量、辐照能量和辐照角度这3个主要影响因素，研究了不同辐照条件下石墨烯的缺陷类型和数量，并分析了在辐照剂量影响下的拉伸破坏。
结果表明：当辐照能量较小时，入射粒子会吸附在石墨烯表面。
随着辐照能量的增大，入射粒子会穿透石墨烯而形成缺陷，当辐照能量到达一定值时，再无吸附原子。
随着辐照剂量的增加，溅射原子和缺陷数目均增多，且缺陷类型以空位缺陷为主，其拉伸力学性能随着缺陷数量的增加而减小，二者近似成线性关系。
辐照后石墨烯的拉伸破坏机理与完美石墨烯的有所不同，应力强化阶段明显缩短，缺陷带决定其起裂位置和断裂走向。
%Processing and doping are important methods in the engineering application and development of graphene. Ion irradiation technology is an important approach to realize the processing and doping. The molecular dynamics model of graphene irradiated by Silicon neutral and the tensile model of defective graphene after irradiation damage are established. The defect types and quantities in graphene under different irradiation conditions, including ion dose, energy and angle, are analyzed and the tensile behaviors of defective graphene caused by different incident numbers of Si ions are also investigated. The conclusions are as follows: When the ion energy is small, incident particles will be adsorbed on the surface of graphene;with the increase of ion energy, incident particles can penetrate the target and form somedefects;when the ion energy reaches a certain large value, there is no adsorbed atom. With the increase of the ion dose, the numbers of sputtering atoms and defects increase and the main defect is vacancy. The tensile mechanical properties of the corresponding defective graphene, such as tensile strength and limit strain, reduced with the increase of the defects number. The tensile failure mechanisms of the defective graphene caused by irradiation and the pristine graphene are different. The strengthened stage in the tensile curve of the former is shorter and the location of fracture initiation and the fault strike are dominated by the defect cluster.【期刊名称】《力学学报》【年(卷),期】2016(048)005【总页数】8页(P1080-1087)【关键词】石墨烯;辐照损伤;分子动力学;破坏机理;力学性能【作者】华军;候燕;段志荣;贺煜【作者单位】西安建筑科技大学理学院力学系，西安710055;西安建筑科技大学理学院力学系，西安710055;西安建筑科技大学理学院力学系，西安710055;西安建筑科技大学理学院力学系，西安710055【正文语种】中文【中图分类】TB332石墨烯作为目前最薄也最坚韧的纳米材料，被誉为最具战略意义的新型材料之一[1-3].作为一种新型高性能纳米材料，石墨烯的加工和掺杂是其工程应用和性能开发的重要手段，也是实际应用中必须解决的问题.离子辐照技术[4]是实现上述目的的有效途径，但是，在利用离子辐照技术对石墨烯进行加工时，由于辐照粒子入射的随机性，在辐照过程中不可避免地会给石墨烯带来损伤缺陷[5-6].完美石墨烯具有优异的抗拉能力，其拉伸破坏机理已得到较为系统的研究[7-12]，但对于辐照损伤后的石墨烯，其力学性能和破坏机理有待进一步的研究分析.