放射抗性

抗輻射性是指生物能夠承受的遊離輻射程度。

抗遊離輻射生物（IRRO）被定義為，造成90%數量減少所需的急性遊離輻射（IR）劑量（D10值）大於1,000戈雷（Gy）的生物。

與先前觀點相反，許多生物的抗輻射性驚人地高。例如，對車諾比核災區周圍環境、動植物的研究顯示，儘管輻射水平極高，許多物種卻意外存活。巴西在米納斯吉拉斯州一座因鈾礦床而有高天然輻射水平的山丘進行的研究，也顯示了許多具有抗輻射性的昆蟲、蠕蟲與植物。某些極端微生物，如耐輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans）與水熊蟲，能承受高達5,000戈雷等級的大劑量遊離輻射。

誘導性抗輻射性

在左側圖表中，繪製了一條假設細胞群的劑量／存活曲線，其中包含讓細胞恢復的休息時間與不包含休息時間兩種情況。除了在照射過程中途的恢復時間外，細胞所受的處理完全相同。

抗輻射性可透過暴露於小劑量遊離輻射來誘導。數項研究已在酵母菌、細菌、原生動物、藻類、植物、昆蟲，以及體外哺乳動物與人類細胞和動物模型中記錄了此效應。其中可能涉及數種細胞輻射防護機制，例如某些細胞質與細胞核蛋白水平的改變，以及基因表現、DNA修復與其他過程的增強。生物物理模型也為此現象提供了普遍的基礎。

已發現許多生物擁有自我修復機制，在某些情況下可由輻射暴露活化。以下描述兩個發生在人類身上的自我修復過程範例。

在戈亞尼亞事故中，德瓦爾·阿爾維斯·費雷拉（Devair Alves Ferreira）接受了高達7.0戈雷的劑量但存活下來，而他的妻子接受了5.7戈雷的劑量卻不幸身亡。最可能的解釋是，他的劑量是在一段時間內分次吸收的許多小劑量，而他的妻子則較常待在屋內，受到不間斷的持續照射，使其體內的自我修復機制沒有足夠時間修復輻射造成的部分損傷，最終導致其死亡。他本人最終也於1994年過世。同樣地，一些在毀壞的車諾比核電廠地下室工作的人員累積了高達10戈雷的劑量，但因為這些劑量是以小部分多次接受的，從而避免了急性效應。

輻射生物學實驗發現，若一組細胞受到照射，隨著劑量增加，存活的細胞數量會減少。實驗也發現，若一組細胞在接受一次劑量後，被擱置一段時間（不被照射）才再次接受照射，則輻射造成細胞死亡的能力會降低。人體包含多種類型的細胞，而重要器官中單一組織的喪失就可能致人於死。許多短期輻射死亡（3天至30天）的案例，是由於形成血球的細胞（骨髓）以及消化系統中的細胞（腸壁）的喪失所導致。

抗輻射性的遺傳

有強力的證據顯示，抗輻射性至少在某些生物中是由基因決定並可遺傳的。柏林自由大學的遺傳學家海因里希·諾特爾（Heinrich Nöthel）利用常見的黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）進行了一系列共14篇的論文發表，完成了關於抗輻射性突變最廣泛的研究。

抗輻射性的演化

從演化歷史與因果關係的角度來看，抗輻射性似乎並非一種適應性特徵，因為沒有文獻記載的自然天擇壓力，能賦予生物承受遊離輻射劑量的能力（達到數種極端微生物所能存活的範圍）帶來生存優勢。這主要是因為地球磁場保護了所有居民免受太陽宇宙輻射與銀河宇宙射線的傷害，這兩者是整個太陽系中遊離輻射的主要來源。即使將所有記載的陸地遊離輻射源（如氡氣和原始放射性核素）納入考量，在被視為天然高輻射地區的地理位置，其年自然背景輻射劑量仍然比許多高抗輻射性生物所能承受的水平低上數萬倍。

一種對於抗輻射性存在的可能解釋是，它是一種舊功能轉化或預適應的例子，其中抗輻射性可能是一種因演化而受到正向選擇的不同、相關適應的間接結果。例如，乾燥適應假說提出，像耐輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans）這類超嗜熱生物棲息地的極端溫度，會造成與遊離輻射典型損傷幾乎相同的細胞損傷，而為修復這種熱或乾燥損傷而演化出的細胞修復機制，同樣也適用於修復輻射損傷，從而讓耐輻射奇異球菌得以在極端劑量的遊離輻射下存活。暴露於伽瑪射線會導致細胞DNA損傷，包括含氮鹼基配對的改變、糖-磷酸骨架的損壞以及DNA雙股損傷。像耐輻射奇異球菌這類奇異球菌屬物種為修復熱損傷而演化出的超高效細胞修復機制，很可能也能夠逆轉遊離輻射造成的DNA損傷，例如將被輻射斷裂的基因組片段重新拼接起來。

