1、医学放射生物学刘芬菊放射生物学放射生物学（辐射生物学Radiobiology）是 一 门 研 究 电 离辐 射 对 生 命 系 统 作 用 规 律 的 科学。其 研 究 内 容：生 命 系 统 吸收 射 线 能 量 以 后 的 全 部 变 化。主 要 任 务 是 研 究 射 线 对 生 命 物质 和 各 种 细 胞、组 织、器 官 和系 统 的 作 用 规 律 及 机 理，为 保障 人 体 安 全 和 健 康，探 索 有 效防 治 措 施 和 提 高 治 疗 水 平 提 供理 论 基 础，使 射 线 和 核 技 术 更好 的 为 人 类 服 务医学放射生物学刘芬菊放射生物学2 医学放射生物学n
2、医学放射生物学 (medical radiobology)是放射医学的基础，重点研究电离辐射对机体，特别是人体的影响；它为放射防护，放射损伤和放射治疗提供生物理论依据。医学放射生物学刘芬菊放射生物学3放射生物学研究的主要内容n1.大剂量照射所致淋巴细胞及其亚群的损伤效应n2.低剂量照射对淋巴细胞及其亚群的刺激效应n3.低剂量照射自由基生物效应的研究n4.大剂量照射DNA修复基因的表达及功能研究医学放射生物学刘芬菊放射生物学4放射损伤（radiation injuse)n-即电离辐射作用于身体后引起的损伤。主要来源于外照射的线，射线或其它射线和进入身体后内照射的放射性物质（医疗照射和治疗），造成
3、损伤的原因是照射剂量过大。医学放射生物学刘芬菊放射生物学5放射损伤（radiation injuse)n还有在应用放射性物质过程中不遵守安全操作规程等。n 放射损伤分为全身性（放射病）和局部性（放射性灼伤）和复合伤（急性放射病合并放射性灼伤）等种类。医学放射生物学刘芬菊放射生物学6 放射医学与防护研究成果 的三个方面n1 辐射效应的基础和应用基础研究方面，已形成了相对稳定，不断深入地发展方向和研究体系，例如分子生物学的研究，辐射流行病学的研究，低剂量刺激效应研究和放射复合伤的研究等都取得了长足的进展，在国内外同行中有很大影响，在国际上占有一席之地。医学放射生物学刘芬菊放射生物学72放射医学临床
4、与实验研究方面，急性放射医学临床与实验研究方面，急性放射病的诊断与治疗取得了很大进展，放射病的诊断与治疗取得了很大进展，在某些方面达到国际水平。放射病临床在某些方面达到国际水平。放射病临床与基础相结合的研究和中西医结合治疗与基础相结合的研究和中西医结合治疗全身和局部放射损伤的研究等都取得了全身和局部放射损伤的研究等都取得了很大进展并具有中国特色。很大进展并具有中国特色。核事故与放核事故与放射事故医学应急响应也逐步形成了一个射事故医学应急响应也逐步形成了一个比较完整的研究体系。另外，重离子治比较完整的研究体系。另外，重离子治疗的放射生物学研究已开始起步并取得疗的放射生物学研究已开始起步并取得了可
5、喜的成绩。了可喜的成绩。医学放射生物学刘芬菊放射生物学8n3 辐射剂量与放射防护方面，放疗剂量，诊断剂量，核医学剂量，环境剂量，个人剂量，事故剂量，生物剂量和活度剂量等的研究和应用中都取得很大成绩，并引入了一些新的方法和技术。职业照射防护，医学照射防护，人为抗高天然辐射照射的剂量与评价，医疗照射的质量保证和质量控制以及放射卫生法规标准和监督检测等的研究和实际工作都有新的进展。在辐射剂量与放射防护的某些方面已达到国际水平。医学放射生物学刘芬菊放射生物学9概 述n射线的发现对科技发展产生深远的影 响：n1895年12月28日，伦琴（W.C.Roentgen)发现射线。n1896年1月Grubbe用
6、射线治疗一例乳腺癌n1896年4月danidls报道照射后脱发n贝克勒尔（H.Becquerel)报道了铀发出的放射性。医学放射生物学刘芬菊放射生物学10 概 述n不久居里夫妇成功分离出镭，提出了“放射性”n1934年约里奥-居里夫妇发现人工放射性医学放射生物学刘芬菊放射生物学11 n 概 述n随着线研究和应用的发现，电离辐射的生物效应，皮肤损伤，及其癌症的报导屡见不鲜，居里夫人因患白血病而亡，约里奥居里夫妇也导致了组织损伤的发生。n 贝克勒尔把铀放在衣袋内致使该处皮肤烧伤。医学放射生物学刘芬菊放射生物学12临床放射医学研究的内容临床放射医学研究的内容电离辐射对人体的作用与整个人类历史的发展共
7、存.放射学(Radiology)诊断放射学(Diagnostc Radiology):X 线照相,CT,ECT治疗放射学(Therapeutic Radiology):放射治疗在控制癌症中的地位 核医学(Nuclear Medicine):放射免疫医学放射生物学刘芬菊放射生物学13第一章 电离辐射生物学作用的 物理和化学基础n第一节 电离辐射的种类及其与物质的相互作用 1）电磁辐射：是以互相垂直的电场和磁场、随时间变化而交变震荡，形成向前运动的电磁波。如：x、r、微波、红外线波和紫外线都是电磁辐射。2）粒子辐射：通过消耗自己的能量传递给其它物质，主要有：、负介子和带电重离子。医学放射生物学刘芬
