Effect of 80.55 MeV/u(12)C(6+) ions on radiosensitivity and cell cycle of human hepatoma cell lines

In this paper, the relationship between radiosensitivity, cell cycle alteration and the change of apoptosis in different human hepatoma cell lines irradiated by heavy ions were studied with the aim of building up the base data for clinical therapy. Exponentially growing hepatoma cell lines were irradiated by 80.55 MeV/u(12)C(6+) ions at a dose of 0 Gy, 0.5 Gy, 1 Gy, 2 Gy, 4 Gy and 8 Gy. The radiosensitivity was assessed by means of the colony-forming assay. The DNA content, the percentage of each cell-cycle phase and the apoptosis rate were obtained with flow cytometry methods. After the irradiation, the SF2 (survival fraction at 2 gray) of SMMC-7721 cells were evidently lower than that of HepG2 cells. The S phase arrest, G2/M phase arrest delay and the apoptosis in the two hepatoma cell lines varied with the increase of the dose and repair time. The heavy ions could obviously kill the human hepatoma cell lines. Compared to HepG2 cells, SMMC-7721 cells were more radiosensitive to C-12(6+) ions.

Biodosimetry estimate for high-LET irradiation

The purpose of this paper is to prepare for an easy and reliable biodosimeter protocol for radiation accidents involving high-linear energy transfer (LET) exposure. Human peripheral blood lymphocytes were irradiated using carbon ions (LET: 34.6 keV mu m(-1)), and the chromosome aberrations induced were analyzed using both a conventional colcemid block method and a calyculin A induced premature chromosome condensation (PCC) method. At a lower dose range (0-4 Gy), the measured dicentric (dics) and centric ring chromosomes (cRings) provided reasonable dose information. At higher doses (8 Gy), however, the frequency of dics and cRings was not suitable for dose estimation. Instead, we found that the number of Giemsa-stained drug-induced G2 prematurely condensed chromosomes (G2-PCC) can be used for dose estimation, since the total chromosome number (including fragments) was linearly correlated with radiation dose (r = 0.99). The ratio of the longest and the shortest chromosome length of the drug-induced G2-PCCs increased with radiation dose in a linear-quadratic manner (r = 0.96), which indicates that this ratio can also be used to estimate radiation doses. Obviously, it is easier to establish the dose response curve using the PCC technique than using the conventional metaphase chromosome method. It is assumed that combining the ratio of the longest and the shortest chromosome length with analysis of the total chromosome number might be a valuable tool for rapid and precise dose estimation for victims of radiation accidents.

Comparison of clonogenic assay with premature chromosome condensation assay in prediction of human cell radiosensitivity

Aim: To determine whether the number of non-rejoining G2-chromatid breaks can predict the radiosensitivity of human cell lines. Methods: Cell lines of human ovary carcinoma cells (HO8910), human hepatoma cells (HepG2) and liver cells (L02) were irradiated with a range of doses and assessed both of cell survival and non-rejoining G2-chromatid breaks at 24 h after irradiation. Cell survival was documented by a colony assay. Non-rejoining G2-chromatid breaks were measured by counting the number of non-rejoining G2 chromatid breaks at 24 h after irradiation, detected by the prematurely chromosome condensed (PCC) technique. Results: A linear-quadratic survival curve was observed in three cell lines, and HepG2 was the most sensitive to gamma-radiation. A dose-dependent linear increase was observed in radiation-induced non-rejoining G2-PCC breaks measured at 24 h after irradiation in all cell lines, and HepG2 was the most susceptible to induction of non-rejoining G2-PCC breaks. A close correlation was found between the clonogenic radiosensitivity and the radiation-induced non-rejoining G2-PCC breaks (r=0.923). Furthermore, survival-aberration correlations for two or more than two doses lever were also significant. Conclusion: The number of non-rejoining G2 PCC breaks holds considerable promise for predicting the radiosensitivity of normal and tumor cells when two or more than two doses lever is tested.

Protective effects of melatonin against low- and high-LET irradiation

To investigate the protective effects of melatonin against high-LET ionizing radiation, V79 Chinese hamster cells were irradiated with 100 keV/mu m carbon beam. Parallel experiments were performed with 200 kV X-rays. To avoid the impact from extra solvents, melatonin was dissolved directly in culture medium. Cells were cultured in melatonin medium for 1 hr before irradiation. Cell inactivation was measured with conventional colony forming assay, medium containing 6-thioguanine was used for the selection of mutants at hprt locus, and the cell cycle was monitored by flow cytometry. Both carbon beam and X-rays induced cell inactivation, hprt gene mutation and cell cycle G2 block dose-dependently. But carbon beam showed stronger effects as indicated by all three endpoints and the relative biological effectiveness (RBE) was 3.5 for cell killing (at 10% survival level) and 2.9 for mutation induction (at 5 x 10(-5) mutants/ cell level). Melatonin showed protective effects against ionizing radiation in a dose-dependent manner. In terms of cell killing, melatonin only increased the survival level of those samples exposed to 8Gy or larger of X-rays or 6 Gy or larger of carbon beam. In the induction of hprt mutation and G2 block, melatonin reduced such effects induced by carbon beam but not by X-rays. The results suggest that melatonin reduces the direct interaction of particles with cells rather than an indirect interaction. Further studies are required to disclose the underlying mechanisms.

