電離輻射在皮膚成纖維細(xì)胞WS1中誘導(dǎo)旁效應(yīng)的應(yīng)答機(jī)制研究.pdf

1、目的：
　　電離輻射誘導(dǎo)的旁效應(yīng)指的是未受照射細(xì)胞在接受照射細(xì)胞傳遞的信號(hào)后產(chǎn)生的生物學(xué)變化。包括旁效應(yīng)在內(nèi)的非標(biāo)靶效應(yīng)改變了放射生物學(xué)的傳統(tǒng)理論而成為廣為接受的新教義。旁效應(yīng)的發(fā)生在低劑量輻射健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估、放療的療效及對(duì)正常組織的損傷等方面可能具有重要作用，因此已成為放射生物學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前關(guān)于旁效應(yīng)的研究主要集中在其發(fā)生的分子機(jī)制以及對(duì)機(jī)體造成的影響等方面。從旁效應(yīng)發(fā)生的過程來看，它包括信號(hào)細(xì)胞受照后啟動(dòng)關(guān)鍵的信號(hào)

2、通路，然后釋放旁效應(yīng)信號(hào)，最后受體細(xì)胞接受旁效應(yīng)信號(hào)產(chǎn)生生物學(xué)變化。本研究的主要目的是從受體細(xì)胞的角度來研究旁效應(yīng)發(fā)生的分子機(jī)制。具體說來，首先要驗(yàn)證X射線是否可以在人胚胎皮膚成纖維細(xì)胞WS1中誘導(dǎo)經(jīng)培養(yǎng)液介導(dǎo)的旁效應(yīng)現(xiàn)象；然后進(jìn)一步探究受α粒子照射的HaCat角質(zhì)細(xì)胞與未受照射的WS1細(xì)胞共培養(yǎng)后，WS1細(xì)胞是否會(huì)發(fā)生旁效應(yīng)，如果發(fā)生那么WS1細(xì)胞的應(yīng)答機(jī)制又是什么，最后用HaCat細(xì)胞和WS1細(xì)胞簡單模擬構(gòu)建人皮膚組織模型，為在半體

3、內(nèi)進(jìn)一步深入研究電離輻射旁效應(yīng)奠定基礎(chǔ)。
　　方法：
　　本研究采用條件培養(yǎng)液轉(zhuǎn)移和共培養(yǎng)兩種方法研究培養(yǎng)液介導(dǎo)的電離輻射旁效應(yīng)。輻射方式包括X射線和α粒子。在第一部分中，以微核形成、DNA損傷（53BP1 foci）、細(xì)胞凋亡、增殖、活性氧水平和miR-21等指標(biāo)確證X射線在WS1細(xì)胞中誘導(dǎo)經(jīng)條件培養(yǎng)液介導(dǎo)的旁效應(yīng)；另用ELISA法定量檢測了條件培養(yǎng)液中TGF-β1含量的變化；第二部分主要是采用克隆形成實(shí)驗(yàn)和53BP1 f

4、oci免疫熒光實(shí)驗(yàn)對(duì)本實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)的用于細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的新型α粒子照射裝置進(jìn)行驗(yàn)證。在第三部分中，以ROS水平和53BP1 foci為指標(biāo)檢測與受α粒子照射的角質(zhì)細(xì)胞HaCat共培養(yǎng)的人皮膚成纖維細(xì)胞WS1發(fā)生的旁效應(yīng)。更重要的是，采用細(xì)胞轉(zhuǎn)染改變WS1細(xì)胞miR-21的表達(dá)水平或通過外源性增加細(xì)胞SOD2的水平來細(xì)致地研究了旁效應(yīng)細(xì)胞中的miR-21和SOD2在旁效應(yīng)發(fā)生中的重要作用。第四部分，以鼠尾膠原蛋白為基質(zhì)，將人胚胎皮膚成纖

5、維細(xì)胞WS1和人永生化角質(zhì)細(xì)胞HaCat進(jìn)行立體結(jié)構(gòu)培養(yǎng)，簡單模擬人體皮膚組織的構(gòu)成，并通過HE和免疫組化染色驗(yàn)證三維組織的成功構(gòu)建。
　　結(jié)果：
　　1. X射線可在WS1細(xì)胞中誘導(dǎo)經(jīng)培養(yǎng)液介導(dǎo)的旁效應(yīng)。與新鮮培養(yǎng)液（Ctr）和未受照射條件培養(yǎng)液（SCM）對(duì)照組相比較，用1 Gy X射線照射后3小時(shí)的WS1細(xì)胞條件培養(yǎng)液（3 h RCM）處理未受照射的WS1細(xì)胞30分鐘后，旁效應(yīng)細(xì)胞中ROS水平可升高11％；3 h RCM

