科研人员研究铁离子辐射对斑马鱼胚胎发育的毒性作用获新发现

  在太空飞行期间,宇航员不可避免的暴露于较高剂量和各种形式的辐射中。如何降低空间环境对宇航员健康的影响一直是研究者关注的焦点。铁离子作为宇宙空间的主要辐射源受到研究者们的重视。研究发现与低LET辐射相比,高LET重离子可能导致更复杂的DNA损伤,当DNA损伤不能正确修复时,诱导细胞凋亡。考虑到对深空探索的兴趣越来越大,将来长期太空飞行和地球外居住的情况将越来越多,更好地了解空间环境对胚胎发育的潜在危害以及所涉及的分子机制是完全必要的。研究表明,高剂量的电离辐射会对胚胎发育产生不利影响,会增加各种先天性异常,精神发育迟滞和儿童期癌症的风险。但对于铁离子诱导胚胎发育损伤方面的研究仍处在初步研究阶段。 

  近代物理研究所科研人员利用兰州重离子研究装置(HIRFL)深层治疗及高能生物医学辐照终端提供的铁离子束研究高LET的铁离子诱导胚胎发育损伤的分子机理,获得新发现。 

  研究采用斑马鱼动物模型,受精后4小时的斑马鱼胚胎分别接受不同剂量0.5Gy1Gy2Gy4Gy的铁离子辐照,结果显示铁离子辐照可以引起斑马鱼胚胎的发育毒性,死亡率和畸形率升高,胎动以及运动能力的下降;为了探究其中的作用机理,检测了胚胎细胞凋亡情况,发现细胞凋亡随剂量率上升而上升;进一步通过对凋亡通路和DNA双链损伤相关基因mRNA水平和蛋白水平的分析表明铁离子辐照引起DNA损伤,从而引起P53以及线粒体凋亡通路的活化,诱导了细胞凋亡以及胚胎发育异常(如图所示) 

  这些发现第一次揭示了铁离子辐射对斑马鱼胚胎发育毒性作用的分子机理,结果表明铁离子辐射造成DNA损伤和线粒体凋亡通路的活化,诱导了细胞凋亡以及胚胎发育异常。本研究首次对高LET铁离子辐射引起斑马鱼胚胎发育毒性作用的分子机理进行了阐述,为空间旅行和地球外居住中的辐射防护指出了可能的方向,提供了一定的科学依据。 

  研究成果发表在Aquatic Toxicology 186 (2017) 8795 

  文章链接:https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0166-445X(17)30059-0 

 

  图 铁离子辐射诱导的死亡率和畸形率、细胞凋亡、基因表达水平和蛋白表达水平的改变 

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中国科学院近代物理研究所

近代物理所的定位是重离子科学和先进核能技术研究,目标是建成在国际上有重大影响的重离子科学研究中心和国际先进核裂变能技术研发中心,主要研究方向有:先进加速器技术研究、原子核物理、强子物理、核天体物理、核化学与放射化学、ads散裂靶研究、先进反应堆研究、高离化态原子物理、高能量密度物理、重离子治癌研究、重离子辐照材料研究、辐照生物效应研究、核辐射探测器及核电子学研制等。

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