Potential role of DNA-dependent protein kinase in cellular resistance to ionizing radiation

In this paper, we study the ability of DNA-PK-deficient (M059J) and -proficient (M059K) cells to undergo the rate of cellular proliferation, cell cycle distribution and apoptosis after 10 Gy X-ray irradiation, and the role of DNA-PK in radiosensitivity. The results showed that M059J cells exhibited hyper-radiosensitivity compared with M059K cells. A strong G2 phase arrest was observed in M059J cells post irradiation. Significant accumulation in the G2 phase in M059J cells was accompanied by apoptosis at 12 h. Altogether, the data suggested that DNA-PK may have two roles in mammalian cells after DNA damage, a role in DNA DSB repair and a second role in DNA-damaged cells to traverse a G2 checkpoint, by which DNA-PK may affect cellular sensitivity to ionizing radiation. 地址: [Li Ning; Zhang Hong; Wang Yanling; Hao Jifang] Chinese Acad Sci, Inst Modern Phys, Lanzhou 730000, Peoples R China; [Li Ning; Zhang Hong; Wang Yanling; Hao Jifang] Key Lab Heavy Ion Radiat Med Gansu Prov, Lanzhou 730000, Peoples R China; [Li Ning; Wang Yanling] Chinese Acad Sci, Grad Sch, Beijing 100039, Peoples R China; [Wang Xiaohu] Gansu Tumor Hosp, Dept Radiotherapy, Lanzhou 730050, Peoples R China

抑制survivin表达增强人肝癌HepG2细胞对高线性能量转移射线的辐射敏感性；Inhibiting Survivin Expression Increases The Radiosensitivity of Human Hepatoma HepG2 Cells to High-LET Radiation

探讨了肿瘤细胞中survivin的表达对高线性能量转移(LET)射线辐射敏感性的影响.根据Gen Bank提供的survivin序列,合成特异性survivin-siRNA寡核苷酸,转染人肝癌HepG2细胞,抑制survivin的表达.发现siRNA转染后诱导了HepG2细胞G2/M期阻滞,增加了自发性和辐射诱导的细胞凋亡.在高线性能量转移(LET)碳离子辐照后,siRNA转染细胞的克隆存活率明显下降.这些结果表明survivin表达是HepG2细胞产生对高LET射线辐射抗性的关键因素.

Inhibiting Survivin Expression Increases The Radiosensitivity of Human Hepatoma HepG2 Cells to High-LET Radiation

The influence of survivin expression on the radiosensitivity of tumor cells to high linear energy transfer (LET) radiation is investigated. Survivin-specific short-interfering RNA (siRNA) oligonucleotides were synthesized based on the survivin sequence provided by GenBank. Human hepatoma HepG2 cells were transfected with survivin-specific siRNA to inhibit its expressions. It was found that the transfection with surviving-specific siRNA increased the levels of G2/M arrest and the apoptotic rates induced by radiation in HepG2 cells. After exposure to high-LET carbon ions, a reduced clonogenic survival effect was observed in the cells treated with siRNA. These results show that survivin plays a key role in mediating the radioresistance of cells to high-LET radiation.

