α粒子辐射损伤在多细胞系间的传递及信号分子研究

The potential health risk of nuclear and environmental radiations is a hot topic recently. Although the cancer risk of alpha-particle radiation owning a high RBE might be higher than that predicted by traditional theory, the details of its molecular mechanisms are still not clear. This project will investigate the amplification mechanism of alpha-particle radiation-induced damage in a multi-cell system containing lung fibroblast or epithelia cells, macrophage cells, lymphoblast, and ovary cells with different DNA repair capacity, study the roles of DNA damage responses, TRIM genes, and endogenous H2S in the radiation damages and p53 mutation in lung fibroblast and epithelia cells. This work will mainly focus on the molecular mechanisms of cascade bystander responses triggered by irradiated lung cells on macrophage cells, lymphoblast, and ovary cells, study the by-bystander effects triggered by the bystander macrophage cells on lymphoblast and ovary cells, study the reversal bystander effects from macrophage cells to irradiated lung cells, and explore the key radiation signaling factors including circulating miRNAs and probe into the networks of these signalings. By the methods of RNAi and inhibiting signal pathways, this program will also quest for the molecular targets of new found miRNAs, disclose the function of miRNA in radiation damage and p53 mutation, and investigate the regulation effects of p53, TRIM, DNA damage repair and circulating miRNAs on the radiation induced bystander responses. Based on these hot researches, it can be expected that this study will generate some innovations in the molecular mechanisms of radiation late effects and further strengthens the theoretical fundaments for the prevention and intervention of nuclear radiation hazards.

核辐射对人体健康的潜在危害性再次引起广泛重视。具有高RBE的α粒子辐射致癌危险性可能高于理论预测，但对其中的分子机制还没有充分的认识。本项目拟在由肺细胞、巨噬细胞、淋巴细胞和卵巢细胞组成的多细胞体系内研究α粒子的辐射损伤放大机制，研究DNA损伤应答通路、TRIM家族基因、内源性H2S等在肺细胞辐射损伤和p53突变中的作用；重点研究受辐射肺细胞对巨噬细胞、淋巴细胞和卵巢细胞的级联损伤分子机制，研究巨噬细胞对淋巴细胞和卵巢细胞的旁-旁效应、对受辐射肺细胞反向旁效应，探寻包括循环miRNA在内的关键信号因子及其网络。通过RNAi干预和信号通路抑制等方法，研究新型miRNA的分子靶点及其在辐射损伤与诱变中的作用，研究循环miRNA、p53、TRIM、DNA损伤修复功能对辐射旁效应的调控作用。通过对这些热点问题的研究，在辐射远后效应分子机制方面有所创新，为预防和干预核辐射危害提供必要的理论基础。

本项目利用肺细胞、巨噬细胞、淋巴细胞和具有不同DNA损伤修复能力的中国仓鼠卵巢细胞，研究了α粒子及γ射线、碳离子束等多束线的辐射效应及损伤放大分子机制。发现长期低剂量α粒子/γ射线照射可以增强肺细胞后代的增殖，增强受p38/MAPK调节的细胞侵袭和粘附能力，增强后代细胞的基因组甲基化与基因不稳定性；发现细胞内源性H2S分子是促进细胞增殖、增强细胞辐射抗性的重要内在因素；发现α粒子辐射旁效应受p53-SCO2-ROS能量代谢途径的调控。. 发现巨噬细胞既可以诱导辐射旁效应，有可以受到反向辐射旁效应的作用。一方面，巨噬细胞可以释放TNF-α和IL-8等因子通过MAPK通路加重受α粒子辐射肺细胞的损伤与清除，另一方面，微环境内旁细胞可通过细胞膜途径分泌cAMP信使分子对受α粒子辐射的巨噬细胞产生保护作用，减轻其辐射损伤。受辐射巨噬细胞还可通过p38/MAPK通路释放NO、TNF-α、IL-6，引起人脐静脉内皮细胞发生炎症反应和远端血管平滑肌细胞的损伤，成为动脉粥样硬化的一个重要诱因。. 研究了不同LET 射线辐射诱导的旁效应，发现DNA损伤修复能力与辐射旁效应程度负相关；发现 ATM和DNA-PKcs可调控高LET碳离子辐射诱导的、G2/M细胞周期依赖的旁效应；发现随着LET的增加，受辐射巨噬细胞对淋巴细胞的辐射旁效应从p53依赖性变为p53半依赖再成为不依赖于p53抑癌基因；与γ射线相比，巨噬细胞在重离子辐照下所产生的自由基可持续存在更长时间，从而可更久地诱发旁效应；首次提出二次辐射旁效应的概念，发现巨噬细胞可以作为信号因子池在辐射二次旁效应中发挥媒介作用，比起重离子辐照，γ辐射可以更加有效地激活巨噬细胞，从而对周围淋巴细胞产生更强的二次旁效应。. 研究了miRNA与细胞辐射效应的关系，发现miR-1246可以通过靶基因DR5增强肺细胞的辐射抵抗性，并降低旁细胞的辐射敏感性；发现miR-29a可作用于靶基因PTEN、由PI3K/AKT信号通路增强肠细胞的辐射抗性。 . 通过上述研究，对辐射旁效应分子机制有了更新、更全面的认识，为建立预防和干预核辐射危害新举措提供了实验与理论基础，具有重要的科学意义。