石墨烯辐照后的力学、光学、电学、化学性能，已经引起许多学者的注意，并从各个角度对其进行了研究[13].Compagnini等[14]分析了单层石墨烯离子辐照缺陷形成的过程，以及辐照前后石墨烯的性能变化.Tapaszto等[15]研究了离子辐照对石墨烯电子结构的调整，结果表明粒子辐照可以改变其电子杂化方式.Marks等[16]建立了入射离子和稳态应力之间的关系.Terdalkar等[17]通过分子动力学研究了离子辐照对石墨烯变形的影响，研究表明辐照能量和辐照角度对形成缺陷类型和数量有着重要影响.Lehtinen等[18]利用分子动力学模拟方法建立了一种在辐照过程中石墨烯形态变化的动力学蒙特卡罗方法，研究了不同入射角度、不同类型粒子入射以及不同入射能量等因素对石墨烯裁剪的影响.梁力等[5]利用分子动力学方法研究了石墨烯碳离子辐照后的力学性能，并对辐照后的石墨烯进行了拉伸模拟，结果表明损伤后的石墨烯薄膜弹性模量及拉伸强度会随着入射离子数目的增加而降低.Wu 等[19]通过对速度的控制使得入射粒子停留在石墨烯薄膜层与层之间，并形成键的作用，实现了石墨烯薄膜层的连接.Zeng等[20]研究了快重离子及高电荷态离子辐照单层石墨烯，通过石墨烯与块体石墨辐照损伤的理论与实验研究，获得石墨烯与块体石墨辐照损伤程度的变化规律，首次得到辐照损伤差异的成因.本文建立了硅离子辐照石墨烯以及辐照后的拉伸变形分子动力学模型，对不同辐照条件下石墨烯的缺陷进行分析，研究了不同辐照剂量影响下的辐照后石墨烯的拉伸性能，并探讨了其破坏机理.1.1 Si离子辐照石墨烯模型本文利用分子动力学方法[21-22]对硅离子辐照石墨烯进行数值模拟，所建辐照模型如图1所示，大小为8.05nm×7.95nm，包含2508个碳原子.辐照时，入射粒子初始位于石墨烯模型上方一定高度，以一定角度和速度随机入射到模型上，入射粒子与石墨烯靶原子发生碰撞作用.模拟中采用AIREBO势函数[23]描述石墨烯内碳原子间的相互作用，Tersoff/ZBL作用势描述入射粒子硅离子与石墨烯靶原子之间的相互作用.Tersoff/ZBL势函数是通过将多体势 Tersoff函数[24]与 Ziegler-Biersack-Littmark (ZBL)普适屏蔽函数[25]平滑地衔接在一起形成的一种作用势，能很好地描述入射粒子与靶原子的碰撞过程.模拟过程中，首先在NPT (number-pressuretemperature)系综下对石墨烯模型进行充分的弛豫[26]，使其达到稳定平衡状态.弛豫后，将石墨烯模型左右两端各一列碳环固定，控制x和y方向为自由边界条件，z方向为周期性边界条件.辐照过程在NVT(number-volume-temperature)系综下进行，选取能量为1keV的硅离子[5]，给定离子入射初始位置，即确定第一个粒子入射位置为距离模型中心4nm高度处，而其他粒子入射位置由计算机随机产生并入射到石墨烯表面.每入射完一个粒子后，将模型弛豫10ps使其温度恢复至初始设定温度300K，然后再进行下一个粒子的入射，直到完成所设定的辐照剂量，辐照停止.1.2 辐照后石墨烯拉伸模型离子辐照后石墨烯会产生各类缺陷，为研究此时其拉伸力学性能和变形破坏机理，需对辐照损伤后的石墨烯继续进行拉伸模拟，如图2所示.模拟中，选用 Tersoff势函数[27]模拟 Si--C键的作用，研究表明，用它来描述Si--C键的相互作用，所得的结果与实验能符合得很好[7].C原子的质量为 12.01原子质量单位 (1原子质量单位为1.6605402×10-27kg),时间步长取1fs.控制x和y方向为自由边界条件，z方向为周期性边界条件[5],为了避免原子热激活引起的干扰，采用Nose--Hoover等温调节法[28-30]，温度控制在0.01K.拉伸过程中，首先对辐照后的原子构型在NPT系综下进行充分的弛豫，使系统处于能量最低的平衡状态，然后将模型上下两端各一列碳环固定，在NVT系综下以0.001ps-1的应变率拉伸[31].在接近准静态情况下，应变率对结果并无明显影响，只是计算效率会有所不同.但如果速率过大，比如0.005ps-1，则会对结果产生较大的影响.根据韩同伟等[32]的研究，0.005ps-1是石墨烯拉伸力学性能的一个临界应变率，如果速率大于0.005ps-1，在拉伸模拟中，石墨烯不再是沿主断裂带断裂破坏，而是形成了缺陷簇，具有非晶化特征.每次拉伸后，模型弛豫10ps，重复此拉伸、弛豫过程，直至石墨烯被拉断.在辐照过程中，入射粒子会与材料发生碰撞，当入射粒子在撞击过程中传递给石墨烯靶原子的能量达到靶原子的离位阈能，靶原子就会离开在晶体中的位置，当入射粒子不能传递给靶原子足够的能量时，入射原子会吸附在靶原子晶体中.在辐照过程中形成的缺陷主要有吸附缺陷、空位缺陷和复杂缺陷这几种，其中空位缺陷又分为单空位缺陷和双空位缺陷[33].在本文中，将单空位缺陷、双空位缺陷和复杂缺陷纳入缺陷统计中，吸附原子个数则单独统计[5].不同条件下的辐照效果各不相同[34-36]，影响辐照效果的因素有很多，如：辐照剂量、辐照粒子能量、辐照角度等，这里就这3个主要因素影响下的辐照情况进行了分析.2.1 不同剂量下的辐照本文构建硅离子辐照石墨烯数值模型，离子辐照能量1keV，入射高度4nm，这是由于当入射粒子距离靶原子大于4nm时，靶原子与入射粒子之间无任何相互作用[37].