低剂量辐射诱导小鼠胸腺细胞及其亚组的适应性反应
作者：苏旭 刘建香 张迎春 鞠桂芝 刘树铮
单位：苏旭 刘建香 张迎春 鞠桂芝 刘树铮 长春，白求恩医科大学卫生部放射生物学重点实验室 130021
关键词：低剂量辐射；适应性反应；胸腺细胞亚组
中华放射医学与防护杂志990311 【摘要】 目的 研究低剂量辐射预先照射以及随后大剂 量照射后小鼠胸腺细胞T细胞受体(TCR)、CD3、CD4和CD8分子表达的变化。方法 TCR、CD3表达采用间接荧光流式细胞术检测，CD4、CD8表达采用双参数直接免疫荧光 流式细胞术检测。结果 实验结果表明：单纯1.5 Gy X射线全身照射后TC R，CD3阳性细胞数以及CD4-D8-，CD4+CD8+，CD4+CD8-和CD4-CD8+细胞数 明显减少，当1.5 Gy X射线全身照射前6小时预先照射0.075 Gy时，可明显减轻其后1.5 Gy照射对TCR+,CD3+,CD4+CD8+,CD4+CD8-和CD4-CD8+的损伤作用。表现为 各亚组细胞数显著高于单纯1.5 Gy照射组。CD4-CD8-亚组的细胞数无明显变化。结论 0.075 Gy X射线全身照射能够诱导胸腺细胞TCR+,CD3+,CD4+CD8 +,CD4+CD8-和CD4-CD8+亚组细胞的适应性反应。
, 百拇医药
Adaptive response of thymocytes and its subsets induced by low dose whole body irradiation with X-rays in mice
SU Xu, LIU Jianxiang, Z HANG Yingchun, et al.
MH Radiobiology Research Unit,Norman Bethune University of Medical Sciences,Changchun 130021,China.
【Abstract】 Objective To study the changes in expression of TCR,C D3 CD4 and CD8 molecules on thymocytes following irradiation with low dose X-ra ys before a challenge dose in mice. Methods Kunming mice were irrad iated with 0.075 Gy (conditioning dose) 6 hours before 1.5 Gy irradiation (chall enge dose).The expression of TCR,CD3,CD4 and CD8 were analyzed by flow cytometry 18 hours after 1.5 Gy irradiation. Results It was found that the TC R+,CD3+,CD4-CD8+,CD4+CD8- and CD4-CD8+ positive cells were decre ased significantly after only 1.5 Gy irradiation.However,the extent of depressio n of TCR+,CD3+,CD4+CD8+,CD4+CD8- and CD4-CD8+ was diminished whe n a dose of 0.075 Gy was given 6 hours before 1.5 Gy. The results suggest that pre-irradiation with 0.075 X-rays can significa ntly reduce the damage of thymocytes and the matured subsets induced by 1.5 Gy i radiation. Conclusion The results indicate that adaptive response of TCR+,CD3+,CD4+CD8+,CD4+CD8- and CD4-CD8+ subsets of thymocytes can be induced by whole body irradiation with 0.075 Gy X-rays.