6、處理旁效應(yīng)細(xì)胞1小時(shí)后，53BP1 foci陽性細(xì)胞率增加了38%；3 h RCM處理旁效應(yīng)細(xì)胞3小時(shí)后，旁效應(yīng)細(xì)胞中miR-21的表達(dá)水平增加了1.38倍；3 h RCM處理旁效應(yīng)細(xì)胞24小時(shí)后，微核形成率增加了44%，凋亡增加近一倍。此外還發(fā)現(xiàn)，與3 h SCM相比，3 h RCM中TGF-β1的含量增加了18%。在共培養(yǎng)條件下，發(fā)現(xiàn)受照細(xì)胞與未受照細(xì)胞共培養(yǎng)1 h后旁效應(yīng)細(xì)胞53BP1 foci的陽性細(xì)胞率增加了46%；共培養(yǎng)24

7、 h后，旁效應(yīng)細(xì)胞WS1中微核形成率增加了34%。
　　2.自行設(shè)計(jì)的α粒子照射裝置可以用于生物實(shí)驗(yàn)的研究。該裝置的計(jì)算模擬劑量率為0.14 Gy/min。以WS1細(xì)胞克隆率為指標(biāo)，計(jì)算得出在細(xì)胞存活率為0.5時(shí)，α粒子相對(duì)于160 KeV的X射線的相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)為1.71。以53BP1 foci為指標(biāo)檢測直接受α粒子照射的WS1細(xì)胞DNA損傷情況，發(fā)現(xiàn)分別照射0.28 Gy、0.56 Gy后可使53BP1 foci陽性細(xì)胞數(shù)分別

8、增加0.38倍和1倍，并且顯示出DNA損傷的非均一性。
　　3.受α粒子照射的HaCat角質(zhì)細(xì)胞可在未受照WS1細(xì)胞中誘導(dǎo)經(jīng)培養(yǎng)液介導(dǎo)的旁效應(yīng)，并且WS1旁效應(yīng)細(xì)胞中的miR-21和SOD2對(duì)旁效應(yīng)的產(chǎn)生起著非常重要的調(diào)控作用。未受照射的旁效應(yīng)細(xì)胞WS1與受照射的信號(hào)細(xì)胞HaCat共培養(yǎng)30分鐘后，WS1細(xì)胞中ROS水平上升了15%；共培養(yǎng)3小時(shí)后，53BP1 foci(DNA損傷常用標(biāo)記）增加了1.4倍，表明與照射過的角質(zhì)細(xì)胞H

9、aCat共培養(yǎng)后，旁效應(yīng)細(xì)胞WS1中發(fā)生了氧化應(yīng)激和DNA損傷。并且，與受照HaCat細(xì)胞共培養(yǎng)3小時(shí)后，旁效應(yīng)細(xì)胞WS1中miR-21的表達(dá)水平升高，而在WS1細(xì)胞中下調(diào)miR-21水平可使旁效應(yīng)現(xiàn)象消除，而僅僅單獨(dú)過表達(dá)miR-21就可誘導(dǎo)與旁效應(yīng)類似的氧化應(yīng)激和DNA損傷。這些數(shù)據(jù)表明，本系統(tǒng)中，miR-21在旁效應(yīng)的調(diào)控中起著重要作用。另外，MnSOD（SOD2）也參與了對(duì)WS1細(xì)胞旁效應(yīng)的調(diào)控，過表達(dá)SOD2可解除旁效應(yīng)誘導(dǎo)的

10、氧化應(yīng)激和DNA損傷，提示SOD2在電離輻射誘導(dǎo)旁效應(yīng)的發(fā)生中可起到重要作用。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)miR-21可調(diào)控SOD2。
　　4.構(gòu)建人皮膚組織三維模型。利用人胚胎皮膚成纖維細(xì)胞WS1和人永生化角質(zhì)細(xì)胞HaCat構(gòu)建了一個(gè)多細(xì)胞體系實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，從而簡單地模擬了人體正常皮膚組織結(jié)構(gòu)。HE染色結(jié)果顯示HaCat細(xì)胞分化為層狀結(jié)構(gòu)；在X射線照射后，免疫組化染色顯示的53BP1 foci證實(shí)三維皮膚組織中細(xì)胞的DNA損傷。除此之外還構(gòu)建

11、了穩(wěn)定表達(dá)SOD2的WS1細(xì)胞株，進(jìn)而可用穩(wěn)定表達(dá)SOD2的WS1細(xì)胞與HaCat細(xì)胞構(gòu)建三維皮膚模型。
　　結(jié)論：
　　本研究證實(shí)X射線可在WS1細(xì)胞中誘導(dǎo)經(jīng)培養(yǎng)液介導(dǎo)的旁效應(yīng)。并且WS1細(xì)胞還可接受受α粒子照射的HaCat細(xì)胞釋放的旁效應(yīng)信號(hào)從而產(chǎn)生旁效應(yīng)。從未受照射細(xì)胞的視角來看，WS1細(xì)胞中的miR-21和SOD2對(duì)旁效應(yīng)的發(fā)生起著至關(guān)重要的作用，而且miR-21可能通過對(duì)SOD2的調(diào)控來調(diào)控著旁效應(yīng)的發(fā)生。具體說來