辐射对人体的影响是一个长期以来备受关注的问题。长时间暴露在辐射环境下可能会导致细胞损伤、突变和癌症等健康问题。

辐射包括电离辐射（X光机、CT、伽马刀、钴60治疗机、碘-131）和非电离辐射（手机辐射、微波炉、电热毯、高压电塔、基地转播台等）。

电离辐射在核能发电、核医学诊疗、食品辐照灭菌、高分子材料改性以及环境治理等多个方面具有重要的应用。随着电离辐射在研究和技术中的广泛应用增加，其导致的代谢性疾病、急性造血综合征、胃肠综合征和免疫系统疾病也越来越多。

当核辐射暴露超过安全限度时，可能导致癌症、遗传损伤等健康问题。

其他电离辐射的主要来源包括医疗诊断、放射治疗等，长期暴露于电离辐射可能导致DNA损伤、细胞突变、组织损伤、患癌症、遗传疾病等健康问题的风险增加。

来自医疗暴露、放射性药物应用、切尔诺贝利灾难、环境辐射污染的研究证据表明，肠道菌群与电离辐射引起的损害之间存在着密切的关联。

电离辐射不仅仅对肠道产生直接影响，还对肠道菌群的组成和功能产生影响，如肠道菌群多样性下降、有益菌减少、有害菌如变形菌、梭菌属等富集。

临床上较常见的，放射性肠炎就是电离辐射对健康的不良影响之一，普雷沃氏菌属、巨单胞菌属等在放射性肠炎中显著富集，或成为放射性肠炎的特征菌属。某些重要菌属的缺失可能与较差的预后相关。

特别值得注意的是，《SCIENCE》研究发现，一些肠道菌群有辐射防护的潜力，如Lachnospiraceae和Enterococcaceae，这为临床上放射治疗或其他防辐射领域带来新的希望。

鉴于近期日本核污水的排放，及人们对辐射毒性威胁的关注不断增加，迫切需要了解关于核污水排放的一些小知识，基于此本文向大家介绍一些辐射对人体健康的影响，肠道菌群在其中发挥的防辐射作用，以及基于肠道菌群调节的辐射防护及其机制。充分了解这些信息，应用于临床辅助诊断中，可以帮助确定疾病的类型，指导相关治疗策略。

本文主要内容

01、核污水及辐射相关的小知识

什么是核污水？

核废水和核污水有什么区别？

核污水的主要成分及特点

核污水进入人体的主要途径

辐射有哪几种类型？

辐射对人体健康的影响

02、核辐射对人体健康的影响

03、电离辐射对肠道菌群的影响

电离辐射

电离辐射影响小鼠肠道菌群组成

放射性肠炎

“精英菌群”——电离辐射中保命？

电离辐射和肠道菌群有怎样的机制关联

(短链脂肪酸、芳香氨基酸、吲哚衍生物、胆汁酸等)

04、非电离辐射  

紫外线辐射、红外线辐射、激光辐射、

微波辐射、极低频辐射等

05、基于肠道菌群调节的辐射防护及其机制

益生菌、益生元

粪菌移植

生活中抗辐射的食物

其他

（饮食模式、膳食成分、避免食物、运动、生活方式等）

01、核污水及辐射相关的小知识

什么是核污水？

从2011年3月11日海啸引发地震，日本福岛第一核电站发生爆炸。由于爆炸，核电站各种结构破损，辐射过于强大，人不能靠近，也无法清理，所以核电站爆炸至今，一直处理不了。

核燃料一直没有妥善处理，而其又必须不断地进行冷却，事发之后，福岛第一核电站的运营方东京电力公司需要持续注水为反应堆降温，所以，冷却水灌进去后，每天就会产生大概140吨的核污染水，现在装污水的罐子已经快容不下了...

这些冷却过核燃料的水就是我们说的核污水。

核废水和核污水有什么区别？

核废水只是核电站的冷却水，通过换热系统进行交叉循环，不会与发过电的铀燃料进行直接接触。核废水里的放射性物质，通常只有氢的同位素氚，而氚的半衰期是只有12.43年。

核污水因为经过融化堆芯，含有大量放射性核素，比如碳-14、碘-129、铯-137、锶-90、碘-131、钴-60、铀-238等。这些放射性核素会通过摄入或吸入进入人体，对人体组织产生辐射，增加患癌症和其他放射性疾病的风险。

碳-14的半衰期超过5000年，有些核素目前没有公认有效的净化技术，在国际上没有排放先例。

注：也有人认为，假如日方公布的数据属实，福岛的核污水虽然穿过了堆芯，但是会经过一系列的后续处理，过滤掉绝大多数放射性同位素，只有一种放射性同位素氚没法过滤，把“核污水”中的氚浓度降低至日本国内标准的四十分之一、世界卫生组织规定的饮用水标准七分之一后，才开始正式排放的，才能获得国际原子能机构的背书。基于此那么两者区别不大【这个结论有待商榷，此处不作详细探讨，本文所指的核污水只讨论含有大量放射性核素的核污水】。