不同剂量的硅粒子随机垂直入射到石墨烯薄膜上表面，所得缺陷图如图3所示，图3(a)～图3(e)分别为辐照剂量10个、30个、50个、70个和100个时辐照后石墨烯的原子构型图，并用粗线将缺陷位置标示出来，其中圆形表示单原子空位缺陷(single vacancy,SV)，矩形表示双原子空位缺陷(double vacancy,DV)，五边形代表复杂型缺陷(complex defects,CD).产生的各类缺陷数目如图4所示，其中SA是sputtered atom的简称，表示溅射原子；AA是adsorbed atom的简称，表示吸附原子；TDN是total defect number的简称，表示缺陷总数.观察辐照后石墨烯薄膜的原子构型图，并对其缺陷数量进行统计，例如当入射Si离子剂量为10个时，溅射原子数目为9个，有7个单空位缺陷和1个双空位缺陷.图4中统计了不同剂量辐照后石墨烯的吸附原子数、溅射原子数、不同类型缺陷数和缺陷总数，可以看出，随着入射剂量的增大，溅射原子数增大，缺陷总数也增大，并以单空位缺陷类型为主.这是由于辐照剂量的增大增加了入射粒子与靶原子碰撞的机率，使得溅射原子数量增多，石墨烯样品产生更多的空位，形成缺陷.在整个过程中，吸附原子数目都为0，这是由于原子吸附数目主要取决于入射粒子的能量.2.2 不同能量下的辐照为了研究入射粒子能量对辐照效果的影响，本文选取辐照剂量30个，辐照高度4nm，取不同能量的硅离子随机垂直入射到石墨烯薄膜上表面，模拟结果如图5所示.由图5可以看出，随着入射粒子能量的增加，吸附原子数量明显减少，溅射原子数和缺陷总数都增加，以空位缺陷为主要缺陷类型.当辐照能量为0.02keV时，无粒子溅射；当辐照能量为0.1keV～0.5keV时，出现空位缺陷、复杂缺陷和吸附原子共存的状态；当辐照能量为1keV时，无粒子吸附.这是由于当辐照能量较小时，入射粒子在碰撞石墨烯时没有足够的能量传递给靶原子，靶原子无法达到离位阈能，同时由于范德华力的作用，使得入射粒子与石墨烯靶原子相互吸引，从而形成物理吸附现象，随着辐照能量的增大，辐照粒子撞击靶原子并穿透石墨烯，靶原子溅射出石墨烯表面，形成缺陷，这与文献[16]结论相一致.2.3 不同角度下的辐照为研究辐照角度对辐照效果的影响，选取辐照剂量30个，辐照高度4nm，入射粒子能量均为1keV的硅离子，以不同角度(0°,30°,45°,60°和90°)随机入射到石墨烯薄膜上表面，模拟结果如图6所示.由图6可以看出在其他条件一定的情况下，随着角度的增加，吸附原子数目增多，溅射原子数目与缺陷总数随着辐照角度的变化趋势类似.当辐照角度在0°～30°时，溅射原子数量和缺陷数目均稍有减少，此后开始增加，当辐照角度达到45°时，二者均达到最大值，此后随着辐照角度的增加，二者又呈减小趋势.在整个过程中，单空位缺陷为主要缺陷类型.辐照角度对石墨烯缺陷的影响是通过对辐照剂量和辐照能量这两个因素的影响来实现的，随着辐照角度的增加，辐照过程中z向，即硅离子入射方向的能量就越小，同时，辐照角度的变化，也影响随机辐照到石墨烯薄膜模型上表面的硅离子剂量.以辐照能量1keV，辐照高度4nm，硅粒子垂直入射，不同辐照剂量为条件，分析辐照产生的不同缺陷数目对石墨烯拉伸力学性能的影响和其拉伸破坏机理.3.1 含缺陷石墨烯的拉伸破坏分析以辐照剂量30个为例，分析含缺陷石墨烯拉伸破坏机理.图7是辐照后石墨烯原子构型图，图8是对其拉伸后的原子构型图，可以观察到缺陷扩大，由原来的单空位缺陷衍生为双空位缺陷或更复杂的缺陷形式，如图8中黑框所示，双空位缺陷和复杂缺陷衍生为更复杂的缺陷，这主要是由于缺陷处C原子成键不完全，使得点阵束缚能较低，在拉伸过程中容易发生进一步的破坏，其中多空位复杂缺陷最容易形成起裂缺陷带.随着拉伸应变的增加，会发生多个缺陷贯通.由于单个缺陷的不断扩展，缺陷区域逐渐扩大，相近缺陷区域或缺陷密集区域连接形成较大的缺陷并进一步形成缺陷簇，以后成片的缺陷簇会进一步贯通成与拉伸方向呈一定角度的缺陷带，如图9中黑线所示，以石墨烯缺陷带为起始位置发生破坏，如图10中黑线所示，随着拉伸应变的继续增加，破坏沿着缺陷带分布迅速向石墨烯内部延伸，直至石墨烯完全破坏，如图11中黑线所示.根据数值模拟结果，辐照后的石墨烯在拉伸荷载作用下，变形破坏过程可分为缺陷扩展、缺陷贯通、石墨烯断裂3个过程.辐照后石墨烯的起裂位置和断裂走向与缺陷带的位置以及缺陷带上原子点阵空位情况密切相关，因此，辐照后的石墨烯断裂走向并不像完美石墨烯那样，从边缘开始断裂并沿45°直线方向向内部延伸[6].3.2 缺陷对石墨烯力学性能的影响以不同剂量硅粒子辐照后的缺陷石墨烯为例，对其进行拉伸模拟，所得的拉伸应力--应变曲线如图12所示，可以看出，辐照后的石墨烯在拉伸过程中经历了弹性变形、屈服、强化和断裂4个阶段，但与完美石墨烯相比[38]，强化阶段缩短，且随着缺陷数目的增多，缩短趋势愈加明显.一方面这是由于辐照后石墨烯含有缺陷，缺陷处原子成键不完全，或新粒子的加入，能量分布不平衡，使缺陷处更容易起裂.另一方面缺陷的存在使材料的微观原子的熵值和微观结构不稳定性增加，影响材料的性能，在拉伸过程中更加容易破坏.分析缺陷对石墨烯力学性能的影响，并将所得拉伸力学性能总结如表1所示.辐照剂量为0即完美石墨烯，拉伸强度最大为239.7GPa，拉伸极限应变为0.45.