染色体畸变和微核分析在放射工作人员职业健康监护中的价值探讨.pdf

外周血淋巴细胞染色体畸变和微核作为对电离辐射较为敏感的生物指标,在国内外辐射生物剂量估算中得到广泛应用和认可,但在放射工作人员职业健康监护中的价值尚有值得讨论的问题。本文从染色体畸变和微核形成机制入手,探讨这 2 项细胞遗传指标在放射工作人员职业健康检查中的意义和实用价值,供同行讨论和参考。关键词:放射工作人员;职业健康监护;染色体畸变;微核中图分类号:TL75文献标识码:A收稿日期:2022-08-08基金项目:河南省医学科技攻关计划项目(LHGJ20190815);苏大附二院学科建设托举工程核技术医学应用创新团队项目(编号:XKTJ-HTD2021001)。作者简介:韩林(1974),女,2005 年毕业于郑州大学预防医学专业,副主任技师。E-mail:zhifangsuohanlin 通讯作者:吕玉民。E-mail:lym636160 外周血淋巴细胞染色体畸变和微核作为对电离辐射敏感的生物指标,在国内外辐射生物剂量估算中得到广泛应用和认可。近年来,人们逐渐认识到了这 2 项指标在慢性放射损伤评价中的生物学意义和临床价值1-2。因此,国家相关部门规章和标准将该 2 项指标列入放射工作人员职业 健 康 监 护 中 的 检 查 项 目,如 在 GBZ 982020放射 工 作 人 员 健 康 要 求 及 监 护 规 范3中,将外周血淋巴细胞染色体畸变(chromosomal aberration,CA)检测列入放射工作人员上岗前和离 岗 前 的 必 检 项 目,淋 巴 细 胞 微 核(micronucleus,MN)为在岗期间的必检项目。而且,近年来有关慢性低剂量电离辐射对放射工作人员细胞遗传学指标影响的研究已有许多报道,但对这些指标在放射工作人员职业健康监护中意义的解读尚鲜见报道。为此,本文在简要介绍电离辐射诱发染色体畸变和微核形成机制的基础上,探讨外周血淋巴细胞 CA 和 MN 指标在放射工作人员职业健康检查中的生物学意义和实用价值,供同行讨论和参考。1染色体畸变和微核形成的机制1.1电离辐射诱发的染色体畸变染色体畸变是指染色体在受到理化及生物因素的影响而发生的数目和结构的改变,包括染色体结构畸变和数目异常。染色体结构畸变与细胞周期有关,又分为染色体型畸变和染色单体型畸变。当细胞在处于细胞周期的间期(G0或 G1期)受到暴露,此时 DNA 未合成,染色体以单线行使功能,受损伤的单链 DNA 经过 S 期(DNA 合成期)复制后两条染色单体在相同位置发生了改变,从而形成染色体型畸变,而当细胞处于 G2期(DNA合成后期)受到暴露,染色体已经复制成两条染色单体,可能会诱发 1 个单体损伤,也可能产生 2 个单体损伤但损伤位置可能不同,形成染色单体型畸变。由于人体细胞受到照射时主要分析的是外周血淋巴细胞的染色体畸变,而淋巴细胞正常情况下处于细胞周期的间期,经过 S 期时,将损伤的染色体复制两份,形成染色体型畸变。因此,电离辐射诱发的染色体畸变主要是染色体型畸变4-5。包括双着丝粒或多着丝粒体(dicentrics,dic)、着663韩林等:染色体畸变和微核分析在放射工作人员职业健康监护中的价值探讨 丝粒 环(centric ring,r)、无 着 丝 粒 环(acentric ring,ar)、无 着 丝 粒 断 片(fragment,f)、微 小 体(minute,min)、相互易位(translocation,t)、倒位(inversion,inv)和缺失(deletion,del),其中 ar、f和 min 统称为无着丝粒体(acentrics,ace),在上述畸变中除 del 和 f 为电离辐射一次击中外,其他畸变均为 2 次或 2 次以上击中。按照染色体型畸变在体内的转归,又可将上述这些畸变分为非稳定性染色体畸变和稳定性染色体畸变,前者在细胞分裂的后期会形成染色体桥引起细胞死亡(dic、r)或因没有着丝粒结构随细胞分裂丢失(ace)故称非稳定性畸变,后者(t、inv 和 del)在细胞分裂中不存在力学障碍,细胞分裂不受影响可在体内长时间存在故称为稳定性畸变6。染色单体型畸变多被外界物理、化学、生物等多种因素诱发,且与受照剂量没有直接相关关系,不作为评价电离辐射损伤的观察指标1,5。1.2微核及其形成机制微核是指有染色体、染色单体的无着丝粒断片或纺锤体损伤后造成滞后染色体在细胞分裂后期未包被于主核中形成的小体。国外学者基于着丝粒和端粒探针的荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)研究结果证实 MN 确实是来自于无着丝粒断片和整条染色体(图 1)4,7-8。