本誌では，3 月 11 日の東日本大震災において生じた福島第一原子力発電所の事故とそれに伴う放射性物質の環境への漏洩をふまえ，放射能，放射性物質の計測や放射性物質の環境における振る舞いを正しく理解するための緊急連載を 6 号より開始いたしました。現在もなお，環境や食材など身の回りの放射能の影響を心配する声を多く聞く状況に変わりはありません。
9 号においては，放射線が生物に与える影響についての解説記事を掲載いたします。「被曝」という言葉は非常に深刻なイメージを感じさせますが，その科学的な実態についてはあまり周知されていないのでは，との感もあります。放射線の生物への影響について，会員皆様の理解の一助としていただければ幸いです。
なお，本緊急連載は本号で終了いたします。
〔「ぶんせき」編集委員会〕

放射線の生物への影響

泉

1は じ め に

東日本大震災に伴う東京電力福島第一原子力発電所の事故により，大量の放射性物質が環境中に飛散した。そ雅子

らが DNA と反応して損傷を引き起こすケース（間接効果）がある1)2) 。一般的に， X 線， g 線，電子線では間接効果の寄与が大きく（60～80 ％），中性子線，a 線では直接効果の寄与が大きい。

れ以降，環境放射線の測定値や，飲料水・食物に含まれ放射線の生物への影響を考えるときは，物理的な吸収る放射性物質の量などが連日発表・報道されているが，線量（単位質量あたり吸収されるエネルギー， J / kg ＝放射線が人体にどのような影響を与えるのかということGy ）ではなく，生体への影響を考慮した尺度が使用さについては具体的な説明がなく，多くの国民が放射線にれる。すなわち放射線の種類により DNA に与える影響対する不安を抱えている。

が異なるので，放射線の種類やエネルギーに応じて荷重放射線の生物影響を扱う放射線生物学には 100 年以係数を定め，吸収線量にこれらの係数を乗じた値を等価上の歴史があり，最近の分子生物学の進展により，放射線量（シーベルト，Sv）として用いる1)2)。X 線，g 線，線に対する細胞応答を分子レベルで詳細に説明できるよ

電子線の荷重係数は 1 であり，1 Gy の被曝は 1 Sv に相うになった。その一方で，今後懸念される長期にわたる当する。それに対して，中性子は周囲の原子核と直接反ひ ばく

低線量 被 曝や内部被曝のリスクに関するデータは乏し応を起こしやすいことから影響が大きく，速度に応じてく，様々な混乱を生む一因ともなっている。本稿では，

荷 重 係 数 は 5 か ら 20 と 定 め ら れ て い る 。 a 線 の 場 合

放射線の生物影響に関してこれまで得られている知見をは，飛程に沿って局所的に大きなエネルギーを与え，様紹介するとともに，今回の事故を受けて新たに定められ々なタイプの DNA 損傷を狭い領域に作る。このようなた規制値について解説する。

複雑な損傷は修復しにくく生物影響が大きくなるので，

2

放射線による DNA 損傷と細胞応答

2･ 1

放射線の種類と DNA 損傷

荷重係数は 20 と定められている。
2･ 2

DNA 損傷修復機構

放射線による生物への影響は，放射線のエネルギーが生物は，宇宙からの放射線や，地表や地中に含まれるDNA に損傷を与えることにより引き起こされる。その放射性物質からの放射線を絶えず浴びており，様々なタ際，エネルギーが直接 DNA に吸収されて損傷を引き起イプの DNA 損傷に対して複数の修復機構を進化させてこすケース（直接効果）と，エネルギーが生体中の水のきた3) 。放射線による DNA 損傷には，塩基の化学修飾電離を引き起こして反応性に富む活性酸素を生じ，これ（酸化・脱アミノ化など），塩基の遊離，DNA 一本鎖切

ぶんせき  527

図1

DNA 二本鎖切断の修復機構

断， DNA 二本鎖切断，架橋など様々なものがある。このうち， DNA 二本鎖切断は，一つでも修復されずに残存すると細胞分裂が停止し，最終的には染色体異常や細胞死に至る最も重篤な損傷であり，放射線による生物影
響は二本鎖切断の頻度に大きく依存する。
二本鎖切断の修復経路には二種類ある（図 1)3)。一つは非相同末端結合と呼ばれる経路で，切れた DNA の端を DNA 結合タンパク質の一つである Ku タンパク質などが認識し，さらに複数のタンパク質が足場となって，最終的に DNA リガーゼ（ Lig4）と呼ばれる DNA 鎖をつなげる酵素で修復する方法である。この方法は，DNA の切断末端の塩基が数個から数十個欠けてしまう