核污水的主要成分及特点

放射性成分

核污水中含有放射性物质，包括碳14、碘131、铯137、锶90、钴60、氢3（也称为氚）等。这些放射性成分具有辐射活性，对环境和人体健康产生潜在的危害。

污染范围广泛

核污水的污染范围不仅局限于水体，还可能对大气、土壤和生物体产生影响。

核污水排放到海洋中会对环境产生广泛的影响。首先，核污水中的放射性物质会对海洋生态系统造成严重的影响。这些放射性物质会被水中生物摄取，并逐渐富集在食物链的不同层次中，进而传递给更高级的海洋生物，最终对整个生态系统产生影响。这不仅会破坏海洋生物多样性，还会导致生物畸形、生殖问题以及其他健康问题的出现。

其次，核污水排放到海洋中会对人类健康构成威胁。人类可通过食用海洋生物摄入核污水中的放射性物质，进而受到辐射的影响。这可能导致健康问题，如癌症、先天性缺陷等。此外，核污水中的放射性物质还会通过海洋风、波浪和潮汐等因素，扩散到沿海地区，进一步影响附近居民的健康和安全。

持久性

核污水中的放射性物质往往具有持久性，可能在环境中长时间存在。这意味着核污水的影响也是持久的，对周围环境和生物体造成的潜在危害可能长期存在，即使核污水排放停止，其带来的影响仍会持续存在。

核污水进入人体的主要途径

饮用水

如果核污水进入水源并未经适当处理，人们可能通过饮用受污染的水源而摄入放射性物质。

食物链

食物链始于海洋浮游植物，与陆地植物一样进行光合作用的微型植物。这些生物体从周围的海水中吸收放射性污染物。由于浮游植物被食物链上较大的浮游动物、小鱼和较大的动物吃掉，一些污染物最终以粪便颗粒或其他碎屑颗粒的形式沉降到海底。这些颗粒积聚在沉积物中，其中包含的一些放射性同位素可能通过微生物和化学过程重新回到上覆水域。

呼吸道

如果核污水中的放射性物质以气溶胶的形式释放到空气中，人们可能通过呼吸受到污染。这种情况通常发生在核事故或核电站泄漏的情况下。

皮肤接触

如果人们接触到受核污水污染的土壤、水体或其他表面，放射性物质可能通过皮肤进入人体。

当谈到排放核污水时，不可避免地会涉及到辐射对人体的影响。我们先来了解一下辐射。

辐 射

辐射是指能量以电磁波或粒子的形式传播，它可以对人体产生不同程度的影响。

辐射有哪几种类型？

一般情况下，辐射分为电离辐射、非电离辐射。它们有什么区别呢？

电离辐射

波长短，频率高、能量强。使物质发生电离，对健康危害大，有致癌作用。

▸ 生活中可能接触到的比如：

X光机、CT、伽马刀、钴60治疗机、碘-131等。

非电离辐射

波长长，频率低，能量小。它对生物体和物质的穿透能力较弱，这些辐射不具备足够的能量来从原子或分子中剥离电子，因此不会引起电离作用。以热效应为主，没有明确致癌作用。

▸ 生活中比较常见的如：

手机辐射、微波炉、电热毯、高压电塔、基地转播台、近紫外光、可见光、热灯中使用的红外辐射等。

非电离辐射和电离辐射之间的分界线位于电磁波谱的紫外线部分

总的来说：

电离辐射有更高的能量和更强的穿透能力

非电离辐射没有足够的能量来从原子和分子中除去电子，可以加热物质，例如，微波炉内的微波辐射快速加热食物

辐射对人体健康的影响

高剂量

在非常高的剂量下（超过一定阈值），辐射会损害组织和器官的功能，并产生急性影响，如恶心和呕吐、皮肤发红、脱发、急性辐射综合症、局部辐射损伤（也称为辐射烧伤），甚至死亡。

protein. cell., pwad044, doi.org/10.1093/procel/pwad044

▸ 头发

当暴露于高于 200 雷姆的辐射时，就会出现脱发。

▸ 心脏和大脑

强烈暴露于 1000 至 5000 雷姆的辐射下会影响心脏功能。辐射会杀死神经细胞和心脏小血管，可能导致立即死亡。如果辐射暴露超过 5000 雷姆，脑细胞就会受到影响。

▸ 甲状腺

当暴露于不同类型的辐射源时，某些身体部位会受到特别影响。暴露于放射性碘时，甲状腺可能会受到影响。如果暴露于大量放射性碘，整个或部分甲状腺可能会受到影响。

▸ 血液系统

如果一个人暴露于 100 雷姆，血液中存在的淋巴细胞数量将会减少。这可能会导致一些免疫问题。这被称为轻度放射病。根据长崎和广岛的报告，症状可能会在接触后十多年内出现。

▸ 生殖道

由于生殖道细胞分裂速度很快，即使暴露量不超过 200 雷姆，这些细胞也容易受到影响。

低剂量长期接触

低剂量电离辐射致癌相关的流行病学研究主要集中在辐射敏感部位发生的癌症，如白血病、甲状腺癌、乳腺癌、肺癌等。

致癌效应

10项关于长期暴露于低剂量γ射线导致白血病风险研究进行meta分析，结果显示控制发表偏倚等影响后，暴露于100 mGy时白血病超额相对危险度（ERR）为0.19（95%CI：0.07～0.32），提示长期暴露于低剂量γ射线（100 mGy）可能与白血病有关。

