氢气通过减少活性氧生成抑制线粒体凋亡发挥对小鼠精原细胞的电离辐射防护作用

氢气通过减少活性氧生成抑制线粒体凋亡发挥对小鼠精原细胞的电离辐射防护作用
本论文概述来自《第二军医大学学报》
作者：马龙，蔡山林，郝伟，高福，李百龙，郭佳铭，颜宏利
随着核能在军事、医疗和能源等领域的广泛应用，电离辐射对人类健康的影响越来越引起人们的关注。国际癌症研究机构全球癌症观测站报告，2018年全球新增癌症病例总数超过 1 800万。有50%～60%的癌症患者需要应用放射治疗。由于医学成像和图像引导干预的需要，美国的电离辐射总暴露剂量从 1980 年到 2014年增加了6 倍。男性生殖系统对电离辐射极为敏感，即使是非常低的剂量也会对精原细胞造成显著的损伤。目前对于男性生殖系统电离辐射损伤还缺乏良好的辐射防护措施，寻找安全、有效的辐射防护剂对于防护男性生殖系统电离辐射损伤具有重要意义
氢气在缺血/再灌注损伤、器官移植、代谢综合征、炎症和急性放射病等领域发挥了保护性作用。其中，氢气的辐射防护效应 已经在多项体内、外研究中得到证实，尤其值得关注。本课题组前期研究也表明，富氢气溶液在动物水平和细胞水平都有较好的辐射防护效果。 本研究以小鼠精原细胞系 GC-1 细胞为研究对象， 观察在细胞培养系统中添加氢气对 GC-1 细胞的辐射防护效果，探讨氢气的辐射防护作用机制，为氢气在辐射防护方面的研究提供理论和实验基础。
 
氢气升高照射后GC-1细胞活力
CCK-8检测结果显示，照射组 GC-1 细胞的活力［（93.00± 2.03）%］ 较对照组［（100.00±3.49）%］降低 （P＜0.01），照射加氢气组细胞活力［（102.76± 4.93）%］较照射组升高（P＜0.01）。结果表明氢气对电离辐射导致的GC-1细胞活力降低有防护作用。
 
氢气缓解照射后GC-1细胞凋亡率升高
流式细胞术检测结果（图 2）显示，照射组GC-1 细胞凋亡率［（27.54±1.68）%］较对照组［（16.90±0.08）%］升高 （P＜0.01），照射加氢气组细胞凋亡率［（21.10± 0.40）%］较照射组降低（P＜0.01）。结果表明氢气对电离辐射导致的GC-1 细胞凋亡率升高有防护作用。

 
氢气缓解照射后 GC-1 细胞内ROS水平的升高
DCFH-DA 荧光探针法检测结果（图 3） 显示，照射组GC-1 细胞内ROS水平（灰度值219.41±10.44）较对照组（灰度值 80.46±14.43） 升高（P＜0.01），照射加氢气组细胞内ROS 水平（灰度值 143.37±10.26）较照射组降低（P＜0.01）。 结果表明氢气能缓解电离辐射后 GC-1 细胞内ROS水平的升高。  
氢气缓解照射后 GC-1 细胞内线粒体膜电位降低
JC-1荧光探针法检测结果（图4）显示， 照射组GC-1细胞内线粒体膜电位（JC-1聚合物/单体 1.50±0.05）较对照组（JC-1 聚合物 / 单体 2.17±0.10）降低（P＜0.01），照射加氢气组细胞内线粒体膜电位（JC-1 聚合物 / 单体 1.65±0.04）较照射组升高（P＜0.05）。结果表明氢气能缓解电离辐射诱导的 GC-1 细胞内线粒体膜电位降低。  
氢气缓解照射后 GC-1 细胞中线粒体凋亡通路蛋白的表达升高
蛋白质印迹法检测结果（图 5） 显示，照射组GC-1细胞中Bax、Cyt-c 和 cleavedcaspase 3 的表达水平（分别为0.49±0.03、 0.49±0.03、0.76±0.04）均高于对照组（分别为 0.26±0.03、0.11±0.02、0.24±0.02，P均＜0.01）， 而照射加氢气组细胞中Bax、Cyt-c和 cleavedcaspase 3的表达水平（分别为0.40±0.03、0.33± 0.03、0.53±0.02）均低于照射组（P＜0.05 或 P＜ 0.01）。结果表明氢气能缓解电离辐射后 GC-1 细胞中线粒体凋亡通路蛋白的表达水平升高。  
目前，公认的细胞凋亡通路主要有 3 条，分别是以Fas介导的 caspase 8 激活为标志的死亡受体通路、以 caspase 9 和 caspase 3 激活为标志的线粒体通路及内质网通路。细胞受到凋亡刺激（如 γ 射线、ROS 过高）后会引起 Bax与B淋巴细胞瘤2同源拮抗剂（B-cell lymphoma 2 antagonist/killer， Bak）形成低聚物复合体，插入到线粒体外膜孔隙，导致线粒体渗透压改变、跨膜电位丢失，促使 Cyt-c 从线粒体释放到细胞质。Cyt-c 与细胞凋亡激活因子1结合形成凋亡复合体，活化 caspase 9 前体，从而激活 caspase 3 和 caspase 7 引发 caspase 级联反应，进而诱发细胞凋亡。
 
本研究结果表明，氢气可以抑制照射后 GC-1 细胞内Bax和 Cyt-c 的表达、抑制 caspase 3 的激活，最终抑制线粒体凋亡通路的激活，发挥电离辐射损伤防护效应。 综上所述，氢气对GC-1 细胞具有较好的辐射防护作用，作用机制与其清除 ROS、保护线粒体膜电位、抑制线粒体凋亡通路有关，在辐射防护方面有广泛的应用前景。