因此,辐射诱发的微核和染色体畸变存在直接关系,但又不能等同。原因是对淋巴细胞来说,辐射诱发的染色体畸变主要为染色体型畸变。虽然大多数畸变可伴随断片,如 dic+r 的伴随断片(f),但稳定性畸变的 t 和 inv 等则不伴有断片,所以微核只部分反映染色体结构畸变。除上述染色体型畸变的断片可形成微核外,染色单体断片、单或多条滞后的染色体也可形成微核。而且有报道基于全着丝粒探针 FISH 的 CBMN 实验发现,在正常人群淋巴细胞中的 MN 有 70%以上是来自细胞分裂后期落后的整条染色体,仅有不到 30%的 MN 是来自无着丝粒断片,MN 受年龄和性别的影响,本底值较高8。而且健康人群中随着年龄的增加 MN率升高,女性的微核率高于男性,生物、化学和物理(包括电离辐射)因素均可诱发微核,其产生没有特异性9。A无着丝粒断片的微核;B整条染色体的微核。图 1着丝粒阴性和阳性的微核4Fig.1The negative and positive micro-nuclei of centromere42染色体畸变分析在放射工作人员职业健康监护中的意义2.1放射工作人员体检中常见的染色体畸变类型在放射工作人员染色体畸变非显带核型分析中最常见到的畸变是不作为电离辐射观察指标的染色单体断裂(chromatid break,ctb),其次是 f,涉及到大片段染色体的相互易位,del 和 dic 亦可观察到,但 r 较不常见。因为,对于慢性放射损伤多为长期分次小剂量低剂量率照射所致,诱发的染色体型畸变大多是一次击中畸变即 f,如果观察到二次击中畸变如 dic、r 和 t 等重接型畸变,由于这些指标自发率低对评价慢性放射损伤有重要参考价值。而且国内外的许多报道亦显示,放射工作人员细胞遗传检测中观察到的染色体型畸变主要是 f,其次是 t 和 dic 等重接型畸变。但在不同工种放射工作人员中,这些畸变的占比不同,如本课题组在对医疗机构放射工作人员染色体畸变分析中观察到,放射诊断和放射治疗 2 组 f 率在总染色体型畸变率占比分别为 65%和 60%,高于重接型畸变之和占比(t 分别 占 23%、24%;dic 分别占12.5%、15.6%);核医学和介入放射学 2 组放射工作人员中 f 率占比分别为 51%和 47%,与重接型畸变之和占比(t 分别 占 34%、36%;dic 分别占13%、16.8%)基本一致,可能与这 2 组放射工作人员在职业活动中受到更高的辐射剂量,DNA 损伤更严重有关10。本课题组还在对 100 例介入放射工作人员染色体畸变分析中得到类似结果11,而且国内大多数学者的报道亦是以 f 为主,但在常规核型分析中计数 t 的报道较少5。这也是 GBZ/T 763 辐射防护第 43 卷第 4 期2482014放射工作人员职业健康检查外周血淋巴细胞染色体畸变检测与评价12标准中对不同畸变指标给出不同正常参考值范围的主要依据和原因,如 ace 正常参考值范围为 0 3%,3%为异常;dic 或 r 或 t 等指标正常参考值范围为3%,而 ace 指标对电离辐射不具有特异性,年龄、其它物理、化学和生物因素等也会影响 ace 的发生率。因此,在进行放射损伤评估时还应考虑年龄、受照史、近期是否有化学物质接触和病毒感染史等的影响以及造血系统是否有异常等,一般不建议将 ace 作为放射工作人员职业健康监护评价的指标。(2)重接型 CA 率升高对于重接型的 dic、r 和 t 等电离辐射诱发的标志性 CA 指标为异常者,如通过增加分析细胞数仍1%,除可作为参考指标推测其可能曾经受到一定剂量的照射外,而且在职业性慢性放射病诊断中有一定参考价值13。但在对检测结果评价时首先要排除受检者是否曾接受过放射治疗等医疗照射,其次要调查受检者的工种、工龄、个人剂量监测结果等信息,还要考虑造血系统是否有异常等做出综合判断。如果不伴有白细胞、血小板等指标异常,建议要加强个人防护和定期进行染色体畸变检测(有条件的实验室可进行稳定性染色体畸变分析估算累积暴露剂量),可以从事放射工作;如伴有造血系统异常,则要按照 GBZ 98放射工作人员健康要求及监护规范3要求对岗前放射工作人员给出不宜从事放射工作的适任性评价,对在岗期间的放射工作人员可以给出暂时脱离或不宜继续原放射工作岗位的评价。(3)单独的染色体畸变率升高对放射工作人员进行适任性评价可能有一定局限性,需要考虑个人职业史和受照射情况以及其他系统是否有异常等信息,如此方可对受检者个人做出科学合理的适任性评价。2.2.2放射工作人员累积暴露剂量的重建染色体易位目前被国际学界认可为最可靠的回顾性重建生物剂量的生物学指标,近年来国外学者利用 FISH 技术分析染色体易位,重建了包括长期受低剂量暴露的放射工作人员、早年参加核试验的退役军人以及医疗照射受照患者等不同暴露人群的累积暴露剂量,进一步验证了 t 指标在回顾性生物剂量重建中的实用价值14。