9项关于低剂量辐射接触儿童甲状腺癌队列进行综合分析，发现在低剂量辐射（< 200 mGy）下，甲状腺辐射剂量和儿童甲状腺癌的发生存在线性相关关系。

14 621名马亚克工人（平均剂量为120 mGy）作为调查对象进行研究，发现调整外部辐射剂量和吸烟后，钚引起肺癌的ERR/Gy随年龄的增长而降低，且女性高于男性。

长期暴露于LDIR（乳房平均辐射剂量为1.3 cGy）会增加乳腺癌的风险,平均暴露剂量为1.86 cGy时乳腺癌发病风险是对照组的3倍（95%CI：1.3～7.0）。

非致癌效应

长期接触低剂量辐射对放射工作人员眼晶状体有一定的损伤作用。

长期接触低剂量辐射的放射工作人员的谷丙转氨酶、白蛋白等肝功能指标会受到一定影响。

研究显示，1948—1982年Mayak生产协会职工脑血管疾病发病率与职工受到的γ外照射及沉积于肝脏的内照射剂量相关，其ERR/Gy分别为0.46（95%CI：0.37～0.57）和0.25（95%CI：0.16～0.42）；受到γ外照射剂量 > 100 mSv及肝脏钚沉积内照射剂量 > 10 mSv的职工与外照射较低的职工相比，脑血管疾病发病率明显升高。

02、核辐射对健康的影响

这里我们先了解一下电离辐射中的核辐射对人体健康的影响。

核辐射对人体健康的影响

美国心脏协会的《高血压》杂志上发表的一项针对俄罗斯核电站工人的研究表明，长期暴露在低剂量的电离辐射下会增加患高血压的风险。

对《英国医学杂志》发表的研究发现，接触低剂量电离辐射与心脏病风险适度增加有关。

......

我们来看一些案例。

在广岛和长崎爆炸事件后的两三年内：

白血病是首个与辐射暴露相关的癌症，从儿童到成年人都有。除了白血病外，乳腺癌、结肠癌和肺癌是报告中人数最多的其他癌症类型，但这些疾病在儿童中暴露的人数更多。

切尔诺贝利事件的长期后果：

研究人员普遍得出结论，由于儿童和青少年时期的辐射暴露而导致患甲状腺癌的风险增加，这是切尔诺贝利事故对健康的主要影响。

研究还证实，在暴露程度最高的人群中，存在以下情况的长期较高风险：

脑血管疾病，如中风

精神障碍，包括抑郁症

认知障碍和痴呆症

那些在 5 岁以下时暴露于高辐射水平的人最有可能遭受健康后果，包括生长发育不良、牙齿健康状况不佳、免疫紊乱、患甲状腺癌的风险等。

据切尔诺贝利儿童国际组织称，截至 2015 年，1986 年的事件继续影响着今天生活在辐射区的数百万人。超过一百万儿童生活在仍然受到污染的地区。该组织引用的健康风险和影响包括：

在乌克兰，每年有 6,000 名患有遗传性心脏缺陷的儿童出生。

自 1986 年以来，切尔诺贝利辐射区出生的儿童出生缺陷增加了 200%，先天性出生畸形增加了 250%。

在白俄罗斯，85%的儿童被认为是发生基因改变的切尔诺贝利受害者。

恶性肿瘤增加了 38%，血液循环疾病增加了 43%，骨骼、肌肉和结缔组织系统疾病增加了 63%。

03、电离辐射对肠道菌群的影响

电离辐射可以引起造血系统，肠道系统，心脑血管神经系统的多器官损伤，这也意味着癌症放射治疗和意外暴露期间发生的大量未满足的医疗需求。研究人员已经做出大量努力来开发用于常规临床使用的治疗性放射防护剂，但辐射损伤仍然是一个长期存在且未解决的问题。

急性放射综合症或疾病（ARS）发生在部分或全身暴露于电离辐射后，死亡通常归因于造血恢复不良和/或胃肠道（GI）上皮细胞死亡。

胃肠道是更新最快的成人组织，因此对辐射高度敏感。

它还拥有由 10 至 100 万亿个微生物组成的多样化微生物群落，增加了肠道微生物群参与对辐射引起的损伤的反应的可能性。一些研究表明肠道微生物群与辐射引起的损伤之间存在关联。

电离辐射

电离辐射可以产生离子化的分子和自由基，对细胞和遗传物质造成损害，进而导致潜在的健康风险。

电离辐射可以是核辐射（如α、β、γ射线）或非核辐射（如X射线、紫外线）。当电离辐射与物质相互作用时，它可以剥离或激发原子或分子中的电子，导致化学和生物效应。不同射线穿透力不一样。

哪些情况可能暴露于电离辐射？

人们可能在不同的情况下暴露于电离辐射，在家里或在公共场所（公共暴露）、在工作场所（职业暴露）或在医疗环境（医疗暴露）。暴露于辐射可能通过内部或外部途径发生。

当放射性核素被吸入、摄入或以其他方式进入血流（例如，通过注射或通过伤口）时，就会发生电离辐射的内部暴露。当放射性核素自发地（例如通过排泄物）或由于治疗而从体内消除时，内照射就会停止。

