王琪,赵珂,高雅萌,李欣,武云强,朱亚新,吕志春,孙慧颖,高慧英,向慎思,李长燕.电离辐射对小鼠造血干/祖细胞线粒体功能的影响[J].中华放射医学与防护杂志,2022,42(5):321-327
电离辐射对小鼠造血干/祖细胞线粒体功能的影响
Effects of ionizing radiation on mitochondrial function of mouse hematopoietic stem and progenitor cells
投稿时间:2022-02-22  
DOI:10.3760/cma.j.cn112271-20220222-00064
中文关键词:  造血干/祖细胞  线粒体  电离辐射
英文关键词:Hematopoietic stem and progenitor cells  Mitochondria  Ionizing radiation
基金项目:国家自然科学基金面上项目(81770108);蛋白质组国家重点实验室自主课题(SKLP-K201802)
作者单位E-mail
王琪 安徽医科大学基础医学院, 合肥 230032  
赵珂 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院生命组学研究所, 北京 100850  
高雅萌 安徽医科大学基础医学院, 合肥 230032  
李欣 解放军第307临床学院(解放军总医院第五医学中心), 北京 100071  
武云强 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院生命组学研究所, 北京 100850  
朱亚新 河北大学生命科学学院, 保定 071028  
吕志春 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院生命组学研究所, 北京 100850  
孙慧颖 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院生命组学研究所, 北京 100850  
高慧英 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院生命组学研究所, 北京 100850  
向慎思 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院生命组学研究所, 北京 100850  
李长燕 安徽医科大学基础医学院, 合肥 230032 fmmli@163.com 
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中文摘要:
      目的 研究不同剂量电离辐射对小鼠造血干/祖细胞(hematopoietic stem and progenitor cells, HSPCs)内线粒体功能的影响。方法 将48只C57BL/6小鼠按随机数表法分为对照组(0 Gy组)、全身60Co单次照射1.0 Gy组和4.5 Gy组,每组16只,照射后12、24 h检测HSPCs线粒体活性氧(ROS)水平、膜电位、线粒体数量及线粒体压力等。c-Kit+细胞体外接受60Co 单次15 Gy照射,24 h后检测线粒体功能。结果 建立小鼠造血系统辐射损伤模型,发现小鼠受不同剂量γ射线照射后24 h内外周血白细胞(t=12.41、18.31、16.48、14.16、19.08、20.25,P<0.05)、红细胞(t=4.81、6.62,P<0.05)及血小板(t=4.33、6.68,P<0.05)均明显减少,骨髓细胞集落形成能力下降(t=16.27、55.66、17.06、43.75,P<0.05),HSPCs数量降低(t=5.16、11.55,P<0.05),且呈现时间和剂量相关效应;1 Gy照射后,HSPCs中ROS水平差异无统计学意义(P>0.05),线粒体膜电位降低(t=8.82、9.24,P<0.05)、线粒体数量减少,且在照射后24 h,HSPCs线粒体功能、线粒体基础代谢指数增强(t= 7.36、3.68、4.58、3.15、3.15,P<0.05)。4.5 Gy照射后可引起HSPCs中ROS上升(t=4.63、4.12,P<0.05),线粒体数量降低,线粒体膜电位降低(t=12.29、10.46,P<0.05),最大呼吸能力和呼吸储备能力降低(t=7.81、5.78、6.70、5.83,P<0.05),12 h基础呼吸和氧化磷酸化ATP产能低(t=8.48、3.80,P<0.05),24 h 质子泄漏高(t=6.57,P<0.05),耦合效率低(t=11.43,P<0.05)。c-Kit+细胞经15 Gy照射后24 h,ROS水平显著上升(t=11.30,P<0.05),线粒体膜电位降低(t= 34.92,P<0.05),最大呼吸和呼吸储备能力提高(t=4.25、3.44,P<0.05)。结论 建立了HSPCs中系统评估线粒体功能方法,明确了电离辐射对HSPCs线粒体功能的影响,为深入揭示电离辐射致HSPCs线粒体损伤机制奠定基础。
英文摘要:
      Objective To study the effect of different doses of 60Co γ-ray ionizing radiation on mitochondrial function in mouse hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs).Methods C57BL/6 mice were divided into control group, 1 Gy irradiation group and 4.5 Gy irradiation group. The mitochondrial functions were detected at 12 h and 24 h after irradiation, including ROS level, membrane potential, mitochondrial structure, and mitochondrial stress. Bone marrow c-Kit+ cells received a single 15 Gy irradiation in vitro, after 24 h, mitochondrial function was detected.Results It was found that mice leukocytes (t=12.41, 18.31, 16.48, 14.16, 19.08, 20.25, P<0.05), red blood cells (t=4.81, 6.62, P<0.05) and platelets (t=4.33, 6.68, P<0.05) were significantly reduced. The numbers of bone marrow colony formation unit (t=16.27, 55.66, 17.06, 43.75, P<0.05), and HSPCs (t=5.16, 11.55, P<0.05) were decreased dose-dependently post-irradiation. Under 1 Gy irradiation, the mitochondrial function and mitochondrial basal metabolic index of HSPCs (t= 7.36, 3.68, 4.58, 3.15, 3.15, P<0.05) were enhanced at 24 h post-irradiation. Under 4.5 Gy irradiation, mitochondrial number, mitochondrial membrane potential (t=12.29, 10.46, P<0.05), maximal respiration and spare respiratory capacity were decreased (t=7.81, 5.78, 6.70, 5.83, P<0.05), ROS level was increased (t=4.63, 4.12, P<0.05). The basal respiration and oxidative phosphorylated ATP production were reduced at 12 h after irradiation (t=8.48, 3.80, P<0.05); and the proton leakage was increased (t=6.57, P<0.05) and coupling efficiency was reduced (t=11.43, P<0.05) at 24 h after irradiation. In cultured c-Kit+ cells, the level of ROS (t=11.30, P<0.05) and the maximum respiration and spare respiratory capacity were increased (t=4.25, 3.44, P<0.05) while the mitochondrial membrane potential was decreased (t=34.92, P<0.05) significantly.Conclusions A method for systematically assessing mitochondrial function in HSPCs was established, and the effect of ionizing radiation on mitochondrial function of HSPCs was clarified, laying a foundation for further revealing the mechanism of ionizing radiation-induced mitochondrial damage in HSPCs.
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