図2

DNA 損傷修復過程の可視化ことが多く，突然変異を引き起こしやすい修復経路である。もう一つの経路は，相同組換え修復と呼ばれる経路

タンパク質（ RPA ）が結合して安定化した後，別のタで，より多くのタンパク質が関与する複雑な経路であンパク質の働きにより RPA が Rad51 タンパク質に置る。この経路は， DNA 複製後にできる同じ遺伝情報をき換わり，姉妹染色分体の相同配列の部分と塩基対を形もつ染色体（姉妹染色分体）を鋳型にして修復する方法成する。このようにして互いの DNA 鎖を交換した後であり，細胞周期の特定の時期（ DNA 複製が完了してに，切断部分は DNA 合成酵素により合成され，最終的から細胞分裂するまでの時期）にのみ働き，遺伝情報がに 交 差 し た DNA は Mus81 / Eme1, Slx1 / Slx4 等 の正確に修復される経路である。切断された DNA 末端

DNA 切断酵素により切断されて元の遺伝情報を有するは ， ま ず DNA 末 端 結 合 タ ン パ ク 質 で あ る Mre11 /二本の DNA 鎖が完成する。

Rad50/Nbs1 複合体により認識され，その末端が削られヒトなどの高等真核細胞では非相同末端結合反応のほて一本鎖 DNA が露出する。そこへ，一本鎖 DNA 結合うが優位であり，99 ％ の二本鎖切断は非相同末端結合

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に導く機構が働く8)。このことにより，有害な突然変異を持つ可能性のある細胞が個体から排除される。

3

放射線の人体への影響

3･ 1

外部被曝と内部被曝

被曝の形態は，体外の放射線源から被曝する外部被曝と，呼吸や飲食などにより体内に取り込んだ放射性物質から被曝する内部被曝とがある1)2)9) 。 g 線や X 線は透過力が高いので外部被曝が問題になる。一方，内部被曝の場合は，透過力の小さい放射線ほどエネルギーを体内で失うので影響が大きくなる。内部被曝による影響は，放射線自体の半減期だけではなく，その物質が生体内に
図3

細胞のチェックポイント機構

取り込まれやすいかどうか，特定の器官に蓄積されやす
いか，どれくらい生体内にとどまっているのか（生物学的半減期）に依存する9)。また，生体内での挙動は，放により修復される4)。突然変異を伴いやすい非相同末端

射性物質の物理的性質や化学形にも依存する。たとえ結合による修復は，不利であるように思われるかもしれば，コロイド状になっている場合は，リンパ腺や肺胞なな い が， 実 際 の と ころ ヒ ト の よ う な 高 等 真 核 細 胞 のど細網内皮系にとどまりやすく，水溶性のものは全身にDNA のほとんどの領域は，タンパク質を作るための遺分布しやすい。

伝情報を持っていない。また，細胞内ではすべての遺伝

今回の原発事故で飛散した核種の動態について述べる子が機能しているわけではないので，突然変異が入ってと，ヨウ素の場合は甲状腺に蓄積し，日本人の生物学的も細胞の生存に大きく影響を与えない場合が多い。ヒト

半減期は 30～40 日である。また，甲状腺の機能が活発細胞に X 線を 1 Gy 照射すると，ゲノム全体で約 40 個な乳幼児ほど影響が大きく， 40 歳以上ではほとんどリの二本鎖切断が生じることが報告されている5)。二本鎖スクはないと考えられている。セシウムの体内での挙動

切断損傷の場合，照射後数分から数十分以内に DNA 損はカリウムと似ており，体全体に分布するが，生物学的傷の周囲に修復タンパク質が集合して修復反応を開始し半減期は 85 日程度であり，比較的短期間で 排 泄され（図 2），数 Gy の照射であれば，数時間後にはほとんどる。一方，ストロンチウムは骨に沈着するので生物学的の二本鎖切断は再結合する。

