TIGAR促进Bmi1+干细胞分化在小肠辐射损伤修复中的机制研究

The capacities for survival and proliferation of intestinal stem cells (ISCs) play a vital role in functional recovery after acute radiation injury. In this project, Bmi1+ crypt stem cells will be studied intensively as they are multipotential and relatively radioresistant. Superior mesenteric artery injection will be used to deliver TIGAR over-expressed adeno-associated viral vectors into intestinal cells, and the differentiation ability of Bmi1+ stem cells shall be revealed via lineage tracing. In order to elaborate the mechanisms of TIGAR in maintaining the capacities for proliferation and differentiation of Bmi1+ stem cells, TIGAR abrogated mice are suffered by total body irradiation. The current project aims to uncover new functions of TIGAR in promoting ISCs proliferation, and to demonstrate the mechanisms of TIGAR-mediated differentiation of ISCs. In addition, it may provide new ideas for treating acute radiation injury of intestine.

急性辐射损伤后，小肠隐窝干细胞的存活及增殖能力对于重建绒毛结构、恢复小肠功能至关重要。本课题以具有较高辐射抗性和多向分化潜能的小肠隐窝Bmi1+干细胞作为研究重点，通过肠系膜上动脉注射TIGAR过表达腺相关病毒的方式增加小肠TIGAR表达。在结合谱系示踪技术深入研究TIGAR调节Bmi1+干细胞分化、增殖效应的基础上，揭示TIGAR过表达促进小肠辐射损伤修复的分子机制。通过研究大剂量全身照射后，TIGAR缺失型小鼠小肠隐窝Bmi1+干细胞的增殖及分化能力，阐述TIGAR在维持Bmi1+干细胞的增殖、分化中的作用机制。本课题的研究成果将有助于揭示TIGAR促进小肠隐窝干细胞增殖的新功能，从而为研究大剂量辐射损伤后小肠隐窝干细胞的分化机制提供新的理论依据，并为防护急性放射性肠损伤提供新的思路。

随着核工业的发展与核技术的广泛应用，核安全的重要性日渐突出，如何有效防治急性辐射损伤已成为核安全领域的重要研究内容。小肠上皮增殖更新迅速，因而具有极高的放射敏感性。在核事故条件下，15 Gy的电离辐射足以导致快速增殖分裂的隐窝干细胞死亡进而导致肠粘膜完整性遭受破坏。小鼠常常在辐射暴露后7天内死于胃肠综合征，表现为严重的腹泻、吸收障碍与体重下降。尽管照射前给药能够对胃肠道起到一定的预防性保护作用，但是现有的照射后给药方案在逆转胃肠型综合征与受照小鼠死亡方面收效甚微。在肠隐窝中，除了高速增殖、辐射敏感的Lgr5高表达隐窝基底部柱状细胞（CBC）以外，还有一个缓慢增殖、辐射抵抗的干细胞群体——静止期隐窝干细胞。它们被报道可以在CBC耗竭后代替CBC分裂增殖。这些稀有的“+4”位细胞包括储备小肠干细胞（这些细胞可以被Bmi1-creERT示踪）以及Lgr5+标签滞留的分泌前体细胞。近期一项研究表明，在亚致死剂量暴露条件下β−catenin–c-MYC信号通路在Lgr5+标签滞留的分泌前体细胞中显著激活，β−catenin–c-MYC信号通路的激活对于肠隐窝照后重建异常关键。.研究表明，TIGAR是β−catenin–c-MYC信号通路的关键分子。本项目采用条件过表达动物模型在辐射后在小鼠小肠上皮细胞内过表达TIGAR蛋白。通过谱系示踪技术本项目研究发现TIGAR在小肠隐窝储备干细胞内发挥重要的促增殖作用。通过这一作用，TIGAR条件过表达得以显著改善致死剂量辐射暴露小鼠的生存率。更为关键的是，通过特异性清除细胞毒性活性氧（ROS）、保留增殖相关ROS信号，TIGAR过表达显著增加了AP-1蛋白的活性，从而加速了小肠辐射损伤后储备干细胞的增殖。.本项目的科学意义在于，证明了在辐射损伤早期精准干预储备干细胞有望作为小肠急性辐射损伤救治的新策略。另一方面，本项目证实不加以区分地清除辐射诱导的所有ROS并非辐射损伤救治的最佳思路，因为部分信号相关ROS在促进肠道干细胞增殖方面扮演了重要的角色，这一点以往并未得到相应的关注。综上所述，TIGAR过表达很可能成为胃肠型辐射综合征的潜在救治靶点，且不能被传统的抗氧化治疗所替代。