已在太空船組裝設施中分離出能產生異常抗輻射（及抗過氧化物）孢子的芽孢桿菌屬（Bacillus sp.），它們被認為是可能搭乘太空船進行行星際轉移的候選者。對其中一些抗輻射孢子產生菌的基因組分析，為可能導致所觀察到之抗性的遺傳特徵提供了一些線索。

一般而言，原核生物的抗輻射性是透過兩種細胞機制達成的。第一種是保護蛋白質體與DNA免受遊離輻射引起的損傷。第二種是啟用高度複雜的DNA修復機制，以重建一個功能完整的基因組。這些DNA修復機制包括同源重組修復，以及延伸合成依賴性鏈退火。

放射腫瘤學中的抗輻射性

抗輻射性一詞有時也在醫學（腫瘤學）中，用來指那些難以用放射治療處理的癌細胞。癌細胞的抗輻射性可能是內在的，也可能是由放射治療本身誘導產生的。

抗輻射性比較

下表的比較僅旨在提供不同物種抗輻射性的大致指標，應謹慎看待。由於輻射影響活組織的方式及不同的實驗條件，同一物種在不同實驗中的抗輻射性通常存在巨大差異。例如，我們應考慮到，因為輻射會阻礙細胞分裂，所以未成熟的生物體比成年個體對輻射的抵抗力更弱，且成年個體在遠低於致死劑量的情況下就會被絕育。例如，對於擬寄生昆蟲Habrobracon hebetor，分裂期（1至3小時齡）的單倍體胚胎之LD₅₀為200 R，但約4小時後則為7,000 R（X射線強度為110 R/分鐘），且單倍體（= 雄性）胚胎比二倍體（= 雌性）胚胎更具抗性。暴露於180,250 R劑量的成年H. hebetor死亡率與未受照射的對照組相同（兩組均未提供食物）（輻射強度為6,000 R/分鐘）。然而，僅需102,000 R的較低劑量（6,000 R/分鐘）就足以誘導H. hebetor進入一種遲鈍狀態，表現為完全停止活動，包括停止進食，這些個體最終會讓自己餓死。而更低的4,858 R劑量（2,650 R/分鐘）就足以使成年雌性H. hebetor絕育（絕育發生在暴露後3天）。影響抗輻射性水平的其他重要因素包括：輻射劑量的施予時間長度——在較長時間內或分次施予的劑量，其負面效應會大幅減少； 個體的進食狀態——與飢餓的個體相比，進食前與進食後的個體對輻射更具抗性；使用的輻射類型（例如，水熊蟲Milnesium tardigradum在相同照射劑量下，受重離子照射的存活率高於受伽瑪射線照射）；個體的生理狀態（例如，水熊蟲物種Richtersius coronifer與Milnesium tardigradum在含水狀態下對伽瑪射線更具抗性，而Macrobiotus areolatus在隱生狀態下對X射線更具抗性）。測量致死率的方式也是造成物種抗輻射性估計值變異的來源。除非暴露於極高劑量（急性劑量），受照射的樣本不會立即死亡。因此，受照射的樣本會在一段時間內死亡，較低的照射劑量對應較長的存活時間。這意味著LD₅₀輻射劑量會隨著測量時間點而波動。例如，在暴露後25天造成美洲蟑螂50%死亡的β輻射劑量是5,700 R，但要在暴露後3天達到50%死亡率，則需要45,610 R。對於壽命短的物種（如昆蟲）來說，25天可能代表很長的存活期，但對於壽命長的物種（如哺乳動物）來說，這卻是非常短的存活時間，因此比較不同物種在暴露後相同時間的存活率也帶來一些解釋上的挑戰。這些例子說明了在物種間比較抗輻射性時所涉及的諸多問題，以及這樣做時需要謹慎的必要性。

＊雖然已有報導指出野生型秀麗隱桿線蟲的LD₅₀值，但其致死劑量上限尚未確定，而是「在最高測量劑量800戈雷下，幾乎所有動物都存活，沒有任何過度死亡的跡象。」

參見

• Ex-Rad 一種為預防急性輻射綜合症而研究的輻射防護藥物
• CBLB502 一種類似的輻射防護藥物，在放射治療期間保護免受急性輻射綜合症的傷害
• 輻射敏感性
• 背景輻射
• 輻射興奮效應
• 輻射自營真菌
• 麴酸

延伸閱讀

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