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核事故受照人员以及临床上接受放射治疗的肿瘤患者,会出现各种辐射损伤,其中造血系统对辐射高度敏感,尤其是造血干细胞(HSCs)损伤会导致持久性骨髓抑制甚至个体死亡,目前尚无有效治疗手段,因此研发造血系统辐射损伤预防和治疗药物具有重要的社会意义和临床价值。我们前期研究发现氧化应激水平升高是介导亚致死剂量(6-6.5 Gy)受照小鼠造血干细胞衰老、骨髓长期抑制的主要机制。应用抗氧化制剂具有一定的治疗作用。二甲双胍是广泛应用的Ⅱ型糖尿病治疗药物,近年来研究发现有抗氧化和抗衰老的作用,具有防止糖尿病心血管并发症及肿瘤预防作用。本项研究通过体外、体内照射模型,探讨二甲双胍对辐射引起的造血免疫损伤的防护作用,尤其是在接受4 Gy全身照射(TBI)小鼠HSCs功能损伤的保护作用,并探讨其作用机制。为观察二甲双胍对造血免疫细胞辐射损伤的保护作用,分离C57BL/6小鼠骨髓、胸腺及脾脏细胞,加入不同浓度二甲双胍孵育30 min后接受不同剂量γ射线照射,孵育过夜后进行细胞活力测定,结果显示二甲双胍对照射引起的造血免疫细胞损伤具有一定的保护作用。为了研究二甲双胍对TBI小鼠造血免疫系统辐射损伤的保护作用,我们将C57BL/6小鼠分为对照组、照射组和照射给药组,在30d生存率实验中,二甲双胍能够提高接受致死剂量(7.2 Gy)TBI小鼠的生存率。利用4 Gy全身照射模型,探讨了二甲双胍不同剂量、不同给药时间对骨髓细胞辐射损伤的保护作用,确定小鼠受照前24 h灌胃给药250mg/kg剂量,受照后持续给药7 d,能够提高受照小鼠外周血细胞计数、骨髓有核细胞计数和脾结节计数；CFU-GM和CAFC实验表明4 Gy照射可以引起造血祖细胞和造血干细胞功能损伤,而二甲双胍能够提高受照小鼠造血祖细胞和造血干细胞的增殖能力,骨髓竞争移植实验表明,二甲双胍可以提高受照小鼠造血干细胞长期再植能力。二甲双胍辐射防护机制研究发现,二甲双胍能够降低受照小鼠造血细胞中活性氧(ROS)水平,qRT-PCR实验表明二甲双胍可以降低受照小鼠造血细胞中NOX4mRNA表达水平,这与二甲双胍能够降低受照小鼠造血细胞中ROS水平有关。对造血细胞的p16mRNA表达和凋亡水平的研究表明,二甲双胍可以降低受照小鼠造血细胞中p16mRNA表达水平、不影响细胞的凋亡率,提示二甲双胍对造血系统辐射损伤的防护作用与改善辐射诱导造血细胞的衰老有关,而与凋亡途径无关。全基因组表达谱芯片分析结果显示,接受4 Gy照射小鼠HSCs中mTOR、S6K、S6基因的表达均上调,说明照射可能激活了HSCs中mTOR信号通路,而给药后能够抑制这些基因表达的上调,提示二甲双胍可能能够抑制受照小鼠HSCs中mTOR通路的活性。总之,我们首次系统地研究了二甲双胍对造血免疫系统辐射损伤的防护作用,初步阐明了二甲双胍对4 Gy受照小鼠造血干细胞的损伤有保护作用,阐明了这一保护作用与二甲双胍能够降低造血干细胞氧化应激水平和衰老有关,降低造血干细胞氧化应激水平与二甲双胍调节NOX4mRNA表达水平有关。也有可能与二甲双胍对mTOR通路调节作用有关。我们的研究提示二甲双胍有可能成为临床上造血系统辐射损伤防护药,对改善肿瘤放疗患者预后和提高意外辐射事故受害人员生存率都具有潜在的应有价值。