（水产品加工及贮藏工程专业论文）pantoea+agglomerans+tca7抗紫外辐射损伤作用的研究.pdf

p a n t o e a a g g o m e t a n st c a - 7 抗紫外辐射 损伤作用的研究 摘要 本文从深明隅田红树林常年阳光照射充足的区域采集样品，筛选出株具有抗紫 外辐射损伤作用的菌株t c a - 7 ( p a n t o e aa g g l o m e r a n s ) ；发酵提取胞外多糖，纯化获得 具有抗氧化能力的活性组分e p si ，进行初步分析；系统研究胞外多糖e p si 的体外 抗氧化活性，和对多种微生物的紫外辐射防护作用。 ( 1 ) 通过两方面筛选菌株。初筛利用高剂量的紫外辐射，分离得到1 5 株菌； 测定1 5 株菌的紫外存活率，获得4 株抗辐射菌。复筛检测4 株抗辐射菌代谢产物的紫 外辐射防护和抗氧化能力：测定抗辐射菌发酵液和多糖提取物对大肠埃希氏菌的紫外 防护作用，菌株t c a - 7 的作用最强；测定体外抗氧化能力，t c a - 7 的多糖提取物对于 0 f 和o h 有最强的清除作用。确定t c a - 7 是株具有强抗紫外能力和能够代谢抗氧 化、抗辐射活性多糖的优良菌株。鉴定结果t c a - 7 为成团泛菌( a n t o e a a g g t o m e r m z s ) 。 ( 2 ) 发酵p a n t o e a a g g o m e r a m s t c a - 7 ，提取、纯化胞外多糖，获得具有抗氧化能 力的活性组分e p si e p s1 分子量为7 5 7 k i ) a ：糖含量7 5 3 ，含阿拉伯糖、葡萄糖 和半乳糖，摩尔比为1 o ：2 2 ：2 7 ，另外还含有少量的甘露糖；糖醛酸含量1 3 3 ； 蛋白含量1 4 9 。 ( 3 ) e p si 的体外抗氧化活性实验结果表明，e p si 具有较高的抗氧化活性，其 抗氧化作用呈剂量侥赖性。多糖e p si 对0 闸o h 的半数抑制浓度( i g o ) 分男约 为0 2 4 m g m l 和0 2 5 m g m l le p si 含量为0 0 6 m e , h n lg o , 对脂员过氧化的抑制率为 3 0 1 7 。既，si 较低浓度就具有很好的清除自由基和抑制脂睫过氧化作用。 e p si 可以清除紫外辐射引发的氧自由基，间接保护微生物，提高其在紫外辐射 下的存活率。日p si 的抗紫外辐射损伤实验表明，浓度为0 5 0 时，列缁哇渤哜撇的 轻_ 射防护作用。对摹兰氏阴性瘟湘芽拍鼾菌的抗轺射率最大，司。达到5 0 以上；对革 兰氏阳性菌的保护作用次之，对酵母细胞保护作用最小这可能是由于微生物细胞壁 成分的不同造成 关键词：a 嘶帕口昭咖棚期掰；胞外多糖；抗氧化活性；抗辐射损伤；防护作用； s t u d yo nt h ea n t i - u l t r a v i o l e td a m a g ea c t i v i t yo f a b s t r a c t t h ee x o p o l y s a e e h e a i d ei s 雄删谢f r o mt h ef e n n e a t a ( i o n 删o fap a n t o e a a g g l o m e r a n ss 廿a i nt c a - 7w i t hp r e f e r r e da n t i - u l l r a v i o l e td m l l a g ea c t i v i t y , w h i c hi s i s o l a t e d f r o ma m a n g r o v ef o r e s ti nf u t i a n , s o u t ho fs h e n z h mc h i n a t h ep a r tn a m e de p s1 w i t h 粕的媳l 瓶a a 曲姆蚺缅m 缸娟蒯既0 p o b 嘲嗽锄d l h e c h 越啦舒冽m o f e p si i ss t u d i e d t h e ni t sa n t i o x i d a l i o na e t 如t t yi nv i t r oa n dp r o t e e l i v ee f f e c ti ns e v e r a l m 妇d 0 蝎卸i 锄s i s 把鲫：h e d 锄d 锄幽7 碱 ( 1 ) t h e s t r a i n t h a t c o u l d i r o d u e e e x o p o l y s a e e h a r i d e w i t h a 珂i - u l a a v i o l e t d a m a g e a c t i v i t y i ss e l e c t e db yt w os t e r e a tf i r s t , 1 5s a g a so f b e e t e f i ai s o l a t ef r o mp l a t e sw h i c ha t ei n a d i a 埘 b yu v r a d i a t l