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【Key words】 Low dose irradiation Adaptive response Thymocyt es subsets
低剂量辐射可引起与大剂量辐射完全不同的生物效应。不论是随机性效应还是确定性效 应均是如此[1-3]。近年的研究表明：低剂量辐射可引起免疫增强效应，并且预 先给予低剂量全身照射可明显减轻其后大剂量辐射对机体的损伤作用，称之为辐射适应性反 应。鞠桂芝等对低剂量辐射诱导免疫学适应性反应的基本规律进行了较系统的研究，探讨了 适应性反应的剂量效应关系和最佳诱导时间[4，5]。研究表明低剂量辐射诱导适 应 性反应的普遍性。胸腺是T细胞成熟分化的中枢免疫器官，也是驯化和选择T细胞的场所，在 机体免疫功能调节中起着重要作用。为深入探讨低剂量辐射诱导的免疫适应性反应，我们 采用流式细胞术(FCM)对胸腺细胞成熟分化不同阶段细胞的表面分子表达及其在适应性反应 中的作用进行研究。
材料和方法
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1.动物和细胞：实验采用白求恩医科大学实验动物部饲养繁殖的雄性昆明小鼠，体重(20± 2) g，随机分组(n=5)。
2.照射条件及实验分组：采用Philips X射线深部治疗机进行全身照射，电压200 kV，电流 10 mA，过滤板0.5 mmCu,10 mmAl。实验组小鼠先接受0.075 Gy诱导剂量(D1)的照射， 吸收剂量率为0.0125 Gy/min，靶皮距212 cm，6小时后再接受攻击剂量(D2=1.5 Gy)的照 射，吸收剂量率为0.287 Gy/min，靶皮距为50 cm。D2剂量照射后18小时断头处死小鼠， 立即取胸腺制备单细胞悬液，调细胞悬液浓度为1×107/ml。实验同时设单纯D2剂量照 射对照组和假照射对照组。
3.TCR，CD3表达的检测：采用间接免疫荧光流式细胞术(FCM)检测，详见文献[6]。
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4.CD4，CD8表达的检测：采用双参数直接免疫荧光流式细胞术检测CD4-CD8-,CD4+CD 8+,CD4+CD8-和CD4-CD8+各亚组的变化，方法详见文献[7]。
5.统计学处理：采用t检验。
结 果
1.胸腺细胞数的变化：小鼠单纯接受吸收剂量为1.5 Gy (D2) X射线全身照射后18小时 ，胸腺细胞数显著减少，由假照射的14.76±2.02下降到2.89±1.14。然而，当小鼠接 受吸收剂量为1.5 Gy (D2)X射线全身照射前6小时预先接受0.075 Gy (D1)X射线全身 照射，胸腺细胞数明显回升，回升至5.65±1.17。D1+D2组与单纯D2组比差异有显 著性(P<0.01)。说明低剂量辐射预先照射可明显减轻其后大剂量辐射对胸腺细胞的损伤 作用。
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2.胸腺细胞TCR，CD3分子表达的变化：小鼠接受1.5 Gy (D2)X射线全身照射前6小时预 先接受0.075 Gy(D1)X射线全身照射，1.5 Gy照射后18小时，采用间接荧光流式细胞术 检测TCR和CD3分子表达的变化。结果发现：单纯1.5 Gy X射线全身照射后，TCR，CD3表达 明显抑制，表现为TCR+和CD3+细胞数明显减少。而预先接受0.075 Gy X射线全身照射 可明显减轻其后1.5 Gy照射对TCR，CD3表达的抑制作用，表现为TCR+和CD3+细胞数明 显回升，D1+D2组与单纯D2组比差异有显著性(P<0.01)，见图1。
图1 小鼠受照后胸腺TCR和CD3阳性细胞数的变化
, 百拇医药
n=5 D1=75 mGy, D2=1.5 Gy
3.胸腺细胞CD4、CD8分子表达的变化：采用双参数流式细胞术检测的结果表明：单纯1. 5 Gy X射线全身照射后，小鼠胸腺中CD4-CD8-、CD4+CD8+、CD4+CD8-和CD4- CD 8+细胞数均明显减少。而小鼠在接受1.5 Gy X射线全身照射前6小时，预先接受0.075 G y X射线全身照射(D1+D2组)，CD4+CD8+、CD4+CD8-和CD4-CD8+细胞数均 显著高于单纯D2剂量组，P值分别为P<0.01,P<0.05和P<0.05,见图2。