半減期は数十年と長い。 30 歳以上では骨の代謝が遅くはい せつなるのでリスクは少ないが，成長期の子供が取り込むと細胞のチェックポイント機構とアポトーシス長期間にわたり影響が続くので注意が必要である。ま細胞は単に DNA 損傷を修復するだけではなく，積極た，プルトニウムは消化管からの吸収は少なく，呼吸器的に生体を DNA 損傷から防御するチェックポイント機系から体内に取り込まれるケースが多いが，生物学的半構を備えている（図 3 ）。チェックポイント機構は，減期は器官によって 40 年から 100 年と長く，生殖器でDNA に異常がないかモニターし，異常があれば細胞のは永久に残存すると推定されている。

2･ 3

増殖を止める機構である6)。チェックポイント機構は，数多くのタンパク質から構成され，ATM キナーゼ（タ3･ 2ンパク質リン酸化酵素）を頂点とするシグナル伝達系で放射線の人体へ与える影響は，しきい値がないと考えある。まず， DNA 損傷により生じた DNA の高次構造られている確率的影響としきい値がある確定的影響とにの変化を ATM キナーゼが感知し，自らを活性化して分けられる（図 4)1)2)。

確率的影響と確定的影響

がん

その下流にある複数のタンパク質をリン酸化する7) 。

確率的影響には，突然変異や染色体異常，発癌が該当

ATM のタ ー ゲッ ト の 一つ は DNA 修 復 酵 素で あ り，し，DNA 損傷修復時のエラーに起因する。ヒトの場合

DNA 修復反応を促進する。また，ATM は Chk2, Chk1

は， 被 爆者を対象とした調査から 100 mSv の被曝で発など別のキナーゼを活性化し，最終的に細胞周期を制御癌率が 0.5 ％ 上昇し，それ以上では線量に比例して発する複数のタンパク質がリン酸化されて細胞周期が停止

癌率が増加することが明らかになっているが10) ， 100する。これにより，DNA 損傷が残存したまま細胞が分mSv 未満の低線量でも，発癌の確率があがるのかどう裂し，娘細胞に DNA 損傷が引き継がれたり，染色体異かについては明確な結論は得られていない。寿命の短い常が生じることを防いでいる。また，DNA 損傷の量がマウスなどの動物実験の結果をヒトに適用するには無理多く，細胞の修復能力を超えている場合は，p53 タンパがあり，また， 10 mSv のリスクを評価するためにはク質などが活性化され，積極的に細胞死（アポトーシス）

500 万 人 規 模 の 疫 学 的 調 査 が 必 要 と も 予 測 さ れ て お

ひ ばくぶんせき  529

再生できなくなることにより引き起こされ， 4 Sv で半数のヒトが， 7 Sv で全員が死亡する。この段階では，骨髄移植により治療可能であるが，10 Sv 以上の被曝では腸管上皮の再生が不能となり，骨髄移植を行っても治療は困難となる。

4

今回の事故を受けて新たに定められた規制値

4･1

線量限度

日本国内での自然放射線による被曝量は，年間約 1.5mSv であり，医療被曝は平均 2.3 mSv である2) 。これらの被曝量を除いて，平常時は公衆の許容量は年間 1mSv と定められている。一方，今回の原発事故を受けて国際放射線防護委員会（ ICRP）は，非常事態収束後の公衆の被曝限度を 1～20 mSv/年の範囲で設定することを勧告した。この値は，職業被曝限度の値（100 mSv/5 年）を参考にしたものであり， 50 年間働く場合に，自然災害など他のリスクと比べて受け入れられる限度として 20 mSv /年が設定されている。しかし，上記のように放射線の確率的影響にはしきい値がないと仮定されているので，「合理的に達成可能な範囲でできる限り被曝量を低くすべき」（as low as reasonably achievable ;ALARA の原則）というのが放射線防護の原則であり，
図4