当空气中的放射性物质（例如灰尘、液体或气溶胶）沉积在皮肤或衣服上时，可能会发生外部暴露。这种类型的放射性物质通常可以通过清洗从体内去除。电离辐射的暴露也可能是由外部来源的辐射引起的，例如 X 射线的医疗辐射暴露。当辐射源被屏蔽或人移出辐射场时，外部照射就会停止。

医学上辐射的应用占人类由人为源头产生的辐射总剂量的98%，也占总人口辐射暴露的20%。全球每年进行超过42亿次诊断放射学检查，进行4000万次核医学检查，进行850万次放射治疗。

电离辐射对身体的损害有哪些？

电离辐射对机体的损伤程度受辐射源、剂量率、暴露时间及机体敏感性等因素影响。

胃肠道系统对电离辐射具有高度的敏感性，辐射影响胃肠道的运动、吸收和分泌功能，常见的胃肠道反应为恶心呕吐、腹泻，病理检测可见小肠绒毛断裂、隐窝塌陷、黏膜上皮受损等。

长期低剂量辐射的影响较难衡量。电离辐射引起的DNA损伤可导致突变，导致癌症，尤其是在细胞分裂率高的组织中，如胃肠道、生殖细胞和骨髓。在生殖细胞中，电离辐射会损害遗传物质并导致代代相传的突变。

电离辐射可以破坏细胞内稳态，通过传输能量和引起细胞内水辐解和线粒体电子泄漏来激活促炎信号通路，释放自由基损伤DNA、蛋白质和脂质，从而导致机体组织损伤。

肠道菌群的特征与电离辐射引起的损伤严重程度有关。电离辐射对大脑、食管、心脏和肺部的损伤也与肠道菌群有关。

电离辐射影响小鼠肠道菌群组成

电离辐射对肠道菌群的影响

测量切尔诺贝利核灾所产生的人为放射性核素显示，暴露于环境放射性核素会显著影响脊椎动物的肠道菌群。

研究表明，电离辐射会降低小鼠肠道菌群的α和β多样性。

电离辐射会降低优势菌群的丰度，如：

Tenericutes

Roseburia

Firmicutes

Bacteroides

Barnesiella

增加某些菌群的丰度，如：

Proteobacteria

Clostridium

Helicobacter

Oscilibacter

对于非人类灵长类动物，研究发现，电离辐射会使Actinobacillus、Bacteroides、Prevotella、Veillonella等属的丰度增加两倍以上，而Acinetobacter和Aerococcus等属的丰度减少十倍以上。

电离辐射诱导肠道微生物群失调

doi.org/10.1016/j.envres.2023.115947

电离辐射对人类肠道菌群也有着类似的影响，其中，放射性肠炎就是其中的影响之一。接下来，我们来了解一下放射性肠炎是如何发生的，肠道菌群在其中发挥怎样的作用。

放射性肠炎

放射治疗在临床上被广泛用于治疗多种肿瘤。放射治疗可诱导双链 DNA 断裂，导致肿瘤细胞凋亡。肿瘤细胞增殖迅速，对放射线敏感，修复速度比正常细胞慢，因此对多种类型的肿瘤有良好的治疗效果。

放射治疗的副作用

但是由于放射射线不仅可以杀死癌细胞，还会对周围的正常细胞和组织造成损伤。因此放疗经常会引起各种副作用，比如疲劳，恶心和腹泻等。由于放疗照射位置的不同，许多副作用也不同。胃肠细胞对电离辐射敏感，这限制了腹部和盆腔恶性肿瘤的放射治疗。

放射后的肠道损伤很常见

放射治疗造成的肠道损伤会在第一周或第二周导致胃肠道反应，少数发生在放射后几个小时。低剂量辐射引起的肠道损伤通常是可逆的。40%的患者在10~30 Gy的辐射剂量下可出现明显病变，而当剂量超过30 Gy时，这一数字将急剧增加至90%。

放射性肠炎的症状

急性放射性肠炎的临床表现为恶心、呕吐、腹痛、腹泻，大便次数增多，粪便呈粘液、脓血，严重者甚至死亡。

慢性放射性肠炎的临床表现包括慢性肠梗阻、肠穿孔、瘘管和脓肿等。

放射治疗对菌群的影响

辐射会导致肠道菌群失衡，包括有益菌的丰度降低和病原菌的丰度增加。当益生菌数量减少时，条件性致病菌会繁殖并占据生态位，从而抑制益生菌的生长并促进内毒素的释放。

在接受电离辐射和放射性药物治疗后，人类肠道菌群的组成发生改变。

下列菌群丰度减少：

拟杆菌门（Bacteroides）

厚壁菌门（Firmicutes）

肠球菌、乳酸菌和双歧杆菌等有益菌

α多样性普遍降低

健康肠道中优势菌群如厚壁菌门和拟杆菌门的丰度降低已被证明会削弱肠道对有害细菌的抵抗力，进而加重放射性肠炎的症状，激活促炎信号通路。

下列菌群丰度增加：

变形菌门（Proteobacteria）

梭杆菌属（Fusobacterium）

大肠埃希菌（Escherichia coli）

葡萄球菌属（Staphylococcus）

梭菌属（Clostridium IV）、Roseburia属和Phascolarctobacterium属的水平升高与放射性肠病相关。

2019 年发表的一项关于微生物群与急性/晚期放射性肠病相关性的临床研究，收集了134名受试者的粪便样本，基于16S rRNA 测序对放疗过程中肠道菌群的总体情况进行了分析。

