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放射治疗是癌症的有效治疗手段之一,但它同时无可避免的使辐射区的正常组织,尤其是骨组织产生放射性损伤,例如骨质丢失,骨坏死,甚至病理性骨折。迄今为止,放射性骨损伤的病理变化机制尚未明确,针对放射性骨损伤也没有有效的预防性或治疗性措施。过往实验研究的动物模型,大多是是采用全身性的辐射,由此引起其他系统,例如造血系统放射性损伤,会严重干扰对骨损害机制的阐明。在本报告中,我们使用新推出的小动物精确辐射仪(small animal radiation research platform, SARRP),模仿前列腺癌,直肠癌,宫颈癌等盆腔恶性肿瘤的局部剂量分割放疗方案,以3月龄大鼠建立局部放疗动物模型。显微CT标准图像分析和有限元分析(FEA)的结果表明,局部辐射后骨小梁出现大幅度的骨量减少和力学强度下降。进一步的组织学分析提示辐射后骨质丢失主要原因是新骨形成减少,而不是骨吸收作用增强。这说成骨细胞数目或功能受损是放射骨损伤的重要细胞机制。重组人甲状旁腺激素(PTH1-34,特立帕肽),是美国食品药监局(FDA)批准用于治疗严重骨质疏松的唯一促骨合成代谢类药物,我们发现每天间歇的PTH1-34的皮下注射治疗,能够通过保护成骨细胞和骨细胞凋亡预防大鼠辐射后骨质丢失。为了探讨放射骨损伤和PTH治疗的分子机制,我们设计了一系列的体外细胞培养实验。其中信号通路抑制剂实验表明,PTH抗细胞凋亡作用是由PKA和Wnt/β-catenin信号通路介导的。免疫印迹和免疫荧光实验也证实,PTH能上调成骨细胞β-catenin表达,并通过蛋白激酶A (PKA)通路促进β-catenin向细胞核转移从而激活WNT通路的下游信号,最终促进成骨细胞存活。辐射对DNA结构极具杀伤力,能诱导严重的DNA损伤,其中双链断裂(DSB)导致细胞死亡的最主要因素。γ-H2AX免疫荧光染色和彗星试验都是测定细胞DSB的敏感手段,结果表明PTH通过激活Wnt/β-catenin通路,从而促进DSB修复。Ku70蛋白是DSBs修复复合体中的重要组成部分,辐射后的成骨细胞和骨细胞Ku70表达增加,而Wnt3a和PTH可以进一步上调Ku70,尤其提高Ku70在细胞核中含量。针对Ku70siRNA的实验也证实中PTH和Wnt3a必须通过Ku70介导DNA修复和细胞存活。随着接受放疗患者存活率和年龄的增长,对放疗诱发骨损伤机制和治疗的研究和认识日益重要。我们研究证明PTH(1-34)可有效防止辐射引起的大鼠骨损害,而其促进细胞存活的的作用机制是Wnt/β-catenin激活后,上调Ku70的表达,从而加速DSB的修复。因此PTH1-34或的Wnt通路激动剂作为可能的治疗辐射诱发的骨质疏松症的是一个重大进展,对实现更有效的治疗、减少骨骼的辐射损伤而最大化放疗效果有着指导性意义。