8、菊放射生物学14粒子辐射的种类n粒子：由两个中子和两个n 质子组成n粒子或电子：带有一个最小单位负电核的粒子n中子：不带电粒子n负介子：其质量介于电子和质子之间。n重离子：医学放射生物学刘芬菊放射生物学15 中子的种类n热中子能量小于0.5eVn中能中子能量为0.5eV10keVn快中子能量为10keV10或15keVn特快中子能量在1015MeV以上医学放射生物学刘芬菊放射生物学16第二节 电离和激发n一、电离作用：高能粒子和电磁辐射的能量被生物组织吸收后引起效应的最重要的原初过程。n二、激发作用：电离辐射与分子相互作用，其能量不足以将轨道电子击出，使电子跃迁到高能轨道上，使分子处于激发态，
9、这一过程称为：激发作用。n三、水的电离和激发医学放射生物学刘芬菊放射生物学17辐射作用于生物大分子或水分子均可引起电离和激发n H2O_激发_H2O*H*+OH*n n H2O 电离 H2O+e-n +H2O H+OH-n Hn H+OH*H2O eaq-医学放射生物学刘芬菊放射生物学18水的原发辐解产物水的原发辐解产物 H H2 2O-O-H.+.OH+H.+.OH+e-水合水合H H2 2+H2O2+H3O+医学放射生物学刘芬菊放射生物学19水的原初辐解产物的产额n._n 产额 G值n n O H 2.7n H.0.55n e水合水合 2.7n H2 0.45 n H2O2 0.7n H+
10、(H2O3+)2.7n_医学放射生物学刘芬菊放射生物学20第三节 传能线密度与相对生物效能n一、传能线密度（linear energy transfer，LET）：指直接电离粒子在其单位长度径迹上消耗的平均能量，其单位为J/m,常用keV/m 表示，1keV/m=1.602X10-10 J/m。医学放射生物学刘芬菊放射生物学21二、相对生物效能二、相对生物效能（Relative biological effectiveness,RBE）n相对生物效应的定义相对生物效应的定义：X射线（射线（250kV）引）引起某一生物效应所需剂量与所观察的辐射引起某一生物效应所需剂量与所观察的辐射引起同一生物效
11、应所需剂量的比值。起同一生物效应所需剂量的比值。n即：即：X标准标准射线产生生物效应的射线产生生物效应的剂量剂量nRBE=n 所观察辐射所观察辐射引起相同生物效应的剂量引起相同生物效应的剂量医学放射生物学刘芬菊放射生物学22n 或：或：n 所观察的辐射产生的生物效应所观察的辐射产生的生物效应nRBE=n 相同剂量标准射线产生的相同剂量标准射线产生的生物效应生物效应医学放射生物学刘芬菊放射生物学23 三、两者的关系n1.RBE与LET呈正相关关系n2.当LET10keV/m时，RBE随LET上升很小。n3.当LET10keV/m时，RBE随LET增大迅速上升。n4.当LET100keV/m时，R
12、BE随LET增大而下降。医学放射生物学刘芬菊放射生物学24 第四节 自由基n一、自由基的定义和特性n（一）自由基（free radical)的定义n 自由基是指：能够独立存在的、含有一个或一个以上未配对电子的任何原子、分子、离子或原子团。（单独占有原子或分子轨道的电子）n（二）自由基的理化特性：1.自由基具有未配对电子，易与其它电子形成配对键，故具有很高的反应活性。（见P14-15）n2.自由基的半寿期:羟自由基为本10-1010-9sn 水合电子为2.3X10-4 医学放射生物学刘芬菊放射生物学25 二、活性氧与氧自由基二、活性氧与氧自由基n活性氧-是指氧的某些代谢产物和一些由其衍生的含氧物
13、质，统称为活性氧.n1.氧的单电子还原物,如O2-和O-,以及HO2.和.OH;n2.氧的双电子还原物H2O2;n3.烷烃过氧化物ROOH及其均裂产物RO.，ROO；n4.处于激发态的氧、单线态氧和羟基化合物。医学放射生物学刘芬菊放射生物学26二、活性氧与氧自由基n所有含氧自由基都是活性氧(active oxygen species)n 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。n*清除O2-.的超氧化物歧化酶(SOD)n*清除H2O2的过氧化氢酶(CAT)医学放射生物学刘芬菊放射生物学27三、自由基对生物分子的作用n1.自由基对DNA的损伤作用:n1)碱基的损伤:.OH和.
