Lgr5+结直肠上皮干细胞对电离辐射的反应及机理研究

Radiation-induced normal intestinal tissue injury is the primary limiting factors in abdominal radiotherapy of human tumors. According to the prevailing hypothesis, it is caused by direct damage to intestinal stem cells , resulting in their death.The epithelial lining of the murine coloretum turns over rapidly, a process driven by self-renewing stem cells at the crypt base. Recent studies identify Lgr5+ （leucine-rich-repeat-containing G-protein-coupled receptor 5） epithelial cells located at crypt base as colorectal epithelial stem cells (CESCs). Little is known regarding the sensitivity of this population of stem cells to ionizing radiation.Using lgr5 transgenic mouse model and 3D intestinal stem cell culture system, our goal is to determine how Lgr5+ CESCs respond to ionizing radiation exposures inculding the mechanisms of stem cell death,DNA damage repair, the contribution of CESC to organ loss and tissue regeneration. This project will help us better understand of the properties of lgr5+ CESCs, which are crucial to develop efficient radiotherapeutic strategies to cure colorectal cancer, as well as identification of radioprotetors specicically tailored to protect intestinal stem cell post irradiation.

辐射对肿瘤周围正常肠道组织的损伤是临床腹腔肿瘤放疗的最大限制因素。研究表明电离辐射能对肠道上皮干细胞造成直接损伤导致干细胞死亡，并最终引起正常肠道组织坏死。结直肠上皮干细胞位于隐窝底部能不断自我更新，并产生大量的子代细胞以保证粘膜上皮细胞的快速更新。最新的研究发现小鼠结直肠上皮干细胞特异性表达Lgr5 分子，但是对这群干细胞的辐射敏感性知之甚少。本课题将利用Lgr5 转基因小鼠及体外干细胞3D培养体系，研究Lgr5+结直肠上皮干细胞对电离辐射的反应，包括其消亡指数与辐射引起肠粘膜损伤的相关性，DNA损伤在干细胞中的修复以及干细胞在辐射后肠道粘膜再生中的作用。本课题将阐明正常结直肠上皮干细胞的辐射特性，从而为指导制定更有效的结直肠癌放疗方案和进一步开发干细胞辐射保护剂提供理论基础。

辐射对肿瘤周围正常肠道组织的损伤是临床腹腔肿瘤放疗的最大限制因素。目前大部分的研究聚焦在辐射对小肠上皮干细胞的损伤，但是对结直肠上皮干细胞的辐射损伤反应知之甚少。在前期小肠干细胞放射工作的基础上，项目充分利用Lgr5-lacZ转基因小鼠，从干细胞水平深入系统地研究了结直肠干细胞在辐射敏感性、DNA修复、细胞周期、基因组稳定性等方面的辐射反应。小鼠体内实验证实，Lgr5+结直肠干细胞能够耐受30Gy的辐射，而小肠干细胞只能耐受15Gy的剂量，两者相差悬殊。进一步研究发现大小肠干细胞的辐射敏感性差异主要体现在干细胞对增殖性死亡不同反应，即大部分小肠干细胞对辐射引起增殖性死亡敏感，而大肠干细胞则对增殖性死亡较耐受。通过大量DNA修复实验和细胞周期分析，我们发现结直肠干细胞能够快速地进行DNA修复，并在DNA损伤完全修复后回到细胞周期进行分裂增殖，而小肠干细胞则在DNA未完全修复情况下提前回到细胞周期，从而造成增殖性死亡，是其辐射敏感的主要原因。这些重要结果已经整理发表在国际知名期刊Cancer Research (2017)。另外，本项目依托肠道类器官3D培养体系，建立以类器官为基础的抗辐射药物筛选平台，成功筛选到多种化合物小分子具有辐射拮抗作用，目前已申请专利7项，其中授权1项，整理发表中文核心期刊文章2篇，目前其它3篇SCI文章在投稿。项目数据阐明正常结直肠上皮干细胞的辐射特性，从而为指导制定更有效的结直肠癌放疗方案提供理论基础，同时项目筛选到的抗辐射化合物，可以进一步研制其成为辐射保护剂。