随着辐照剂量的增加缺陷数目增多，石墨烯的拉伸力学性能明显降低，这与文献[5]中的结论相一致.图13展示了拉伸强度和拉伸极限应变随模型中缺陷数目的变化，并对其进行线性拟合，如图中实线所示.可以看出拉伸强度和拉伸极限应变与缺陷数目近似成线性关系，随着缺陷数目的增加，拉伸强度由239.7GPa降到101.2GPa，降幅达到了57.7%；拉伸极限应变由0.45降到了0.27，降幅达到了40.0%.由此可见，缺陷对石墨烯力学性能有着重要影响.离子入射对完美石墨烯造成缺陷，会影响石墨烯的拉伸力学性能.本文对不同影响因素下的石墨烯缺陷进行了分析，并研究了缺陷对石墨烯拉伸力学性能的影响和含缺陷石墨烯的拉伸破坏机理，得出以下结论：(1)在其他条件一定的情况下，随着辐照剂量的增加，溅射原子数增多，缺陷数目增多，且缺陷类型以空位缺陷为主.辐照能量的大小，直接影响入射离子碰撞中传递给靶原子能量的大小，当辐照能量较小(≤0.02keV)时，靶原子无法达到离位阈能，从而产生吸附现象，随着辐照能量的增大，吸附原子数目减少，溅射原子数量和缺陷数量增多，并以空位缺陷为主.当辐照能量到达一定值(≥1keV)时，再无吸附原子.随着角度的增大，吸附原子数目增多.当辐照角度为0°～30°时，溅射原子数目和缺陷数量随着辐照角度的增大而稍有减少，随后又增大，当辐照角度为45˚时，二者均达到最大值，其后又呈减小趋势.(2)含缺陷石墨烯的拉伸过程与完美石墨烯的相似，经历了弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段，不同的是含缺陷石墨烯的强化阶段明显缩短.通过数据拟合可以发现拉伸强度和拉伸极限应变与缺陷数目近似成线性关系，二者均随着缺陷数目的增多而线性降低.(3)完美石墨烯的拉伸破坏是从一侧开始，沿45°直线方向向石墨烯内部延伸，随着C--C键的断裂，石墨烯最终被拉断[6].对于辐照损伤后的石墨烯，在拉伸荷载作用下，其起裂位置及断裂走向具有较大的不确定性.其断裂是从缺陷带最不稳定处开始，并沿着缺陷带延伸，最终断裂，因此，缺陷带是决定其起裂位置和断裂走向的重要因素.【相关文献】1郭俊贤，王波，杨振宇.石墨烯/Cu复合材料力学性能的分子动力学模拟.复合材料学报，2014，31(1)：152-157(Guo 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选区激光熔化成形的304L不锈钢的Xe离子辐照损伤研究
发现 SLM 304L 不锈钢具有更好的氦耐受性，热处 理后的 SLM 304L 不锈钢由于亚晶胞合并以及纳米 氧化物粗化导致氦的耐受性下降。然而 ，对 SLM 304L 不锈钢的抗离位损伤性能的研究较少，且微观 结构与辐照硬化之间的关系还有待研究。因此 ，针 对反应堆的辐照工况，亟待开展 SLM 304L 不锈钢 的辐照性能与损伤行为研究 ，这对其在堆内构件中 的应用具有重要意义 。
戴志敏 2
摘要 采用 5 MeV 的 Xe 离子在 550 ℃对选区激光熔化成形（Selective Laser Melted，SLM）的 304L 不锈钢进行 辐照，通过透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）和纳米压痕仪分别研究了该材料辐照前后 的微观结构和纳米硬度的变化，并在相同实验条件下与传统工艺轧制的（Traditionally Manufactured，TM）304L 不锈钢进行对比。结果表明：SLM 304L 和 TM 304L 不锈钢的位错环平均尺寸分别为（2.13±0.53）nm 和（1.94± 0.46）nm，对应的位错环数密度分别为 1.48×1022 m-3和 6.94×1022 m-3；其 Xe 泡的平均尺寸分别为（3.71±1.40）nm 和（1.37±0.46）nm，对应的 Xe 泡数密度分别为 3.50×1022 m-3 和 1.73×1023 m-3。SLM 304L 不锈钢位错环和 Xe 泡 的数密度均低于 TM 304L 不锈钢，其 Xe 泡的平均尺寸约为 TM 304L 不锈钢的 3 倍。辐照后样品均出现了硬化 现象，SLM 304L 和 TM 304L 不锈钢的辐照硬化程度分别为 14% 和 32%。通过弥散强化模型（Dispersed Barrier Hardening，DBH）计算辐照缺陷对材料硬化的影响，结果表明：位错环和 Xe 泡是导致材料硬化的主要因素。 关键词 SLM 304L 不锈钢，Xe 离子辐照，微观结构，辐照硬化 中图分类号 TL341 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070201
食品添加剂羧甲基纤维素钠通过破坏肠内环境加剧辐射对小鼠肠道的损伤
食品添加剂羧甲基纤维素钠通过破坏肠内环境加剧辐射对小鼠肠道的损伤刘绍庭;李忠俊;陈立;向阳;相丽欣;张薇薇;冉茜;王建【期刊名称】《陆军军医大学学报》【年(卷),期】2024(46)6【摘要】目的探究食品添加剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na)的长期摄入对小鼠辐射耐受性的影响及其机制研究。
