NOX4/ROS介导的氧化应激损伤在放射性颌骨坏死发病机制中作用的实验研究

Osteoradionecrosis of jaws (ORNJ) is a common complication of head and neck radiotherapy, which is refractory and very harmful for the patients’ quality of life. However, the obscure understanding of the precise pathogenesis of ORNJ limited its effective prevention and treatment. Until recent years, ORNJ was considered to be radiation-induced fibrosis in literatures, while the precise pathogenesis process is still unclarified. The NOX4 is an important enzyme participating in the redox reaction, and related to radiation damage. NOX4/ROS pathway has been proved to be an essential downstream pathway in TGF-β1 participated fibrotic process. Our previous studies found that proliferation and differentiation of myofibroblasts (MFB), which was mainly induced by TGF-β1 under situation of irradiation, played an important role in ONRJ pathogenesis. Therefore, we assumed that the NOX4 mediated oxidative stress reaction may play an important role in the pathogenesis of ORNJ. In this study, we are going to explore the expression and distribution character of NOX4 in ORNJ, the effect of NOX4 on the differentiation and regulation of MFB, the precise pathway of NOX4 and TGF-β1 in ORNJ, and we will also evaluate the prevention and treatment results of inhibiting the NOX4/ROS pathway. In summary, our experiments will unveil the pathophysiology mechanism of NOX4-mediated oxidative stress in ORNJ, and will pave the way for a new and more effective therapy in the future.

放射性颌骨坏死（ORNJ）是头颈部放疗后严重且难治的并发症，其发病机制不清，缺乏有效预防治疗措施。近年研究提示ORNJ可能是一种放射性纤维化疾病，但缺乏实验依据和深入研究。NOX4是参与组织氧化应激损伤的重要酶类，在组织放射损伤的病理过程中发挥重要作用，NOX4/ROS也是TGF-β1参与纤维化发生的重要下游途径。我们前期研究发现，纤维化疾病中的关键细胞—肌成纤维细胞（MFB）是ORNJ发病过程中的主要效应细胞，TGF-β1可诱导MFB的过度增殖、分化。因此，放疗后NOX4介导的氧化应激反应可能在ORNJ的发病机制中起关键作用。本课题通过研究NOX4/ROS在ORNJ中的分布表达特点、对MFB分化、增殖、凋亡的作用与调控机制、及以此为靶点进行干预对ORNJ的预防和治疗效果，揭示NOX4/ROS途径在ORNJ发病过程中的具体作用和功能意义，为探索预防和治疗ORNJ的有效方法提供重要理论依据。

放射性颌骨坏死（ORNJ）是头颈部放疗后严重且难治的并发症，其发病机制不清，缺乏有效预防治疗措施。本课题通过研究NOX4-ROS在ORNJ中的分布表达特点、对肌成纤维细胞的分化、增殖、凋亡的作用与调控机制、及以此为靶点进行干预对ORNJ的预防和治疗效果，以揭示NOX4-ROS途径在ORNJ发病过程中的具体作用和功能意义。本项目主要开展了以下几方面研究：① 研究NOX4/ROS在放射性颌骨坏死的临床标本和动物模型中的时空分布特点，及其与TGF-β1和肌成纤维细胞的表达水平、组织破坏、纤维化程度、氧化应激损伤程度的关系；②探索了在ORNJ发生过程中，NOX4/ROS途径在TGF-β1对肌成纤维细胞的分化、增殖、凋亡与分泌功能中的作用，以及在此过程中其与 TGF-β1/Smads通路的相互调控机制；③研究了NOX4/ROS 途径在放射后成骨细胞和血管内皮细胞损伤与凋亡中的作用及分子机制；④采用 NOX4 抑制剂和ROS清除剂对模型动物进行干预，确定相关制剂可以改善和逆转模型动物的ORNJ。⑤ 研究了巨噬细胞极化与放疗后肌成纤维细胞分化增殖的关系与作用方式。研究结果表明：①NOX4/ROS表达的升高是BMSCs电离辐射损伤和功能改变的重要环节；②NOX4/ROS表达的升高是TGF-β1致BMSCs细胞损伤和功能改变的重要分子机制；③NOX4/ROS参与了TGF-β1介导的放射致BMSCs向MFB的分化以及胶原分泌等作用；④NOX4/ROS并非BMSCs中BMP-2、ALP、Runx2等调控的关键因素，可作为治疗ORNJ的潜在靶点；⑤M2型巨噬细胞可以减少放射后的BMSCs中α-SMA、NOX4的生成并促进BMP-2的表达，抑制放射后的BMSCs向肌成纤维细胞的转化，可能对放射性颌骨骨坏死具有一定的治疗作用。通过本课题研究，进一步明确了ORNJ 的发病机制和 NOX4/ROS在其中的关键作用，研究以NOX4/ROS通路为靶点对ORNJ进行预防和治疗的有效性，以及巨噬细胞极化与放疗后骨髓间充质干细胞损伤之间的关系，有望为ORNJ的防治策略提供新的思路。