o n , t h i nt e s tt h e i ru v r a d i a t i o ns m v i v a lc a u v e a , 4s t r a i n so f b a 删aw i 血m 曲 s u r v i v a li 锄罄s e l e c t e d s e c o n d , t h e 弘o t 酬v ee f f e c t s 魑a i n s tu l t r a v i o l e ta n da n f i o x i d a l i o n 犯蛐o ff e m a e n t a t i o nl 触a n d 积叩嘀嘲蛹d e 懿n 翟i c 协o fa f o r e s a i d4s t r a i n so f b a c t e r i a 躺t e s t e d , r e s u l t ss h o w t h a tt h e p l h e tg r o u po f t c a - 7h a sh i g ha n 幽a d a n t 卸呐 a n da n t i - u l t r a v i o l e td a i l l a g e 鲫州哆t h eo o l o 珂m o d a 】i 彤p h y s i o l o g i c a l 捆db i o c h e m i c a l c 删c s o f s t r a n t c a - 7 s h o w o a a t i t i s a p a n t o e a a g g l o m e r a 口l s s t r d m ( 2 ) t h ee x o p o l y s a e c h a f i d ei s e x t m a e df r o mt h e 缸雠蛐1 i 删o fp a n t o e a a g g l o m e r a n st c a - 7 , a n dt h ep a r tw i t he a a t i o x i d a l i o na c t i v i t ye p si 舯b y s e p l l a e 川 s - 3 0 0 h rg e lc o h m me , o l r e s p o n a 吨t oam o l e c u l a rl n a 鹤：7 5 7 k d ad e t e n n i n e d 坶g p c t h n i q u e e p s ii s c o m p o s e d o f a r a b i n o s e , g l i 瑚锄d 翻l 搬缸位妇蹦曲o f l 0 ： 2 2 ：2 7 - a n d a l i t t l e b i t m a n n o s e b e s i d e s , i 班 s ic o n t a i n s 7 5 3 c a r b o h y d r a e , 1 3 3 m m f i o a c i da n d1 4 9 p r o t d n ( 3 ) t h e t e s t o f a a t i o x i d a t i o n a c t i v i t y i n v i t m o f e p 8i s h 倒v t h a t i t h a s h i g h a c t i v i t y i n a 0 0 n 锄甜训删蛐m 锄溉聃i 砌蛐卿i a d i 幽剐唧龇墙d i c a l s 越姗 删峨恤酶o f 僦黜0 2 4 棚0 2 5 m 触删；蛐眈佃砌脚 p e a x 蛹d a t i o ni s3 0 1 7 a tt h ec o m e n to f o 0 6m 札e p s 1w i t hal o w 日c o n e e , m 稍o nh a s h i g h a c t i v i t y o f a n t i o x i d a f i o n l ep r o t e g ee f f e c t sa g a i n s tu l t r a v i o l e to fe p si m a yb eh a sr e l a t i o n s h i pw i t hi t s s t r o n g d v eo x y g e ns 1 ) e c i e s - s e a w n g i n ga c t i v i t y e p sic 越d e a rr g a e l i v eo ) 卿印e c i e s 跚i s i r l gf r o mu l t r a v i o l e t 船d i 洳，t b 鲫航弘吼e 幽gt h em i c r o o r g a n i s mi n d i r e c t l ys oa st o i m p r o v et h es m v i v a lr a m s o fw h i c hu n d e ru l t r a v i o l e t 船d i 越i o 吐t h et e s to fe p si a n t i - u l t r a v i o l e td a m a g ci n d i c a t 苍t h a te p si h a s 此b e s t 弘o i e c i i o nf r o m ( h ei a d 枷。