淺談輻射對免疫系統的影響

作為人體中對抗外來病原的第一道防線，免疫系統除了對環境中的各種病菌、病毒有高度的敏感性之外，整體免疫系統的運作同時也受到了其它如飲食、基因和生活環境等各項內外在因素極大的影響，因此，直接探討核電廠對人體免疫系統的影響所需考慮的變因十分複雜，舉例來說，核電廠與非核電廠附近的地質狀況和居民的職業與生活形態是否有不同呢？這些不同是否會對這些不同居民的免疫系統有所影響呢？而核電廠作為游離輻射的來源，這些游離輻射的種類是單一或者非單一的，各種游離輻射在不同強度下對人體免疫系統的作用又是否有加成等可能的交互作用？受限於對核能相關知識的缺乏，本篇短文將僅整理探討 Manda 等人的綜述中所提及之免疫系統或細胞在單一次暴露或長期暴露於高、低劑量游離輻射的情況下所可能發生的變化 [1]。

高劑量輻射對免疫系統的影響

在實驗室中，透過對體外分出之免疫細胞及實驗動物的研究，我們可以有系統的控制各項變因，進一步了解各種不同游離輻射對各種不同免疫細胞或免疫系統可能的影響。高劑量輻射（> 1 Gy）對免疫系統的抑制作用已被清楚地瞭解，經高劑量輻射照射小鼠的白血球和淋巴細胞數量都會大幅減少，脾臟與胸腺兩重要的免疫器官重量也會減少，這些結果顯示了高劑量輻射對受小鼠免疫系統的破壞 [2]；而在高劑量輻射所造成之急性輻射症候群（acute radiation syndrome）病人中，則能發現有血球細胞大量死亡與造血細胞的增生抑制被等情形，進而造成病人血液系統功能的毀壞 [3]。這些研究的結果皆証實了高劑量輻射對免疫系統的破壞；然而，免疫系統對低劑量輻射的暴露是否也會造成相同的傷害呢？

低劑量輻射對免疫系統的影響

直至今日，低劑量輻射（< 1 Gy）對免疫系統影響的好壞仍尚未明瞭，不同免疫細胞對輻射的敏感度與耐受性有所差異，在離體實驗中發現，經長期低劑量但總量小於 1 Gy 的輻射照射後，身為適應性免疫力中的主角，T 淋巴細胞的增生會受抑制，但身負連接先天性免疫力與適應性免疫力此重任的樹突狀細胞之成熟與功能卻不會受影響 [4]，同樣的，不同免疫細胞對輻射的耐受性差異也可在小鼠的實驗模式中被觀察到 [5]，除了對免疫系統的抑制外，在受長期低劑量但總量小於 1 Gy 的輻射照射的小鼠中，也可發現先天性免疫力被活化和 naïve T 細胞的分化等免疫反應增強的現象 [6]，此外，透過誘使細胞進行對 DNA 的修補作用，低劑量輻射也可能增強細胞對輻射的適應力與耐受性 [7]，這些發現顯示了低劑量輻射可能為免疫系統帶來的益處；然而，當長期低劑量輻射照射的總量超過 1 Gy 時會怎麼樣呢？有文獻指出，在此情況下 CD4 和 CD8 T 細胞會受到活化 [8]，但也有文獻指出這樣的輻射照射劑量會造成血液細胞與造血系統的損傷及免疫抑制作用 [9]，這些相異的研究結果顯示，由於不同的免疫細胞對輻射有不同的敏感度與耐受性，在特定的輻射照射情況下，便可能造成特定有利或有弊的不同結果，因此，現階段我們的確仍需要更多實驗以整體瞭解低劑量輻射對人體和免疫系統的影響，藉此，我們才能更精準的評估核電廠對周遭居民健康的影響。