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图2 小鼠受照后胸腺细胞亚组细胞数的变化
n=5 D1=75 mGy, D2=1.5 Gy
讨 论
胸腺是机体重要的中枢免疫器官，是T细胞成熟分化及选择的场所，在胸腺细胞成熟分化的 不同阶段TCR/CD3、CD4和CD8分子具有不同的表达。根据胸腺细胞成熟分化的不同阶段表 面 分子的不同表达，研究低剂量辐射诱导成熟分化不同阶段胸腺细胞的适应性反应，对揭示辐 射免疫学适应性反应的发生机理具有重要意义。
本研究表明：单纯1.5 Gy X射线全身照射后，胸腺细胞数明显减少。当小鼠接受1.5 Gy X 射线全身照射前6小时，预先给予小鼠0.075 Gy的预先照射时，胸腺细胞数明显回升。表现 出明显的适应性反应。由于胸腺细胞由处于成熟分化不同阶段的各亚组组成，我们进一步对 胸腺细胞成熟分化的不同阶段进行了研究。以往的研究表明：0.075 Gy X射线全身照射可 使胸腺细胞TCR/CD3表达增强，促进胸腺细胞的成熟分化[8]。本研究表明：单纯1 .5 Gy X射线全身照射后，CD4-CD8-、CD4+CD8+、CD4-CD8+、CD4+CD8 -、TCR+和CD3+各亚组细胞数明显减少。由于胸腺细胞成熟分化不同阶段的辐射敏感性不同 [9]，使得小鼠受1.5 Gy X射线全身照射后各亚组细胞数减少的百分数不同。当小 鼠接受1.5 Gy X射线全身照射前6小时，给予小鼠0.075 Gy的预先照射时，CD4+CD8 + 、CD4-CD8+、CD4+CD8-、TCR+和CD3+细胞数显著高于单纯D2剂量照射组。而 CD4-CD8-细胞数与单纯D2剂量组比无显著差异，说明预先给予0.075 Gy X射线 全身 照射可明显减轻其后大剂量对胸腺CD4+CD8+,CD4-CD8+,CD4+CD8-、TCR+和 CD3+细胞表面分子表达的抑制作用，诱导其适应性反应。而预先给予0.075 Gy X射线全 身照射并没有明显改变其后大剂量照射对胸腺CD4-CD8-亚组的影响。
, 百拇医药
本研究表明：低剂量辐射可诱导表达TCR/CD3的CD4+CD8+、CD4-CD8+、C D4+CD8-各亚组细胞的适应性反应，而在没有TCR/CD3表达的CD4-CD8-细胞中则不能诱导适应 性反应。
由于T淋巴细胞表面的TCR/CD3复合物是介导细胞内一系列信息传递过程的启动环节。作者认 为，继续深入研究TCR/CD3所介导的信息传递过程及信息分子的表达，对阐明辐射免疫学 适应性反应的发生机理具有重要意义。
本课题受国家自然科学基金资助(项目号：39170275)
参考文献
1 刘树铮.低剂量辐射生物效应研究进展.国内外医学科学进展，1992:52-58 .
, http://www.100md.com
2 刘树铮.辐射免疫学研究的现状和展望.中华放射医学与防护杂志，1989，9：313-3 19.
3 Luckey TD.Hormesis and nurture with ionizing radiation.In:Ellsaesser HW ed. G lobal 2000 revisited.New York:Paragon House,1992.189-251.
4 鞠桂芝，宋春华，刘树铮.低剂量辐射诱导免疫适应性反应的剂量效应.中华放射医学 与防护杂志，1994，14：15-18.
5 鞠桂芝，宋春华，刘树铮.低剂量辐射诱导免疫适应性反应的最佳时间.中华放射医学 与防护杂志，1994，14：311-313.
6 刘树铮，苏旭，张迎春.小剂量X射线全身照射后淋巴细胞TCR/CD3表达和[Ca2+ ]i的变化.辐射研究与辐射工艺学报，1994，12：61-63.
, http://www.100md.com
7 苏旭，张迎春，刘树铮.不同剂量辐射对胸腺细胞四个亚组的影响.中华放射医学与防 护杂志，1995，15：103-105.
8 Liu Shuzheng,Su Xu,Zhang Yingchun,et al.Signal transduction in lymphocytes after low dose radiation.Inter J Occup Med Toxicol,1994,3:107-117.
9 苏旭，张迎春，刘树铮.胸腺细胞成熟分化不同阶段的辐射敏感性.辐射研究与辐射工 艺学报，1998，16：38-41.