虹t o m i c r 涮g a n i s mw h e ni t sc 0 咧删i i s0 5 “o fa l lt h e 乒o i e 砸吼e 妇融晦t h eb e s ti st o g r a m p o s i t i v eb a c t e r i aa n db a c l u s , a b o v e5 仍钲s e c o n d l yi st og r a mn 倒i v eb o o e r s , a n d t h el e a s ti st oy e a s tc e i la l la b o v ed i f f e m m 嚣c o m eo u tp r o b a b l yb e c a u s eo f 也ed i s s i m i l a r c o m p o n e 曲o f t h ec e l lw a l l k e y w o r d s ：p m 嘶o e a 明馨面哪日删喝e 础p o j 陋哪硼h r i d e ； a n f i o x i d a f i o na e l l v i l l e s ； a n d a m a g e s ；n m 把咖e 庙。凼 0 前言 p a n t o e aa g g l o m e r a mt c a - 7 抗紫外辐射损伤作用的研究 0 1 立题背景和意义 大气臭氧层阻挡了太阳光中9 9 的紫外线( u v ) 辐射，保护了地球上 的万物生灵免受强u v 的伤害。1 9 8 5 年f a t m e n 等人首次报道南极臭氧层空 洞以来，大气臭氧耗损，已成为当今全球性环境问题之一释放到环境中 的氯氟烃( c h l o r o f l u o r o c a r b o n s ，c f c s ) 等化合物的化学稳定性高，在大气 层中滞留时间可长达4 0 1 5 0 年之久这些化合物通过对流层到达同温层 后，受高能量u v 照射而发生分解，分解产生的氯原子和臭氧分子反应， 消耗掉臭氧分子，使大气臭氧层遭到严重破坏( s h e r w o o d 等，1 9 7 4 ) ，太 阳u v 辐照强度增加。 过量u v 辐射会影响到地球上的人类和动、植物的生命活动。水的含 量约占生物体总重的8 0 ，u v 辐射引起的生物效应很大程度上来自于辐 射对水的作用( 丁振华等，2 0 0 1 ) 。u v 辐射可通过水的辐解反应产生自由 基，对机体产生一系列的有害作用，如进攻不饱和脂肪酸引起脂质过氧化， 导致生物膜结构和功能的改变；损伤蛋白质的巯基和氨基使蛋白质变性、 交联、酶活性丧失；损伤d n a 导致细胞突变等。 人体皮肤经过长时间的日光照射，将会受到严重伤害，造成皮肤光老 化；严重者还可使染色体遭到破坏，脱氧核糖核酸发生突变，免疫系统受 到抑制，甚至导致皮癌。据预测，臭氧含量每减少l ，阳光u v 强度就增 加2 ，皮肤癌患者将增加3 ( n a g a z a w a 等，1 9 9 4 ) 日光中的u v 辐照 产生的自由基与各种细胞内结构相互作用造成细胞和组织的损伤，是导致 皮肤光老化和皮癌的重要原因皮肤中的各种光敏物质或色基吸收u v 能 量后，通过电子传递可产生氧自由基( r o s ) 一方面，r o s 可直接攻击 细胞膜脂质，蛋白质和d n a 引起氧化性损伤；另一方面，近来还发现r o s 可作为第二信使，参与启动u v 辐射后的细胞内信号传导，激活丝裂原活 化蛋白激酶( m a p 融) 信号传导通路，改变弹力蛋白和胶原蛋白的表达， 前言 引起皮肤光老化。 因此清除生物体过剩自由基对于生命过程的正常进行十分重要。开发 具有优良疗效的抗氧化、抗辐射、抗衰老活性物质，是目前的研究热点， 对于缓解和消除u v 辐射的影响具有重要意义。 海洋是生命的发源地，其生物多样性远远超过陆地生物的多样性，且 相当部分海洋生物活性物质是陆地生物所没有的，因此是新药和保健品研 究的重要对象。日本等国家相继从海洋微生物中分离获得具有抗肿瘤、抗 突变、抗病毒和抗氧化的活性产物和临床药物，并已证明这些活性具有相 关性( s p o n g a 等，1 9 9 9 ；e r b a 等，1 9 9 9 ) 。海洋生物抗氧化剂是且前海洋生 物活性物质研究的一个重要领域，海洋生物多糖的药用潜力正逐渐被发掘， 螺旋藻多糖等已被制成药物和保健品出现在市场上( 2 e 绍远，1 9 9 6 ) 。 红树林处于海洋与陆地的动态交界面，生态特殊，蕴藏着巨大的微生 物资源。林内各种植物生长茂盛，物质积累丰富，微生物组成复杂而丰富， 具有很高的研究价值，其代谢产物作为生物活性物质来源也越来越受到重 视( a l o n g i 等，1 9 9 6 ) 生存于红树林的微生物，由于红树林生态系统的特 殊多样，而具有复杂独特的代谢途径，其次级代谢产物在结构类型以及生 物活性方面都呈现出与陆生放线菌不同的特点和多样性( 郑志成等。1 9 8 9 ) 。 研究红树林微生物多糖代谢物的抗氧化、抗辐射活性，对于开发新的抗肿 瘤、抗氧化天然药物，具有现实意义。 