电离辐射的细胞效应4
电离辐射的细胞学效应
免疫荧光检测γH2AX聚焦点 (foci)
单细胞凝胶电泳 脉冲凝胶电泳
组蛋白变体 (Histone Variant)
组蛋白变体与常规 组蛋白具有高度序列 同源性，核心结构相 似性。
γH2AX聚焦点 (foci)
当外源性因素（电离辐射、类辐射药物）和内源性因素（如复制叉应激）造
范可尼贫血症(Fanconi anemia）是一种罕见的常染色体隐性遗传性
血液系统疾病，贫血的一般表现，出血倾向及易感染。多见皮肤性着色， 或片状棕色斑，体格、智力可发育落后。
范可尼贫血症(Fanconi anemia）病人造血干细胞池
（hematopoietic stem cell
pool，HSC
制叉通过复制起始位点，母链就会在开始DNA合成前的几妙之几分钟内被甲 基化；
此后，只要两条链DNA链上碱基配对出现错误，错配修复系统就会根据
“保存母链，修正子链”的原则，找出错误碱基所在的DNA链，并在对应于 母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的5’位置切开子链，然后重新合成新的子链。
Dam甲基化酶与DNA错配修复
Pol II 结合，当RNA Pol II 停留在在损伤位点时， CSB与RNA Pol II结合 能力增强 ，并且Cockayne 综合征蛋白通过WD 重复区段介导CSA–CSB
复合物形成。
Cockayne 综合征患者
色性干皮病( xroderma pigmentosa XP)患者
（2）链间交联
动。这样，随着电场方向
的交替变化DNA分子即呈
“Z” 字形向前移动。
的电场。
具体步骤：
1、传代细胞于35 mm培养皿中，至第二天约80% 汇合，细胞 数约5 ×105个； 2、20 Gy照射细胞，0 h点细胞需在照射后立即放置冰上，其 余细胞继续培养； 3、加入等量的50℃的2%低熔点琼脂糖凝胶，混匀后加于以胶 布临时封闭一端的制胶孔中，避免产生气泡，凝胶略高于
电离辐射随机效应
电离辐射随机效应介绍电离辐射指的是带有足够能量的辐射，具有足够能量的辐射束可以移除原子或分子中的一个或多个电子。
当电离辐射与物质相互作用时，会引发一系列的随机效应。
本文将详细探讨电离辐射随机效应的原理、影响因素以及相关应对措施。
原理电离辐射随机效应是指当电离辐射与物质相互作用时，其效应的具体结果是无法预测的。
这是因为电离辐射与物质的相互作用是随机的，受到多个因素的影响，包括辐射的能量、剂量、时间等。
辐射的能量是指辐射粒子所具有的能量，能量越高，辐射带来的影响越大。
辐射的剂量是指单位时间内受到的辐射能量，即辐射强度。
剂量越高，辐射带来的影响也越大。
时间是指物质受到辐射的时间长度，不同的辐射作用时间不同，对物质的影响也不同。
影响因素电离辐射随机效应的具体表现受到多个因素的影响，以下是一些常见的影响因素：1. 辐射能量辐射的能量越高，辐射带来的影响越大。
当辐射粒子能量超过一定的阈值时，它们可以穿透生物组织并破坏细胞结构，导致细胞损伤甚至死亡。
2. 辐射剂量辐射剂量是指单位时间内受到的辐射能量。
辐射剂量越高，辐射带来的影响越大。
长期接受高剂量辐射会增加罹患癌症等疾病的风险。
3. 辐射时间辐射时间是指物质受到辐射的时间长度。
长时间的辐射会导致细胞损伤，增加罹患癌症的风险。
电离辐射的随机效应电离辐射的随机效应主要包括以下几个方面：1. 细胞损伤电离辐射与细胞相互作用时，会破坏细胞的结构和功能。
辐射会直接或间接地与DNA分子相互作用，导致DNA损伤，进而影响细胞的正常生理功能。
长期接触辐射会增加罹患癌症等疾病的风险。
2. 遗传效应电离辐射还可能对遗传物质产生影响。
当辐射直接影响到生殖细胞的DNA时，会导致遗传物质的变异和突变。
这可能会对后代的健康产生不良影响。
3. 癌症风险增加长期接触辐射会增加罹患癌症等疾病的风险。