(收稿:1998-09-14 修回：1999-02-01), 百拇医药
单位：苏旭 刘建香 张迎春 鞠桂芝 刘树铮 长春，白求恩医科大学卫生部放射生物学重点实验室 130021
关键词：低剂量辐射；适应性反应；胸腺细胞亚组
中华放射医学与防护杂志990311 【摘要】 目的 研究低剂量辐射预先照射以及随后大剂 量照射后小鼠胸腺细胞T细胞受体(TCR)、CD3、CD4和CD8分子表达的变化。方法 TCR、CD3表达采用间接荧光流式细胞术检测，CD4、CD8表达采用双参数直接免疫荧光 流式细胞术检测。结果 实验结果表明：单纯1.5 Gy X射线全身照射后TC R，CD3阳性细胞数以及CD4-D8-，CD4+CD8+，CD4+CD8-和CD4-CD8+细胞数 明显减少，当1.5 Gy X射线全身照射前6小时预先照射0.075 Gy时，可明显减轻其后1.5 Gy照射对TCR+,CD3+,CD4+CD8+,CD4+CD8-和CD4-CD8+的损伤作用。表现为 各亚组细胞数显著高于单纯1.5 Gy照射组。CD4-CD8-亚组的细胞数无明显变化。结论 0.075 Gy X射线全身照射能够诱导胸腺细胞TCR+,CD3+,CD4+CD8 +,CD4+CD8-和CD4-CD8+亚组细胞的适应性反应。
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Adaptive response of thymocytes and its subsets induced by low dose whole body irradiation with X-rays in mice
SU Xu, LIU Jianxiang, Z HANG Yingchun, et al.
MH Radiobiology Research Unit,Norman Bethune University of Medical Sciences,Changchun 130021,China.
【Abstract】 Objective To study the changes in expression of TCR,C D3 CD4 and CD8 molecules on thymocytes following irradiation with low dose X-ra ys before a challenge dose in mice. Methods Kunming mice were irrad iated with 0.075 Gy (conditioning dose) 6 hours before 1.5 Gy irradiation (chall enge dose).The expression of TCR,CD3,CD4 and CD8 were analyzed by flow cytometry 18 hours after 1.5 Gy irradiation. Results It was found that the TC R+,CD3+,CD4-CD8+,CD4+CD8- and CD4-CD8+ positive cells were decre ased significantly after only 1.5 Gy irradiation.However,the extent of depressio n of TCR+,CD3+,CD4+CD8+,CD4+CD8- and CD4-CD8+ was diminished whe n a dose of 0.075 Gy was given 6 hours before 1.5 Gy. The results suggest that pre-irradiation with 0.075 X-rays can significa ntly reduce the damage of thymocytes and the matured subsets induced by 1.5 Gy i radiation. Conclusion The results indicate that adaptive response of TCR+,CD3+,CD4+CD8+,CD4+CD8- and CD4-CD8+ subsets of thymocytes can be induced by whole body irradiation with 0.075 Gy X-rays.