近十几年来，人们逐渐认识到糖及其复合物分子具有极其重要的生物 功能。多糖是广泛分布于自然界各种生物体中的一类生物大分子，它是由 醛糖或酮糖通过糖苷键连接在一起的线性或分支链状聚合物。多糖与免疫 功能的调节、细胞和细胞以及周围物质间的相互识别和粘着，癌症的诊断 与治疗等，都有密切的关系，它还能控制细胞的分裂和分化，调节细胞的 生长和衰老。多糖在日化、食品、药物和保健行业都有着广泛的应用。 目前，多糖的抗氧化作用受到广泛的重视。研究表明许多多糖具有提 高氧化酶活性、清除自由基、抑制脂质过氧化的作用。近几年的研究表明 海藻多糖具有较高的抗氧化能力，如螺旋藻多糖、鼠尾藻多糖，浒苔多糖 等( 周志刚等，1 9 9 7 ；张尔贤等，1 9 9 5 ；徐大伦，2 0 0 5 ) ，但有关海洋微生物 多糖抗氧化活性尚少见报道。海洋微生物种类繁多，其中相当一部分是前 2 帅阳口g 北岍日脚珥嘲抗紫外辐射损伤作用的研究 所未见的新种类，加之进化地位特殊、代谢类型多样，具有产生活性物质 的巨大潜能，从海洋微生物中开发抗氧化、抗辐射活性多糖，具有重要意 义。 0 2 紫外线辐射的危害 o 2 1 紫外线简介 紫外线( u v ) 根据波长和不同的生物学作用，可以分为三个波段：长 波紫外线( u v a , 3 2 0 4 0 0 n m ) ，中波紫外线( u v b ，2 8 0 3 2 0 n m ) 和短 波紫外线( u v c ，2 0 0 2 8 0 n m ) 。而u v a 又可进一步分为u v a 2 ( 3 2 0 3 4 0 r i m ) 和u v a l ( 3 4 0 4 0 0 n m ) ，目前认为i a 2 的生物学作用与u v b 类似。 大气中的臭氧( 0 3 ) 层分布于l o 5 0 1 a n 大气层内，在中上层平流层 大气中产生热源汇集效应，可阻断太阳光谱在2 9 0 h m 以下的u v 辐射通 常情况下，大气平流层中的臭氧几乎吸收了全都的u v c 和9 0 左右的 叭，b ，太阳光中的u v 对生物的影响较小 近2 0 年来，由于氯氟烃( c f c s ) 等化学物质的大量使用和温室气体 的大量释放，大气平流层臭氧浓度日益下降，导致到达地面的太阳u v 辐 射增强。在2 0 0 0 年全球禁止使用c f c s 后，极地平流层臭氧仍然损失严重， 臭氧层的完全弥合至少需要1 0 0 年的时间( s h i o d e l l 等，1 9 9 8 ) 。 随着全球臭氧层变薄，到达地球表面的u v 逐年增多，大剂量的u v 对地球上的人类和动、植物都产生了严重影响( t e m m u r a , 1 9 9 0 ) 0 2 2 紫外线对生物体的作用机理 u v 对细胞的有害作用主要在于细胞中有很多物质能吸收u v ，如核酸 及其碱基、蛋白质、d n a 等。u v 辐射可引起d n a 损伤，使d n a 分子产 生胸腺嘧啶二聚体、环丁烷嘧啶二聚体及6 ，4 光产物等，还可损伤各种蛋 白质、核酸和核糖体等，当生物体中一些转录因子和一些修复性蛋白未被 前言 激活或者缺失时，很易造成生物体死亡( 刘杨等，1 9 9 7 ) 。 d n a 和r n a 对u v 的吸收光谱范围在2 4 0 n m 2 8 0 n m ，对波长2 6 0 r i m 的u v c 有最大吸收。u v 线照射细胞，被d n a 和r n a 吸收，导致突变、 阻碍其复制、转录及蛋白质的合成，从而导致细胞的损伤和死亡 另外，光量子理论认为，光是物质运动的一种特殊形式，是一粒粒不 连接的粒子流。每一粒波长2 5 3 7 r i m 的u v 光子具有4 9 e v 的能量。当u v 照射到细胞时，便发生能量的传递和积累，积累结果造成细胞受损。 0 2 2 1 紫外线对d n a 的影响 在u v 的诱导下，d n a 的损伤分为两类。一类是d n a 中碱基形成二 聚体；另一类是在交联剂存在时，d n a 之间发生交联( 张海等，1 9 9 7 ) 。 第一类d n a 的损伤是由于u v 作用于d n a 的碱基，使其活化发生化 学反应而使d n a 结构发生变化。一般来说，这类损伤主要是造成相邻嘧啶 碱基形成二聚体，使局部d n a 不配对。在此条件下可形成胸腺嘧啶一胸腺 嘧啶二聚体( t t ) 、胸腺嘧啶一胞嘧啶二聚体( t 八c ) 、胞嘧啶一胞嘧 啶二聚体( c a c ) 。二聚体的形成取决于两个因素的影响。一个因素是 u v ，u v 辐射强度越大，形成嘧啶二聚体的趋势也越大。最近，在实验中 人们发现( d a v i d 等，1 9 9 2 ) ，波长对其形成也有影响：用波长2 4 0 n m 2 8 0 n m 的l r v c 照射时，形成二聚体的趋势是：t 八t t a c c a c ，胸腺嘧啶二 聚体最易形成；但在波长2 8 0 n m 3 2 0 n mu v b 照射下，趋势为：t 八t - - - - t a c c a c 。这表明，u v 波长变长，形成胸腺嘧啶二聚体趋势降低。另一个 影响二聚休的因素是序列自身特点：即某一段富含嘧啶碱基的d n a 中容易 形成二聚体。 