碳离子束联合p53腺病毒重组体转染对肿瘤细胞生物学效应研究

肿瘤是严重威胁人类生命健康的常见病、多发病，不仅病因复杂、发生发展异常迅速，而且到目前为止，发病机理不完全清楚，尚无适应范围广和有特异疗效的治疗方法。因此，肿瘤治疗方法的探索依然是医学、生物学及其相关学科研究的热点。肿瘤的重离子治疗和基因治疗是近年来发展起来的新的肿瘤治疗方法。但它们同样或多或少存在一些不足。在肿瘤治疗方法的探索中，将两种或两种以上理化特性或生物学作用原理不尽相同的现有治疗方法有机结合，充分利用各自优势，取长补短，使治疗效果叠加，对肿瘤发挥协同或相加抑制作用。本研究将重离子辐射与p53腺病毒重组体(AdCMV-p53)转染有机结合，探讨了重离子辐射联合p53基因转导对肿瘤细胞的生物学作用及其可能机理。在低剂量γ辐射联合AdCMV-p53/GFP转染HT-29和PC-3细胞研究基础上，我们用不同剂量的AdCMV-p53/GFP转染经0.5 Gy、1.0 Gy、2.0 Gy 12C6+束/γ射线预辐射处理的人非小细胞肺癌(H1299细胞系，nullp53)，人肝癌细胞(HepG2细胞系，wtp53)和人宫颈癌细胞(Hela细胞系，wtp53，wtp53低水平表达)。用流式细胞分析法检测肿瘤细胞绿色荧光蛋白(GFP)、p53蛋白表达水平和细胞周期。DAPI染色后用荧光显微镜检测细胞凋亡。用RT-PCR检测外源性p53转录。用Western Blot检测外源性p53、MDM2和p21蛋白表达。用克隆形成法测定肿瘤细胞存活。通过与γ辐射联合腺病毒重组体转染组比较，观察了12C6+ 辐射联合腺病毒重组体转染对肿瘤细胞外源性p53蛋白表达、细胞周期阻滞、细胞凋亡和细胞增殖的影响。结果显示，12C6+ 辐射对AdCMV-GFP转染H1299、HepG2和Hela细胞的诱导作用明显强于γ辐射(p<0.05)。与γ辐射诱导AdCMV-GFP转染组相比，0.5 Gy 12C6+束辐射联合20 MOI AdCMV-p53转染组H1299细胞GFP阳性率增加约50% (其GFP阳性率提高到约90%)。0.5 Gy、1.0 Gy 12C6+辐射联合40 MOI AdCMV-p53转染组HepG2细胞GFP阳性率增加约44%(其阳性率分别达56.6%和76.4%)。0.5 Gy、1.0 Gy 12C6+ 束辐射联合40 MOI AdCMV-p53转染组Hela细胞GFP阳性率分别增加37.8%和50%(其阳性率分别达43.4%和59.8%)。12C6+ 辐射对AdCMV-p53转染H1299、HepG2和Hela细胞外源性p53蛋白表达的增强作用明显强于γ辐射(p<0.05)。12C6+ 辐射联合AdCMV-p53转染组各种细胞p53阳性率明显高于其它处理组同种细胞p53阳性率(p<0.05)。转染后第5天，γ辐射联合AdCMV-p53转染组3种细胞p53阳性率均降至对照水平。转染后第13天，12C6+ 辐射联合AdCMV-p53转染组3种细胞p53阳性率仍高达6－44%。12C6+ 辐射联合AdCMV-p53转染H1299细胞G0/G1、G2/M期细胞所占比例明显高于其它处理组G0/G1、G2/M期细胞所占比例(p<0.05)。与γ辐射联合AdCMV-p53转染组相比，12C6+ 辐射联合AdCMV-p53转染组G0/G1期细胞增加6－36%，G2/M期细胞增加了13－86%。12C6+ 辐射联合AdCMV-p53转染HepG2细胞G0/G1期细胞所占比例明显高于其它处理组G0/G1期细胞所占比例(p<0.05)；转染后第5天，1.0、2.0 Gy 12C6+ 辐射联合AdCMV-p53转染组G2/M期细胞所占比例明显高于γ辐射联合AdCMV-p53转染组G2/M期细胞所占比例(p<0.05)。各12C6+束辐射联合AdCMV-p53转染Hela细胞G0/G1和G2/M期细胞所占比例均明显高于单纯12C6+ 辐射组和γ射线辐射联合AdCMV-p53转染组G0/G1和G2/M期细胞所占比例(p<0.05)。各12C6+ 辐射联合AdCMV-p53转染H1299、HepG2和Hela细胞凋亡率明显高于等剂量12C6+ 单纯辐射和等剂量γ辐射联合AdCMV-p53转染组细胞凋亡率(p<0.05)。与等剂量单纯12C6+辐射和等剂量γ辐射联合AdCMV-p53转染组相比，12C6+ 辐射联合AdCMV-p53转染H1299细胞凋亡率分别增加8.0－66.0%和9.3－63.5%；12C6+束辐射联合AdCMV-p53转染HepG2细胞凋亡率分别增加0.8－32.7%和4.5－27.1%； 12C6+束辐射联合AdCMV-p53转染Hela细胞凋亡率分别增加4.8－30.7%和3.1－22.7%。低剂量12C6+ 辐射联合AdCMV-p53转染细胞存活率明显低于其它处理组同种细胞存活率(p<0.05)。结果提示，低剂量碳离子辐射对腺病毒重组体转染肿瘤细胞和靶细胞内外源p53蛋白表达的促进作用明显强于低剂量γ辐射。碳离子辐射联合AdCMV-p53转染通过促进外源性p53转导、靶细胞外源性p53蛋白表达、细胞周期阻滞和细胞凋亡等增强对肿瘤细胞的抑制。碳离子辐射联合AdCMV-p53转染对肿瘤细胞生物学作用与肿瘤细胞内在p53基因状态有关。总之，我们的研究表明，低剂量碳离子辐射联合AdCMV-p53转染，可通过促进腺病毒重组体对肿瘤细胞的转染、增强靶细胞外源性p53蛋白稳定表达及其由此而诱发的细胞周期阻滞与细胞凋亡等有效抑制肿瘤细胞。在临床上，碳离子辐射联合AdCMV-p53转染有望在提高肿瘤治疗效果的基础上，进一步降低碳离子辐射与AdCMV-p53转染的各自临床用量，减少碳离子辐射的毒副作用，降低AdCMV-p53转染的潜在生物危险性