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【Key words】 Low dose irradiation Adaptive response Thymocyt es subsets
低剂量辐射可引起与大剂量辐射完全不同的生物效应。不论是随机性效应还是确定性效 应均是如此[1-3]。近年的研究表明：低剂量辐射可引起免疫增强效应，并且预 先给予低剂量全身照射可明显减轻其后大剂量辐射对机体的损伤作用，称之为辐射适应性反 应。鞠桂芝等对低剂量辐射诱导免疫学适应性反应的基本规律进行了较系统的研究，探讨了 适应性反应的剂量效应关系和最佳诱导时间[4，5]。研究表明低剂量辐射诱导适 应 性反应的普遍性。胸腺是T细胞成熟分化的中枢免疫器官，也是驯化和选择T细胞的场所，在 机体免疫功能调节中起着重要作用。为深入探讨低剂量辐射诱导的免疫适应性反应，我们 采用流式细胞术(FCM)对胸腺细胞成熟分化不同阶段细胞的表面分子表达及其在适应性反应 中的作用进行研究。
材料和方法
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1.动物和细胞：实验采用白求恩医科大学实验动物部饲养繁殖的雄性昆明小鼠，体重(20± 2) g，随机分组(n=5)。
2.照射条件及实验分组：采用Philips X射线深部治疗机进行全身照射，电压200 kV，电流 10 mA，过滤板0.5 mmCu,10 mmAl。实验组小鼠先接受0.075 Gy诱导剂量(D1)的照射， 吸收剂量率为0.0125 Gy/min，靶皮距212 cm，6小时后再接受攻击剂量(D2=1.5 Gy)的照 射，吸收剂量率为0.287 Gy/min，靶皮距为50 cm。D2剂量照射后18小时断头处死小鼠， 立即取胸腺制备单细胞悬液，调细胞悬液浓度为1×107/ml。实验同时设单纯D2剂量照 射对照组和假照射对照组。
3.TCR，CD3表达的检测：采用间接免疫荧光流式细胞术(FCM)检测，详见文献[6]。
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4.CD4，CD8表达的检测：采用双参数直接免疫荧光流式细胞术检测CD4-CD8-,CD4+CD 8+,CD4+CD8-和CD4-CD8+各亚组的变化，方法详见文献[7]。
5.统计学处理：采用t检验。
结 果
1.胸腺细胞数的变化：小鼠单纯接受吸收剂量为1.5 Gy (D2) X射线全身照射后18小时 ，胸腺细胞数显著减少，由假照射的14.76±2.02下降到2.89±1.14。然而，当小鼠接 受吸收剂量为1.5 Gy (D2)X射线全身照射前6小时预先接受0.075 Gy (D1)X射线全身 照射，胸腺细胞数明显回升，回升至5.65±1.17。D1+D2组与单纯D2组比差异有显 著性(P<0.01)。说明低剂量辐射预先照射可明显减轻其后大剂量辐射对胸腺细胞的损伤 作用。
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2.胸腺细胞TCR，CD3分子表达的变化：小鼠接受1.5 Gy (D2)X射线全身照射前6小时预 先接受0.075 Gy(D1)X射线全身照射，1.5 Gy照射后18小时，采用间接荧光流式细胞术 检测TCR和CD3分子表达的变化。结果发现：单纯1.5 Gy X射线全身照射后，TCR，CD3表达 明显抑制，表现为TCR+和CD3+细胞数明显减少。而预先接受0.075 Gy X射线全身照射 可明显减轻其后1.5 Gy照射对TCR，CD3表达的抑制作用，表现为TCR+和CD3+细胞数明 显回升，D1+D2组与单纯D2组比差异有显著性(P<0.01)，见图1。
图1 小鼠受照后胸腺TCR和CD3阳性细胞数的变化
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n=5 D1=75 mGy, D2=1.5 Gy
3.胸腺细胞CD4、CD8分子表达的变化：采用双参数流式细胞术检测的结果表明：单纯1. 5 Gy X射线全身照射后，小鼠胸腺中CD4-CD8-、CD4+CD8+、CD4+CD8-和CD4- CD 8+细胞数均明显减少。而小鼠在接受1.5 Gy X射线全身照射前6小时，预先接受0.075 G y X射线全身照射(D1+D2组)，CD4+CD8+、CD4+CD8-和CD4-CD8+细胞数均 显著高于单纯D2剂量组，P值分别为P<0.01,P<0.05和P<0.05,见图2。
