新型双效细胞内自由基清除剂的三维结构及其放射防护效应的选择机制

Control the side effects of radiotherapy is not only the most critical influence on the complement of radiotherapy, but also one of the important reasons for the failure of cancer treatment. Amifostine is the only agent in current clinical radiological protection , but it has various side effects , and can not cross the blood-brain barrier. A novel effective and secure substitute is in a great need for the current market with the diminishing of clinical usage of amifostine due to those imperfection. Previous studies have shown that bifunctional eliminator of the intracellular free radicals GST-TAT-SOD has the ability of entering cells, even acrossing the blood-brain barrier ,in various regular drug-delivery way and selectively protect normal cells against radiation damage. On these basis, this study will research this research will develop for the three-dimensional structure and radioprotective effect of GST-TAT-SOD in order to illustrates the selective radioprotective mechanisms of the protein at the molecular, cellular, tissue, organ and whole animal level and the relations between its structure and function.The result will not only provide a new ideas for radiological protection, enrich the of radioprotective theory, but also establish the basis for the application of the novel low-cost, high-yield , non-toxic and efficient radiation protectant to overcome the prevention problems of radiotherapy side injury in cancer patients.

肿瘤放疗副作用的防治是影响放射治疗疗程能否正常实施以及能否完成的关键，阿米福汀是目前唯一临床使用的放射防护剂，但它有各种各样的副作用，而且无法穿越血脑屏障，在临床上的使用量越来越少，市场上急需一种新的安全高效的放射防护剂以替代阿米福汀。本项目研究的双效细胞内自由基清除剂GST-TAT-SOD已证实可通过常规给药方式进入细胞，还可穿越血脑屏障，选择性保护正常细胞免受放疗损伤的毒害。本项目拟系统研究双效细胞内自由基清除剂GST-TAT-SOD蛋白的三维结构及其抗放射损伤效应，从分子、细胞、组织乃至整体动物水平上阐明其放射防护的选择机制以及结构与功能的关系。本项目的成功研究不仅可为放射防护提供一个新的思路，丰富放射防护学理论，还可为新型低成本、高产量、无毒、高效的放疗防护剂奠定应用基础，解决肿瘤患者放疗副损伤的防治难题。

癌症严重影响人类健康，放射治疗是目前癌症治疗的最常用手段之一，放射治疗所导致的放射损伤是影响肿瘤放疗的关键因素，因此，放射防护剂的开发和使用尤为重要。本项目组先是证实了双效细胞内自由基清除剂GST-TAT-SOD1对正常细胞和组织都具有优于阿米福汀的放射防护效应，但对肿瘤细胞也表现出一定程度非显著的保护作用。虽然这不妨碍将GST-TAT-SOD1用做日常辐射防护剂或治疗各种因自由基引发的非肿瘤性疾病，但可能使其在辅助肿瘤放疗时对放疗抑癌效果产生一定的影响。为此，本项目组对双效细胞内自由基清除剂进行了重新设计和改进，得到了GST-SOD1-R9和GST-SOD1-X-R9，并对其放射防护能力进行了验证。结果表明，GST-SOD1-R9具有比GST-TAT-SOD1更强的跨膜性能，但其与GST-TAT-SOD1一样对肿瘤细胞和组织也表现出一定程度非显著的保护作用。GST-SOD1-X-R9因其X肽会被肿瘤微环境中的MMP-2/9酶解，失去R9跨膜肽，而无法进入肿瘤细胞。所以GST-SOD1-X-R9在不降低放射对肿瘤的杀伤作用的同时可靶向防护正常组织的放射损伤，这使其在临床应用方面具有重大的潜力。我们利用同源建模方法成功构建了几种融合抗氧化酶的三维结构模型，发现X肽还对GST-SOD1-X-R9的构象具有额外的稳定作用。此外，本项目组还构建并得到含有前导肽的可溶人源 Mn-SOD，发现其对正常组织也具有放射防护效应，且其起效剂量仅为GST-TAT-SOD1的1/20。最后，本项目组探索了肿瘤细胞放射耐受性以及由放射诱导的肿瘤细胞转移和侵袭能力的相关因素，为GST-SOD1-X-R9在肿瘤放疗方面的新用途打下基础。