结果表明，随着放疗进行，患者的肠道菌群多样性逐渐降低，并且表现出与晚期放射性肠病程度成正相关的特征。

放射性肠病患者的下列菌群相对丰度明显增加：

罗氏菌属（Roseburia）

梭菌属Ⅳ

Faecalibacterium

与微生物群调节和肠壁维持相关的稳态肠黏膜细胞因子（IL-7，IL-12/IL-23p40，IL-16，IL-15）明显减少，其中IL-15与罗氏菌属和丙酸杆菌属（Propionibacterium）的丰度呈负相关，表明肠道微生物可能与腹部或盆腔照射引发的急性和晚期放射性肠病有关。

反映放射性肠炎的特征菌属

另一项研究报道了盆腔放疗患者粪便中几种菌属的变化与放射性肠炎的发生密切相关，并可根据几种特定肠道菌属对患者放疗后可能发生肠炎的风险进行预测。

在该研究中，放射治疗导致粪便中菌群α多样性降低，β多样性增加。门水平上，放射性肠炎患者变形菌门相对丰度显著增加；属水平上，拟杆菌属相对丰度明显降低。

下列3种菌属在肠炎患者中显著富集，或可作为反映放射性肠炎的特征性菌属：

巨单胞菌属（Megamonas）

Novosphingobium

普雷沃菌属（Prevotella）

在放射性肠炎引起的腹泻中检测到革兰氏阴性杆菌的过度生长。

放疗前、放疗后立即和放疗后两周的微生物群比较表明，腹泻患者的放线菌门增加，梭状芽胞杆菌减少。放射后肠道蠕动受损是革兰氏阴性杆菌在胃肠道定植的主要致病因素。在细菌过度生长期间，肠道迁移运动复合体（MMC）的缺失与革兰氏阴性杆菌大规模定植的存在相关。因此，异常的肠道蠕动和革兰氏阴性杆菌的大量定植是严重晚期放射性肠病发生的重要因素。此外，放疗后对腹泻和其他细菌变化的易感性和保护作用也可能与不同的初始微生物群定植有关。

辐射诱导的肠道菌群失调助推放射性肠炎的发展

在放疗后发展为放射性肠炎的患者其照射前粪便样品中的粪球菌属（Copro⁃coccus）和脱硫弧菌属（Desulfovibrio）明显富集，这2种菌属或可作为特征性菌属对患者进行放射性肠炎发生风险的预测。

辐射导致部分菌属的丰度变化与促炎因子的表达量密切相关，可作为反映放射性肠炎发生发展的特征性菌属。

放射性肠炎患者粪菌液与上皮细胞共培养，诱导了上皮细胞的炎症和屏障功能障碍，使TNF-α和 IL-1β表达增加，进一步说明辐射诱导的肠道菌群失调可能助推放射性肠炎的发展进程。

辐射损害肠道完整性

辐射效应可以直接或间接影响细胞 DNA。DNA损伤导致细胞周期阻滞和细胞凋亡，同时激活炎症信号通路和释放促炎因子。绒毛细胞耗竭导致细胞死亡和肠道感染风险增加。此外，辐射还引发非靶向效应，导致染色体不稳定性。这些过程共同导致肠道屏障的破坏和菌群迁移。

doi.org/10.3389/fphar.2023.1116558

文献中采用的辐射源、辐射方式和辐射剂量各不相同，辐射后菌群的变化特点也存在不一致的情况，一些显著变化的菌的功能及在机体损伤中发挥作用的机制阐述不够。相信这些复杂问题会在未来研究中逐渐解决。

以上是临床上放射性肠炎面临的一些困境以及关于肠道菌群中与放射性肠炎的相关特征菌属。

与此同时，研究人员也发现了一些好消息，肠道菌群并不是总是受害者，其中一些特殊的“精英肠道菌群”，似乎可以帮助我们抵抗辐射的伤害。

精英菌群——电离辐射中保命？

放射性肠炎的救星？

2020年，来自美国北卡罗拉纳大学教堂山分校的研究人员在《SCIENCE》上发表的一篇文章，揭示了肠道微生物群及其代谢产物在电离辐射中的保护作用。

该研究一群从高剂量辐射中恢复并过着正常寿命的小鼠。这些“精英幸存者”拥有独特的肠道微生物群，这些微生物群是在辐射后形成的，可以保护无菌和传统饲养的小鼠免受辐射引起的损伤和死亡。

在该研究中发现，毛螺菌科Lachnospiraceae和Enterococcaceae可以保护小鼠抵抗辐射引起的造血系统和肠道系统的损伤，从而在致死剂量的辐射后存活下来。