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图2 小鼠受照后胸腺细胞亚组细胞数的变化
n=5 D1=75 mGy, D2=1.5 Gy
讨 论
胸腺是机体重要的中枢免疫器官，是T细胞成熟分化及选择的场所，在胸腺细胞成熟分化的 不同阶段TCR/CD3、CD4和CD8分子具有不同的表达。根据胸腺细胞成熟分化的不同阶段表 面 分子的不同表达，研究低剂量辐射诱导成熟分化不同阶段胸腺细胞的适应性反应，对揭示辐 射免疫学适应性反应的发生机理具有重要意义。
本研究表明：单纯1.5 Gy X射线全身照射后，胸腺细胞数明显减少。当小鼠接受1.5 Gy X 射线全身照射前6小时，预先给予小鼠0.075 Gy的预先照射时，胸腺细胞数明显回升。表现 出明显的适应性反应。由于胸腺细胞由处于成熟分化不同阶段的各亚组组成，我们进一步对 胸腺细胞成熟分化的不同阶段进行了研究。以往的研究表明：0.075 Gy X射线全身照射可 使胸腺细胞TCR/CD3表达增强，促进胸腺细胞的成熟分化[8]。本研究表明：单纯1 .5 Gy X射线全身照射后，CD4-CD8-、CD4+CD8+、CD4-CD8+、CD4+CD8 -、TCR+和CD3+各亚组细胞数明显减少。由于胸腺细胞成熟分化不同阶段的辐射敏感性不同 [9]，使得小鼠受1.5 Gy X射线全身照射后各亚组细胞数减少的百分数不同。当小 鼠接受1.5 Gy X射线全身照射前6小时，给予小鼠0.075 Gy的预先照射时，CD4+CD8 + 、CD4-CD8+、CD4+CD8-、TCR+和CD3+细胞数显著高于单纯D2剂量照射组。而 CD4-CD8-细胞数与单纯D2剂量组比无显著差异，说明预先给予0.075 Gy X射线 全身 照射可明显减轻其后大剂量对胸腺CD4+CD8+,CD4-CD8+,CD4+CD8-、TCR+和 CD3+细胞表面分子表达的抑制作用，诱导其适应性反应。而预先给予0.075 Gy X射线全 身照射并没有明显改变其后大剂量照射对胸腺CD4-CD8-亚组的影响。
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本研究表明：低剂量辐射可诱导表达TCR/CD3的CD4+CD8+、CD4-CD8+、C D4+CD8-各亚组细胞的适应性反应，而在没有TCR/CD3表达的CD4-CD8-细胞中则不能诱导适应 性反应。
由于T淋巴细胞表面的TCR/CD3复合物是介导细胞内一系列信息传递过程的启动环节。作者认 为，继续深入研究TCR/CD3所介导的信息传递过程及信息分子的表达，对阐明辐射免疫学 适应性反应的发生机理具有重要意义。
本课题受国家自然科学基金资助(项目号：39170275)
参考文献
1 刘树铮.低剂量辐射生物效应研究进展.国内外医学科学进展，1992:52-58 .
, http://www.100md.com
2 刘树铮.辐射免疫学研究的现状和展望.中华放射医学与防护杂志，1989，9：313-3 19.
3 Luckey TD.Hormesis and nurture with ionizing radiation.In:Ellsaesser HW ed. G lobal 2000 revisited.New York:Paragon House,1992.189-251.
4 鞠桂芝，宋春华，刘树铮.低剂量辐射诱导免疫适应性反应的剂量效应.中华放射医学 与防护杂志，1994，14：15-18.
5 鞠桂芝，宋春华，刘树铮.低剂量辐射诱导免疫适应性反应的最佳时间.中华放射医学 与防护杂志，1994，14：311-313.
6 刘树铮，苏旭，张迎春.小剂量X射线全身照射后淋巴细胞TCR/CD3表达和[Ca2+ ]i的变化.辐射研究与辐射工艺学报，1994，12：61-63.
, http://www.100md.com
7 苏旭，张迎春，刘树铮.不同剂量辐射对胸腺细胞四个亚组的影响.中华放射医学与防 护杂志，1995，15：103-105.
8 Liu Shuzheng,Su Xu,Zhang Yingchun,et al.Signal transduction in lymphocytes after low dose radiation.Inter J Occup Med Toxicol,1994,3:107-117.
9 苏旭，张迎春，刘树铮.胸腺细胞成熟分化不同阶段的辐射敏感性.辐射研究与辐射工 艺学报，1998，16：38-41.
(收稿:1998-09-14 修回：1999-02-01), 百拇医药