电离辐射对肠道α-防御素表达的影响及其在肠源性感染发生中的作用与机制

放疗或核事故受照者出现以腹泻、便血为特征的感染性肠炎较为常见；肠源性感染是放射病小鼠死亡的主要原因之一，其发病机制值得深入研究。业有的研究主要从组织病理学角度揭示电离辐射对肠上皮细胞机械屏障的直接损害作用，尚未就射线对肠黏膜免疫功能和微生态的影响开展深入探讨。肠道α防御素在黏膜中起着监视菌群状态、杀灭入侵病原菌和控制炎症等维持内稳态的重要免疫作用。基于人肠道α防御素5(HD5)是肠上皮组成性高表达的主要免疫分子，我们推测射线诱发HD5表达紊乱可能导致肠道微生态失调和炎症反应失控，乃致感染的发生。为此，本项目拟以γ射线腹部照射小鼠和IEC-6与THP-1细胞株为研究对象，采用定量PCR、细菌遗传聚类分析、RNA干扰和ELISA等技术，从防御素表达水平、肠道菌群组成与结构和黏膜炎性反应变化等方面，探索电离辐射诱发肠源性感染发生的机制和摄入重组HD5的保护作用，从而为感染性肠炎的防治提供新思路。

临床约50%的恶性肿瘤患者接受放射治疗。放疗副反应几乎发生于每个放疗病例。腹盆腔恶性肿瘤放疗患者和核事故受照者出现以感染性肠炎为特征的腹泻、便血、疲倦等症状尤其常见。以往研究尚未完全阐明放射性肠炎的发生机制。. 本项目完成了三个方面的研究内容：(1)电离辐射急性照射和放疗模拟照射小鼠肠道防御素表达变化、微生态结构与组成改变、肠组织及全身性炎症因子变化特点，及其关联性分析；(2)腹盆腔肿瘤患者放疗前后肠道微生态的变化特点及其与炎症反应的相关性分析；(3)人肠道α-防御素5(HD5)的抗菌活性、抗炎作用及分子机制。.宏基因组学分析揭示了电离辐射诱发小鼠肠道微生态组成和结构发生照射剂量依赖性改变，呈现菌群丰富度和多样性显著降低，菌门组成发生倒置性改变，尤以厚壁菌门与拟杆菌门之比例最为显著，肠杆菌等条件致病菌丰度显著增加，而乳杆菌等益生菌丰度明显降低，肠道菌群的定植抗力降低。腹盆腔放疗病人样本分析进一步验证了电离辐射诱发肠道微生态失调的发生特点。蛋白芯片结果显示放疗照射过程中小鼠和病人肠组织局部或全身性促炎因子的表达量升高。统计分析揭示了失调菌群中条件性致病菌的丰度与血清LPS、TNF-α和IL-1β浓度呈正相关。组织学观察发现放疗照射增加了肠上皮细胞凋亡和自噬发生。基因表达定量分析表明辐射引起肠道防御素表达、分泌紊乱。结果揭示了电离辐射通过作用于肠上皮，引起肠粘膜机械屏障和功能屏障受损，进而诱发肠道微生态失调，导致细菌移位与感染的发生，引起机体局部或全身性炎症反应的作用机制。研究结果提示肠道防御素可能是调节肠道菌群平衡的候选分子，可有效防治放射性肠炎的发生与发展。因此，我们提出了肠道微生态作为干预靶标防治放射性肠炎发生发展的新策略。. 体外实验结果表明HD5对52个菌株具有杀菌活性，对G-菌株的杀菌潜力明显比G+菌株强，其最小抑菌浓度分别为6-10μg/ml和28-32μg/ml。电镜和流式细胞分析结果揭示了HD5直接靶向于细菌胞膜，通过去极化和扰乱细菌膜双分子磷脂层结构发挥杀菌作用的分子机制。发现了HD5有效抑制LPS刺激巨噬细胞表达促炎因子TFN-α、IL-1β和IL-6的抗炎新活性，并进一步揭示其可能参与TLR-4的竞争性结合发挥抗炎作用的信号通路。HD5直肠给药可有效减轻硫酸葡萄糖结肠炎小鼠的临床症状，提示防御素可能作为肠炎防治的候选药物。