电离辐射破坏了细胞的正常功能，导致异常细胞的形成。
这些异常细胞可能会无限制地繁殖，最终发展为癌症。
电离辐射对细胞的作用
电离辐射对细胞的作用第二节电离辐射对细胞的作用网络第二节电离辐射对细胞的作用一、细胞的辐射敏感性机体各类细胞对辐射的敏感性不一致。
Bergonie 和Tribondeau提出细胞的辐射敏感性同细胞的分化的程度成反比，同细胞的增殖能力成正比。
Casaret按辐射敏感性由高到低，将人类和哺乳动物细胞分为4类（表3-1）。
从总体上说，不断生长、增殖、自我更新的细胞群对辐射敏感，稳定状态的分裂后细胞对辐射有高度抗力。
而多能性结缔组织，包括血管内皮细胞，血窦壁细胞，成纤维细胞和各种间胚叶细胞也较敏感，介于表3-1的Ⅱ、Ⅲ类之间。
表3-1 哺乳类细胞辐射敏感性分类细胞类型特性举例辐射敏感性Ⅰ增殖的分裂间期细胞（vegetative intermitosis cells）受控分裂分化程度最低造血干细胞肠隐窝细胞表皮生长细胞高Ⅱ分化的分裂间期细胞（differentiating intermitosis cells）受控分裂分裂中不断分化幼稚血细胞结缔组织细胞（Conective tissue cells）Ⅲ可逆性分裂后细胞（reverting postmitotic cells）无受控分裂可变分化肝细胞Ⅳ稳定性分裂后细胞（fixed postmitotic cells）不分裂高度分化神经细胞肌肉细胞低二、细胞周期的变化辐射可延长的细胞周期，但不同阶段的辐射敏感性不同（图3-3）。
处于M 期的细胞受照很敏感，可引起细胞即刻死亡或染色体畸变（断裂、粘连、碎片等）；可不立刻影响分裂过程，而使下一周期推迟，或在下一次分裂时子代细胞夭折。
C1期的早期对辐射不敏感，后期则较为敏感，RNA、蛋白质和酶合成抑制，延迟进入S期。
S前期亦较为敏感，直接阻止DNA 合成，而在S期的后期敏感性降低，是则于此时已完成DNA合成，即使DNA受损亦可修复之故。
G2期是对辐射极敏感的阶段，分裂所需特异蛋白质和RNA合成障碍，因而细胞在G2期停留下来，称“G2阻断”（G2block），是照射后即刻发生细胞分裂延迟主要原因。
电离辐射效应及应用
电离辐射效应及应用电离辐射是指辐射能量足以使物质中的原子或分子失去电子，从而形成离子的过程。
这种辐射可以来自自然界，如太阳辐射、宇宙射线等，也可以来自人类活动，如核能反应、医学放射治疗等。
电离辐射在生活中有着广泛的应用和影响。
首先，电离辐射在医学上有着重要的应用。
放射治疗是一种以电离辐射为基础的癌症治疗方法，通过高能射线（如X射线、γ射线）照射肿瘤细胞，抑制其生长和分裂，从而达到治疗的效果。
此外，电离辐射还可以用于放射性示踪剂的碰准诊断，比如使用放射性同位素标记的物质来追踪疾病的生物分布，了解疾病的发展状况和预测治疗效果。
其次，电离辐射在食品安全和农业中扮演着重要的角色。
电离辐射可以用于食品辐照灭菌，通过杀灭食品中的微生物、病菌和害虫，延长食物的保质期，减少食品损耗。
同时，电离辐射也被应用于育种和基因改良，诱变剂辐射处理可以加速植物或动物的进化速度，培育出具有抗病性、耐寒性等良好特性的新品种。
此外，电离辐射在无损检测和材料分析中也发挥着重要的作用。
例如，X射线和γ射线可以穿透物体，对材料的内部缺陷、结构进行检测，用于工业生产中的质量控制和产品检验。
同样，电离辐射也可以通过质谱仪等技术，帮助科学家分析材料中的元素组成和结构信息，用于研究新材料的合成和性能优化。
然而，电离辐射也存在一定的危害性。
高剂量的电离辐射会对人体产生严重的细胞和基因损伤，导致辐射病、癌症等疾病的发生。
因此，在核能反应、医学治疗等领域必须严格控制辐射剂量，采取防护措施保护人体。
此外，电离辐射也可能对环境产生负面影响，例如核能设施事故可能导致辐射泄漏，污染周围的土壤和水源。
因此，要对电离辐射的使用和散发进行监管和控制，确保人类和生态环境的安全。