而當我們在實驗室找出各種輻射線如何可能影響免疫系統的同時，重要的是如何將這些實驗室的發現轉譯並進一步探討核電廠對免疫系統可能的影響，例如：核電廠在正常運作下散布的輻射劑量為何？這樣的輻射劑量與累積又要如何和現有的實驗結果做連結呢？依據行政院原子能委員會輻射偵測中心 100 年第 1 季的臺灣地區核能設施環境輻射監測季報中的資料可知，核一、二、三廠對周遭環境的直接輻射均在環境背景輻射變動範圍（0.2 微西弗／時以下）內，顯示核電廠周遭的輻射量遠低於上述各種低劑量輻射實驗中所用的劑量，顯示正常運作的核電廠對環境與周遭居民免疫系統的影響應比上述文獻所述更輕微，Lee 等人對核電廠與非核電廠附近所養殖之牛隻的研究發現，核電廠附近牛隻的血液細胞組成和非核電廠附件養殖牛隻沒有顯著的差異，周邊血液淋巴球微核頻率也無差異 [10]，表示這些牛隻受核電廠的影響可能性不高，有趣的是，相較於人們，牛隻的生活環境、飲食等皆較人們規律單純的多，去除各式容易影響免疫反應的變因，這樣的研究是否提供給我們另一種了解核電廠如何影響免疫系統的良好研究途徑呢？當然，動物實驗永遠不可能完全真實反映人體的免疫系統，實驗室的研究在此議題上亦有過度簡化之虞，而這些問題都仰賴於在目前的實驗基礎上設計更嚴謹、更周全的流行病學研究來探討核電廠對週遭居民可能的影響。

就現階段而言，在我們所知高劑量輻射有害但低劑量輻射未必有害的前提下，重要的議題應該在於如何確定並嚴格規範和管理已在運作中核電廠週遭的輻射量在目前所知安全的最低劑量以下，而在新建核電廠前能有完善的環評，選擇最安全無虞的適當地點，工程品質和工作人員訓練管理如何能達到最嚴格的標準，這些才應該是我們真正最迫切需要面對的問題，期盼此篇短文能拋磚引玉，進一步看到真正學有專精的人能對此議題做深入的探討與分析。


Reference

1. Manda K, et al. Effects of ionizing radiation on the immune system with special emphasis on the interaction of dendritic and T cells. Front Oncol Doi: 10.3389/fonc.2012.00102, 2012.
2. Pecaut MJ, et al. Dose and dose rate effects of whole-body gamma-irradiation: I. Lymphooid organs. In Vivo 15: 195, 2001.
3. Donnelly EH, et al. Acute radiation syndrome: assessment and management. South Med J 103: 541, 2010.
4. Jahns J, et al. Influence of low dose irradiation on differentiation, maturation and T-cell activation of dendritic cells. Mutat Res 709-710: 32, 2011.
5. Bogdandi EN, et al. Effects of –low-dose radiation on the immune system of mice after total-body irradiation. Radiation Res 174: 480, 2010.
6. Shin SC, et al. Alteration of cytokine profiles in mice exposed to chronic low-dose ionizing irradiation. Biochem Bioph Res Co 397: 644, 2010.
7. Rodel F, et al. Functional and molecular aspects of anti-inflammatory effects of low-dose radiotherapy. Strahlenther Onkol 178: 1, 2002.
8. Ina Y, et al. Activation of immunological network by chronic low-dose-rate irradiation in wild-type mouse strains: analysis of immune cell populations and surface molecules. Int J Radiat Biol 81: 721, 2005.
9. Yagunov AS, et al. Animal studies of residual hematopoietic and immune system injury from low dose/low dose rate radiation and heavy metals. Bethesda, MD: Armed Forces Radio-biology Research Institute, 1998.
10. Lee HJ, et al. The micronucleus frequency in cytokinesis-blocked lymphocytes of cattle in the vicinity of a nuclear power plant. J Vet Sci 8: 117, 2007.

（作者陳宏昌為英國 Cardiff University感染與免疫學博士生）