確率的影響（上）と確定的影響（下)事故を受けて急に数値が引き上げられたことに不安を感じた人も少なくないと思われる。

り11) ，現状では低線量のリスクを正確に評価するのは20 mSv/年を 50 年被曝したときの積算線量は 1 Sv な困難である。しかし，しきい値の存在が証明されていなの で ， 単 純 に 計 算 す る と 発 癌 リ ス ク は 5.5 ％ と ない以上，安全性を考慮して，しきい値はないと仮定してる10) 。しかし，生物効果には被曝線量だけではなく，被曝の規制値が設定されているのが実状である。また，線量率も大きな影響を与える。細胞内には元々，還元型確率的影響には遺伝的影響も含まれる。遺伝的影響とグルタチオンなどのように活性酸素を吸収する物質や，は，突然変異や染色体異常が生殖細胞で起こり，放射線スーパーオキサイドジスムターゼなど活性酸素を分解すの影響が次世代に継承される事象であり，ショウジョウる酵素が存在するので，少量の放射線を時間をかけて被バエやマウスでは確認されている。しかし，被爆二世と曝する場合は軽減効果がある上に，DNA 修復機構が十一般人との間で，染色体異常の頻度，流産率，発癌率の分に機能する。上記の発癌リスクは被爆者のデータを元差は検出されておらず，ヒトでは確認されていなに算出した値であり，長期間の低線量被曝の場合，リスい12)13)。

クはかなり小さくなることが複数の実験から示されていやけど一方，確定的影響には，リンパ球の減少， 火傷，脱る14)15) 。実際，地球上には自然放射線量の多い地域が毛，白内障，不妊などが該当する。確定的影響は，複数あり，そこに居住する人たちの年間被曝量は 10

チェックポイント機構が作動して一時的あるいは恒久的mSv に達するが，これらの地域の住民は，末 梢 白血球に増殖を停止した細胞や，アポトーシスにより死ぬ細胞の染色体異常の頻度がやや高いものの，自然発癌や奇形が，ある一定量に達したときに初めて臨床的所見が認め児の発生率は高くはないことが報告されている16)。

まっしょうられる現象である。確定的影響にはしきい値が存在し，また，細胞内では酸素呼吸により反応性の高い活性酸

ある程度被曝線量が高くないとその影響は見られない。

素が常に発生しており，放射線を被曝しなくとも DNA

人体は様々な種類の細胞から構成されるが，一般的に未は絶えず損傷を受けている3)。代謝により生じる一本鎖分化で増殖の盛んな細胞ほど感受性が高く，常に分裂を切断や塩基修飾の数は 1 個の細胞で，1 日当たり数千個繰り返している造血組織，皮膚，腸管上皮，生殖腺など～数万個にも達し，二本鎖切断も 1 日あたり 0.1～10 個が最も感受性が高く，影響を受けやすい。最も低いしき/細胞程度生じていると推定されている。これらの損傷い値をもつ確定的影響は男性の一時的不妊で，100 mSvの大部分は遺伝情報が損なわれることなく修復されるから観察される。放射線障害による死亡は，造血組織がが，一部は修復過程で突然変異を引き起こす。癌の発症

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率は年齢の 5～6 乗に比例することから，細胞増殖にかの講演会などを実施しているが，研究に携わる者はそれかわる遺伝子 5～6 個に突然変異が入ることが癌の原因ぞれの立場で，国民に対して分かりやすく情報を発信すと考えられているが，こうした自然発癌の主要な要因はる手助けをしたり，専門知識を生かして提言をまとめ，代謝による活性酸素である。一方，一年間かけて 20関連省庁を通じて政策に反映させていくことが求められ

mSv の g 線を被曝したときの， 1 日当たりの二本鎖切ていると思う。

断の頻度は約 0.002 個/細胞であり，代謝により生じた活性酸素による DNA 損傷の影響に比べて，放射線による影響はかなり少ないことが予想される。
4･ 2

飲食物に関する暫定規制値

今回の事故を受けて，原子力安全委員会で示された指標をもとに飲食物に関する暫定規制値が設けられ

文2) 江島洋介，木村ム社）．

部 被 曝 の 年 間 の 線 量 限 度 を 5 mSv と し ， 食 品 を 飲 料

博編：“放射線生物学”，（2002），（オー

3) A. Ciccia, S. J. Elledge : Mol. Cell, 40, 179 (2010).
4) M. Takata, M. S. Sasaki, E. Sonoda, C. Morrison, M.
Hashimoto, H. Utsumi, Y. Yamaguchi Iwai, A. Shinohara,S. Takeda : EMBO J., 17, 5497 (1998).

