РИБЭ и оценка риска отдаленных генетических эффектов.

РИБЭ и адаптивный ответ.

Адаптивный ответ, при котором клетки, облученные предварительно малыми дозами, обладают повышенной резистентностью к дальнейшему облучению более высокими дозами, также связан с РИБЭ. Так, γ-облучение клеток в дозе 2сГр за 6 часов до последующего облучения α-частицами снижало РИБЭ в клетках-реципиентах на 50%. Также было показано, что адаптивный эффект может быть индуцирован в необлученных клетках факторами, присутствующими в среде облученных малыми дозами α-частиц клеточных культур.

Другим возможным механизмом адаптивного ответа в клетках-реципиентах РИБЭ является утрата функциональной активности контрольных точек клеточного цикла. В результате у них наблюдается повышенная колониеобразующая способность. Природа отмеченных фактов до сих пор не ясна и нуждается в дальнейшем изучении.

Значение РИБЭ in vivo.

РИБЭ не является исключительно явлением in vitro. Эксперименты по изучению РИБЭ in vivo начали проводиться еще в 1974 года. Так, было показано, что при накоплении α-излучателей в печени китайского хомячка все клетки печени имеют одинаковый риск индукции хромосомных повреждений, даже если только маленькая часть всей клеточной популяции печени была облучена α-частицами. Кроме того, при исследовании генетических эффектов в экспериментах с частичным облучением органов не отмечалось строгих границ поражения. В экспериментах на крысах, при трансплантации облученных и необлученных цитогенетически маркированных клеток костного мозга самца самкам-реципиентам, в последующем поколении необлученных клеток наблюдалась хромосомная нестабильность. При радиотерапии был показан цитотоксический байстэндер эффект, индуцированный опухолевыми клетками, меченными 5-[125] йодо-2'-дезоксиуридином (125IUdR). При введении мышам линии nude смеси летально облученных и интактных клеток аденокарциномы наблюдалось значительное подавление роста интактных клеток. Учитывая, что размер пучка электронов, испускаемых при распаде ¹²⁵I менее 0,5 мкм, наблюдаемый эффект является следствием РИБЭ между меченными и немечеными клетками.

У людей также были описаны цитотоксические эффекты типа РИБЭ в солидных опухолях, находящихся на расстоянии от места облучения. Такой эффект ведет к регрессии множества опухолей, так как предполагается, что ионизирующая радиация индуцирует освобождение цитокинов, что в свою очередь вызывает системный антиопухолевый эффект, сопровождающийся увеличением активности иммунной системы.

Проводилось большое количество экспериментов по введению радиоактивных материалов внутрь организма; при этом доза облучения лимитировалась определенным органом. Во всех подобных исследованиях опухоль возникала в месте локализации радиоактивного вещества. Предполагается, что фактор, который секретируется и высвобождается в кровяное русло, имеет небольшое влияние на риск развития рака в других тканях. При остром облучении высвобождение фактора и вызываемое им повреждение может быть недолговременным, но сильным. При хроническом низкодозовом воздействии в кровяное русло выделяется очень небольшое количество таких факторов, что может и не вызвать клеточного повреждения вне облученного органа или ткани.

РИБЭ наблюдался в организме in vivo и при радиационном облучении части органа. Например, облучение нижней части легких сопровождалось увеличением частоты микроядер в необлученной верхушке легкого. С другой стороны, облучение верхушки не привело к большому увеличению частоты хромосомных нарушений в необлученном основании легкого. Это указывает на то, что фактор передается от облученной части легких необлученной (защищенной) в направлении от нижней части легких к верхушке. Таким образом, эффект свидетеля может иметь важные биологические последствия в пределах одного органа, и распространение вызывающих его факторов, по-видимому, играет определенную роль in vivo при индукции повреждений ткани большими дозами ионизирующей радиации.

РИБЭ in vivo может иметь большое практическое значение в радиотерапии при расчете терапевтической дозы и при оценке риска возможных отдаленных побочных эффектов.

Существуют также свидетельства того, что он может быть ответственным за активацию генов, участвующих в репарации ДНК и апоптозе. Оба этих процесса могут снижать риск возникновения рака. Подчеркивалась и важность эффекта свидетеля для фракционной радиотерапии. Культуральная среда клеток, получивших однократное облучение и облучавшихся фракционировано, обладала разным эффектом — более высокой цитотоксичностью при переносе обладала среда клеток, облученных многократно. Таким образом, очевидно, что в случае, если радиационно-поврежденная ткань отвечает целиком, при расчете дозы должна учитываться масса всей ткани, так как ответ на данное облучение не ограничивается прямо облученными клетками, а включает также и необлученные соседние клетки. Генерализованный ответ всей ткани на облучение также может способствовать формированию защиты от опухолевой прогрессии — было показано, что нормальные клетки и микроокружение угнетают экспрессию атипичного фенотипа генетически трансформированных клеток. Таким образом, подход к моделированию зависимости доза-эффект при разноуровневых дозах облучения, основанный на числе пораженных клеток или даже на типе повреждения ДНК, может являться весьма неточным.

