辐射诱导人正常肝细胞远后效应的相关机理研究

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目的:  辐射诱导的远后效应和旁效应自从被发现以来就成为了放射生物学及相关领域的研究热点。国内外的研究人员提出各种假说并利用常规射线进行实验试图揭示它们的产生机理,但到目前为止还没有任何一种假说可以完美地解释这些现象,而利用重离子辐射的相关研究就更为稀少。本工作试图结合遗传与表观遗传的改变来对重离子诱导远后效应的形成机理进行探讨,并通过与X射线的实验结果进行对比,为重离子辐射安全性评估、放疗时对正常组织的保护以及二次肿瘤的发生等提供基础数据和科学依据。  材料与方法:  本实验采用高传能线密度(LET)的12C6+离子束(30keV/μm)和低LET的X射线分别辐照人正常肝细胞系HL-7702细胞,利用微卫星不稳定性检测来分析直接受照射细胞和通过转移培养基方式的旁细胞培养40天后子细胞所表征的远后效应;利用高效液相色谱法和免疫印迹技术分析上述细胞的甲基化水平和甲基转移酶1(DNMT1)的表达;通过甲基转移酶抑制剂5-aza-2-deoxycytidine(5-AZA)可逆的抑制DNMT1的表达来研究DNMT1与错配修复蛋白(MLH1)的相互关系;通过5-AZA与辐射联用来分析5-AZA的细胞毒性和甲基化模式或甲基转移酶在远后效应发生发展中的作用。  结果:  (1)微卫星不稳定性(MSI)分析发现12C6+离子束诱导的MSI发生率要低于X射线;旁细胞的MSI发生率高于直接受照射细胞;辐射引起的微卫星不稳定性与杂合性丢失的发生率(LOH)具有位点特异性。  (2)X射线和12C6+离子束均会引起人正常肝细胞系HL-7702细胞远后的基因组DNA低甲基化,并伴随DNMT1的低表达,说明远后效应的产生与表观遗传密切相关。  (3)通过对DNMT1、MLH1表达的关系以及MSI、甲基化和DNMT1表达的相关性分析可推测:错配修复(MMR)缺陷可能是远后效应的产生的重要环节。  (4)通过照射时抑制DNMT1的表达,可以减小甚至消除辐射诱导的远后基因组DNA甲基化模式的改变,说明细胞内照射时产生的一系列生理活动与甲基化或是DNMT1的表达程度息息相关。再次体现了甲基化模式或甲基转移酶在远后效应发生发展中至关重要的作用。  (5)通过细胞周期分析发现,5-AZA药物本身就具有一定细胞毒性,并能增强辐射引发的G2/M期阻滞。因此提示我们若想通过照射时抑制甲基转移酶的表达来进行正常组织的辐射保护,那么就必须要同时考虑到它的细胞毒性。  结论:  (1)以MSI和LOH为生物学终点来考虑,重离子放射治疗较X射线放射治疗对正常组织引发的辐射风险要小,可通过对MSI高发位点的筛选来评估放疗后患者长期生存状况和二次癌症发生风险。  (2)无论是重离子还是X射线,它们诱导转移培养基方式旁细胞产生的远后效应都要高于直接受照细胞,因此在放射治疗中设法削弱细胞间的相互通信对正常组织的保护具有重要意义。  (3)辐射诱导的远后效应的产生是在甲基转移酶存在的情况下,造成甲基化模式的改变和MMR缺陷,从而造成细胞分裂过程的复制错误无法准确得到修复,在后代中表现出高突变率、高MSI等表型。通过抑制辐照时DNMT1的表达可有效改善甲基化程度的改变。提示我们在充分考虑甲基转移酶抑制剂本身的细胞毒性的前提下,可以通过抑制甲基转移酶的表达来减小远后基因组不稳定性。
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