方法通过饲饮水中添加不同浓度CMC-Na(对照组,0.25%低剂量组,1%高剂量组)对小鼠进行饮食干预,而后建立辐射损伤模型(7 Gy, Co60γ射线)。
在辐射干预前后,每周称量小鼠体质量变化,记录各组小鼠的死亡情况;干预8周后,检测血生化指标;ELISA、RT-qPCR和Western blot技术检测肠道相关细胞因子和蛋白变化情况;HE、免疫荧光及免疫组化染色切片观察肠道组织细胞形态的改变并进行病理评分;流式细胞术检测肠道干细胞比例。
结果通过流式细胞术检测发现,与对照组比较,两组饮食干预组的肠道干细胞比例均出现下降(P<0.05),下降程度与饮水中添加剂浓度呈正相关,且干细胞下降趋势在受到辐射损伤后持续存在。
其中高剂量组死亡率显著升高(P<0.05),体质量大幅下降(P<0.000 1)。
进一步实验发现肠道屏障功能受损,抑炎因子白介素-10(IL-10)含量下降。
同时,高剂量组小鼠肠道中出现了TLR4、NF-κB、TNF-α以及IL-1β等炎症因子的高表达(P<0.05),并且在辐射损伤后进一步加剧;低剂量组小鼠部分炎症因子(NF-κB、TNF-α以及IL-1β)相较于对照组表达增高(P<0.05),但低于高剂量组。
结论长期摄入含有CMC-Na添加剂的饮食,会降低肠道内干细胞群的比例,加剧了辐射对肠道的损伤,降低了小鼠对辐射耐受性。
【总页数】13页(P522-534)【作者】刘绍庭;李忠俊;陈立;向阳;相丽欣;张薇薇;冉茜;王建【作者单位】陆军军医大学(第三军医大学)第二附属医院营养科;陆军军医大学(第三军医大学)第二附属医院输血科【正文语种】中文【中图分类】R322.45;R339.57;TS202.3【相关文献】1.外源小鼠核酸促电离辐射损伤的同系小鼠肠腺细胞修复的相关基因克隆2.辐射损伤破坏肠黏膜机械屏障机制相关研究及进展3.三氯生暴露加剧高脂饮食诱导的小鼠肠道和肝脏功能损伤4.滋阴和温阳方剂对帕金森病小鼠神经损伤及肠道炎症和肠微生态的影响5.谷氨酰胺对肠产毒素性大肠杆菌感染小鼠肠道损伤的保护作用因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第47卷第4期兰州大学学报（自然科学版）Vol.47No.4文章编号:0455-2059(2011)04-0108-06高能12C6+离子辐照诱发小肠急性损伤研究马晓飞1,2,张红11.中国科学院近代物理研究所中国科学院重离子束辐射生物医学重点实验室,甘肃省重离子束辐射医学应用基础重点实验室,兰州7300002.中国科学院研究生院,北京100049摘要:将昆明鼠固定全身接受单能12C6+离子束辐照,于照后不同时间颈椎脱臼法处死小鼠,剖取空肠组织,Bouin固定液固定,石蜡切片切为5µm,HE染色后观察病理变化并统计隐窝部位辐照诱导的细胞凋亡率以及凋亡细胞和增殖细胞在隐窝中的分布.辐照后15.5h绒毛开始脱落,绒毛密度于25.5h降至最低,3.5天恢复至正常密度.于照后5.5∼6天固有层和肌肉层有炎症细胞浸润,同时固有层淋巴小结增多.小肠黏膜完整性丧失程度与辐照剂量相关.照后5∼6天出现隐窝分裂现象.小肠及结肠组织出现类似于绒毛腺瘤的结构.隐窝细胞凋亡率于照后5.5h达到峰值,凋亡细胞最常见于细胞位置10,而增殖细胞最常见于细胞位置16.关键词:细胞凋亡;小肠隐窝;炎症反应中图分类号:R818文献标识码:AAcute injury of the small intestine induced by high energy12C6+ions MA Xiao-fei1,2,ZHANG Hong11.Key Laboratory of Heavy Ion Radiation Medicine of Chinese Academy of Sciences,Key Laboratory of Heavy Ion Radiation Medicine of Gansu Province,Institute of Modern Physics,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou730000,China2.Graduate University of China Academy of Sciences,Beijing100049,ChinaAbstract:The whole bodies of Kunming mice were immobilized and irradiated with the plateau region of12C6+ ions.The mice were killed by cervical dislocation at various times following the radiation.The jejunum was dissected andfixed in Bouin’sfixative prior to paraffin-embedding.Tissue was routinely processed and cut into 5µm sections for hematoxylin and eosin staining to examine the