如韩国学者在对 2 例各有 1 个“恶棍”(Rogue)细胞的介入放射工作人员进行 FISH 分析易位估算剂量时,发现基于染色体易位率估算的剂量分别为 0.494 Gy和 0.427 Gy,明显高于个人剂量计记录的用物理方 法 估 算 的 有 效 剂 量(37.15 mSv 和 8.66 mSv)15,该国学者在对工业探伤放射工作人员易位分析和重建生物剂量研究中得到类似结果,即物理方法估算的剂量明显低于生物剂量16-17。表明染色体易位在回顾性重建放射工作人员累积暴露剂量方面是有明显实用价值的生物指标,可能比个人剂量计记录的用物理方法估算的剂量更为客观准确。本课题组利用常规核型分析技术对医疗行业放射工作人员染色体畸变分析中发现,尽管介入放射学组放射工作人员的个人年有效剂量监测结果均不超过年剂量限值(20 mSv),但介入放射学组的 dic 和易位率明显升高10。可能提示依据个人剂量监测估算的物理剂量不能真实反映863韩林等:染色体畸变和微核分析在放射工作人员职业健康监护中的价值探讨 介入放射工作人员的照射剂量。推测其原因可能与 2 种因素有关,一是介入手术时为近台操作,工作人员的未屏蔽部位不可避免的多次受到辐射暴露,二是个别工作人员辐射防护意识薄弱,不佩戴或不能准确佩戴个人剂量计,造成个人剂量监测的误差14。因此,利用 FISH 或 G 显带分析易位重建放射工作人员特别是介入放射工作人员的累积受照剂量,可能是克服目前国内仅靠物理方法估算剂量不够准确的主要技术手段,可为相关部门制定合理、可行、有针对性的辐射防护的管理措施提供较为准确的生物剂量资料。2.2.3染色体畸变水平与某些疾病的关系来自欧美大样本人群队列的辐射流行病学研究显示,低剂量电离辐射(包括职业照射)能够诱发受照人群染色体畸变明显升高,而升高的细胞遗传 学 参 数 可 能 与 患 癌 相 对 危 险 度 增 加 相关18-19,职业暴露、吸烟与 CA 对患癌相对危险有协同作用。表明 CA 与患癌相对危险有关,升高的人外周血淋巴细胞 CA 可预测患癌危险2。此外,有报道显示升高的染色体畸变率与受到低剂量电离辐射照射的切尔诺贝利核电站事故清理工人血压的升高呈正相关20。提示低剂量电离辐射诱发的染色体畸变不但与患癌风险相关,还可能与常见疾病相关。因此,基于国内较为庞大的放射工作人员群体,开展染色体畸变等生物指标与职业照射暴露人群患某些疾病风险关系的辐射流行病学研究,也可能是下一步学者们要关注的重要课题。3微核分析在放射工作人员职业健康监护中的应用价值分析外周血淋巴细胞微核试验由于简便、易于掌握是评价不同类型职业暴露常用且有一定价值的细胞遗传指标,也是 GBZ 982020 标准3规定的在岗期间放射工作人员职业健康监护的必检项目。近年的许多报道显示,放射工作人员的微核率明显高于对照组,在不同放射工种中介入放射工作人员的微核率明显升高,亦有微核率与年有效剂量呈正相关关系的报道,说明微核率确实可以反映 不 同 职 业 受 照 人 群 整 体 的 遗 传 损 伤 水平21-22。但由于微核率受其它诱变剂、年龄和性别等因素的影响,且对电离辐射不具有特异性,对受检者个体而言,升高的微核率的参考价值有限,只能作为辅以染色体畸变的参考指标评价慢性放射损伤。因此,在放射工作人员职业健康监护微核检测实践中,如果对受检者同时进行了染色体畸变和微核检测,两者检测结果不一致,应以染色体畸变的检测结果为准,如两项指标均升高对评价慢性放射损伤更有意义;如果只进行了微核检测,对微核率高于本实验室正常参考值的受检者应建议进一步进行染色体畸变分析,依据染色体畸变的分析结果进行遗传学评价23。此外,有报道显示升高的微核率可以预示未来患癌相对危险度增加。微核率指标在放射工作人员辐射流行病学研究领域可能也有重要实用价值,值得学者关注。4结语综上所述,基于外周血淋巴细胞 CA 和 MN 的形成机制,前者的重接型畸变(如 t、dic)对电离辐射有特异性、后者对电离辐射不具有特异性,因此,2 项指标在放射工作人员职业健康检查中的生物学意义和应用价值明显不同。MN 试验只能作为 CA 的辅助指标用于放射工作人员的细胞遗传筛查,不能用于受低剂量慢性暴露放射工作人员个体的放射损伤评价,而 CA 作为参考指标不但可用于慢性放射损伤的评价2和职业性慢性放射病的诊断13,其中的稳定性染色体畸变还可用于放射工作人员累积暴露剂量的重建,以弥补工作人员不佩戴或不能准确佩戴个人剂量计而造成估算物理剂量误差大等问题14,17。