低剂量重离子辐射诱导小鼠的适应性反应和褪黑素的辐射保护作用研究

研究目的： 1.研究碳离子辐射对小鼠不同组织抗氧化酶活性及细胞周期进程的影响。 2.研究低剂量碳离子预辐射对离体培养的黑色素瘤B16细胞及正常小鼠诱导的适应性反应。 3. 研究褪黑素（MLT）对碳离子的辐射损伤防护效应。 4. 研究碳离子层叠法辐照对H22荷瘤小鼠的治疗效果。研究方法： 1.采用不同剂量的碳离子辐照小鼠，用黄嘌呤氧化酶法检测外周血、肝脏及脑组织中抗氧化酶活性变化，流式细胞仪检测细胞周期阻滞情况。 2.采用低剂量碳离子预辐射离体培养的黑色素瘤B16细胞及正常小鼠，间隔4h后再以攻击剂量辐照，常规组织切片染色观察各组织器官病理变化，流式细胞仪检测细胞周期阻滞情况，黄嘌呤氧化酶法检测小鼠胸腺、脾脏及B16细胞中抗氧化酶活性，Western-blot法检测胸腺细胞及B16细胞中P53及P21蛋白表达情况，RT-PCR法检测CHK2及CDC25mRNA的表达水平。 3.在碳离子辐照小鼠1h前腹腔注射褪黑素，单细胞电泳方法检测胸腺、脾脏细胞的DNA损伤情况，微核法表征外周血的染色体损伤，黄嘌呤氧化酶法测定胸腺、脾脏细胞的抗氧化酶活性。 4.以碳离子层叠法辐照H22荷瘤小鼠，统计不同剂量照射后的肿瘤体积变化、肿瘤抑制率、肿瘤生长延迟天数及治愈率。结果： 1、小鼠血清和肝脏组织在辐射剂量较低（≤0.75Gy）时SOD活性高于对照组，随着辐射剂量的增高，SOD活性趋于降低；MDA含量在辐射剂量较低（≤0.3Gy）时低于对照，随着辐射剂量的增高其含量趋于升高；脑组织GSH浓度在照射剂量较低（≤0.5Gy）时大于对照组，随着照射剂量的升高其浓度趋于降低；低剂量辐射小鼠引起胸腺G2期细胞比例增加，脾脏G1期细胞比例增加。 2、小鼠肝脏、脾脏、肺脏及脑组织在攻击剂量辐射后，出现明显的病理变化，低剂量预辐射处理后病理变化减轻；低剂量预辐射增加胸腺G2期细胞及脾脏G1期细胞比例；相对于单纯攻击剂量辐射组，低剂量预辐射组胸腺组织P53及P21蛋白表达升高；CHK2 mRNA水平升高，CDC25 mRNA水平降低；脾脏及胸腺组织中SOD活性降低程度减弱，MDA含量升高趋势减弱。B16细胞经低剂量预辐射处理后上述指标均未发生明显变化。 3、与辐照处理组相比，褪黑素处理后小鼠的脾脏胸腺细胞DNA损伤拖尾率及彗尾长度明显降低；SOD活性升高，MDA含量降低，外周血微核率降低。 4、在不同剂量的碳离子辐照处理后观察的12天内，各组肿瘤生长速度减慢，生长延迟，肿瘤抑制率随时间而增加。15Gy照射组肿瘤生长速度最慢，肿瘤抑制率最大，肿瘤生长延迟最为明显，而且肿瘤治愈率达到30%。结论： 1． 低剂量12C6+离子全身辐照小鼠应激激活机体抗氧化系统，随辐射剂量的增加，机体抗氧化能力明显降低，导致脂质过氧化发生；低剂量的碳离子辐射导致小鼠胸腺细胞G2期阻滞，脾脏细胞发生G1期阻滞。 2． 低剂量12C6+离子预辐射引发小鼠正常机体产生适应性反应，减轻随后的大剂量辐射造成的损伤；低剂量12C6+离子预辐射对小鼠黑色素瘤B16细胞未引发适应性反应。 3． 15mg/kg的MLT可以对小鼠的重离子辐射损伤产生明显的防护效果。 4． 12C6+离子适形治疗小鼠移植性肿瘤H22，荷瘤鼠的存活时间、肿瘤体积变化、肿瘤的控制率、治愈率等结果显示，15Gy为最佳治疗剂量