pathological changes.The yields of apoptosis and the distribution of apoptotic cells and dividing cells in crypts were also surveyed.At15.5h following4Gy radiation the villus began to fall off,the lowest level of the density of Villus was reached at25.5h and returned to the normal level at3.5d.Inflammatory cell infiltration in lamina propria and musclar layer was observed from5.5∼6d.Increase in the number of folliculi lymphaticus was also observed following the irradiation.The loss ofmucosal epithelial integrity,inflammatory response and villus loss were dose-dependent at3.5d.Cryptsfission was observed at5∼6d.A structure very similar to villousa denoma was observed in the small intestine and the colon.The maximum yield of apoptosis was observed at5.5h and apoptotic cells were most frequently observed at the cell position10from the base of the crypt but the highest frequency of dividing cells was observed at cell position16.Key words:apoptosis;small intestinal crypt;inflammatory response126+在大部分腹部及盆腔肿瘤的治疗过程中,照射范围经常会累及肠道.大于40Gy的治疗剂量常会出现不同程度的急性反应,如急性黏膜炎,临床症状为恶心、呕吐、厌食、腹泻等[1],这些症状限制了高治疗剂量的使用造成肿瘤不能彻底根除.光子辐照诱发的早期损伤包括:黏膜上皮细胞丢失、固有层急性炎症反应、隐窝嗜酸性脓肿和血管内皮细胞肿大,慢性损伤主要包括黏膜下层及固有层纤维化、管腔狭窄、穿孔、瘘管等[2].相对于传统光子射线,重离子束具有高传能线密度(linear energy transfer,LET)、能量沉积密集、侧向散射小、氧增强比低、坪区剂量分布均匀和布拉格峰区相对生物学效应高等特点,这些卓越的物理学及生物学特性可用于治疗解剖位置复杂(比如脑瘤)、不易手术、对传统射线不敏感的肿瘤,同时降低对肿瘤前正常组织的损伤[3−5].由于重离子束的这些卓越的生物学及物理学特性,以后必将成为治疗肿瘤的常用手段之一.人们已对传统光子辐照诱发的小肠损伤进行了详尽细致的研究,但对重离子辐照损伤仍缺乏了解,并且重离子的生物学及物理学特性明显不同于传统光子,因此,在治疗过程中不能盲目照搬传统光子放射治疗的经验.本文研究了能量为200MeV/U的12C6+离子束坪区辐照诱发的小鼠小肠急性损伤. 1材料与方法1.1实验动物与分组昆明鼠62只(购自甘肃中医学院),雄性,6∼7周龄,18∼20g.随机分为A,B两组.正常昼夜节律,无强光、噪音刺激,自由进食和饮水.A组:54只,给予4Gy剂量辐照.分别于照后1.5h,5.5h,9.5h,13.5h,17.5h,21.5h,25.5h,1.5天,2.5天,3.5天,4.5天,5.5天,6.5天剖杀,取材,每次4只.B组:8只,分为2Gy,4Gy,6Gy,8Gy四个剂量组,每组2只.于照后3.5天剖杀、取材.1.2辐照方法由兰州重离子加速器国家实验室HIRFL-CSR 提供单能12C6+离子,束流引出能量为200MeV/U,束斑内均匀区域大小为5cm×5cm,在水中射程为76.5mm,峰区位于贯穿深度75.5mm处.室温下,利用激光定位系统将小鼠直立固定于束斑中心,全身接受入射坪区辐照.坪区LET值为35.5keV/µm,吸收剂量率为0.3Gy/min.用空气电离室监测剂量,1Gy剂量的离子计数为1.343×105.1.3病理切片制备颈椎脱臼法处死小鼠,立即剖取空肠(统一取距胃幽门6cm处).Bouin固定液固定、脱水、包埋、切片机切为5µm厚度、脱蜡、Mayer’s苏木素4×50.2实验结果2.1辐照诱发的小肠黏膜层组织学变化给予4Gy剂量辐照后,于13.5h可观察到绒毛脱落,其绒毛密度低于对照,于25.5h绒毛密度降至最低,3.5天恢复至对照水平(图1).照后不同时间绒毛长度并未出现显著变化.辐照后3.5天,绒毛缩短程度与剂量相关(图2),6Gy剂量组,小肠绒毛出现非典型增生,增殖隐窝密集凌乱分布(图2d);8Gy剂量组,黏膜上皮完整性完全丧失,隐窝内细胞大量丢失(图2e).