总结来说，电离辐射是一种具有广泛应用和影响的辐射类型。
它在医学、食品安全、农业、材料分析等领域发挥着重要作用，但也存在一定的危害性。
科学家和政府应该加强对电离辐射的监管和控制，以确保其安全应用，并进一步研究和发展更好的技术和方法，提高辐射治疗的效果，减少对环境的污染。
电离辐射生物效应解读
31
人体各组织的放射敏感性
辐射敏感性
组
织
高度
淋巴组织（淋巴和幼稚淋巴细胞）；胸腺（胸腺细 胞）；骨髓；胃肠上皮（尤其是小肠隐窝上皮）； 性腺（睾丸和卵巢的生殖细胞）；胚胎组织
中度
感觉器官（角膜、晶状体、结膜）；内皮细胞；皮 肤及附件上皮(生发、毛囊、皮脂腺细胞）；唾液 腺；肾、肝、肺组织的上皮
轻度 不敏感
6
1898 法国 居里夫妇
自沥青铀中提出--- 钋 (Po) 镭 (Ra)
放射性
(radioactivity)这一名词就是居 里夫人所创
1903.12 诺贝尔物理学奖 1911 居里夫人 诺贝尔化学奖
7
• 卢瑟福 (Ernest Rutherford，1871—1937) 英国
1898. α, β,γ射线
遗传 代谢改变
25
辐射对DNA分子结构的破坏
26
DNA代谢改变
➢合成代谢↓
抑制程度与剂量依赖,且与多个环节有关
➢分解代谢↑
表现为脱氧核糖核酸酶(DNase酶)活性↑ (射线破 坏了溶酶体和细胞核膜结构)
27
（二）辐射对RNA作用
➢转录过程↓ ➢合成↓
电离辐射的生物学效应-医学辐射防护学教学课件
25
血液系统的辐射损伤特点
损伤出现迅速明显，恢复相对滞后缓慢。 损伤表现有时相性。
损伤程度与照射剂量平行。 损伤时相和程度与病程分期和病情轻重相关。
造血辐射损伤的主要环节是增殖分裂抑制。 辐射造血损伤有可恢复性。
血细胞数量减少与形态功能改变伴行。
12
辐射致癌的潜伏期
最小潜伏期 中央值 最大潜伏期
白血病
2年
其他癌症 10年
ICRP Publ. 60(1990)
8年 16-24年
40年 终生
13
影响人类辐射致癌的因素
✓ 宿主因素: ✓ 遗传学易感性 ✓ 性别与激素 ✓ 年龄与时间因素: ✓ 环境及生活因素的复合作用: ✓ 剂量学因素:
14
电离辐射遗传效应 由生殖细胞的变异引起 辐射照射引起的遗传效应没有特异性 迄今没有人类资料肯定辐射所致遗传效 应的发生
在卫生部2006年颁发的《放射诊疗管理规定》
中明确规定：不得将放射性核素显像检查和X射线胸
部检查列入对婴幼儿及少年儿童体检的常规检查项
目；对育龄妇女腹部或骨盆进行核素显像检查或X射
线检查前，应问明是否怀孕；非特殊需要，对受孕
后的8～15周的育龄妇女，不得进行下腹部放射影像
检查。
22
小剂量低剂量率照射
在急性照射条件下，女性永久性不育剂量的阈值 为2.5—6Gy；在迁延照射条件下，永久性不育剂量率 的阈值为0.2Gy/a。辐射造成女性不育时，伴有与绝经 期相似的明显的激素水平改变。
19
眼晶体的电离辐射效应
射线损伤晶体上皮细胞，其分解产物沉积在晶体 囊的下方，进而病变向其他部位扩展使晶体产生混 浊影响视力，产生白内障。
放射生物学3.电离辐射的细胞效应
细胞凋亡（apoptosis)
细胞凋亡是一种主动的由基因导向的细胞消 亡过程，属于普遍存在的生物学现象，在保 持机体内稳态方面发挥积极作用。 在胚胎发生、器官发育与退化、免疫和造血 细胞的分化、选择以及正常和肿瘤细胞的更 新等方面都有重要意义。
细胞凋亡（apoptosis)
在机体的生理过程中，在一定的信号启动下， 凋亡相关基因有序地表达，制约着对整体无 用或有害细胞的清除。 细胞凋亡和细胞增殖为一对矛盾，互相协调， 彼此消长，维护着机体的正常生长、发育与 健康。
辐射引起细胞死亡的类型
细胞受到电离辐射作用后诱发DNA
损伤、细胞周期调控紊乱及严重的细 胞学后果——细胞死亡。
细胞因其种类不同以及受照剂量的不同，
死亡类型也不相同。
辐射引起细胞死亡的类型
传统上，根据照射后细胞死亡发生的时