我们讨论的另一类由u v 诱导的d n a 损伤是交联剂在u v 照射下，与 d n a 分子发生作用，改变d n a 分子结构具有代表性的交联剂是补骨脂 素：它是一个双功能试剂，能够与嘧啶碱基共价结合。在u v 照射下，掺 入到d n a 双螺旋内的补骨脂素被活化，与嘧啶( 特别是胸腺嘧啶) 形成共 价化合物它的两端都可与嘧啶反应，故能将d n a 交联在一起( g e o r g e 4 p m u o e a a g g l o m e r w w t c a - 7 抗紫外辐射损伤作用的研究 等，1 9 8 5 ) 。若补骨脂素仅一端与d n a 结合，称为单加合物；若两端均与 d n a 结合，称为链问交联。 0 2 2 2 紫外线对r n a 的影响 r n a 与d n a 的不同在于核糖取代了脱氧核糖、尿嘧啶取代了胸腺嘧 啶，以及具有等多的单链片断。这些差别影响着r n a 的光化学( 例如形成 更多的嘧啶水化物) ，但一般说来它类似于d n a 由于r n a 分子在细胞 里有多个复制品，所以这些分子的百分之几被钝化将不会像d n a 的一小部 分的光化学变化那样对细胞产生那些不利的影响。尽管如此，在一些特殊 情况下，m r n a 和t r n a 的光化学对细胞可能会造成严重的后果。一些病 毒含有作为遗传决定因素的r n a ( 如烟草花叶病毒) ，对于这样的病毒， 其r n a 的光化学变化导致它们迅速的钝化。人们用r n a 病毒极为广泛的 研究了u v 对r n a 的生物和化学效应( 尚兰琴等，2 0 0 2 ) 0 2 2 3 紫外线对蛋白质的影响 蛋白质受到u v 照射时，可被u v 辐射做出许多修饰，其中包括色氨 酸的光降解、一s h 的修饰、提高膜蛋白在水中的溶解度、促进多肽链的断 裂等，这些修饰可引起酶的失活和蛋白质结构的改变。 导致酶失活和蛋白质结构的改变最直接的原因是由于u v 辐射引起蛋 白质中的色氨酸发生光降解所造成的。色氨酸的最大吸收波长在3 0 5 r i m 处， 它极易被u v 辐射所降解，色氨酸在被降解为n 甲酰犬尿氨酸等的同时， 会诱导产生0 2 一和h 2 0 2 ，而活性r o s 可直接修饰蛋白质，引起其蛋白质分 子内和分子间发生交联和断裂( r a i l 等，1 9 9 8 ) 。 u v 辐射还可引起蛋白质分子肽链的断裂，并影响蛋白质的含量和蛋白 质的合成。蛋白质发生断裂的原因是因为u v 辐射诱导了醌自由基的形成。 有研究认为，u v 辐射会降低蛋白质的含量；也有研究认为，u v 辐射会使 蛋白质的含量上升蛋白质含量的上升可能是芳香族氨基酸合成加强的结 前言 果。芳香族氨基酸是合成类黄酮的前体物质，而类黄酮有利于生物体免遭 u v 辐射的伤害。短时间的u v 辐射可促进蛋白质的合成，u v 辐射降低了 蛋白水解酶的活性，从而使可溶性蛋白质含量上升。长时间u v 辐射抑制 蛋白质的合成，可促进蛋白水解酶活性的上升和总游离氨基酸的积累，降 低可溶性蛋白质的含量，从而使蛋白质的分解代谢加强。 0 2 2 4 紫外线对膜系统的影响 生物体与环境之间的相互作用中，生物膜是作为接受外界环境因素影 响的受体，因而膜的生理、生化和物理特性的变化是生物体抗、耐环境胁 迫能力的最初和最基本的反映。 u v 辐射可引起细胞膜功能的改变，即膜透性的变化。然而，迄今为止， 有关u v 辐射对生物膜透性的影响的研究工作比较有限。生物膜主要是由 类脂和蛋白质组成的超分子结构。膜脂( 特别是磷脂) 不仅是生物膜的基 本骨架，还与多种膜功能密切相关。光合作用过程中进行光能吸收、传递、 转换的蛋白质复合物，以及电子传递链上的各成分，都有序的分布在类囊 体膜上，同时偶联因子也结合在膜表面。因此膜结构状态必然与各种光化 学反应的正常进行有密切关系。 膜发生相变的同时，膜上的结合酶和蛋白质的活力和状态也会必然发 生改变。因为膜脂的流动性与膜结合酶有直接的相关性。这可能是由于膜 相变化引起偶联因子稳定的构相发生改变，而使膜上功能位点失活所致。 u v 作用的机制是通过诱导自由基产生，从而加剧膜脂质过氧化，使膜脂肪 酸配比发生了改变。目前普遍认为，生物膜应处于一种流动性的液晶态， 这样才能保证其功能的正常发挥。 0 2 2 5 自由基学说 自由基学说是辐射损伤的基础理论，机体受辐射后，通过能量吸收， 传递和产生自由基引起生物分子的电离与激发，从而导致分子损伤及细胞、 6 p a n t o e a a g g l m n c r a n s t c a - 7 抗紫外辐射损伤作用的研究 组织、器宫的功能和形态变化，甚至死亡。 u v 照射可以增加r o s 的形成。自由基形成后，它们可以进攻、浸润 和损伤皮肤细胞结构，在细胞膜受损部位产生类脂过氧化物，引起一系列 的突变过程，而最终导致细胞老化损伤的加速。 所谓自由基是指具有未配对价电子的原子、原子团、分子或离子。氧 分子含有2 个平行自旋的不成对电子，在与许多有机物作用时形成氧自由 基。r o s 主要包括超氧阴离子( 0 2 一) 、羟自由基( o h ) 、单线态氧( 1 0 2 ) 和过氧化氢( h 2 c h ) 。