14、H自由基与嘧啶碱基可发生加成和抽氢两类反应。n2)核糖的损伤:单、双链断裂与DNA的碱基缺失。n3）磷酸基的损伤n2.自由基与脂质过氧化（生物膜的损伤）n 脂质过氧化作用是由于氧自由基攻击了生物膜磷脂中的多不饱和脂肪酸引起,形成脂质过氧化物对细胞造成损伤.(如LPO)n 医学放射生物学刘芬菊放射生物学28 3.脂质过氧化作用对 细胞的损伤机制n生物膜主要由脂质和蛋白质组成.脂质中含有最多的成分是磷脂等。n1)细胞膜功能的改变(膜结构的刚柔特性,增加膜的通透性,甚至发生崩解)n2)脂质过氧化过程中形成的活性氧对酶和细胞其它成分的损伤。n3)脂质过氧化物的代谢产物对蛋白质的损伤及其成分的毒性效应。
15、医学放射生物学刘芬菊放射生物学29 四、抗氧化防御功能n1.抗氧化酶类清除自由基酶类的统称n 主要有超氧化物歧化酶(superoxide dismutase SOD)，过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶(Peroxidase)等。n *SOD是一组金属酶,氧自由基(O2.)的专一酶n SOD的三种类型:CuZnSOD，MnSOD和FeSOD。分别存在于细胞的不同部位。(p16-17)医学放射生物学刘芬菊放射生物学30五、抗氧化酶的辐射防护作用n辐射防护是放射生物学工作者面临的 一个重要课题：n1.SOD对脂质过氧化与生物膜损伤的防护作用.n2.SOD对造血干细胞与骨髓损伤的防护作用.(照前及照后
16、给予SOD使小鼠WBC与RBC下降减轻)n3.SOD对小鼠存活率的影响.n (照前注射SOD使受照小鼠死亡率降低)医学放射生物学刘芬菊放射生物学31SOD对照前小鼠红细胞数 变化的效应 (X S)n照射量 红 细 胞 数(X10-9/ml)n(Gy)0.1mol/L NaCl(对照)SOD(35g/g)n4.0 7.8 0.67 8.56 0.96n5.5 4.990.46 8.29 0.53*n6.75 3.341.04 7.39 0.77*n 0 10.57 0.20 10.531.26医学放射生物学刘芬菊放射生物学326.5Gy辐照后小鼠死亡率(n=48)nSOD(mg/Kg体重)30d
17、死亡率(%)n对照(0.1mol/LNaCl 85n 15 26n 35 21n 70 45n_100 32_医学放射生物学刘芬菊放射生物学33第五节第五节 直接作用与间接作用直接作用与间接作用n一、直接作用：一、直接作用：电离辐射的能量直接沉积与电离辐射的能量直接沉积与生物大分子，引起生物大分子的电离和激发，生物大分子，引起生物大分子的电离和激发，破坏机体的核酸、蛋白质、酶等具有生命功破坏机体的核酸、蛋白质、酶等具有生命功能的物质。能的物质。n二、间接作用：二、间接作用：电离辐射首先直接作用与水，电离辐射首先直接作用与水，使水分子产生一系列原发辐射分解产物，然使水分子产生一系列原发辐射分解产
18、物，然后通过水的辐射分解产物再作用于生物大分后通过水的辐射分解产物再作用于生物大分子。间接作用的几个效应如下：子。间接作用的几个效应如下：医学放射生物学刘芬菊放射生物学34 1.稀释效应稀释效应 一定数量的电离一定数量的电离辐射产生固定数量的自由基辐射产生固定数量的自由基,如如果是间接作用果是间接作用,失活溶质分子数，失活溶质分子数，与固定数量的自由基有关，与与固定数量的自由基有关，与溶液浓度无关。失活分子的百溶液浓度无关。失活分子的百分数随溶液浓度增加而下降。分数随溶液浓度增加而下降。(p19)医学放射生物学刘芬菊放射生物学35 2.氧效应n 受照射的组织、细胞或溶液，其受照射的组织、细胞或
19、溶液，其辐射效应随氧浓度的增加而增加，辐射效应随氧浓度的增加而增加，这种现象在放射这种现象在放射 生物效应中称为氧生物效应中称为氧效应效应(Oxygen effect)。治疗肿瘤治疗肿瘤时瘤细胞在增加氧的条件下，辐射时瘤细胞在增加氧的条件下，辐射敏感性增高，可提高治疗敏感性增高，可提高治疗.(p19)医学放射生物学刘芬菊放射生物学36n3.保护效应保护效应n受照射体系中由于有其它物质的存在，使辐受照射体系中由于有其它物质的存在，使辐射对溶质的操作效应减轻。射对溶质的操作效应减轻。n 4.温度效应温度效应 降低温度或置于冰冻状态可降低温度或置于冰冻状态可使辐射损伤减轻。使辐射损伤减轻。医学放射生
