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研究表明阿魏酸激活的干细胞可以修复辐射引起的骨损伤

放射诊疗 辐照损伤 辐照修护 骨损伤
发布:2021-03-25 10:34:27     来源:生物通

一项发表在《干细胞转化医学》上的新研究表明,阿魏酸激活的干细胞可以修复辐射引起的骨损伤,并可能有助于帮助开发新的辐射骨损伤治疗方法。

骨肿瘤的治疗标准通常是两步:手术切除癌组织,然后进行放射治疗,以杀死所有的癌细胞。这确是击败骨肿瘤的有效方法,然而,切除了大量组织和辐射诱导的组织损伤,往往导致大段骨缺损和阻碍伤口愈合。发表在《干细胞转化医学》上的一项新研究证明:阿魏酸( ferulic acid)刺激的干细胞可以修复这种骨损伤,并解释了这是如何发生的。这项研究提供的信息有望帮助开发新的治疗放射骨损伤的方法。

北京放射医学研究所(BIRM)医学博士朱恒和中华人民共和国空军医学中心医学博士丁立是本论文的共同通讯作者。BIRM的同事梁嘉武医学博士和李培林医学博士是共同第一作者。“放疗的一个主要问题是它会损害骨骼干细胞(ssc)的‘干性’,这意味着它会影响它们的自我更新和分化能力——而这对骨骼再生和修复至关重要,”朱博士说。“尽管如此,关于辐照后骨骼干细胞的变化和相关的潜在调控因素的信息很少。这限制了我们对基于骨骼干细胞的骨再生的理解水平。”

在寻找一种限制辐射对骨骼干细胞有害影响的方法时,朱博士和他的团队对阿魏酸(FA)产生了兴趣。阿魏酸是一种有效的抗氧化剂,常见于水果和蔬菜中,具有很强的抗炎特性,已被广泛应用于预防心血管疾病、糖尿病、癌症等。它还可以减轻辐射引起的干细胞损伤。

“考虑到骨髓干细胞在骨再生中的基本作用以及阿魏酸在辐射保护中的潜在作用,我们假设阿魏酸联合骨髓干细胞可能在重建受辐射骨缺损方面有效。”我们利用体外细胞模型和体内动物模型来探索这一想法。此外,我们还研究了阿魏酸对骨骼干细胞保护作用的细胞和分子机制。”

在体外实验中,研究人员将辐照的骨骼干细胞和未辐照的骨骼干细胞分别接种到培养板上,然后添加不同浓度的阿魏酸,以确定阿魏酸对骨骼干细胞增殖、分化和自我更新的潜在影响。为探讨SSC对辐照后骨缺损动物模型的修复能力,对小鼠后肢和下腹进行局部辐照,1小时后进行骨缺损手术。接受手术但未接受辐射的小鼠作为骨缺损的对照组。然后,将用阿魏酸处理的骨骼干细胞或单独骨骼干细胞接种的微凝胶注射到受照射小鼠的骨缺损区域。另一组受照射动物使用相同浓度的微凝胶作为对照。最后,为了研究阿魏酸对骨修复的影响,将阿魏酸溶液注射到照射后的骨缺损中。

然后每隔1周、2周和3周对结果进行评估。他们发现,阿魏酸通过激活p38/MAPK和ERK/MAPK通路,显著挽救了辐射诱导的SSCs损伤。p38/MAPK和ERK/MAPK通路是细胞内的蛋白质链,将信号从细胞表面的受体传递到其DNA。因此,它们在增殖、分化、发育、转化、凋亡等复杂的细胞程序中发挥着重要作用。

此外,FA显著增强了受辐射骨缺损小鼠骨髓间充质干细胞的骨修复效果。

“这项工作揭示了阿魏酸促进照射后骨骼干细胞的干细胞性的维持。它还定义了激活p38 MAPK / ERK / MAPK通路是阿魏酸这种活性背后的分子机制,”梁博士说:“值得注意的是,我们的数据表明,骨骼干细胞对辐射非常敏感,表现出干细胞性受损,这有助于增加对骨质疏松和辐射后阻碍骨修复机制的新的理解。”

李博士补充说:“虽然之前发表的几项研究表明,FA可以增强和改善干细胞的自我更新,其活性是通过激活p38/MAPK和ERK/MAPK途径介导的,但我们的研究首次证明了FA增强了干细胞的骨修复效果。”“因此,我们相信靶向ssc在治疗放射性骨损伤方面具有潜在的新策略。”

“在当前的研究中数据表明,干细胞结合阿魏酸这种强有力的抗氧化剂,能增强辐照后骨缺损中的骨骼干细胞对骨修复的效果,”Anthony Atala医学博士是干细胞转化医学的主编和 Wake Forest再生医学研究所的主任。“这些发现有一天可能会导致骨肿瘤的新治疗标准。”

全文,“阿魏酸通过维持骨骼干细胞的干性促进辐射后骨缺损修复”,可以访问https://stemcellsjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/sctm.20-0536。

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