DNA损伤检验点蛋白表达对肿瘤细胞辐射敏感性的影响

本论文应用X射线和12C6+离子对不同肿瘤细胞：HL-60、K562、SMMC-7721和HepG2进行辐照，用克隆形成率和四唑盐比色法(MTT)测定四种细胞的辐射敏感性；通过流式细胞术测定细胞周期分布、细胞凋亡、ATM和SMC1蛋白的表达变化。应用免疫细胞化学法与流式检测相结合研究了γ-H2AX蛋白表达的时间效应与剂量效应之间的关系。实验结果表明，四种细胞的辐射敏感性由强到弱依次为HL-60>K562>SMMC-7721>HepG2。即ATM表达量越低的细胞对辐射越敏感，周期阻滞水平越低，细胞凋亡越明显，但辐照后ATM蛋白的表达无显著增加，说明ATM的表达量和功能状态与细胞辐射敏感性有关，但其表达水平不能完全反映ATM蛋白激酶的活性。对ATM表达量差异最显著的HepG2和HL-60细胞来说,辐照前SMC1的表达水平与细胞S期的含量没有直接关系，辐照后SMC1蛋白的上调表达在S期阻滞修复中发挥明显的作用。辐照后1h,HL-60和HepG2细胞的H2AX磷酸化水平随吸收剂量的增加呈线性正相关,但曲线斜率与细胞辐射抗性的差异没有直接的联系。γ-H2AX的消失率与存活分数存在良好的相关性，HepG2细胞抗辐射能力强，这一时间短，HL-60细胞抗辐射能力弱，这一时间长。可以用γ-H2AX的消失速率来评估细胞的辐射敏感性。 以SMMC-7721细胞为同步化细胞模型发现，与其它同步化方法相比，步进电机旋转同步化培养法对细胞损伤最小，同步化效率最高，达到M期＞90%，GO/G1期＞80%，S期＞60%，G2/M>50%。同种射线辐照，GO/G1期SMMC-7721细胞的存活相对G2/M期来说较高。12C6+离子辐照明显减小了二者敏感度的差异性

不同LET辐射对健康人血淋巴细胞和肿瘤细胞的损伤效应

目的: 探讨不同LET辐射对健康人外周血淋巴细胞的遗传损伤效应；了解重离子辐射诱导人血淋巴细胞染色体畸变的特点；研究用G2期染色体畸变预测肿瘤细胞辐射敏感性的可行性。材料与方法：采用兰州近代物理研究所重离子研究装置产生的12C离子和兰州大学第一附属医院放疗科提供的X射线照射健康人外周血，用常规染色体分析技术和姊妹染色体差别染色法研究不同LET辐射对健康人血淋巴细胞中期染色体的损伤效应、高LET辐射的剂量率效应、时程效应和染色体畸变的特点；用Calyculin A诱导间期染色体凝集技术研究12C 离子对淋巴细胞G2期染色体的损伤效应。用60Coγ射线照射人卵巢癌细胞和肝癌细胞，以细胞克隆存活率和G2期染色体畸变为生物学终点，探讨用G2期染色体畸变预测肿瘤细胞辐射敏感性的可行性。 结果与结论 1. 不同LET辐射诱导‘双+环’畸变与剂量之间存在良好的线性平方关系， 12C 离子诱导的畸变在细胞间的分布不符合泊松分布； 12C离子的相对生物学效应随着LET的增大而增大；12C离子诱导染色体畸变在1－5 Gy/min的范围内不存在剂量率效应；在0－4 Gy的剂量范围内不存在时程效应，说明培养48小时后中期‘双+环’畸变能很好的反应12C离子对淋巴细胞的损伤效应。本研究可以帮助人们了解重离子的相对生物学效应，为病人健康组织的保护以及放射医师的防护提供重要的理论数据。 2. LET为34.6 keV/μm的12C离子诱导淋巴细胞G2-期染色体数目畸变与剂量之间存在良好的线性关系(r=0.99)；最长G2-PCC与最短G2-PCC的长度之比与剂量之间存在良好的线性平方关系(r2=0.96)。表明有希望用G2-期染色体畸变评估重离子的相对生物学效应和估计重离子的辐射剂量，也为合理评估空间混合辐射场中重离子辐射所占比例提供了两个潜在的指标。 3. LET为34.6 keV/μm12C 离子诱导的畸变，除大部分染色体型畸变外，还出现少量的染色单体畸变，这一现象在理论上突破了传统的认识，对重离子辐射损伤机理的认识有重要意义。这可能是由于重离子特殊的离子径迹结构诱导染色单体畸变。重离子相对生物学效应是相对于常规射线而言的，而常规射线辐照G0期淋巴细胞只产生染色体型畸变，因此这一现象的存在对重离子相对生物学效应的确定提出了新的问题。 4. γ射线诱导肿瘤细胞G2期染色体初始断裂畸变和修复24小时后残余断裂畸变都与辐射剂量有良好的相关性；肿瘤细胞克隆存活率与G2染色单体初始断裂(r=0.96)和修复24小时后残余断裂(r=0.91)都有一定的相关性，比较而言，G2染色单体初始断裂畸变能更好的反映肿瘤细胞的辐射敏感性，预示G2染色单体初始断裂畸变有希望成为肿瘤细胞辐射敏感性的预测指标。 5. 2 Gyγ射线诱导的G2-染色单体断裂畸变，有近65% 的断裂在辐射后24小时内得以修复；对G2等点染色单体断裂畸变，在辐射后24小时内只有20%左右得以修复；两类畸变的修复主要发生在辐射后2小时内。 6. 在用G2-assay法测定染色体畸变的实验中，给予较高剂量时，很难获得足够的中期细胞以供观察。用G2-assay和G2-PCC技术获得的数据都与细胞克隆存活率有一定的相关性，比较而言，后者的相关性要好一些。表明G2-PCC技术可以作为细胞存活实验和用常规染色体畸变分析放射敏感性的替代方法