20、物学刘芬菊放射生物学37第六节第六节 氧效应与氧增强比氧效应与氧增强比n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。n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。n三、氧浓度对氧效应的影响n四、照射时间对氧效应的影响n五、氧效应的发生机制医学放射生物学刘芬菊放射生物学38 LET与OER的关系n氧增强比（OER）为LET的函数，低LET（、）射线，OER=2.53.0。随着LET增加，OER快速下降，这与 RBE的迅速上升位置是相同的。LET约等于100keV/m的地方。医学放射生物学刘芬菊放射生物学
21、39第七节 靶学说和靶分子n一、单击模型n二、多击模型n三、单靶与多靶模型n四、DNA双链断裂模型n五、靶分子医学放射生物学刘芬菊放射生物学40第八节第八节 辐射增敏及辐射防护辐射增敏及辐射防护 n一、辐射增敏剂一、辐射增敏剂 1.DNA前体碱基类似物前体碱基类似物 2.乏氧细胞增敏剂乏氧细胞增敏剂 3.巯基抑制剂巯基抑制剂 4.类氧化合物类氧化合物 5.其它其它n 医学放射生物学刘芬菊放射生物学41 二、辐射防护剂二、辐射防护剂n1.硫氢化合物硫氢化合物（含（含SH基）基）n 巯基乙酸、谷光甘肽、色氨酸、胱氨巯基乙酸、谷光甘肽、色氨酸、胱氨n 酸及半胱氨酸酸及半胱氨酸n2.具有具有碱基碱基功
22、能功能n 胺类：组胺及胺类：组胺及5-羟色胺羟色胺n3.生物反应修饰剂生物反应修饰剂：n 内毒素、植物多糖、雌激素等内毒素、植物多糖、雌激素等n4.中药制剂中药制剂:如如 姜黄、云脂多糖、榄香姜黄、云脂多糖、榄香烯 等医学放射生物学刘芬菊放射生物学42 第九节第九节 影响电离辐射生物影响电离辐射生物 效应的主要因素效应的主要因素n影响生物效应的主要因素有两个影响生物效应的主要因素有两个:n一、与一、与辐射辐射有关的因素有关的因素n 1.射线的种类射线的种类(电离密度和穿透能力是影响电离密度和穿透能力是影响生物学作用的重要生物学作用的重要)因素。因素。n 2.辐射剂量辐射剂量 照射剂量与生物效应
23、之间存在照射剂量与生物效应之间存在一定的相依关系一定的相依关系.（LD50）n 总的规律总的规律：是剂量愈大，效应愈显著，但：是剂量愈大，效应愈显著，但不完全呈线性关系。不完全呈线性关系。医学放射生物学刘芬菊放射生物学43 半数致死量（LD50）n定义：将引起被照射机体死亡50%所需的剂量称为半致死剂量（LD50），作为衡量机体放射敏感性的参数。n LD50愈小，机体放射敏感性愈高。nLD50/30表示30日内引起动物或人50%死亡的剂量。（见P30）医学放射生物学刘芬菊放射生物学44 3.辐射剂量率辐射剂量率n 辐射剂量率辐射剂量率：是指单位时间内机：是指单位时间内机体所接受的照射剂量。常用
24、体所接受的照射剂量。常用 Gy/d，Gy/h，Gy/min或或Gy/s表示。在表示。在一般情况下，剂量率与生物效应呈一般情况下，剂量率与生物效应呈正比关系，要引起急性放射损伤必正比关系，要引起急性放射损伤必须要达到一定的剂量率阈值。须要达到一定的剂量率阈值。医学放射生物学刘芬菊放射生物学45 4.分次照射分次照射n 分次照射是指同一剂量的辐射，分次照射是指同一剂量的辐射，分次照射所产生的生物效应低于分次照射所产生的生物效应低于一次照射，分次愈多，分次间隔一次照射，分次愈多，分次间隔时间愈长，生物效应愈小。时间愈长，生物效应愈小。医学放射生物学刘芬菊放射生物学46 5.照射部位照射部位n机体受照
25、部位不同，所产生的生物机体受照部位不同，所产生的生物效应亦不尽相同。效应亦不尽相同。n 其严重程度为腹部其严重程度为腹部盆腔盆腔头颈头颈胸部胸部四肢四肢医学放射生物学刘芬菊放射生物学47 6.照射面积n 内照射n7.照射方式外照射(单向或多向)n 混合照射n 医学放射生物学刘芬菊放射生物学48 二、与机体有关的因素放射敏感性：不同器官,组织和细胞的放射敏感性与分裂活动成正比，与分化程度成反比。医学放射生物学刘芬菊放射生物学49 1.种系的放射敏感性n 随种系演化不同阶段，其敏感性规律是种系演化愈高，机体组织结构愈复杂，放射敏感性愈高。n 不同动物或不同品系之间辐射敏感性有很大差异，其敏感顺序：
