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目的:
研究小鼠全脑及全身重离子辐射诱导的大脑急性损伤生物学效应及发生机制，并观察自由基清除剂褪黑激素(Mel)在重离子放射脑损伤中的防护作用，探讨其损伤保护机理。
材料方法：
1.3周龄健康雄性昆明小鼠经碳离子束单次全脑(0、5、10、20Gy)及全身(0、2、4、8Gy)辐照后第7天，检测动物个体存活率、大脑组织病理学变化、脂质过氧化程度、DNA损伤水平，转化生长因子β(TGF-β)以及肿瘤坏死因子α(TNF-α)表达浓度。
2．随机将实验动物分为五组：单纯碳离子照射组(IR)、对照组、不同浓度Mel预处理组(1mg/kgMel+IR、5mg/kg+IR、10mg/kg+IR)，辐照后12h，测定大脑组织氧化应激相关参数，DNA双链断裂，DNA修复因子ATM基因的mRNA和蛋白表达，细胞凋亡，线粒体跨膜电位，细胞氧化应激反应中的关键因子Nrf2及相关凋亡因子的表达。
结果：
1．辐射后第7天，20Gy全脑及8Gy全身辐照组中均出现小鼠死亡现象，其余各组受照动物全部存活。
2．组织病理学结果显示，碳离子辐照造成了大脑组织不同程度病理学改变。以20Gy全脑和8Gy全身辐照组病理损伤最为显著，光镜下可见水肿、小血管扩张、炎性细胞侵润、细胞凋亡、神经细胞嗜酸变性以及液化性坏死灶等。
3．碳离子全脑辐照组与全身辐照组中MDA含量及DNA双链断裂程度随辐射剂量增加均呈显著剂量依赖关系。
4．除2Gy全身辐照组外，碳离子照射诱导了小鼠脑细胞中TGF-β和TNF-α大量表达。
5．不同浓度Mel处理后，大脑组织抗氧化能力较单纯照射组显著增高，MDA和蛋白质羰基含量(P＜0.001)均显著降低，同时Mel浓度依赖性地上调Nrf2蛋白表达。
6．随着Mel浓度的增加，碳离子辐照致大脑细胞DNA双链断裂及凋亡被显著抑制。
7．Mel处理改善了线粒体跨膜电位的耗散，降低了Bax/Bcl-2蛋白比值，抑制了促凋亡蛋白Cyt-c、caspase-3、PARP-1的表达含量。
结论：
1．碳离子全脑或全身辐照均能导致小鼠大脑个体、组织、细胞、分子水平不同程度的损伤变化。相关性分析结果表明，碳离子辐射产生的活性氧(ROS)蓄积与大脑的急性损伤有密切的联系。
2．不同浓度的Mel预处理均显著地降低了大脑内氧化应激水平，并明显地阻遏了碳离子引发的DNA双链断裂与细胞凋亡，从而达到良好的辐射防护效果。
3．Mel被证实有效地阻断了线粒体介导的内源性细胞凋亡途径，显著减轻了碳离子辐照诱发的大脑细胞凋亡，其作用机制可能是Mel通过自身自由基清除能力或上调转录因子Nrf2的表达，增强大脑组织内抗氧化物酶的活性，减少自由基的产生或加速自由基的清除，从而降低了重离子辐射对线粒体的氧化损伤，维持了线粒体结构和功能的完整性，抑制了与线粒体相关的凋亡因子活化。