由于介入放射学、非密封源操作、移动工业探伤、测井等工作场所可能很难做到隔室操作和完全安全的个人防护,未来应更多关注这些高风险工种放射工作人员 CA的检测工作,开展 CA 率与慢性放射损伤关系的流行病学以及利用 t 指标估算高风险工种放射工作人员累积生物剂量等方面的研究工作,预期可作为高风险工种放射工作人员的职业健康监护与评价的敏感指标,为制修订国家相关法规和标准时,将 CA 指标纳入高风险工种人群在岗期间的必检项目提供科学依据。963 辐射防护第 43 卷第 4 期参考文献:1 白玉书.细胞遗传学指标在慢性放射损伤诊断中的意义J.中华放射医学与防护杂志,2000,20(6):444-446.2 吕玉民.染色体畸变在急、慢性辐射损伤评估中的意义专家解析J.中国辐射卫生,2019,28(4):349-354+36.3 中华人民共和国国家卫生健康委员会.放射工作人员健康要求及监护规范:GBZ 982020 S.北京:中国标准出版社,2020.4 International Atomic Energy Agency.Cytogenetic dosimetry:Applications in preparedness for response to radiation emergencies R.Vienna:IAEA,2011.5 高宇,王平,韩林,等.放射工作人员染色体畸变研究现状J.中华放射医学与防护杂志,2018,38(8):635-640.6 HAN L,GAO Y,WANG P,et al.Cytogenetic biodosimetry for radiation accidents in ChinaJ.Radiat Med Prot,2020,(3):133-139.7 Lindberg H K,Falck G C,Jrventaus H,et al.Characterization of chromosomes and chromosomal fragments in human lymphocyte micronuclei by telomeric and centromeric FISHJ.Mutagenesis,2008,23(5):371-376.8 Fenech M,Kirsch-Volders M,Natarajan A T.Molecular mechanisms of micronucleus,nucleoplasmic bridge and nuclear bud formation in mammalian and human cellsJ.Mutagenesis,2011,26(1):125-132.9 Fenech M.Cytokinesis-block micronucleus cytome assayJ.Nat Protoc,2007,2(5):1084-1104.10吕玉民,田梅,王平,等.医疗行业放射工作人员染色体畸变水平的影响因素分析J.中华放射医学与防护杂志,2020,40(4):278-283.11陆雪,封江彬,田雪蕾,等.小剂量长期慢性照射介入放射学工作人员细胞遗传学指标分析J.中国职业医学,2021,48(2):208-212.12中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.放射工作人员职业健康检查外周血淋巴细胞染色体畸变检测与评价:GBZ/T 2482014 S.北京:中国标准出版社,2014.13中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.职业性外照射慢性放射病诊断:GBZ 1052017S.北京:中国标准出版社,2017.14吕玉民,韩林,李杰,等.染色体易位分析在回顾性生物剂量重建中的研究进展J.中华放射医学与防护杂志,2021,41(9):705-710.15Jang S,Lee Y,Seo S,et al.Rogue cell-like chromosomal aberrations in peripheral blood lymphocytes of interventional radiologists,A case study J.Mutat Res,2020,856-857:503234.16Cho M S,Lee J K,Bae K S,et al.Retrospective biodosimetry using translocation frequency in a stable cell of occupationally 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3282023S.