注：毛螺菌科一般参与多种碳水化合物的代谢，尤其水果蔬菜中的果胶（一种复杂的膳食纤维和益生元）的能力很强。

Lachnospiraceae 详见：肠道核心菌属——毛螺菌属（Lachnospira）

这些“有益菌”通过产生大量的短链脂肪酸和色氨酸代谢通路的代谢产物来促进造血发生以及肠道损伤修复，从而帮组机体抵抗辐射引起的损伤和死亡。

丙酸以及两种色氨酸途径代谢物 I3A 和 KYNA 在精英幸存者中升高，并提供长期的辐射保护。

DOI： 10.1126/science.aay9097

这项研究还在白血病患者中进行了临床研究，在轻度腹泻病人中，Lachnospiraceae，Enterococcaceae以及Lactobacillaceae这三种在小鼠中可能的“有益菌”数量明显高于重度腹泻的病人。Lachnospiraceae的数量与病人腹泻时间存在显著地负相关性。

因此，作者推断在人体中，这些可能的“有益菌”也可以帮助病人降低放疗引起的副作用。这些发现为开发针对放射性肠炎的治疗策略提供了新的思路。

电离辐射和肠道菌群有怎样的机制关联

DNA双链断裂与NF-κB通路活性

辐射会破坏细胞的DNA结构，导致DNA链断裂，并触发多个蛋白激酶和信号通路的激活。这些激活过程会引发炎症反应。然而，肠道菌群和短链脂肪酸可以通过调节p53和NK-κB通路来减轻辐射损伤。

例如，丁酸可以抑制炎症反应的NF-κB通路。

异鼠李素是一种黄酮类物质，可以促进DNA修复并提高存活率。

肠道菌群代谢产物尿石素A（UroA）也可以抑制炎症反应并保护DNA免受损伤。

氧化应激和炎症效应

水是细胞的主要组成部分，也是高能光子辐射的主要目标。辐射会导致水的辐解，产生有害的ROS和RNS。内源性抗氧化途径可以减轻ROS的过度积累，但Nrf-2缺乏会加重辐射引起的病理变化和炎症反应。肠道菌群产生的代谢物可以缓解辐射的毒性作用。在接受放疗或化疗的患者中，缺乏抗炎菌群可能促进炎症事件的发生。

脂质损伤和铁死亡

辐射损伤DNA和其他细胞分子，引发铁死亡。辐射诱导肠损伤与铁死亡、NF-κB途径有关。激活Nrf-2途径可减轻铁死亡。辣椒素可保护免受铁死亡相关损伤。

辐射引起的旁观者效应

当细胞受到辐射和其他有害物质的影响时，它们会释放一种信号，影响到周围的细胞。周围的细胞可能会受到DNA损伤，增加患癌的风险。这种现象被称为辐射诱导的旁观者效应。

这个效应导致细胞的基因表达改变、DNA修复的激活以及细胞的增殖、凋亡和死亡。这种效应可能是通过氧化应激的影响来实现的。

肠道菌群代谢物功能及对电离辐射的影响

肠道菌群的改变往往伴随多种代谢产物的变化，大量的代谢物驱动着宿主和菌群之间的交流，从代谢层面更好地理解宿主与肠道菌群的相互作用可为基于肠道菌群的治疗干预提供启发。

目前，短链脂肪酸、芳香氨基酸、胆汁酸等已被发现作为菌群和宿主对话的信号分子，参与辐射条件下宿主生理功能的调节过程。

➢ 短链脂肪酸

短链脂肪酸通过与 G 蛋白偶联受体（GPCR）结 合 或 抑 制 组 蛋 白 去 乙 酰 酶（HDAC）调节下游信号通路发挥抗炎、免疫调节等作用。

DOI：10.3867/j.issn.1000-3002.2020.07.009

最新研究表明，由肠道菌群代谢产生的戊酸灌胃后提高了辐照小鼠的生存率，保护造血器官损伤和胃肠道功能；高通量测序、同位素相对标记和绝对定量（iTRAQ）结果显示，戊酸可恢复小鼠肠道菌群的分类比例，重建小肠组织的蛋白表达谱。

➢ 芳香氨基酸

芳香氨基酸可由宿主本身和肠道菌群代谢产生。其中肠道菌群分解代谢产生的大量芳香氨基酸代谢物，可能作为宿主生理信号分子，在局部和远处调节宿主的免疫、代谢和神经元反应。大量文献报道了色氨酸吲哚类代谢物对肠道功能和远处器官的调节作用。

色氨酸在胃肠道中有3条主要的代谢途径：

① 饮食色氨酸可被肠道微生物群直接转化为芳香烃受体（AhR）的配体；

② 免疫细胞和上皮细胞中吲哚胺 2，3-双加氧酶（IDO）的犬尿酸通路；

③ 肠嗜铬细胞5-羟色胺（5-HT）合成途径。

详见：色氨酸代谢与肠内外健康稳态

AhR信号被认为是肠道屏障免疫反应的关键组成部分，对肠道内稳态至关重要。肠道菌群色氨酸代谢产生的吲哚类化合物可激活AhR，生成 IL-22，维持黏膜表面宿主微生物的稳态。在肠道中，一些吲哚类衍生物可通过AhR/IL-22轴调节上皮完整性和黏膜免疫应答。吲哚也可通过芳基烃受体激活上调固有层淋巴细胞的IL-22 分泌，加速肠干细胞（ISC）上皮细胞的增殖，从而保证组织的稳态。