26、豚鼠狗人兔小鼠大鼠医学放射生物学刘芬菊放射生物学50 2.个体发育的放射敏感性n总的规律是:放射敏感性随个体发育过程逐渐降低,即越幼稚的动物越敏感,相对成熟的动物（成年动物机体）敏感性较低.医学放射生物学刘芬菊放射生物学51 3.不同器官、组织和细胞 的放射敏感性n敏感性规律：一种组织的放射敏感性与其细胞的分裂活动成正比而与其分化程度成反比。n 人体各种组织的放射敏感性顺序：n1）高度敏感组织：淋巴组织、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺和胚胎组织。医学放射生物学刘芬菊放射生物学52 不同器官、组织和细胞 的放射敏感性n2）中度敏感组织：感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、唾液腺、肾、肝、肺组织的上皮组织。
27、n3）轻度敏感组织：中枢神经系统、内分泌腺、心脏。n4）不敏感组织：肌肉组织、软骨和骨组织、结缔组织。医学放射生物学刘芬菊放射生物学53 放射敏感性的特殊规律n 一般来讲，对于多种细胞是愈幼稚愈敏感；成熟者不敏感但是对于淋巴细胞来说不符合这个规律：n*淋巴细胞从幼稚到成熟各个阶段都敏感。医学放射生物学刘芬菊放射生物学54 4.亚细胞和分子水平的 放射敏感性n生物大分子的放射敏感性顺序:nDNA mRNA rRNA 和 tRNA 蛋白质医学放射生物学刘芬菊放射生物学55 第二章第二章 电离辐射的分电离辐射的分 子生物学效应子生物学效应n 医学放射生物学刘芬菊放射生物学56正常正常DNA分子结构分
28、子结构DNA是一个由4种单位组成的双螺旋大分子：即嘌呤碱腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）嘧啶碱胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）这些碱基排列成两条线性列阵（或链），中间以氢键结合在一起，外侧则以非共价键与糖-磷酸残基相连接（DNA骨架）。腺嘌呤与胸腺嘧啶配对（A：T碱基对），鸟嘌呤与胞嘧啶配对（G：C碱基对），使DNA的一条链具有另一条链的互补序列。医学放射生物学刘芬菊放射生物学57n第一节第一节 电离辐射所致电离辐射所致DNAn 损伤及其生物学意义损伤及其生物学意义医学放射生物学刘芬菊放射生物学58 细胞核的放射敏感性细胞核的放射敏感性n1.用用210Po沉积于细胞，用沉积于细胞，用射射线照射核或细胞浆
29、；其胞核的平线照射核或细胞浆；其胞核的平均致死剂量均致死剂量1.5Gy,而细胞浆细而细胞浆细胞浆受照剂量胞浆受照剂量250Gy,其核敏感其核敏感性要比胞浆大性要比胞浆大100倍。倍。医学放射生物学刘芬菊放射生物学59n2.用氚水与氚标记的用氚水与氚标记的3H-TdR比较比较辐射效应，辐射效应，3H-TdR是是DNA合成的合成的特异前体物质，故可进入细胞核特异前体物质，故可进入细胞核DNA中，而氚水则均匀分布于细中，而氚水则均匀分布于细胞内，即需要胞内，即需要1000倍倍的氚水才能的氚水才能引起与引起与3H-TdR标记产生同等的损标记产生同等的损伤。伤。医学放射生物学刘芬菊放射生物学60 n辐射
30、所致辐射所致DNA损伤的类型：损伤的类型：nDNA链断裂、链断裂、DNA 碱基损伤、碱基损伤、DNA交联交联n一、一、DNA链断裂链断裂n 单链断裂（单链断裂（single strand break，SSB)n 双链断裂（双链断裂（double strand break，DSB).医学放射生物学刘芬菊放射生物学611.DNA断裂的分子机制断裂的分子机制n由于磷酸二酯键或脱氧戊糖的破坏；由于磷酸二酯键或脱氧戊糖的破坏；由于碱基破坏或脱落形成链上的不稳由于碱基破坏或脱落形成链上的不稳定位点。定位点。n(1)脱氧戊糖和磷酸二酯键的破坏脱氧戊糖和磷酸二酯键的破坏n 由于辐解产物（水合电子、羟自由由于辐
31、解产物（水合电子、羟自由基和氢自由基）的形成。基和氢自由基）的形成。nDNA断裂主要与羟自由基的作用有关断裂主要与羟自由基的作用有关医学放射生物学刘芬菊放射生物学62n(2)碱基的损伤碱基的损伤n 在充氧情况下的照射，碱基的在充氧情况下的照射，碱基的损伤主要是由于羟自由基损伤主要是由于羟自由基(.OH)所所致。致。医学放射生物学刘芬菊放射生物学63 测定测定DNA碱基损伤的方法碱基损伤的方法n1)气相色谱气相色谱/质谱法质谱法n2)碱几基切除修复酶识别法碱几基切除修复酶识别法n3)胸腺嘧啶乙二醇的超敏感方法胸腺嘧啶乙二醇的超敏感方法,将将抗抗体检测与毛细管电泳相结合体检测与毛细管电泳相结合.医