北京:中国标准出版社,2023.073韩林等:染色体畸变和微核分析在放射工作人员职业健康监护中的价值探讨 Evaluation of the application value of chromosome aberration and micro-nucleus analysis in occupational health surveillance of radiation workersHAN Lin1,ZHAO Fengling1,LIU Yulong2,LYU Yumin1(1.The Third Peoples Hospital of Henan Province(Henan Occupational Disease Hospital),Henan Key Laboratoryof Medicine on Radiobiology and Epidemiology,Zhengzhou 450052;2.Second Affiliated Hospital of Soochou University,Jiangsu Suzhou 215004)Abstract:Application of chromosome aberration and micro-nucleus in peripheral blood lymphocyte as radio-sensitive biological indicators to biodosimetry was widely recognized by the international academia.Nevertheless some problems on the application value of the indicators are still worth discussing in occupational health surveillance of radiation workers.In this paper,based on the formation mechanism of chromosome aberration and micro-nucleus,the signification and practical value of the two indicators were explored in occupational medical examination of radiation workers,in order to provide discussion and a reference for the counterparts.Key words:radiation workers;occupational health surveillance;chromosome aberration;micro-nucleus出版物介绍ICRU 关于放射治疗的报告成功的癌症放射治疗主要取决于对患者辐射的精确剂量和位置的知识,以及放射肿瘤学家交换这些信息并传播所取得的结果的机会。就剂量计算而言,国际辐射单位与测量委员会(ICRU)发表了几份报告:建议光子束的剂量测定方案,即报告 17(1970),23(1973),24(1976),64(2001);电子束,即报告 29(1978)和 71(2004);中子束,即报告 45(1989);质子束,即报告 59(1998)和最近的光离子束,即第 93 号报告(2016 年)。除了准确的剂量测定方案外,放射肿瘤学的一个重要方面是需要相互沟通和理解,以促进同事和同行之间交换有关患者治疗数据的信息。在这方面,ICRU 一直在率先发布关于处方、记录和报告光子治疗的报告,即报告 50(1993),62(1999),包括 IMRT,即报告 83(2010)和立体定向治疗,即报告 91(2014)。关于电子的不同束质量的报告也已经发表,即报告 71(2004)。质子,即报告 78(2007)和光离子,即报告93(2016)。ICRU 还涵盖了间质治疗,报告 58(1998)和宫颈肿瘤的近距离放射治疗,即报告 38(1985)和89(2016)。在所有这些报告中,特别注意引入和定义目标体积和风险器官的概念。例如,肿瘤总体积(GTV),临床目标体积(CTV),计划目标体积(PTV),风险器官(OAR)。这些概念正在世界各地的日常放射治疗实践中使用。目前正在重新审查这些概念的实施,以更好地整合其概率特性。最后,放射治疗的进展需要能够比较使用不同放射模式和方案在不同医疗中心取得的临床结果。因此,为了优化患者管理,需要一种通用语言来报告分步计划、剂量和技术。ICRU 正在朝这个方向投入大量精力,将在近年编写一份报告。(来源:ICRU 网站)173