体内细胞的新陈代谢中会不断地产生自由基，这些 自由基也会参与人体的生理活动，正常情况下，这些自由基的产生和消亡 是处于动态平衡中，能被体内抗氧化酶或抗氧化剂迅速清除，一般不会产 生细胞损伤作用。 过多的u v 照射会导致机体产生过量r o s ，无法得到及时清除，以致 大量的r o s 迅速与机体内的核酸、蛋白质、氨基酸、脂质等产生反应，生 成氧化物或过氧化物。 多余的自由基会和体内的不饱和脂肪酸反应，使细胞膜中不饱和脂肪 酸减少，饱和脂肪酸相对增多，从而降低膜的柔软性，导致细胞膜功能异 常，使机体处于不正常状态。自由基对细胞的损害尤其表现为对亚细胞器 如线粒体，微粒体及溶酶体的膜损伤，由于膜上含磷脂多不饱和脂肪酸多， 对自由基更为敏感。自由基作用于多不饱和脂肪酸形成脂质过氧化物，损 害细胞膜使膜的通透性和脆性增加，导致细胞丧失功能。 不饱和脂肪酸与自由基发生过氧化反应生成的最终产物是丙二醛 ( m d a ) ，它会进一步与体内蛋白质、核酸或磷脂类起反应，生成荧光物 质，这些荧光物质积聚后表现在皮肤上就是老年色斑 另外体内自由基的增加还会引起结缔组织中胶原蛋白的交联，使胶原 蛋白的溶解性降低表现在机体上就是皮肤无弹性、无光泽、骨骼变脆、 眼晶状体变浑浊等等。 前言 0 2 3 紫外线辐射对人类的影响 适量的u v 是人类和生物界的一种自然营养，少量的太阳光可以增强 人的体质，可以使皮肤中的脱氧甾醇转化成维生素d ，从而有利于人体对 钙和其他矿物质的吸收，预防小儿佝偻病和成人软骨病的发生，也可以促 进肌体新陈代谢，产生免疫机能。 而过多的u v 辐射，则会对人体产生有害影响。首先u v 辐射会对皮 肤造成损害，产生红斑、导致皮肤的老化、黑瘤及非黑瘤皮肤癌等病变。 其次u v 辐射会使眼睛产生伤害，引发光角膜炎、眼睑红斑、白内障以及 视网膜的损伤等。另外u v 辐射还影响人体免疫系统，抑制人类的免疫反 应、使血液中的淋巴细胞减少、降低集体的免疫力。其中影响最大的是u v 对皮肤的损伤作用。 近几十年来，随着研究的深入，人们越来越认识到u v 对皮肤的损伤 作用。过量的u v 照射可以导致晒伤，晒黑及免疫抑制，长期的u v 作用 还可以引起皮肤光老化，并提高皮肤癌的发病率。 0 2 3 1 紫外线辐射的急性损伤 太阳光下，皮肤长时间受到强烈照射，若不采取任何保护措施，将导 致皮肤的急性红斑效应。u v 辐射数小时后皮肤变红，8 h 达到高峰后慢慢 减弱，这种情况称为日炙。由太阳光引起日炙产生红斑的最高波长域在 3 0 0 n m 3 1 0 n m 范围，皮肤受到u v 照射后，被伤害的细胞产生炎症，使毛 细血管亢进扩张，肉眼看到表皮皮肤潮红，皮肤晒后7 2 h 左右，开始逐渐 变黑，由于黑色素细胞机能亢进，产生大量的黑色素；变为黝黑的皮肤， 若恢复到原皮肤颜色需数月时间( 倪建华等。2 0 0 2 ) 红斑效应严重者可伴 有水肿、水疤、脱皮，全身症状可伴有寒颤、发烧、恶心等。 p a n t o e a a g g l o m e r a n s t c a - 7 抗紫外辐射损伤作用的研究 0 2 3 2 紫外线辐射导致的慢性光老化 皮肤老化分为两种，一是固有性老化，又称自然老化，是由遗传因素 和不可抗力因素引起的；一种是因环境因素如u v 、吸烟、风吹、接触化学 物质等引起的外源性老化。由于日光的长期反复照射是环境中影响皮肤老 化的重要因素，因此外源性老化又称为光老化。 皮肤的自然老化是指皮肤在表皮更新、真皮对外界化学物清除力、真 皮厚度和细胞组成，温度调节和受伤后表皮重建能力、免疫反应、感觉能 力、汗腺和皮脂腺分泌能力、维生素d 3 合成能力和血管反应性等多方面功 能的降低。光老化除以上损害外，还表现为皮肤松弛，粗糙，萎缩，皱纹 加深加粗，结构异常，不规则性色素沉着，毛细血管扩张，角化不良，出 现异常增殖及癌变，弹力纤维蓄积增加并变性等，其中弹性组织变性是皮 肤光老化损伤的标志 日光性弹力纤维变性会引起异常的，黄色的，无定形的弹力纤维变性 物质在真皮上部沉淀，并取代正常的胶原和弹力纤维j 使皮肤失去弹性，+ 血管壁变薄，变脆，使角朊细胞向角质细胞的演变过程受损，表皮异常黑 变，产生不均匀色素和癌变。在组织形态学方面，表现为表皮层明显增厚， 棘细胞排列紊乱，真皮中胶原含量下降，胶原纤维排列紊乱、断裂，有异 常弹力纤维的增生，为特征性的光化性弹力纤维变性( s c h a r f f e t t e r 等， 2 0 0 0 ) 它在临床上表现为皮肤增厚及粗深的皱纹。 目前认为，在面部、颈部及手背等光暴露部位，u v 引起的光老化是皮 肤衰老的主要过程，而这些部位又是人们美容护肤最关注，最迫切希望得 到保养和改善的部位，因此对光老化发生发展机制和防护方法的研究，一 直是近二十年来全球研究的热点。 日光中的u v 可通过下列机制使皮肤损伤：损伤d n a ；进行性蛋白 质( 如胶原) 的交联。通过诱导抗原刺激反应的抑制途径而降低免疫应 答；产生高度反应的自由基与各种细胞内结构相互作用而造成细胞和组 织的损伤。u v 还可直接抑制表皮朗格罕斯细胞的功能，引起光免疫抑制， 使皮肤的免疫监督功能减弱而引起皮肤的光老化( 李燕华等，2 0 0 1 ) 研究 9 前言 表明，u v 对人皮肤的老化有明显促进作用，高暴露人群皮肤老化危险性比 低暴露人群高一倍，老化发生时间提前1 0 年，皮肤朗格罕氏细胞也有减少 趋势( 刘畅等，1 9 9 7 ) 。 