survivin表达对重离子诱导人肝癌HepG2细胞生物学效应的影响

放射治疗是肿瘤三大治疗手段之一（手术治疗、放疗、化疗），如何提高肿瘤细胞的放射敏感性一直是科研人员关注的研究方向。电离辐射导致细胞死亡的主要方式是细胞凋亡，然而肿瘤细胞内往往细胞凋亡信号通路异常，降低了治疗效果。其中细胞内高水平表达的细胞凋亡抑制蛋白（Inhibitor of Apoptosis Protein，IAP）抑制了caspase分子的活性，而caspase分子正是细胞凋亡的执行分子。因此科学家们通过各种手段尤其是RNA干涉的方法以抑制肿瘤细胞内细胞凋亡抑制蛋白的表达及蛋白活性来达到提高肿瘤治疗效果的目的。 Survivin是凋亡抑制蛋白家族的一员，该蛋白在大多数恶性肿瘤中高表达，而在正常组织中检测不到，因此具有组织特异性。Survivin参与肿瘤细胞分化并抑制肿瘤细胞凋亡，它的高表达被证明与很多恶性肿瘤对放射治疗中产生的辐射抗性相关。本文主要研究了不同LET射线辐照下人肝癌HepG2细胞 survivin的表达及其表达对重离子诱导的生物学效应的影响。首先，我们使用不同LET的碳离子束和X射线辐照HepG2细胞，采用标准克隆形成法确定其辐射敏感性，利用流式细胞技术（FCM）检测辐射后细胞周期分布，RT-PCR和western blotting检测survivin的表达。结果显示，人肝HepG2癌细胞经不同LET射线照射，survivin表达是不同的。与低LET的X射线相比，高LET碳离子诱导的细胞损伤和周期阻滞更明显，从而诱导了更强烈的survivin表达。 接着，根据Genbank提供的survivin序列，合成特异性survivin-siRNA寡核苷酸，转染HepG2细胞，抑制survivin的表达。我们发现siRNA转染后诱导了细胞G2/M期阻滞，增加了自发性和辐射诱导的细胞凋亡。在碳离子辐照后，siRNA细胞克隆存活率明显下降。这些结果显示survivin表达是细胞产生高LET辐射抗性的关键因素。最后，我们初步探讨了在细胞凋亡过程中，survivin基因的作用机制。发现抑制survivin表达，对离子束辐射诱导的Bcl-2和Bax表达没有明显的影响。Survivin表达直接抑制了caspase-3和-9的活性，从而抑制了细胞凋亡。以上的实验结果表明：不同LET射线辐照细胞后survivin出现差异表达，与X射线相比，高LET重离子诱导的HepG2细胞中survivin表达更明显，以survivin为靶基因的siRNA技术应用于HepG2细胞，可以极大提高该细胞对重离子辐射的敏感性。本论文研究为临床应用重离子束治疗癌症提供了非常有用的基础数据，同时也为重离子束放射治疗联合基因治疗提供了新的思路