电离辐射干扰小鼠肠道的微生物代谢。由于与色氨酸相关的吲哚化合物起源于肠道菌群，随后进入肝，因此吲哚化合物浓度的改变可作为辐射损伤的血浆标记。

分析不同辐射剂量的血浆差异性代谢物，证明了电离辐射对肠道微生物色氨酸代谢的抑制作用，表明或可根据辐照后特定时间内给定血液样本中吲哚类化合物浓度来推断可能的全身辐射剂量，这对于核事件后快速评估个人辐射剂量具有重要意义。

辐射对肠道菌群代谢产物的毒性调节

doi.org/10.1016/j.envres.2023.115947

➢ 吲哚衍生物

肠道菌群中色氨酸代谢产生的吲哚或吲哚衍生物可以限制辐射诱导的肠道炎症。

吲哚-3-羧醛（ICA）治疗可以通过1型干扰素（IFN）限制肠道上皮损伤，并且依赖刺激相关的1型IFN响应促进Lgr5+干细胞再生，减少肠上皮细胞间细菌转位和炎症因子的产生。

ICA治疗21天后，辐射小鼠的结肠中显示出减少的隐窝丧失和炎性细胞因子（TNF-α、IFN-γ和IL-6）以及趋化因子（CXCL1、CCL2和CCL3）的表达，从而降低了辐射引起的肠道炎症。

吲哚-3-丙酸（IPA）是Clostridium sporogenes的一个功能代谢产物，在全腹部照射（TAI）辐射小鼠中增加了肠道屏障功能和上皮完整性，提高了Glut1（Slc2a1）、Pgk1和MDR1的表达，同时降低了IL-6和TNF-α的表达。此外，IPA改变了辐射肠道菌群的结构。研究还发现，PXR/酰基辅酶A结合蛋白（ACBP）信号通路支持IPA对抗辐射的作用。

➢ 胆汁酸

辐射影响肠道内胆汁酸水平。大鼠盆腔照射可诱发胆汁酸吸收不良引发腹泻，主要原因是放射治疗影响大鼠胆汁酸稳态和顶膜钠依赖性胆汁酸转运体（Asbt），回肠 Asbt表达下调或Asbt功能降低导致胆汁酸吸收不良，肠道胆汁酸积累导致腹泻。

在溃疡性结肠炎患者体内，肠道菌群失调引发肠道次级胆汁酸水平降低，加重肠道炎症，而放射性肠炎及肠道菌群失调是腹盆腔肿瘤放射治疗的常见不良反应，通过调节菌群带来胆汁酸水平的变化或直接阻断胆汁酸受体可能对减轻辐射损伤有作用。

04、非电离辐射相关

我们每天都会受到低水平的非电离辐射。

紫外线辐射

紫外线(UV)辐射是太阳辐射的自然组成部分，同时也会由黑光、日光浴床和电弧照明释放。正常的日常紫外线辐射水平对人体有益，并能产生维生素D。

过多的紫外线辐射可能导致皮肤灼伤、皮肤过早老化、眼睛损伤和皮肤癌。大多数皮肤癌都是由紫外线辐射引起的。

UVR 可通过光化学和热反应造成生物损伤。它具有高光子能谱，并且特别有害，因为通常不会立即出现过度暴露的迹象。 UV-A 和 UV-B 可能对皮肤和眼睛产生有害影响。90% 的早期皮肤老化症状是由紫外线接触造成的。

同样，眼睛的辐射暴露可能是由任何简单的原因引起的，例如水面反射阳光，甚至是相机的闪光灯。过度暴露于紫外线可能会导致严重的风险，包括白内障和黄斑变性。

红外线辐射

红外线位于微波和可见光之间。它有一定的波长范围，最接近可见光的波长是近红外线，而“远红外线”则更接近微波区域。近红外波较短、不热且无法检测到，这使得它们对皮肤和眼睛等敏感组织特别有害。

皮肤对红外线照射的反应是以疼痛的形式发出警告信号。

生产环境中，加热金属、熔融玻璃及强发光体等可以成为红外线辐射源。炼钢工、轧钢工、铸造工、锻钢工、烧瓷工、焊接工等可受到红外线辐射。

激光辐射

激光不是天然存在的，是用人工激活某些活性物质，在特定条件下受激发光，在农业中可用于育种、杀虫，也可以用于焊接、打孔、切割等。

长期接触过量会导致白内障并损害视网膜。激光损伤的一个例子是导致中央凹盲点的视网膜损伤。

当存在大量光辐射时，皮肤可能会发生烧伤。

微波辐射

微波辐射（MW）属于波长在1毫米和1米之间（或等效频率范围从300千兆赫到300兆赫）的电磁频谱。它们被用于各种领域，从通信到广播，再到厨房食物的加热或除霜。频率范围从80到800用于电视和调频无线电广播天线。

微波通常由移动电话及其基站和微波链路产生。此外，它还来自无绳电话、蓝牙设备、无线局域网和许多其他应用。

中枢神经系统是一个脆弱的区域，当身体暴露在微波辐射下时，它会发生显著的变化。它会导致睡眠障碍和记忆障碍，一些研究表明，长时间接触移动电话设备（会发射微波）会增加患脑肿瘤风险。