在对光老化发病机制的研究中逐步发现r o s 在其中起着更为重要和关 键的作用。皮肤中的各种光敏物质或色基吸收u v 能量后，通过电子传递 可产生r o s 。一方面，r o s 可直接攻击细胞膜脂质，蛋白质和d n a 引起 氧化性损伤；另一方面，近来还发现r o s 可作为第二信使，参与启动u v 辐射后的细胞内信号传导，激活丝裂原活化蛋白激酶( m a p k s ) 信号传导 通路，包括细胞外信号调节激酶( e r k ) 、c , - j u n 氨基末端激酶( j n k ) 和 p 3 8m a p k 的活化。m a p k 活化进一步使原来在细胞内低表达的c - j u n 蛋白 表达升高，它与c - f o s 结合成异= 聚体，与其它蛋白因子一起形成活化的转 录因子a p 1 ，上调弹力蛋白，基质金属蛋白酶( m m p ) 等基因表达，下调 胶原蛋白的表达，在u v 引起的皮肤光老化中发挥重要的作用( f i s h e r 等， 1 9 9 6 ；f i s h e r 等，1 9 9 8 ；b r e n n e i s e n 等，1 9 9 8 ；k a n g 等，2 0 0 3 ) 。 现在认为，u v a 主要诱导产生0 2 一和h 2 0 2 ，u v b 主要通过o h 和脂 质过氧化物产生损伤作用( m aw 等，2 0 0 1 ) 。正常情况下，皮肤自身存在 酶及非酶的抗氧化防御机制，但在大剂量或长期u v 作用下，r o s 的产生 可以超过其被清除的速度，进而引起抗氧化酶( 包括超氧化物歧化酶 ( s o d ) ，过氧化氢酶( c a t ) ，谷胱甘肽过氧化物酶( g s h - p x ) 含量下 降，非酶自由基清除剂( 包括v i t c ，v i t e ，谷胱甘肽) 耗竭( w l a s c h e k 等， 2 0 0 1 ) ，而损伤的皮肤抗氧化防御休系会导致更多r o s 的产生，以正反馈 形式加剧皮肤组织和细胞膜的损伤，最终形成光老化的各种表现。 o 2 3 3 紫外线对头发的伤害 u v 除了作用于皮肤外，还引起头发损伤。当头发暴露于大剂量的u v 下，头发会变色，棕色头发趋于褪色，金黄色头发、红色头发变黄。这是 由于光氧化的漂白作用和氨基酸( 包括肽氨酸、酪氨酸、色氨酸) 光降解。 氨基酸光降解还会引起头发的张力降低 r 嚼如懈删i 删抗紫外辐射损伤作用的研究 0 2 3 4 紫外线对眼睛的伤害 u 、，b 引起眼的损害包括对角膜、晶状体、虹膜、相关上皮和结膜的损 伤。白内障是与u - v b 暴露有关的最显著的视觉损害，同时u v b 也与翼状 胬肉、光照性角膜炎、气候滴状角膜病变、眼脉络膜黑色素瘤等有关联性。 最普通的u v b 的急性视觉影响是光照性角膜炎，滑雪者中常见雪盲症，在 其它户外活动者也有发生。慢性眼病( 包括白内障、鳞状细胞癌、眼黑色 素瘤，以及角膜增生如翼状胬肉和结膜黄斑) 患者的情况会随u v 辐射的 增多而加重。对美国马里兰州c l s a p e a k c 海湾的8 3 8 名船工的调查表明， 长期日光u v b ( 3 2 0 4 0 0 n m ) 与船工翼状胬肉、气候滴状角膜病变、睑裂 斑的发生密切相关。电焊工翼状胬肉的发生与电弧光中u v b 强度及接触时 间星剂量依赖性( t a y l o r 等，1 9 9 7 ) 0 3 多糖的抗辐射作用 多糖为一大类天然产物，具有能量储存、结构支持、防御和抗原决定 性等多方面的生物功能，有些多糖或其衍生物还有多种药理活性，多糖已 成为天然药物研究的一个热点。在研究中发现多种多糖具有明显的抗辐射 作用，其机制可能与抗免疫损伤、保护造血系统、清除自由基等方面有关。 近年来从天然药物中寻找无毒或低毒的辐射防护剂成为新的研究热 点，多糖作为一类具有生理活性的天然产物，正受到越来越多学者的关注。 目前，已有3 0 0 多种多糖从天然产物中分离出来，多种多糖具有抗辐射作用， 是非常有前景的天然辐射防护剂。药理学研究初步显示出多糖良好的抗辐 射效应，随着多糖抗辐射研究在生物学、药理学和化学等领域的不断深入， 多糖作为新型辐射防护剂将发挥越来越大的作用。 0 3 1 多糖的基本结构与生物学作用 多糖广泛存在于动物、植物、微生物等有机体中，是由许多单糖分子， 1 1 前言 通过糖苷键连接而成的多于2 0 个糖基的糖链，由于连接方式不同，形成直 链多糖、支链多糖，有时也可形成环状多糖。多糖的组成因所含单糖的种 类、比例及其它原子基团的多少和位置而异，因组成所含糖营键的类型， 糖苷键的比例以及与此相关的支链程度等有所不同。多糖的结构可分为一 级结构、二级结构、三级结构和四级结构。多糖具有高分子的聚阴离子， 能调节体内的阴离子浓度；能与一些物质结合，调节机体免疫功能，防御 细菌或病毒的感染；具有抗凝血活性，对抗血栓的形成；能激活脂蛋白酶， 调节机体脂质代谢；血管壁上的多糖具有大的粘滞性，可保持或维持管壁 坚韧性和通透性( 张树政，2 0 0 2 ) 。 