低剂量12C6+辐射对小鼠免疫系统损伤和抗氧化剂氮乙酰半胱氨酸的保护作用研究

实验目的：随着科技的发展，人类活动范围已经逐渐向外太空扩展，对于人类太空探索的最大威胁是太空中的各种粒子辐射。这些辐射包括太阳辐射（质子和电子）和银河辐射（质子占85%，氦离子占14%，重离子占1%）。众所周知，重离子与常规X和γ射线相比有较高的传能线密度（linear energy transfer, LET）和相对生物学效应（relative biological effectiveness, RBE），对机体组织和器官有较强的影响。放射治疗是肿瘤治疗的重要手段之一，由于肿瘤细胞的异质性，其对放、化疗的反应相差悬殊。本研究的目的是： 1评估辐射对健康机体产生的生物学风险； 2研究抗氧化剂氮乙酰半胱氨酸（NAC）对机体辐射损伤的保护作用 3不同肿瘤细胞辐射敏感性的差异。实验方法： 1 X射线或12C6+离子对小鼠进行不同剂量的全身辐射。NAC处理组小鼠在照射前1小时腹腔注射200mg/kg的NAC，对照组注射等体积的生理盐水。照射后不同时间点取样，利用流式细胞仪检测小鼠免疫细胞周期和凋亡情况，单细胞电泳检测淋巴细胞DNA损伤，MTT法（3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyl tetrazolium bromide）检测脾脏NK（natural killer，NK）细胞活性，微核法检测淋巴细胞染色体损伤情况，小鼠体内干扰素－γ（Interferon-γ，IFN-γ）由ELISA方法得到，小鼠血清中超氧化物岐化酶(Surperoxide dismutase SOD）由分光光度法测定，并观察胸腺和脾脏指数变化。 2 不同剂量X射线和12C6+离子辐射人肺腺癌细胞H1299和A549，用细胞克隆法检测照射后细胞存活曲线，流式细胞仪检测细胞周期和凋亡，Western-blot 检测A549 细胞P53蛋白表达。 结果： 1小鼠外周血淋巴细胞、胸腺细胞和脾脏淋巴细胞周期随着X射线照射剂量的增大而被阻滞在了G0/G1期，相同剂量的12C6+离子辐射时外周血淋巴细胞周期被阻滞在S期，分次连续X射线照射时，外周血淋巴细胞周期随着累积剂量的增加被阻滞在G2/M期；细胞凋亡比例随着照射剂量的增加而增加。小鼠血清中IFN-γ水平和脾脏中NK细胞活性在重离子照射剂量为0.05Gy时有显著增加，脾脏NK细胞活性随着照射剂量的增加而减弱。 2重离子照射后，小鼠淋巴细胞DNA和染色体的损伤随辐射剂量和照射后时间的延长而加剧。脾脏NK细胞活性在照射后各个时间点减弱，血清中IFN-γ水平和SOD酶活性随着重离子照射剂量的增加而降低。预防性给予NAC，12C6+离子辐射对淋巴细胞DNA和染色体所致损伤，胸腺细胞周期和凋亡，脾脏NK细胞活性，血清中IFN-γ的水平和SOD酶的活性的损伤与盐水组比较均有显著改善。 3 X射线照射对肺腺癌H1299细胞周期和凋亡率未产生明显影响，重离子照射后随着照射剂量的增加细胞周期被阻滞在G2/M期，细胞凋亡率也呈剂量依赖性；X射线和12C6+离子照射A549细胞后，细胞周期均被阻滞在G2/M期，凋亡率剂量依赖性增加。A549细胞P53蛋白的表达水平随着重离子照射剂量的增加而增加。结论： 1重离子辐射造成细胞DNA和染色体损伤随着照射剂量的增加和照射后时间的延长而增加，比X射线辐射损伤复杂和难以修复，产生这种现象的机理为辐射导致活性氧分子簇的产生，细胞因子和与细胞氧化反应有关的酶活性的变化，同时这种损伤对胸腺细胞周期、凋亡和胸腺、脾脏指数以及机体免疫系统都有影响；低剂量重离子辐射（0.05Gy）对小鼠机体的免疫力有刺激作用，机体免疫能力随着照射剂量增加和照射后时间的推移而减弱，不同的免疫器官对辐射的敏感性也不同； 2 200mg/kg 的NAC对辐射所致小鼠免疫系统损伤有很好的保护作用； 3 肺腺癌细胞H1299比同系A549具有较强的辐射敏感性，A549细胞凋亡的增加与P53蛋白表达水平升高有关