通过无线电发射器和手机接触微波意味着它可以通过皮肤被人体吸收，从而损害组织。

微波可以通过足够高强度的加热来损伤组织。微波的传播深度取决于微波的频率以及受影响的组织的类型。这些影响不会立即显现，因为较低的频率会深入组织，并且身体较深处区域的神经末梢较少。

睾丸特别容易受到温度升高的影响，从而更容易受到微波辐射的影响。将怀孕大鼠暴露于 9.417 GHz 微波会导致其后代（雄性和雌性）表现出与焦虑相关的行为增加，更令人惊讶的是，雄性表现出记忆和学习受损。

极低频辐射

流行病学研究表明，暴露于极低频率的电磁场会损害人类健康。这会导致在暴露于此类磁场的环境中生活或工作的人们患上某些形式的癌症、抑郁症和流产。多项研究报告称，身体多个组织暴露于极低频辐射会导致氧化应激。

身体免受极低频辐射暴露的保护措施包括服用维生素 E、MEL、FA等抗氧化剂，以避免暴露于极低频辐射可能产生的不利影响。

05、基于肠道菌群调节的辐射防护及其机制

益生菌、益生元

乳杆菌属

主要通过胃肠道与远离器官之间的免疫信号交流来调节免疫反应。

嗜酸乳杆菌Lactobacillus acidophilus（L. acidophilus）对受到有限辐射（≤15 Gy）损伤的小肠黏膜有缩短恢复时间的作用，但对超过20 Gy的辐射无效。Lactobacillus acidophilus通过改善肠道干细胞功能和细胞分化来增强肠道上皮功能，从而减轻辐射引起的肠道损伤。

植物乳杆菌Lactobacillus plantarum（L. plantarum）可以通过激活肠上皮细胞中的FXR-FGF15信号来缓解辐射引起的肠道损伤，从而防止小鼠死于辐射。

罗伊氏乳杆菌Lactobacillus reuteri 作为第二代益生菌，通过产生代谢物和释放IL-22来稳定Lgr+5肠道隐窝干细胞的数量和功能，并保护肠道微血管内皮细胞免受死亡的影响，从而直接抑制肠道病原菌的生长。

鼠李糖乳杆菌LGG提高小肠隐窝存活数量，减少上皮细胞凋亡。LGG能释放放射保护性的LTA（TLR2激动剂），通过触发涉及巨噬细胞和分泌PGE2的MSCs的多细胞适应性免疫信号级联来保护上皮干细胞。

Lactobacillus royale通过释放IL-22来预防和减轻辐射毒性。

Akkermansia muciniphila

作为被广泛认可的下一代益生菌，在代谢性疾病和肿瘤免疫治疗中发挥作用。它可以通过上调RORγt+ Treg细胞介导的免疫反应改善结肠炎，并通过减少CD8+细胞毒性T淋巴细胞、TNF-α和PD-1来减轻结肠炎相关结直肠癌。

给辐射小鼠投予Akkermansia muciniphila可以显著缓解肠道毒性，并在肠道毒性更严重的小鼠消化道中稳定定居。然而，在某些特定情况下，A. muciniphila及其相关成分可能加剧病原体感染和肠道炎症，尽管在正常情况下有益于宿主肠道稳态的维持。

普拉梭菌

Faecalibacterium prausnitzii (F. prausnitzii)具有抗炎作用，在治疗炎症性肠病（IBD）和结肠炎方面发挥重要作用。研究发现，与健康人相比，患有IBD的患者中F. prausnitzii的丰度减少。

在局部照射29 Gy后的3天内，在大鼠体内口服F. prausnitzii A2-165菌株可以减轻隐窝形态学变化的严重程度，保护干/祖细胞和增殖上皮隐窝细胞的数量，并增加结肠隐窝上皮细胞产生的IL-18的产量。

益生菌组合

VSL#3的益生菌组合是由八种益生菌混合而成的，广泛安全地用于治疗胃肠疾病。一项双盲安慰剂对照试验证实，与安慰剂组相比，补充VSL#3的患者较少出现放射性肠炎引起的腹泻（77/243，31.6% vs. 124/239，51.8%；P < 0.001），且较少出现3级或4级腹泻（1.4% vs. 55.4%；P < 0.001）。

Dixentil是一种益生元和益生菌的混合物（低聚半乳糖、乳酸杆菌和酸酸乳杆菌），在保护放射性肠炎患者方面显示出积极效果。

宫颈癌患者盆腔放疗前7 d和放疗期间每天口服活的嗜酸乳杆菌和双歧双歧杆菌降低了辐射引起的腹泻的发生率，可减少抗腹泻药物的使用，并能改善患者的大便状态。

复合益生菌，包括嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、植物乳杆菌、长双歧杆菌和乳双歧杆菌，在小鼠模型的急性放射性肠道损伤中发挥积极作用。嗜酸乳杆菌加长双歧杆菌可以减少RE引起的2-3级腹泻，改善粪便稠度，尤其是在外束盆腔放疗后的盆腔癌患者中。此外，益生菌组的抗腹泻药物使用显著减少（P