富氢溶液的辐射防护效应及其机制研究

2007年国外首次报道氢气具有很强的选择性清除羟自由基和过氧亚硝基阴离子等强毒性自由基，不影响机体正常活动所需的其他有益自由基，这一发现立即引起了国内外学者研究氢气在医学中潜在应用价值的热潮。由于辐射损伤60%-70%是由于羟自由基所引发，氢气选择性清除强毒性自由基的特性是否对辐射防护有科学价值？这一问题国内外至今未见报道。带着这个问题我们开展了前期探索。首先通过跨学科合作，将易燃性的气态氢成功制备成富氢溶液，在此基础上开展生物效应研究，预实验结果显示极有发展前景。本课题在取得预实验结果的基础上，系统探索富氢溶液对细胞和整体动物的辐射防护效应，包括浓度效应、剂量效应、时间效应等；比较富氢溶液与WR2721等已有辐射防护剂的防护效果；通过组织、细胞和分子水平的多种研究，初步阐明氢气的辐射防护作用的机理。旨在探明富氢溶液辐射防护效应及其规律，评价其作为高效、无毒辐射防护剂的研究前景。

本课题在国家自然科学基金资助下，根据计划任务书要求，系统地进行了富氢溶液对细胞、组织器官和整体动物的辐射防护效应研究；比较了富氢溶液与WR2721等已有辐射防护剂的防护效果；通过观察自由基、氧化产物细胞凋亡等方面的变化，初步阐明了富氢溶液的辐射防护作用的机理。研究发现：1、富氢溶液具有很好的辐射损伤防护作用。照射前即刻给予富氢溶液可显著提高受照淋巴母细胞AHH-1和和小肠上皮隐窝细胞HIEC的存活率，使其存活率由受照后50%提高到90%左右；受照BALB/C小鼠的30天存活率由对照组的10%增加到给氢组的80%，其防护效果与国内外公认的辐射防护药WR2721相近，如果小鼠联合应用富氢溶液和WR2721进行防护，可使小鼠存活率进一步提高，同时还能降低WR2721的用量，从而降低其毒副作用。2、富氢溶液对辐射损伤组织器官具有明确的防护效果。通过对造血系统、免疫系统、小肠上皮、生殖系统及肝脏、心脏等组织器官的研究发现应用富氢溶液可以提高受照小鼠的外周白细胞水平并加快其恢复速度，增加内源性脾结节的数量；可以减少小肠上皮的脱落坏死；提高机体的免疫能力，减少肝脏细胞的凋亡，降低心肌纤维化。3、富氢溶液辐射防护作用与清除羟自由基、减轻氧化应激损伤、减少细胞凋亡有关。通过芬顿体系的检测，发现富氢溶液能有效清除电离辐射产生的羟自由基；观察内源性抗氧化剂SOD、GSH和氧化应激产物MDA和8-OHdG含量，发现富氢溶液可以显著减轻辐射引起的氧化应激反应；采用多种检测方法通过大量的体内和体外实验证明，富氢溶液能有效减少受照后多种细胞凋亡，并且与下调凋亡蛋白酶caspease-3、调节凋亡相关蛋白Bcl-2/Bax的表达有关。以上研究结果为富氢溶液作为高效低毒，效果稳定，给药方便，成本低廉的新型辐射防护剂提供理论基础和科学依据。为我国辐射防护剂的研究提供新的突破口。无论对国家，还是对军队的核辐射医学防护研究，均具有重要的理论价值和潜在的应用前景。我们的研究结果均是首次报道，研究一经报道即引起国内外广泛关注和跟进研究。2011年美国宇航局的太空辐射防护研究指导中也引用我们的报道结果并将氢分子的辐射损伤防护作为重要研究方向。本课题研究结果共发表SCI论文9篇，获上海市生物物理科技进步一等奖1项，培养博士研究生1名、硕士研究生4名，研究成果达到了预期的目标。