0 3 2 多糖与辐射损伤的造血组织 活性多糖能促进造血细胞的增殖与分化，对骨髓有核细胞与造血干细 胞c f u - s 产生一定的影响，对祖细胞c f c - g m 的数量有增多作用，从而使 外周血自细胞数升高。木耳多糖注射小鼠，5 m g 只的给药剂量在小鼠3 0 d 存活率及骨髓d n a 含量指标上能显示其抗辐射效价，剂量降低，效价也降 低( 陈志强等，2 0 0 1 ) 。人参多糖对受照射小鼠骨髓c f u - g m 的保护作用 显著，且在照后第1 4 d 这种保护作用仍很明显( p 0 0 5 ) ，另外人参多糖 对辐射小鼠正常骨髓c f u - g m 的增殖起促进作用( 贾勇士等，1 9 9 3 ) 。对 红景天多糖的抗放实验研究发现红景天多糖对受8 5 g y 照射的小鼠，在3 0 d 存活率上有2 3 3 3 0 0 的提高，对受3 s g - y 照射的小鼠在7 d 活杀后观 察的造血指标上可见明显的保护作用，其保护程度可与盐酸胱胺相比( 骆 传环等，1 9 9 4 ) 地衣多糖可明显提高8 5 c - y 照射小鼠的存活率，照后各时 间点药物预防组的脾重、白细胞、股骨有核细胞数、外源性脾集落数和 c f u - d 均明显高于照射对照组( 张荷清等，1 9 8 7 ) 灵芝多糖对辐射受损小鼠有减轻骨髓抑制的作用，表现为外周白细胞 上升，骨髓d n a 含量回升、对c o c o 辐射引起的骨髓抑制及白细胞降低有 防护作用( 陈建济等，2 0 0 0 ) 红毛五加多糖有促进脾结节生成的作用，小 鼠给药后照射，骨髓造血干细胞迁移到脾脏，形成新的造血灶，导致脾重 丸l 础脚嗡f 口肼p 朝，t q a - 7 抗紫外辐射损伤作用的研究 增加，与正常对照组比较差异显著( p o 0 2 5 ) 红毛五加多糖主要是保 护多能造血干细胞，有扩大造血干细胞池的作用( 刘晓鸿等，2 0 0 0 ) 。海带 多糖一次注射，能明显提高9 0 0 拉德照射小鼠存活率，并随给药剂量增加 存活率提高，能显著地保护照射动物的造血组织( 邓槐春等，1 9 8 7 ) 。柴胡 多糖对受8 5 g y 照射的小鼠，在照前1 h 腹腔注射5 m g ，能提高3 0 d 存活率 4 2 5 ，照后3 0 m i n 给药，能提高4 5 。对造血组织如脾重量、骨髓d n a 含量、内源性和外源性脾结节数等指标也有保护作用，其有效程度和盐酸 胱胺接近( 骆传怀等，1 9 9 5 ) 。通过测定黄精多糖对6 0 c o 射线照射小鼠外 周血细胞计数和红细胞c 3 b 受体花环率、免疫复合物花环率的影响，研究 表明黄精多糖对辐射损伤小鼠的造血功能有明显保护作用( 王红玲等。 2 0 0 0 ) 。灰树花多糖对受辐射小鼠的造血组织有明显的防护作用，提高骨 髓d n a 含量，这种辐射防护作用在一定程度上与给药剂量里正相关( 汪维 云，2 0 0 3 ) 。钝顶螺旋藻多糖能促进造血细胞的增殖与分化，参与造血祖细 胞和造血干细胞的直接或间接的调控活动，对造血和免疫组织有重要的影 响，从而对辐射损伤有一定保护作用( 梁明至等，2 0 0 3 ) 。 0 3 3 多糖与辐射损伤的免疫调节 多糖能通过对体液免疫、细胞免疫、单核巨嗜细胞、细胞调节因子的 调节，增加机体的免疫功能。研究发现枸杞多糖对s o y 辐射小鼠的3 0 d 胸 腺指数、脾细胞对c o n a 、l p s 的增殖反应、m l r 均较照射未用药组明显 增强( p o 0 1 ) 表明枸杞多糖能使照射所造成小鼠的t 、b 淋巴细胞对 有丝分裂原的反应性恢复，用药组小鼠对异型抗原的特异性反应以及对胸 腺依赖抗原s r b c 的特异性抗体反应都有明显的恢复( 王玲等，1 9 9 5 ) 报 道枸杞多糖对放疗患者的免疫调节作用主要表现为可缓解由于放疗引起的 白细胞减少，增加外周血t 淋巴细胞数，调整患者机体免疫细胞比例( 刘 菊华等，1 9 9 6 ) 当归多糖能拮抗e o c o 射线对受照小鼠红细胞免疫黏附功 能的抑制，拮抗c o n a 诱导的胸腺t 淋巴细胞增殖的抑制作用，促进细胞 免疫功能( 洪艳等，2 0 0 1 ) 前言 猴头菇多糖具有免疫调节作用，8 5 g y 丫射线照射小鼠，照前给药剂量 为1 5 0 m g m l ，受照小鼠3 0 d 存活率可提高9 0 0 9 7 5 ( 刘曙晨等， 1 9 9 9 ) 。猪苓多糖对受照射小鼠的造血功能无保护作用，而对受照射小鼠 肾上腺皮质的应激机能有明显地提高，认为猪苓多糖的抗辐射作用可能是 通过调节垂体一肾上腺系统的功能，使机体处于应激状态，增强抗辐射损 伤的能力( 宋书元等，1 9 8 3 ) 。香菇多糖对6 0 c o 射线造成的小鼠造血功能 损伤和c c l 4 所致急性肝细胞损伤有显著的保护作用，可能是通过调节机体 免疫改善机体功能来实现的( 梁贞杰等 1 9 9 7 ) 。小鼠经5 0 y r 射线急性照 射后，每天腹腔注射0 3 m g g 体重螺旋藻多糖，连续注射7 d 后与对照组相 比，其脾脏重量、脾细胞数、脾淋巴细胞转化功能均显著增加，辐射损伤 引起的脾脏出血灶也明显减少，其机制与免疫刺激有关( 徐惠等，1 9 9 7 ) 。 0 3 4 多糖的抗氧化作用 电离辐射可通过间接作用对机体产生广泛的损伤，激