电离辐射与镉复合细胞效应及DNA甲基化在其中的作用

电离辐射和其它环境化学因素联合作用引起癌症是生命的一项基本特征，了解其中的细胞分子生物学机理等科学问题是制定合理防治措施的基础。针对我国环境放射性和镉污染严重的问题，本项目拟以人淋巴母细胞研究电离辐射和镉长期暴露的复合效应，包括基因不稳定性、适应性、旁效应、表观遗传学变化等，研究该联合作用下染色体损伤、p16抑癌基因及Erbb2、ras原癌基因表达的变化；根据DNMTs和MAPK酶活性的变化、全基因组DNA甲基化和p16启动子甲基化状态的变化等，研究p16和DNA甲基化在基因不稳定性和原癌基因表达中的调控作用；弄清辐射和镉的协同性与适应性的产生条件、对剂量的依赖性等，研究Erbb2-ras-MAPK信号通路在交叉适应性中的作用，了解物理化学因素之间的交叉旁效应等新现象及其本质，研究DNA甲基化在其中的作用。通过本项目，为有效干预和评价电离辐射与镉复合作用的致癌危险性提供实验和理论基础。

针对环境毒素的多样性，本项目在细胞和动物水平研究了电离辐射与镉的联合效应及其分子机制。首先，以人淋巴母细胞HMy2.CIR为模型对长期镉暴露细胞毒性进行了研究，发现0.005、0.01M镉处理细胞3个月，可在引起细胞DNA损伤的同时促进细胞增殖，并导致基因不稳定性，意味着即使低于国标（GB）浓度的镉仍具有致癌危险性。长期镉暴露下，包括p16基因启动子在内的基因组DNA发生了高甲基化反应，p16基因表达下调。当以DNA去甲基化剂5-氮杂-2-脱氧胞苷（5-Aza-dC)）处理长期镉暴露的淋巴母细胞时，p16表达明显升高，细胞增殖速度也回复到对照水平。低剂量镉长期暴露引起的p16启动子高甲基化是导致细胞增殖加快的重要原因。.长期低剂量辐射（LDR）同样可以促进淋巴细胞增殖，以0.032 Gy的射线连续照射细胞1-4周（每周3次）可使得细胞增殖率增加20%，并使细胞产生辐射适应性反应。长期LDR处理使Cyclin D1、PCNA、原癌基因Erbb2和N-ras、异染色质蛋白HP1和甲基化结合蛋白MeCP2蛋白表达升高，DNMT1基因表达增强，DNA发生高甲基化。而5-aza-dC则可降低HP1和MeCP2的表达，消除长期 LDR诱导的辐射适应性。因此，LDR引起的原癌基因高表达可能是刺激细胞增殖的原因；同时，基因组发生高甲基化可使的染色质结构会变得紧密，导致细胞的辐射敏感性下降，这是细胞产生RAR的一个重要原因。.在镉与射线联合作用方面，发现长期低剂量镉能够诱导HMy2.CIR细胞对镉和电离辐射产生适应性反应，而5-aza-dC可消除该交叉适应性反应，说明了DNA甲基化在其中的作用。同时，首次发现H2S通过负调控p-ATM参与了镉诱导的细胞适应性反应，且外源性H2S可下调辐射激活的p-P53和NF-κB水平。.动物实验发现，采用0.1mg/kg、0.5mg/kg镉连续8周注入大鼠腹腔，其各器官的血隔浓度显著增加。镉染毒可对大鼠产生一系列生理生化和遗传学影响，包括骨髓细胞DNA损伤、外周血细胞hprt突变等。与体外细胞实验相一致，低浓度镉可使大鼠体内骨髓细胞、血液细胞等对电离辐射产生适应性反应，而高浓度镉则与电离辐射具有协同效应机制。金属硫蛋白在该交叉适应性反应中发挥一定的作用。.本研究结果为有效干预和评价电离辐射与镉复合作用的致癌危险性提供了新的实验和理论基础。