BRCA1对人乳腺癌细胞辐射敏感性的影响及其作用机制研究

目的：研究肿瘤抑制子BRCA1在人乳腺癌细胞辐射抗性中的作用，并探讨其作用机制。材料和方法：利用实时细胞分析系统检测辐射对细胞存活的影响；流式细胞术检测辐射对细胞周期分布的影响；RT-PCR检测辐射导致的BRCA1、Bax和Bcl-2在 mRNA水平变化；Western blot方法检测辐射诱导的蛋白表达水平的变化； In-cell western定量检测辐射引起的蛋白表达水平的变化； AO/EB染色法检测辐射导致的细胞死亡情况。结果：第一，分别用1Gy和4Gy x射线和碳离子束辐照人乳腺癌细胞MCF-7，研究MCF-7对不同LET射线的辐射敏感性差异。结果显示，x射线组1Gy辐射导致细胞存活显著下降，4Gy辐射对细胞存活影响不明显；而碳离子束辐射对细胞生长无抑制作用。与x射线组比较，碳离子辐射诱导了更低的亚“G1”期细胞百分数和更显著的G2期阻滞现象。同时碳离子束辐射诱导BRCA1磷酸化水平和p21表达上调，Bax表达下调。以上结果表明MCF-7对辐射的耐受性与凋亡功能相关，而BRCA1 Ser-1524磷酸化作用可能参与细胞周期和凋亡的信号调控。第二，研究BRCA1在咖啡因诱导的辐射增敏效应中作用。当2mM咖啡因联合4Gy的x射线或碳离子束辐射处理MCF-7细胞后，观察到细胞存活显著下降，辐射诱导的G2期阻滞被废除，BRCA1和p21蛋白表达被抑制，而p53表达水平无明显变化。结果表明咖啡因诱导的MCF-7细胞的辐射增敏作用可能与G2期阻滞被废除相关，BRCA1可能参与该过程的信号调节。第三， 利用BRCA1功能正常的MCF-7细胞和BRCA1功能缺失的HCC1937细胞进一步研究BRCA1对细胞辐射敏感性的影响。辐射显著抑制了HCC1937细胞存活，但对MCF-7细胞存活无明显影响。与HCC1937细胞相比，辐射诱导MCF-7细胞发生显著的G2期阻滞。辐射诱导HCC1937细胞发生晚期凋亡，而MCF-7细胞则多发生早期凋亡，且MCF-7细胞凋亡数明显少于HCC1937细胞。RT-PCR检测结果显示，辐射增强了MCF-7细胞中BRCA1的mRNA 水平，抑制了Bax的mRNA 水平，对Bcl-2的影响不明显；而HCC1937细胞中Bax的mRNA表达水平则被增强。同时辐射诱导MCF-7细胞中BRCA1和p21蛋白表达增强，Bax表达下降，Bcl-2水平略有增高。而HCC1937细胞Bax表达水平增强，但p21和Bcl-2的表达水平则检测不到。这些结果表明，正常的BRCA1功能对Bcl-2的转录表达是必须的，BRCA1通过上调p21水平，下调Bax/Bcl-2影响细胞的辐射敏感性。结论： BRCA1在人乳腺癌细胞的辐射抗性发生中发挥重要作用，BRCA1通过上调p21水平诱导G2期阻滞，下调Bax/Bcl-2抑制凋亡信号，使得细胞对辐射诱导的凋亡产生抗性，最终导致细胞对辐射产生耐受性

一氧化氮介导的神经胶质瘤细胞对重离子辐射抗性及动物实验降能装置设计

目的：１、研究一氧化氮(NO)介导的神经胶质瘤细胞对重离子辐射抗性；２、研究小鼠大脑受重离子辐照后的损伤修复；３、为了更好的研究小鼠大脑受重离子布拉格（Bragg）峰区辐照后的损伤修复，设计并制造了旋转轮状降能装置。材料与方法：１、采用兰州重离子研究装置（HIRFL）加速的碳离子束辐照人类神经胶质瘤三种基因型细胞株：野生型神经胶质瘤细胞（A172），带绿色荧光蛋白基因的神经胶质瘤细胞（EA172）和带诱导型一氧化氮合酶基因（iNOS）的神经胶质瘤细胞（iA172），以及一种加了一氧化氮合酶抑制剂（L-NAME）的A172细胞（L-NAME-A172）。分别利用化学法、流式细胞术和MTT法检测三种神经胶质瘤细胞中NO、谷胱甘肽（GSH）的含量，以及它们的细胞周期变化和辐照后存活状况。２、利用不同剂量的碳离子束辐照昆明小鼠全脑，采用八臂迷宫检测随时间推移及训练次数的增加小鼠记忆损伤恢复情况。３、采用蒙特卡罗法和模拟退火法设计制造了一个有机玻璃材料的旋转降能装置。结果：1、NO和GSH在iA172细胞中的含量比A172和EA172中显著要高；辐照后24小时，观察到A172和EA172细胞发生周期阻滞即细胞阻滞于G2／M期，而这种现象没有在iA172细胞中观察到，并且iA172在接受同样辐射刺激后，细胞存活率显著高于其它三个细胞株。2、动物实验表明，在0－2Gy的碳离子辐照在短期内影响小鼠的记忆，经过一定时间后，这种影响得到恢复。3、物理实验显示，降能装置的实验数据与理论计算相符。结论：在低剂量的重离子坪区辐射条件下，一定浓度的NO可以使神经胶质瘤细胞产生辐射抗性。低剂量的重离子辐射致脑损伤可以得到很快的修复