た17) 。原子力安全委員会では，セシウム，ウラン，プルトニウムおよび超ウラン元素については食品による内

献1) 日本アイソトープ協会編：“ラジオアイソトープ―基礎か，（丸善）．
ら応用まで”，（1993）5) M. M. Vilenchik, A. G. Knudson : Proc. Natl. Acad. Sci.
USA, 100, 12871 (2003).

水，乳製品，野菜，穀物，肉・卵・魚の 5 群に分け，

6) M. F. Lavin, S. Kozlov : Cell Cycle, 6, 931 (2007).

各 食 品 群 の 年 間 線 量 限 度 を そ れ ぞ れ 1 mSv と し て い

7) C. J. Bakkenist, M. B. Kastan : Nature, 421, 499 (2003).
8) N. D. Lakin, S. P. Jackson : Oncogene, 18, 7644 (1999).

る。そして，国内における食品の摂取量を考慮し，世代を乳児，幼児，少年，青年，成人に分け，いずれの世代においても 1 mSv を超えないように規制値が算定された。

9) 佐伯誠道編：“環境放射能―挙動・生物濃縮・人体被曝線，（ソフトサイエンス社）．
量評価”，（1984）
10) D. L. Preston, Y. Shimizu, D. A. Pierce, A. Suyama, K.
Mabuchi : Radiat. Res., 160, 381 (2003).
11) D. J. Brenner, R. Doll, D. T. Goodhead, E. J. Hall, C. E.

ヨウ素に関しては甲状腺への影響が問題となるので，

Land, J. B. Little, J. H. Lubin, D. L. Preston, R. J. Preston,

甲状腺での等価線量 50 mSv /年を限度とした。ヨウ素

J. S. Puskin, E. Ron, R. K. Sachs, J. M. Samet, R. B.

は半減期が短いので穀物，肉類への蓄積は少ないと考え

Setlow, M. Zaider : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100, 13761(2003).

ら れ る の で ， 50 mSv の 2 / 3 で あ る 33.3 mSv を 飲 料
水，乳製品，野菜類の 3 群に分け，各食品群の年間線量限度が 11.1 mSv を超えないように算定された。この算 定 に 従 う と ， 飲 料 水 や 乳 製 品 は 300 Bq / kg と な る

12) S. Izumi, K. Koyama, M. Soda, A. Suyama : Br. J. Cancer,89, 1709 (2003).
13) M. Otake, W. J. Schull, J. V. Neel : Radiat. Res., 122, 1(1990).

が，乳児の乳製品・飲料水に対しては，特別に 100 Bq/

14) I. Furuno Fukushi, K. Tatsumi, M. Takahagi, A.
Tachibana : Int. J. Radiat. Biol., 70, 209 (1996).

kg という値を採用している。なお，これらの規制値は

15) S. Tanaka, I. Tanaka, S. Sasagawa, K. Ichinohe, T

緊急時の対策として定められたものであり，現在，政府

Takabatake, S. Matsushita, T. Matsumoto, H. Otsu, F.
Sato : Radiat. Res., 160, 376 (2003).

により見直しが行われている。

16) M. A. Barcinski, M. Do Ceu Abreu, J. C. De Almeida, J. M.

5Naya, L. G. Fonseca, L. E. Castro : Am. J. Hum. Genet., 27,

お わ り に今回の原発事故の収束には長い時間がかかることが予

802 (1975).
17) 原子力安全委員会：「原子力施設等の防災対策について」の一部改定について（平成 22 年 8 月）．

想される。今後も一般住民の間で確定的影響を引き起こすような高線量被曝の可能性は少ないと思われるが，低線量放射線のリスクについては不明な点も多く，健康被害を最小限にとどめるための様々な施策を進めていくことは重要である。また，よりリスクの高い原発作業員の作業環境の改善も急務である。
筆者の所属する理研・仁科加速器研究センターでは，福島原発周辺での放射線量測定に協力したり，一般向け

ぶんせき  泉雅子（Masako IZUMI）

独立行政法人理化学研究所仁科加速器研究センター生物照射チーム（〒351 0198 埼
玉県和光市広沢 2 1 ）。お茶の水女子大学
大学院人間文化研究科修了。理学博士。
≪現在の研究テーマ≫高等真核細胞のゲノム恒常性の維持。≪趣味≫ピアノ，バイオリン。

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