间和增殖与否将辐射所致细胞死亡分为 两种类型：增殖死亡和间期死亡。
S e
kD
ln S kD
S：某剂量下细胞的存活分数
D：所受剂量
k：常数，与射线性质及细胞敏感性
有关
指数单击曲线
根据靶学说的解释，上述情况属于单击
单靶模型，即在细胞或生物大分子内存 在着一个敏感的靶区，靶区被辐射击中 一次即可引起死亡或灭活。 这种曲线称为单击曲线。
间 期 死 亡（interphase death）
这些都属于放射敏感性较高的细胞，1Gy以 内的剂量即足以引起50％以上的细胞死亡。 细胞死亡的发展要经历一定时间，死亡数随 照后时间推移逐渐增加，一般在照射后24h 内达到顶点，剂量愈大，此发展过程愈快。
间 期 死 亡（interphase death）
电离辐射的生物效应
电离辐射的生物效应
电离辐射是指能够将电子从原子或分子中剥离出来的辐射。
它具有高能量和较强的穿透力，可以对生物体产生一系列的生物效应，包括：
1. 细胞损伤：电离辐射可以直接与DNA分子相互作用，导致DNA断裂、甲基化、碱基修饰等损伤，进而引发突变和细胞
死亡。
2. 细胞遗传效应：电离辐射引起的DNA损伤可能会导致遗传
信息的改变，包括基因突变、染色体畸变等，进而导致遗传性疾病的发生。
3. 组织损伤：电离辐射对细胞和组织的损伤可以导致炎症反应、组织坏死等病理变化，影响器官和组织的正常功能。
4. 生殖细胞损伤：电离辐射对生殖细胞的损伤可能导致生育能力下降、遗传性疾病的发生以及遗传基因的改变。
5. 致癌性：电离辐射与DNA的不可修复损伤可能会导致细胞
的癌变，增加患癌症的风险。
需要注意的是，电离辐射的生物效应受到辐射剂量、辐射类型、照射方式等多种因素的影响。
低剂量辐射可能对生物体产生适应性反应，而高剂量辐射则更容易引起严重的生物效应。
因此，在使用电离辐射技术时，应严格控制辐射剂量，采取有效的防护措施，减少对生物体的损害。
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β-内啡肽(β-Ep) 0.5-8Gy
黄体生成素(LH) 卵泡刺激素(FSH) 促甲状腺激素(TSH)
5
一、电离辐射对细胞分泌功能的影响
睾丸间质细胞分泌睾酮的功能
0.025-0.05Gy 睾 丸 间 质 细 胞
睾酮
0.5Gy以上
睾酮
6
一、电离辐射对细胞分泌功能的影响
辐射引起淋巴细胞死亡，堆积在肝脏.
10
第八节 电离辐射诱导细胞分化和恶性转化
11
一、细胞分化及其分子基础
概念： 细胞分化（cell differentiation）是在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产 生的后代，在形态结构和生理功能上发生稳定性的差异过程；也就是，由单个受精 卵产生的细胞，在形态结构、生化组成和功能等方面均发生了明显的稳定差异。
分类：胚胎发育(embryonic development)；胚后发育(postembryonic development)
胚胎发育：指受精卵经过卵裂、囊胚、原肠胚、神经胚及器官发生等阶段，衍 生出与亲代相似的幼小个体； 胚后发育：幼体从卵膜孵化出或从母体分娩以后，经幼年、成年和老年，直至 衰老和死亡的过程。
基因表达的调控：基因调控是细胞分化的核心问题，涉及DNA、mRNA和蛋 白质各个水平。
13
一、细胞分化及其分子基础
细胞分化的影响因素 细胞质中某些因子和成分对细胞分化的作用
胚胎诱导 在多细胞生物个体发育过程中，一部分细胞对其邻近的另一部分细胞产
生影响，并决定其分化的方向，这种现象称为胚胎诱导（embryonic induction）。 激素远距离的分化调节
环境因素的影响
14
一、细胞分化及其分子基础