32、学放射生物学刘芬菊放射生物学64 2.不同条件下辐照所致不同条件下辐照所致DNA链断裂链断裂nA.充氧情况下使糖基（脱氧戊糖）破坏，充氧情况下使糖基（脱氧戊糖）破坏，引起引起DNA链断裂。链断裂。nB.固态下照射固态下照射DNA脱氧戊糖破坏脱氧戊糖破坏DNA链断裂链断裂nC.细胞中细胞中DNA受照后引起的链断裂受照后引起的链断裂n 在碱性条件下测定在碱性条件下测定DNA链断裂。链断裂。医学放射生物学刘芬菊放射生物学65*3.DNA链断裂的主要特点链断裂的主要特点n 1)单链断裂与双链断裂的比值单链断裂与双链断裂的比值n DSB约为约为SSB的的1/101/20n SSB由一个自由基攻击引起。由
33、一个自由基攻击引起。n DSB必须由两个以上自由基引起。必须由两个以上自由基引起。n一定能量的射线所产生的一定能量的射线所产生的SSB和和DSB有一个大致的比值，但比值不有一个大致的比值，但比值不是恒定的。是恒定的。医学放射生物学刘芬菊放射生物学66 2）LET对链断裂的影响对链断裂的影响n各种射线对链断裂效应的顺序：各种射线对链断裂效应的顺序：n 中子中子射线、射线、紫外线紫外线nSSB与与DSB的比值与的比值与LET的高低有的高低有关。随着关。随着LET的升高，的升高，SSB减少，减少，DSB增多。增多。医学放射生物学刘芬菊放射生物学67 低低LET辐射所致哺乳动物辐射所致哺乳动物 细胞细
34、胞 内内DNA损伤的产额损伤的产额 n 损损 伤伤 类类 型型 产额（每细胞缺陷数产额（每细胞缺陷数Gy-1)n 单链断裂单链断裂 1000n 碱基损伤碱基损伤 500n 双链断裂双链断裂 40n蛋白质胶联蛋白质胶联 150 医学放射生物学刘芬菊放射生物学683）氧效应对链断裂的影响）氧效应对链断裂的影响n氧效应可增加链断裂的程度：氧效应可增加链断裂的程度：n主要原因是主要原因是氧效应可增加羟自由氧效应可增加羟自由基的产生。基的产生。医学放射生物学刘芬菊放射生物学694）DNA链发生的部位链发生的部位n剂量不同，剂量不同，DNA碱基发生断裂的概率亦不同。碱基发生断裂的概率亦不同。n当剂量当剂量
35、10Gy照射时，碱基断裂顺序照射时，碱基断裂顺序GATC。n当剂量当剂量 4080Gy照射时，碱基断裂顺序照射时，碱基断裂顺序TGAC。医学放射生物学刘芬菊放射生物学70 5）DNA链断裂与细胞辐射敏感性链断裂与细胞辐射敏感性nDNA的断裂程度与辐射敏感性有关。的断裂程度与辐射敏感性有关。n不同哺乳动物细胞对辐射的敏感性有不同哺乳动物细胞对辐射的敏感性有很大差异，很大差异，平均致死剂量（平均致死剂量（D0）亦不亦不同。同。n（例（例P41）医学放射生物学刘芬菊放射生物学71 DNA自然断裂的发生自然断裂的发生n通常情况下通常情况下DNA断裂的本底水平可达断裂的本底水平可达总总DNA的百分之几。
36、一般方法难以测的百分之几。一般方法难以测量，常引入凝胶模块的方法来解决。量，常引入凝胶模块的方法来解决。医学放射生物学刘芬菊放射生物学72二、二、DNA交联交联 DNA交联是指一条链上的碱基与另一交联是指一条链上的碱基与另一条链上的碱基以共价键结合的形式。条链上的碱基以共价键结合的形式。DNA交联分为三种形式：交联分为三种形式：a.DNA链间交联链间交联b.DNA链内交联链内交联c.DNA-蛋白质交联蛋白质交联医学放射生物学刘芬菊放射生物学73 1.DNA-蛋白质交联（蛋白质交联（DPC）n1）DPC存在的证据存在的证据n 用碱性洗脱法检测用碱性洗脱法检测DPC的形成：将的形成：将细胞照射后，
37、用蠕动泵将样品收集在细胞照射后，用蠕动泵将样品收集在微孔滤膜上微孔滤膜上用脱氧核糖核酸酶用脱氧核糖核酸酶（DNase)消化滤膜上的消化滤膜上的DPC中中DNA，通过同位素（通过同位素（3H或或14C）标记观察蛋）标记观察蛋白质的存留率，可观察到白质的存留率，可观察到DNA因因DPC的破坏被洗脱下来，使膜上残留率下的破坏被洗脱下来，使膜上残留率下降。降。医学放射生物学刘芬菊放射生物学742)氧效应对氧效应对DPC形成的影响形成的影响n有氧条件下进行紫外线照射有氧条件下进行紫外线照射交联量增加交联量增加n有氧条件下进行有氧条件下进行线照射线照射交联量减少；交联量减少；反反之产生的交联反应增强之产生
