焦亡执行分子GSDMD在电离辐射损伤进程中的作用及机制研究

The mechanism of ionizing radiation-induced damage is very complicated, and further elucidation of the mechanism can provide important theoretical basis for finding effective measures to prevent and control ionizing radiation. Cell death plays key role in the process of ionizing radiation-induced damage. The proposal of pyroptosis provides new perspectives for understanding radiation induced cell death. GSDMD is the key molecule to execute cell pyroptosis. It is cleaved by caspases and the domain N segments of GSDMD can be gathered on the cell membrane. Preliminary studies found that the survival rate of GSDMD knockout mice increased, radiation-sensitive tissue damage was alleviated, and ionizing radiation up-regulated active Caspase-11, promoting GSDMD shear activation. Those results suggest that GSDMD plays an important role in the process of ionizing radiation-induced damage. In this project, we intend to use the knockout mice, CRISPR-Cas9 technology and other research methods to explore the role of the GSDMD and pyroptosis in the process of ionizing radiation damage from multiple levels, and to clarify its regulation. The expected results can provide a new target for solving the problem of prevention and treatment of ionizing radiation damage, and provide assistance for the development of new drugs for preventing and treating ionizing radiation damage.

电离辐射损伤机制十分复杂，深入阐明其损伤机制可为寻找有效电离辐射损伤防治措施提供重要理论依据。细胞死亡在电离辐射损伤进程中具有核心作用，“细胞焦亡”概念的提出和研究为理解电离辐射导致细胞死亡提供了新的视角，GSDMD是介导细胞焦亡的关键执行分子，该分子被Caspases剪切后，其N端结构域可在膜上聚集打孔引发焦亡。初步研究发现受照后GSDMD基因敲除小鼠生存率提高，辐射敏感组织损伤减轻，且电离辐射可上调活化的Caspase-11促进GSDMD剪切激活，提示焦亡执行分子GSDMD在电离辐射损伤进程中发挥重要作用。本项目将在此基础上用基因敲除小鼠、CRISPR-Cas9技术等多种研究手段，从多个层次探索焦亡执行分子GSDMD及其所介导细胞焦亡在电离辐射损伤进程中的作用，并阐明其调控机制。本研究可为解决电离辐射损伤防治难题提供新靶点，为开发防治电离辐射损伤新药提供新理论。

研究电离辐射损伤防治新理论具有重大国防价值和社会需求，深入阐明其损伤机制可为寻找有效电离辐射损伤防治措施提供重要理论依据。我们前期发现细胞焦亡执行分子GSDMD在电离辐射损伤中处于关键地位。本课题根据计划书，通过构建GSDMD KO小鼠和GSDMD KO/OE细胞系，从在体、组织、细胞多个层次证明靶向抑制GSDMD可以显著减轻辐射诱导的造血系统、肠道组织等损伤。通过构建Caspase-1、Caspase-11 KO小鼠，发现敲除Caspase-1后加重小鼠辐射损伤，而敲除Caspase-11后可显著抑制辐射诱导的GSDMD剪切，从而抑制辐射损伤。在机制探索方面，发现电离辐射可上调Caspase-11转录水平，促进GSDMD剪切与下游细胞因子的成熟和释放。同时通过RNA-Seq筛选出Caspase-11相关的关键分子NOD2，并初步证明NOD2同样在电离辐射损伤中发挥关键作用。以上关于Caspase-11/GSDMD对辐射损伤的相关工作及关键新靶点NOD2的研究工作均具有原创性，进一步丰富了辐射损伤新机制，有望为研究解决电离辐射损伤防治难题提供新靶点，为开发防治电离辐射损伤新药提供新理论。此外，在项目执行过程中，我们也开展了一些原计划没有列入的工作，如Zymosan-A 和 FG-4592 防治肠道辐射损伤的研究等。.本项目总体执行情况良好，目前已发表受本基金资助的SCI论文4篇，总影响因子28.354，中文核心论文2篇，在整理和投稿SCI论文2篇；申请国家发明专利5项。项目负责人晋升为讲师，入选全军医学科技英才青年培育计划，并协助培养硕士研究生2名。项目组成员2人晋升为副教授。项目负责人也在国内会议上做壁报交流1次，总之顺利圆满地完成本项目。