肿瘤的细胞分化 肿瘤细胞缺乏接触抑制或密度依赖性抑制 肿瘤细胞能够合成及分泌自身生长所需的生长因子 肿瘤起源于一些未分化或微分化的干细胞 肿瘤细胞可在高浓度的分化信号诱导下，增殖减慢，分化加强，转变为正常的终 末分化。 高分化：肿瘤细胞分化程度是指肿瘤细胞接近于正常细胞的程度，分化得 越好（称为高分化），肿瘤细胞越接近相应的正常发源组织； 低分化：分化较低的细胞（称为低分化 或未分化），和相应的正常发源 组织区别就越大，肿瘤的恶性程度也相对较大。
12
一、细胞分化及其分子基础
细胞分化的分子基础 基因选择性表达：大量的研究证实，细胞分化的本质是基因组中不同基因选 择性表达的结果。在多细胞生物个体发育过程中，按照一定的时空顺序，其 基因组DNA在不同细胞和同一细胞的不同发育阶段发生差异表达。 细胞核和细胞融合的作用：细胞质对细胞核的功能活动发生影响，许多动物 卵子细胞质的分布有明显的区域性，这种区域性虽然不影响染色体的行为， 但对于以后胚胎器官发育却有决定性作用。
细胞分泌CSF的功能
0.05-0.25Gy
胸 腺 细 胞 1-8Gy
CSF
0.075Gy
CSF
7
二、电离辐射对细胞防御功能的影响
腹腔巨噬细胞吞噬功能
脾细胞杀伤肿瘤细胞功能
肺巨噬细胞体外非特异性细胞毒功能 中性粒细胞吞噬功能 细胞的纤毛运动
低 剂 量 刺 激 作 用 高 剂 量 抑 制 作 用
8
三、电离辐射对淋巴细胞归巢的影响
结论：0.5Gy以上 淋巴细胞归巢功能受到抑制
9
三、电离辐射对淋巴细胞归巢的影响
机制（假说） 淋巴细胞归巢的机制目前尚不十分肯定，较一致的看法是淋巴细胞表 面具有归巢受体，能识别淋巴结及小肠毛细血管中的高内皮细胞决定 簇，从而介导淋巴细胞进入淋巴结和小肠。
淋巴细胞表面归巢受体脱落 高 剂 量 辐 射 膜受体构型发生改变
原发移行(primary migration) 成熟的小淋巴细胞在体内具有很强的迁移能力， 将其注入自体或同基因动物的静脉时，立即进入脾脏，这种初期的细胞定位。
继发移行(secondary migration) 注后4 ~ 24 h，大量的淋巴细胞由脾脏等 脏器向淋巴结转移的过程。
淋巴细胞归巢(lymphocyte homing) 再循环淋巴细胞由血液移行到特定的淋 巴组织或其它脏器组织
第六章 电离辐射的细胞效应4
1
第七节 电离辐射对细胞功能的影响
2
一、电离辐射对细胞分泌功能的影响 二、电离辐射对细胞防御功能的影响 三、电离辐射对淋巴细胞归巢的影响
3
一、电离辐射对细胞分泌功能的影响
随细胞种类及分泌产物而异
垂体细胞激素分泌功能
睾丸间质细胞分泌睾酮功能 细胞分泌CSF功能
4
一、电离辐射对细胞分泌功能的影响
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二、电离辐射对细胞分化的作用
电离辐射对干细胞分化的作用
自学
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三、细胞恶性转化的特征及其机制
机制：细胞的恶性转化可能是由于癌基因突变使之功能激活（细胞 恶性转化的阳性效应器），或者是由于抑癌基因突变使其蛋白产物 的功能丢失（细胞生长的阴性调节器）所致。
细胞的恶性转化并不等于癌症。免疫系统对恶性转化的细胞有监视作用。 被免疫细胞识别的新生恶性细胞可在其形成肿瘤之前被抑制或消灭。癌症 发生的长潜伏期可能与免疫系统控制潜伏的恶性细胞有关。
18
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三、细胞恶性转化的特征及其机制
机制：细胞的恶性转化可能是由于癌基因突变使之功能激活（细胞恶性转化 的阳性效应器），或者是由于抑癌基因突变使其蛋白产物的功能丢失（细胞 生长的阴性调节器）所致。
Thanks!
细胞的恶性转化并不等于癌症。免疫系统对恶性转化的细胞有监视作用。被免疫细 胞识别的新生恶性细胞可在其形成肿瘤之前被抑制或消灭。癌症发生的长潜伏期可 能与免疫系统控制潜伏的恶性细胞有关。