TLR2/4/5共同激动剂HKST对不同LET辐射的防治作用及机制

Protection against high- and low- LET radiation is one of the most critical problems in radiation medicine, which is very common in nuclear attacks and accidents. In 2008, the radioprotective effects of TLR5 agonist CBLB502 was reported in Science, after then we found that activation of TLR2, TLR4 and TLR9 exerted effects against ionizing radiation. However, different TLRs recognize different proportion of pathogens, and initiate different downstream signaling pathways. What’s more, the expression levels of different TLRs were different in specific tissues, so it may not be effective enough to activate any single TLR receptor. Surprisingly, Heat Killed Salmonella typhimurium (HKST) have the capacity of activating TLR2, TLR4 and TLR5 signaling pathway synchronously, which was proved in many studies. In this study, we are aimed to investigate the protective effects of HKST on cells and animals against γ ray and 12C6+ heavy particle irradiation in molecular, cellular, tissue and animal levels. TLR2/4/5 knockout (KO) mice and CRISPR-Cas9 based KO of TLR downstream pathways were used to uncover the mechanism underlying the radioprotective effects of HKST. We also used a CRISPR screening library to screen novel targets of HKST, which might be novel mechanism of radioprotection. Our study will provide novel experimental support for the protection of high- and low- LET radiation and provide novel targets and strategies for radiation protection.

核恐怖袭击和核事故中存在大量的高、低LET辐射，其医学防治是放射医学亟待解决的关键问题。2008年Science上报道了TLR5激动剂具有辐射防护效果，随后我们发现TLR2、4、9具有辐射防治作用。但不同TLR可识别不同的病原，启动特异性下游通路;TLRs在不同组织表达丰度不同，因此单独激活某一TLR辐射防护效果有限。热灭活伤寒沙门菌（HKST）是高效的 TLR2/4/5的共同激动剂，我们发现其具有很好的辐射防护效果。本项目拟从分子、细胞、辐射敏感组织和整体动物多个层次，进一步探索HKST对γ射线和12C6+重离子辐射损伤的防治作用；并用基因敲除小鼠和CRISPR基因敲除技术探讨TLR2、TLR4、TLR5及其下游信号分子TRIF、MyD88等的作用机制；使用CRISPR筛选文库寻找HKST辐射防护新靶点。该研究将为高、低LET辐射防治提出新的理论和实验依据，为辐射防护寻找新的靶点和途径。

核恐怖袭击和核事故中存在大量的高、低LET辐射，其医学防治是放射医学亟待解决的关键问题。2008年Science上报道了TLR5激动剂具有辐射防护效果，随后我们发现TLR2、4、9具有一定的辐射防治作用。但不同TLR可识别不同的病原，启动特异性下游通路;TLRs在不同组织表达丰度不同，因此单独激活某一TLR辐射防护效果有限。研究证实，热灭活的伤寒沙门菌（HKST）是高效的 TLR2/4/5的共同激动剂。本项目拟从分子、细胞、辐射敏感组织和整体动物多个层次，探索HKST对γ射线和12C6+重离子辐射损伤的防治作用；并用基因敲除小鼠和CRISPR基因敲除技术探讨TLR2、TLR4、TLR5及其下游信号分子TRIF、MyD88等的作用机制；使用CRISPR筛选文库寻找HKST辐射防护新靶点，进一步明确其分子机制。具体取得如下结果：①实验研究了TLR2/4/5共同激动剂HKST对γ射线的辐射防护作用，发现其可以显著增加辐照后动物生存率，减轻辐射敏感组织，如骨髓、脾脏、睾丸的辐射损伤，抑制辐射导致的CD4/CD8免疫失衡；减轻细胞DNA损伤和细胞凋亡，对大剂量辐照导致的多器官损伤起到了很好的防护作用；并与TLR2、TLR4的单独激动剂对比，发现HKST显著优于TLR单独激动剂的防护效果②本项目探索了HKST对高LET辐射（12C6+）的辐射防护作用，发现照前HKST处理可以显著抑制高LET辐射导致的细胞凋亡，提高细胞活力，减轻高LET辐射导致的骨髓、肠道的辐射损伤，抑制细胞凋亡，以上研究结果提示HKST对高LET辐射具有很好的防护效果。③为了探索HKST防护辐射损伤的机理，我们使用TLR2、TLR4缺失型小鼠，并使用TLR2、TLR4、TLR5敲低细胞，发现TLR4在HKST防护辐射损伤中具有关键的作用；我们通过细胞模型发现HKST显著激活了MyD88通路，降低了照后DNA损伤，并在多种组织器官激活了TLR信号通路，为HKST防护辐射损伤提供了新机理；该研究将为高、低LET辐射防治提出新的理论和实验依据，为辐射防护寻找新的靶点和途径。