黏膜上皮各类细胞当中只有潘氏数目出现相对变化,照后5.5h隐窝部位潘氏细胞完全丢失,于照后3.5天以后复又观察到潘氏细胞.2.2辐照诱发的小肠黏膜下层、肌肉层和肠系膜变化4Gy辐照后5.5天,在3/4小鼠小肠的固有层观察到淋巴结,高于对照组(检出率为1/4),淋巴结检出率于3.5天升至最高,为4/4,照后6天淋巴结检出率仍维持在3/4.也在肠系膜观察到淋巴小结,同时伴有肠系膜充血(图3c),小动脉玻璃样变性(图3d).镜下可在固有层观察到大量淋巴细胞浸润(图3a,3b),其浸润程度与剂量相关.肌肉层的辐照耐受性远高于黏膜层和黏膜下层,仅观察到轻微炎症细胞浸润,以及极低概率的瘢痕性修复所导致的纤维化(图3e),6天内纤维化发生概率仅为1/54.肌肉层出现到个别隐窝(图3f).2.3辐照诱发小肠隐窝分裂如图3所示,辐照后5.5天可观察连续连接的隐窝,推测是由辐照后存活的隐窝分裂所致.人们从未报道过辐照诱导的隐窝分裂.图3a连线所示的三个隐窝中,最左侧的隐窝与绒毛相延续,是辐照后存活的母代隐窝,中间的隐窝无绒毛结构,是由母代隐窝分裂而形成的子代隐窝(图4).图14Gy 辐照后不同时间小肠绒毛、隐窝密度变化(4×100HE 染色)Figure 1Figure 1Intestinal villi and density ofcrypts change at different time point after 4Gy12C 6+ionsirradiation (4×100HE staining)图2辐照后3.5天,不同剂量对小肠绒毛的影响(10×100HE 染色)Figure 2Intestinal villi change irradiated with different dose (4×100HE staining)4Gy 辐照后6天观察到隐窝出现树枝样分支结构(图5a ,b ,图3b),概率极低,为2/54.结肠发生此种现象的程度以及概率远高于小肠(图5c),概率为27/54.这种结构类似于绒毛状腺瘤.2.4辐照诱发的隐窝细胞凋亡与增殖由隐窝基底部依次向上数,第1,2,3,4个细胞的位置分别为位置1、位置2、位置3、位置4,依次类推.4Gy 辐照后5.5h ,凋亡细胞主要集中分布于位置5−15,位置10出现凋亡的概率最高(图6a).细胞凋亡率在照后9.5h 内迅速升高,照后5.5h 达到峰值,于照后21.5h 降至最低,但其值仍然高于对照(图6b).增殖细胞在隐窝部位的分布较凋亡细胞分布广泛,位置16出现分裂相的概率最高(图6c).隐窝内不分裂细胞其细胞核靠近于基底膜远离腔面,而处于分裂后期细胞的两个核则靠近腔面分布,整个分裂细胞位于腔面而不与基底膜相邻(图6d).126+a 4Gy 照后2天引发的黏膜固有层炎症细胞浸润(箭头所示);b 6Gy 照后3.5天引发的小肠整体炎症细胞浸润,以及隐窝过度增殖;c 6Gy 照后3.5天,肠系出现2个膜淋巴小结(箭头所示),肠系膜整体充血(三角所示);d 4Gy 照后5.5天,肠系膜小动脉玻璃样变性;e 可见肌肉层的纤维化(箭头所示),为瘢痕修复所致;f 肌肉层出现隐窝(箭头所示)图3辐照后诱发的小肠黏膜下层、肌肉层和肠系膜变化Figure 3Submucosa ,muscularis propria and mesenterium change induced by radiationa 4Gy 照后6天,连线所示为3个分裂隐窝;b 4Gy 照后5.5天,连线所示为2个分裂隐窝;c 阐述隐窝分裂过程的示意图,a ,b 图所示的分裂隐窝对应于此示意图的第4个阶段图4辐照诱发小肠隐窝分裂Figure 4Crypts fission induced by radiationa 4Gy 照后6天,示类似于绒毛腺瘤的结构;b a 图的放大;c 4Gy 照后2.5天,结肠,显示类似于绒毛腺瘤的结构图512C 6+辐照诱发的类似于绒毛腺瘤的结构Figure 5Structure resemble to villousadenoma induced by12C 6+ions3讨论相对X 射线[6−10],12C 6+离子辐照诱发的隐窝细胞凋亡率更高,分布更广,且凋亡出现的峰区位于位置10(X 射线辐照凋亡峰区位于位置4),更远离隐窝底部.12C 6+离子辐照诱发的凋亡率随时间的变化情况类似于X 射线,于照后5.5h 达到峰值,且其凋亡率降至最低时仍高于对照组.本实验观察到强烈的炎症反应同时伴有隐窝大量增殖(图2d).文献[9]也于1997年报道了炎症反应对小肠的辐照保护作用.促进炎症反应的药物(前列腺素E2等)可提高隐窝存活率,而抑制炎症反应的药物(吲哚美辛等、阿司匹林)则抑制隐窝a 4Gy 照后5.5h ,凋亡细胞在隐窝各细胞位置的分布,横轴代表从隐窝基底向上的各个细胞位置,纵轴代表处于各位置处凋亡细胞所占总凋亡细胞的百分比b 4Gy 照后36h 内的不同时间凋亡率的变化c 4Gy 照后5.5h ,增殖细胞在隐窝各细胞位置的分布,横轴代表从隐窝基底向上的各个细胞位置,纵轴代表处于各位置处增殖细胞所占总增殖细胞的百分比d 2Gy 照后3.5天,4个分裂细胞位于隐窝腔面(箭头所示),而不分裂细胞则临近基底膜图6辐照诱发的隐窝细胞凋亡与增殖Figure 6Apoptosis and proliferation of crypt cells in-duced following irradiation存活率.