38、的交联反应增强。n3）温度对）温度对DPC形成的影响形成的影响n 过热能增加肿瘤细胞过热能增加肿瘤细胞DPC的形成而用于放的形成而用于放射治疗的增敏。射治疗的增敏。n4）染色质状态）染色质状态对对DPC形成的影响形成的影响医学放射生物学刘芬菊放射生物学75 2.DNA-DNA链间的交联链间的交联n在放射生物学中研究在放射生物学中研究DNA-DNA链间的链间的交联的报道较少。交联的报道较少。n在干燥及含在干燥及含25%水的水的DNA中链间断裂中链间断裂占优势；随着水分子的增加占优势；随着水分子的增加DNA链断链断裂生成率上升，而链间断裂下降。裂生成率上升，而链间断裂下降。医学放射生物学刘芬菊放射
39、生物学76 3.DNA链内交联链内交联-嘧啶嘧啶 二聚体的形成二聚体的形成n电离辐射引起二聚体形成很少电离辐射引起二聚体形成很少n二聚体形成是紫外线照射引起二聚体形成是紫外线照射引起DNA的特征性改变。的特征性改变。n二聚体形成是紫外线照射后胸腺嘧二聚体形成是紫外线照射后胸腺嘧啶自由基加合而成。啶自由基加合而成。n 医学放射生物学刘芬菊放射生物学77一、单击模型一、单击模型二、多击模型二、多击模型三、单靶与多三、单靶与多靶模型靶模型四、四、DNA双链双链断裂模型断裂模型五、靶分子五、靶分子 射线射线医学放射生物学刘芬菊放射生物学78DNA双链中双链中一条链断裂一条链断裂者称为单链者称为单链断裂
40、，断裂，(Single Strand Break,SSB)医学放射生物学刘芬菊放射生物学79两条链在同一两条链在同一处或相邻处断处或相邻处断裂者称为双链裂者称为双链断裂，断裂，(Double Strand Break BSB)医学放射生物学刘芬菊放射生物学80BRCA1/BRCA2ATM/ATRPARPDNA复制hRAD50hMRE11NBS1人细胞受电离辐射损伤后人细胞受电离辐射损伤后DNA修复途径中的重要基因修复途径中的重要基因医学放射生物学刘芬菊放射生物学81hRAD51,hRAD52hRAD54,XRCC2XRCC3hNTH/hOGG1HAP1XPGPOL(聚合酶聚合酶beta）XRC
41、C1LIG3（连接酶（连接酶III）回主页医学放射生物学刘芬菊放射生物学82二聚体二聚体医学放射生物学刘芬菊放射生物学83三、三、DNA二级和三级结构的变化二级和三级结构的变化n1.增色效应和增色效应和Tm值值随着随着DNA大分大分子发生变性和降解程度增加，其克原子子发生变性和降解程度增加，其克原子磷消光系数值增大，这种现象称为磷消光系数值增大，这种现象称为“增增色效应色效应”n 增色效应是有限度的增色效应是有限度的,当照射剂量当照射剂量不断加大，不断加大，DNA结构受到进一步损伤，结构受到进一步损伤，增色效应消失增色效应消失.n 医学放射生物学刘芬菊放射生物学84n 2.旋光色散和圆二色性旋
42、光色散和圆二色性n 可用原子吸收光谱仪测定可用原子吸收光谱仪测定n 3.粘度粘度n DNA溶液粘度的改变可反映出溶液粘度的改变可反映出DNA结构的改变结构的改变医学放射生物学刘芬菊放射生物学85四、四、DNA损伤的生物学意义损伤的生物学意义n DNA结构的完整与稳定在生物学结构的完整与稳定在生物学上有着特别重要的意义。上有着特别重要的意义。n 在射线作用下，在射线作用下，DNA碱基的损碱基的损伤或脱落改变了密码，引起基因的伤或脱落改变了密码，引起基因的突变。突变。医学放射生物学刘芬菊放射生物学86第二节第二节 辐射引起辐射引起 DNA功能与功能与 代谢改变代谢改变DNA是遗传的重要物质，受照射
43、后引起是遗传的重要物质，受照射后引起DNA分子结构的破坏和代谢的改变。分子结构的破坏和代谢的改变。（一）（一）DNA合成抑制，用合成抑制，用3氢氢胸腺嘧啶胸腺嘧啶核苷（核苷（3HTDR）掺入法测定）掺入法测定DNA合成合成速率。速率。n 医学放射生物学刘芬菊放射生物学87 一、辐射对一、辐射对DNA生物合成的生物合成的 抑制作用与机制抑制作用与机制1.剂量剂量-效应关系效应关系 DNA合成速率常以放射性同位素标记合成速率常以放射性同位素标记的前体参入率来测定。常用前体物质的前体参入率来测定。常用前体物质有高纯度的有高纯度的3H和和14C标记的特异性碱基。标记的特异性碱基。电离辐射可抑制电离辐射
44、可抑制3H-TdR参入细胞参入细胞DNA的速率下降。的速率下降。医学放射生物学刘芬菊放射生物学88 2.DNA合成抑制机制合成抑制机制（1）核苷酸形成障碍）核苷酸形成障碍DNA合成合成 n（2）能量代谢障碍）能量代谢障碍n（3）与）与DNA合成有关的酶反应受抑制合成有关的酶反应受抑制n（4）模板损伤）模板损伤n 引起引起DNA模板损伤，是在较大剂量照射时发生模板损伤，是在较大剂量照射时发生的。的。n（5）对）对DNA复制复制过程过程 的影响的影响n射线破坏细胞内DNA复制的调控机制医学放射生物学刘芬菊放射生物学893.辐射对细胞合成期的影响辐射对细胞合成期的影响n1）电离辐射对细胞周期各个阶段
