酵母β-葡聚糖对空间重离子辐射生物损伤防护效应及相关机理研究

Among the many special factors in the space environment, high-energy ionizing radiation and micro-gravity are widely regarded as two of the crucial factors that hazard the health and safety of astronauts. How to effectively reduce the effect of radiation on astronauts is a very important issue. Based on the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) and its Microbeam Irradiation Equipment, this project is to study the protective effects of yeast beta-glucan against heavy-ions radiation on two levels, the cultured cells and in vivo healthy animals; and to investigate the effect of simulated microgravity on its protective effect; further to explore the relationship between this protective effect and T lymphocyte activate/proliferation related signal pathway. The results could provide a theoretical basis for the immune protection of space flight personnel; provide valuable experimental data for the development of a safe, effective radiation protection health food. This study not only extends the effective way for astronaut health protection, but also has application value in other nuclear radiation protection field.

在空间环境存在的多个特殊因素中，微重力及高能重离子辐射被认为是两个影响航天员健康和生命安全的重要因素。如何有效的减轻微重力效应下空间辐射对宇航员的健康影响是一个非常重要的课题。本项目依托兰州重离子加速器和附属的微束辐照装置，在细胞和动物两个层面上，研究酵母β-葡聚糖对重离子辐射的防护效应，为重离子辐射积累相关实验数据；研究模拟微重力效应对酵母β-葡聚糖辐射防护作用的影响；并进一步探讨酵母β-葡聚糖辐射防护作用与T淋巴细胞激活/增殖相关信号途径的关系。该项研究，可为空间飞行人员免疫防护提供理论依据，为开发一种安全、有效的辐射防护保健食品的推广应用，提供有价值的实验数据支持。此研究不仅拓展了对宇航员健康保护的有效途径，也在其它核辐射的防护领域具有应用价值。

本项目针对我国宇航员空间辐射防护的战略需求，利用兰州重离子加速器辐照装置，开展了酵母β-葡聚糖对重离子辐照损伤的防护及其机理研究，并研究了酵母β-葡聚糖对模拟微重力联合碳离子辐射损伤的防护作用。.开展了酵母β-葡聚糖对辐照细胞的防护作用研究，并基于配体-受体相互作用激活胞内信号传导，探讨了其辐射防护效应的分子机制。实验发现在实验剂量范围内葡聚糖对人B淋巴母细胞和人脐静脉内皮细胞均无毒副作用；且能有效减轻X射线（100kVp）或碳离子（80或100MeV/u）辐射对2种细胞的损伤、促进损伤修复、提高辐照细胞存活率。葡聚糖对细胞的防护效应与其抗氧化能力有关，葡聚糖通过降低细胞内氧化应激、改变内源性抗氧化酶水平，提高细胞的抗氧化能力；同时，葡聚糖通过与细胞表面受体相互作用，激活细胞内信号传导，上调促存活相关蛋白的表达来达到防护效应。开展了酵母β-葡聚糖对重离子辐照小鼠的防护效应研究，并基于转录组测序技术从基因表达角度探究其防护机理。研究结果表明，葡聚糖在一定程度上增强了碳离子（80MeV/u）辐照小鼠的整体免疫能力，但与T细胞增殖或激活关系不大。葡聚糖通过减轻辐照小鼠骨髓有核细胞的氧化损伤、改变骨髓有核细胞的基因表达谱、提高血浆中保护性细胞因子水平，有效减轻碳离子辐照小鼠的骨髓造血细胞损伤，促进造血细胞损伤修复和增殖，从而减轻辐照诱导的造血综合征，提高辐照小鼠的存活率。酵母β-葡聚糖对模拟微重力联合碳离子辐射损伤的防护作用研究表明，口服葡聚糖在一定程度上减轻了模拟微重力联合碳离子辐射对小鼠的损伤效应。.在本项目的资助下，组织了2次国内学术会议，一位成员赴日本进行了短期工作和学习，一位成员赴美国参加了国际会议；培养了5名研究生（在读2人，毕业3人），在国内外学术期刊上发表了相关研究论文 10 篇（SCI 5 篇）。