NRF2通路参与调控放射性肺损伤中Ferroptosis发生机制的研究

Radiation-induced lung injury is a common complication after radiotherapy for thoracic tumors. ROS produced by radiation plays an important role in its occurrence. NRF2 signaling pathway is involved in this process, but the mechanism of the injury mediated by ROS has not yet been further studied. Ferroptosis is a newly discovered cell death mode mediated by ROS, and the NRF2 pathway is also an important way to regulate Ferroptosis. In our previous study, we found that there was Ferroptosis in the process of radiation-induced lung injury. Our group put forward the hypothesis that ROS produced by radiation can inhibit NRF2 gene expressiong in NRF2 pathway which causing radiation-induced lung injury in the form of Ferroptosis. This paper will construct the cell and animal models of radiation-induced lung injury, silence NRF2 pathway related gene expression with shRNA, and detect changes of indexes related to Ferroptosis to conform ROS injures alveolar epithelial cells to cause radiation-induced lung injury in manner of Ferroptosis, and the relationship of the NRF2 pathway related genes and proteins in the regulation of Ferroptosis in radiation-induced lung injury. This study will provide a target for the development of new drugs for the prevention and treatment of radiation-induced lung injury.

放射性肺损伤是胸部肿瘤放射治疗后常见的并发症，射线电离产生的活性氧在其发生过程中发挥重要作用，NRF2信号通路参与其中调控过程，但活性氧具体损伤作用机制研究尚未深入。Ferroptosis是新发现的一种活性氧介导的细胞死亡方式，NRF2通路也是调控Ferroptosis的重要途径。本课题组前期研究发现，放射性肺损伤过程中存在Ferroptosis的发生。因此，本课题组提出假说：射线电离产生的活性氧抑制NRF2信号通路中NRF2基因表达，介导肺泡上皮细胞以Ferroptosis的细胞死亡方式引发放射性肺损伤。本研究拟构建放射性肺损伤细胞及动物模型，shRNA技术沉默NRF2通路相关基因，检测Ferroptosis相关指标变化，验证活性氧介导肺泡上皮细胞发生Ferroptosis，导致放射性肺损伤，探究NRF2通路相关蛋白及基因在其中的具体调控关系。本研究有望为防治放射性肺损伤新药的开发提供靶点。

放射性肺损伤（radiation-induced lung injury, RILI）是肺癌患者放疗的常见并发症。射线电离产生的活性氧（reactive oxygen species, ROS）在RILI的发生发展过程中发挥重要作用，但是对于ROS以何种方式损伤肺泡上皮细胞导致RILI，以及其具体损伤机制方面的研究尚未深入。 铁死亡（Ferroptosis）是一种新发现的以细胞内铁依懒性活性氧异常增高，氧化还原稳态失衡为特征的细胞死亡方式。大量ROS过度生成引发机体氧化应激时，核因子E 2相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2, NRF2）通路是其中关键的抗氧化信号通路，NRF2信号通路在RILI发生中具有重要的调控作用，也是调控细胞铁死亡发生的重要途径。本课题组提出假说：射线电离产生的ROS介导肺泡上皮细胞以铁死亡的细胞死亡方式诱导RILI发生，P62-Keap1-NRF2信号通路参与其中过程，并发挥重要调控作用。本研究成功建立了RILI体内及体外模型，证实了射线电离产生大量ROS，损伤肺泡上皮细胞，介导Ferroptosis发生，引起RILI；电离产生大量ROS可以激活机体内源性P62-Keap1-NRF2抗氧化信号通路，但NRF2通路表达水平升高幅度不高，通过干预进一步激活P62表达上调，降低了Keap1表达水平，Keap1-NRF2解离，NRF2转入核内表达，抗氧化蛋白生成增多，ROS水平下降，最终抑制Ferroptosis发生，提示P62-Keap1-NRF2信号通路参与调控RILI中的Ferroptosis。Ferroptosis特异性抑制剂Fer-1、Lip-1可进一步上调RILI中的NRF2信号通路，促进抗氧化蛋白表达，减少ROS生成，抑制Ferroptosis发生，其作用位点可能是NRF2，而对上游的P62、Keap1表达无影响。本研究揭示了RILI过程中Ferroptosis的作用以及P62-Keap1-NRF2信号通路在其中具体的作用机制，为防治RILI新药的开发提供理论基础和实验依据；同时本研究证实了放射线可诱导细胞铁死亡，这将打破传统观点对射线导致细胞死亡的认知，对于放射线作用细胞机制方面的研究也具有重要意义。