Учитывая, что в соматических клетках за счет эффекта свидетеля наблюдаются нарастающие хромосомные повреждения, мутации и клеточные трансформации, было постулировано, что он увеличивает риск отдаленных радиационных генетических последствий, особенно при воздействии малых доз радиации. В то же время на сегодняшний день в системе основных постулатов радиационной защиты существует явная неопределенность в отношении количественной и качественной оценке эффектов именно малых доз, что в существенной степени обусловлено игнорированием ряда новых феноменов и, в частности, РИБЭ.

Эффект свидетеля в этом диапазоне имеет особое значение в приложении к экологической генетике и оценке мутагенных эффектов окружающей среды. При этом на первый план выдвигаются проблемы, касающиеся индивидуальных колебаний чувствительности к мутагенам и эффектов группового воздействия различных веществ и факторов, способных усиливать непрямые эффекты предшествовавших мутагенных воздействий.

РИБЭ создает определенные сложности и при оценке и моделировании разноуровневых доз радиационного облучения. Так, значение дозы при облучении малыми дозами α-частиц, рентгеновского или γ-излучения может быть, конечно, не столь существенным, как при облучении высокими дозами. Но в то же время при действии малых доз реальный ответ на действие радиации при учете эффекта свидетеля может быть значительно выше, чем эффект, рассчитанный только по величине дозы. С другой стороны, клетка может и не продуцировать байстэндер сигнал или не отвечать на него. По-видимому, это является одной из причин того, что сегодня очень сложно предсказать биологический эффект доз низкоинтенсивного радиационного воздействия. Еще одна проблема заключается в том, что очень сложно (а часто и невозможно) различать эффекты прямого действия радиации и эффекта РИБЭ.

В постчернобыльский период, когда на имевшую ранее место сложную экологическую ситуацию наслаиваются дополнительные хронические мутагенные факторы, модифицирующие феномены, такие как РИБЭ эффект, начинают играть определяющую роль в их эффектах. На сегодняшний день целый ряд фактов, касающихся изменения состояния здоровья человека при проживании на загрязненных территориях, не укладываются в каноны классической радиобиологии и имеющиеся на сегодняшний день расчетные риски, что заставляет исследователей активно искать причины такого рода расхождений. Один из наиболее эффективных путей в этом случае и заключается в поиске и толковании новых, подчас парадоксальных явлений.

 

Библиографический список

 

1. Аклеев, А.В. Радиационно-индуцированные изменения иммунитета и их возможная роль в развитии отдаленных последствий облучения человека / А.В. Аклеев, Л.А. Силкина, Г.А. Веремеева // Радиация и риск, 1997 № 10. – С. 136 – 145.

2. Булдаков, Л.А., Радиоактивное излучение и здоровье / Л.А. Булдаков, В.С. Калистратова. - М.: Информ-Атом, 2003. - 165 с.

3. Гудков, И.Н. Радиобиология с основами радиоэкологии: учебное пособие / И.Н. Гудков, А.Г. Кудяшева, А.А. Москалёв. – Сыктывкар : Изд-во СыктГУ, 2015. – 512 с.

4. Морозик, П.М. Меланин уменьшает проявление «bystander» эффекта / П.М. Морозик [и др.]// «Генетика в 21-м веке: современное состояние и перспективы развития». М., 6—12 июня 2004. — Т.2. — С. 294.

5. Морозик, П.М. Эффект свидетеля — его общебиологическое и прикладное значение (обзор литературы) / П.М. Морозик, С.Б. Мельнов // Проблемы здоровья и экологии, 2004.

6. Моссэ, И.Б. Некоторые подходы к изучению механизмов «bystander» эффекта / И.Б. Моссэ, П.М. Морозик, К. Мазерсилл, К. Сеймур // Материалы 6-й Межд. Научн. конф. «Экология человека и природа». Москва-Плёс, 5—11 июля 2004. — Москва-Плёс 2004. — С. 123— 125.

7. Моссэ, И.Б. Радиационная генетика: курс лекций: учеб. пособие / И.Б.Моссэ, П.М.Морозик – Мн.:МГЭУ им. А.Д.Сахарова. 2013. – 208 с.

8. Радиация. Дозы, эффекты, риск. (Обзор НКДАР при ООН): Пер. с англ. – М.: Мир, 2000. –79 с.

9. Филимонов, М.М. Радиобиология: пособие / М.М. Филимонов, Д.А. Новиков. – Минск: БГУ. 2015 – 132 с.

10. Bishayee A., Hill H.Z., Stein D., Rao D.V., Howell R.W. Free radical-initiated and gap junction-mediated bystander effect due to nonuniform distribution of incorporated radioactivity in a three-dimensional tissue culture model // Radiat Res. — 2001. — Vol. 155. — P. 335—344.

11. Iyer R., Lehnert B.E. Effects of ionizing radiation in targeted and nontargeted cells // Arch Bio-chem Biophys. — 2000. — Vol. 376. — P. 14—25.

12. Iyer R., Lehnert B.E. Factors underlying the cell growth-related bystander responses to alpha particles // Cancer Research. — 2000. — Vol. 60(5). — P. 1290—1298.