自噬对重离子引发的神经细胞死亡或凋亡的调控作用

Exposure to radiation is one of the main concerns for space exploration by humans. The nature and the frequency of accelerated heavy ions need to be better characterized in order to estimate their contribution to the dose and to the final biological response. Previous cytogenetic data undoubtedly revealed that space radiation exposure produced significant damage in neuron cells, such as serious membrane lesions and multiple chromatin breaks. Some reports indicated that capillary hemorrhages may follow high LET particle irradiation of the developing brain as high RBE effects. However, our knowledge of the basic molecular mechanisms of cell death induced by heavy ions specific to low-dose, to repeated doses and to adaptive response is still poor. It is possible that some of the characteristic changes of cell death may represent a delayed effect of chromatin misrepair in brain. Thus, in our studies, we want to know whether radiation can induce autophagy of neuron cell or glial cell in vitro or in vivo, which would play an important role in cell death and regulate the cell apoptosis mediated by irradiation. Furthermore, it is important to find the key factors of heavy ions radiation effect and to explore the use of molecular biology means to intervene in the expression of these genes, which might change the cell sensitivity to radiation, enhance cell resistance to space radiation. The results of this study will improve the strategy of biological protection for space radiation damage.

虽然重离子在太空辐射射线中所占比重较小，但因其能量高、危害大、防护难，成为空间辐射损伤效应研究的重点和难点。现有研究显示辐射可诱发自噬等非细胞凋亡性的细胞死亡，并且自噬和凋亡存在着广泛的联系，但是重离子辐射后自噬对凋亡的调控作用还不明确，分子机制的实验证据还不充分。本课题以前期神经胶质瘤细胞辐射耐受机理研究中的自噬的保护作用为出发点，拟通过体内及体外两个层面探寻自噬对辐射后细胞死亡或凋亡的调控作用，重点研究重离子辐射后神经细胞死亡的生命进程；同时，确定1-2个影响重离子辐射损伤效应的关键因子，探索运用分子生物学手段干预其表达、改变细胞辐射敏感性，以增强细胞抵抗空间辐射的自我防护能力的可行性。本研究成果将可能为空间辐射损伤生物防护策略提供有力的理论补充。

神经相关肿瘤具有抗辐射的特性，且放疗后易发生肿瘤复发与侵润，一直是肿瘤临床治疗的难题。我们选择不同辐照敏感性的胶质瘤细胞和神经母细胞瘤细胞，对其辐射抗性机制开展研究，并从辐照后细胞的两种主要死亡方式自噬和凋亡角度出发研究打破耐受的可能治疗策略。. 首先，辐射敏感性是DNA修复，细胞周期及DNA复制相关蛋白的相互作用的结果。辐照后细胞出现错误折叠蛋白聚集及DNA损伤，与其相关的自噬活性变化显著，P62蛋白在不同胶质瘤细胞的自噬程度强弱方面发挥了重要作用，自噬发生的调控蛋白mTOR对自噬具有抑制功能，一方面与ATG13-ATG1-ULK1复合体的抑制作用相关，另一方面同对P62蛋白降解途径的抑制程度直接相关。同时，不同的胶质瘤细胞辐射后DR5介导的凋亡途径基因富集，自噬可通过LC3B对凋亡蛋白caspase8的活性产生促进作用，该种相互作用的调控网络在原代胶质瘤细胞同样起到关键调控作用。. 其次，在建立的重离子辐照损伤的神经细胞模型中，发现核内调控因子HMGB1在胞内通过引发自噬，增加其重离子辐射耐受性。我们通过丙酮酸乙酯（Ethyl pyruvate）和Pyridone 6抑制HMGB1向细胞外的释放，使其在胞内含量增加，导致胶质瘤U251细胞辐射耐受性增强，表现为存活率升高；低剂量（1 Gy）重离子辐照及辐照后24 h，细胞内HMGB1水平显著性升高，此时，自噬水平（LC3B、Beclin1表达）也显著性升高；在5 Gy剂量辐射及辐射后72 h，细胞内HMGB1水平逐渐降低，而胞外含量增加，同时LC3B和Beclin1胞内含量也明显降低，凋亡水平明显升高。提示在一定剂量（1 Gy）和时间（24 h）内，HMGB1在细胞内发挥促进自噬发生的作用，从而增加其辐射耐受性。但是随着辐射剂量增加或者辐射后时间延长，辐射引起的凋亡使得HMGB1释放到细胞外，胞内含量减少，进而使自噬水平降低，细胞出现死亡。结果表明以HMGB1相关的自噬通路作为靶点，进行药物干预，可对临床以重离子为工具进行放化疗联合治疗神经胶质瘤提供新的策略。 . 本论文通过对不同胶质瘤细胞辐射敏感性机制及自噬促凋亡机制进行深入研究及探讨。发现不同的胶质瘤细胞辐射抗性的调控存在重大的差别，自噬对凋亡的影响可作为临床治疗深入探讨的靶点，为胶质瘤临床治疗提供了切实有效的治疗方案。