45、产生）电离辐射对细胞周期各个阶段产生不同程度的影响不同程度的影响;不同种属细胞在细胞间不同种属细胞在细胞间期照射期照射,产生的影响也不同。产生的影响也不同。n2)S期期 DNA合成合成抑制抑制n S期期进入进入G2期的速度减慢，其期的速度减慢，其S期期延延长。长。医学放射生物学刘芬菊放射生物学90医学放射生物学刘芬菊放射生物学91医学放射生物学刘芬菊放射生物学92医学放射生物学刘芬菊放射生物学93二、二、辐射对辐射对DNA分解代谢的影响分解代谢的影响n DNA合成抑制合成抑制n1.电离辐射电离辐射-DNA代谢增强代谢增强n Dnasen2.DNA降解程度与时间和剂量有关降解程度与时间和剂量有关
46、(P50)n3.DNA降解的辐射损伤指标降解的辐射损伤指标(P50-51)医学放射生物学刘芬菊放射生物学94第三节第三节 染色质的辐射生物学效应染色质的辐射生物学效应n 与与DNA损伤修复有密切关系的另一个因素是真损伤修复有密切关系的另一个因素是真核细胞的染色质结构。核细胞的染色质结构。n 而而染色质染色质包括：包括：DNA、组蛋白、非组蛋白及、组蛋白、非组蛋白及少量少量RNA。n 一、染色质的辐射敏感性一、染色质的辐射敏感性n 1.染色质染色质 常染色质常染色质:活性染色质活性染色质n 异染色质异染色质:非活性染色质非活性染色质(染色体染色体)n 2.核小体核小体 n 医学放射生物学刘芬菊放
47、射生物学95 第四节第四节 DNA辐射损伤的辐射损伤的 修复及其遗传学控制修复及其遗传学控制n一、一、DNA损伤修复的不同类型损伤修复的不同类型n1.DNA单链断裂的修复单链断裂的修复n 绝大多数正常细胞都能修复单链断裂。绝大多数正常细胞都能修复单链断裂。n 例：用例：用射线照射中国仓鼠卵巢细胞射线照射中国仓鼠卵巢细胞（CHO），保温不同时间后测，保温不同时间后测DNA单链断裂单链断裂修复的程度。修复的程度。医学放射生物学刘芬菊放射生物学96 2.DNA双链断裂的修复双链断裂的修复用中性洗脱法显示，在用中性洗脱法显示，在射线射线100Gy照射后，保温照射后，保温30min，膜上膜上DNA残存量
48、均增加残存量均增加20%左左右，说明双链断裂得到了部分右，说明双链断裂得到了部分修复。（修复。（P57)医学放射生物学刘芬菊放射生物学97 3.碱基损伤的修复碱基损伤的修复n 碱基的修复主要是紫外线引起的二碱基的修复主要是紫外线引起的二聚体改变聚体改变,受照射后经过保温受照射后经过保温,可以使可以使二聚体二聚体n减少减少,但损伤碱基只是部分修复但损伤碱基只是部分修复。医学放射生物学刘芬菊放射生物学984.DNA修复合成修复合成n DNA修复合成不同于细胞增殖过程中的修复合成不同于细胞增殖过程中的合成合成,与细胞周期无关，研究确定，称为与细胞周期无关，研究确定，称为DNA期外合成或程序外合成期外
49、合成或程序外合成(UDS)，n 方法可用方法可用3H-TdR参入法。参入法。医学放射生物学刘芬菊放射生物学99二、二、DNA的损伤修复机制的损伤修复机制n1.回复修复回复修复n 定义：定义：回复修复是细胞对回复修复是细胞对DNA某些损伤某些损伤修复的一种简单方式，包括酶光复活修复、修复的一种简单方式，包括酶光复活修复、单链断裂的重接和嘌呤的直接插入。单链断裂的重接和嘌呤的直接插入。n酶光复活修复酶光复活修复主要是低等生物修复紫外线主要是低等生物修复紫外线损伤的一种方式。对于高等生物细胞及人损伤的一种方式。对于高等生物细胞及人的组织细胞不是主要途径。的组织细胞不是主要途径。医学放射生物学刘芬菊放
50、射生物学1002.切除修复切除修复n切除修复：切除修复：通过识别通过识别切除（切除（碱基切除和核碱基切除和核苷酸切除苷酸切除）修补修补再连接再连接:三个特点三个特点:准确、准确、无误、正确修复。无误、正确修复。n3.重组修复重组修复：DNA复制重组再合成复制重组再合成n 当当DNA双链发生严重损伤时需要另一种机双链发生严重损伤时需要另一种机理完成正确的修复。理完成正确的修复。n 一种情况是两条链同时受到损伤；单链损伤一种情况是两条链同时受到损伤；单链损伤尚未修复发生了复制。尚未修复发生了复制。医学放射生物学刘芬菊放射生物学101n4.SOS修复修复：细胞处于危急状态下细胞处于危急状态下发生发生