说明炎症反应是机体的一种应对辐照损伤的机制,通过促进隐窝细胞增殖来应对大量隐窝干细胞凋亡,启动再生性修复这一过程.炎症反应可减缓急性损伤,但却可造成纤维化、肠穿孔等慢性损伤.本实验观察到类似于绒毛状腺瘤的结构,结肠中辐照后形成此结构的概率远高于小肠,这和结肠肿瘤发病率远高于小肠相符合.可能是炎症反应过度促进隐窝细胞增殖失去平衡所致.在此基础上提出一个理论模型试图解释电离辐照诱发继发性肿瘤现象:辐照导致组织内大量增殖细胞凋亡或坏死,炎症反应在清除死亡细胞的同时诱导干细胞增殖.干细胞增殖是一个受到多方面调控的严密过程,对外界干扰敏感,其中任何一个通路受到干扰都可能造成此过程的失调,而辐照本身就是一个致突变因素,很可能干扰这一调控过程.因此,辐照既会启动干细胞增殖,又可能干扰对增殖的调控,造成增殖调控失调,其后果轻者造成增生,重者则发展为肿瘤.人们普遍认为小肠黏膜上皮所有的细胞都依附于基底膜,并逐步沿隐窝126+步深入研究.本实验仅从组织学水平报道了C 离子辐照诱发的急性损伤,需要将来进一步从分子生物学水平探讨这些病理变化的分子机制以及与传统光子辐照病理变化的差别.参考文献[1]Somosy Z,Hor v ath G,Telbisz A,et al.Mor-phological aspects of ionizing radiation response of small intestine[J].Micron,2002,33(2):167−178. [2]Li Guang-hui,Zhang Ya-ping,Tang Jin-liang,et al.Effects of berberine against radiation−induced intestinal injury in mice[J].Int J Radiat Oncol, 2010,77(5):1536−1544.[3]Greco C,Wolden S.Current status of radiother-apy with proton and light ion beams[J].Cancer-Am Cancer Soc,2007,109(7):1227−1238.[4]郑志豪,魏志勇.布拉格曲线探测器研制的总结[J].兰州大学学报:自然科学版,1990,26(2):136−138.[5]汪丽虹,杨汉民,卫增泉,等.枸杞种子重离子束辐照的早期效应[J].兰州大学学报:自然科学版, 1992,28(4):107−111.[6]Li Yan-qing,Roberts S A,Paulus U,et al.Thecrypt cycle in mouse small-intestinal epithelium[J].J Cell Sci,1994,107:3271−3279.[7]Potten C S.A comprehensive study of the ra-diobiological response of the murine(Bdf1)small-intestine[J].International Journal of Radiation Bi-ology,1990,58(6):925−973.[8]Hendry J H,Potten C S.Intestinal cell radiosen-sitivity:a comparison for cell death assayed by apoptosis or by a loss of clonogenicity[J].Int J Ra-diat Biol Relat Stud Phys Chem Med,1982,42(6): 621−628.[9]Cohn S M,Schloemann S,Tessner T,et al.Crypt stem cell survival in the mouse intestinal ep-ithelium is regulated by prostaglandins synthesized through cyclooxygenase−1[J].J Clin Invest,1997, 99(6):1367−1379.[10]Potten C S.The significance of spontaneous andinduced apoptosis in the gastrointestinal-tract of mice[J].Cancer Metast Rev,1992,11(2):179−195.[11]Park H S,Goodlad R A,Wright N A.Cryptfission in the small-intestine and colon:a mechanism for the emergence of G6pd locus-mutated crypts after treatment with mutagens[J].Am J Pathol, 1995,147(5):1416−1419.(责任编辑:张勇)。