原创

曾昭冲教授团队在放射性肝损伤免疫调控机制方面又有新突破

曾昭冲教授团队在国家和省部级课题基金的支持下,历时12年,坚持不懈地深耕放射性肝损伤机制和防护策略,在了解到放射性肝损伤易感基因的基础上,进一步拓展到免疫相关性损伤。团队突破传统放射生物学理论,将固有免疫(Innate Immunity)环化腺苷鸟苷合成酶-干扰素基因刺激分子(cGAS-STING,

放射性肝损伤(Radiation-Induced Liver Damage, RILD)是上腹部肿瘤放疗(如肝脏,胆管胃,胰腺等)、胸部肿瘤放疗(食管远端,下肺或乳腺癌)、骨髓移植前放疗预处理以及辐射暴露引起公共卫生事件后最严重致死性并发症。

目前对放射引起的肝损伤缺乏有效治疗方法,一旦出现,大部分患者的终局接近死亡。尤其是放射引起肝损伤,在人体中的作用机制尚不明确,曾昭冲教授团队在国家和省部级课题基金的支持下,历时 12 年,坚持不懈地深耕放射性肝损伤机制和防护策略,在了解到放射性肝损伤易感基因的基础上,进一步拓展到免疫相关性损伤。团队突破传统放射生物学理论,将固有免疫(Innate Immunity)环化腺苷鸟苷合成酶-干扰素基因刺激分子(cGAS-STING,图-1A)信号通路引入 RILD 的机制研究

该团队发现:放射线物理性破坏靶细胞染色体 DNA 是细胞死亡主要的机制,靶细胞凋亡和坏死后释放大量遗传物质双链(dsDNA),这些 dsDNA 在正常组织细胞损伤中发挥作用,尤其肝脏作为富含 DNA 的多倍体细胞群体,成熟肝细胞可表达多达 16 个基因组拷贝,这种损伤作用就可能越发严重,目前的研究中鲜有这方面的报道。


曾昭冲教授团队在放射性肝损伤免疫调控机制方面又有新突破

图-1 cGAS-STING 信号通路参与放射性肝损伤。A. cGAS-STING 信号通路示意图。B. 活体共聚焦显微镜技术和活体免疫荧光标记技术显示系组织细胞外肝内血管内皮细胞(CD31 红色)和 dsDNA(Sytox 标记绿色) 。C. cGAS 和 STING 在肝细胞 (HCs) 和肺实质细胞(NPCs)上的转录和蛋白水平的表达。D. 不同基因型: 野生型(wt),cGAS-/-和 STING-/-小鼠放疗后急性空泡变化,凋亡情况。E. 放疗后量化空泡变评分。F. 放疗后凋亡评分。G. 放疗后肝功能变化。(发表中的数据 Cell Mol Immunol, 2020)


曾昭冲教授团队在放射性肝损伤免疫调控机制方面又有新突破

曾昭冲 教授

复旦大学附属中山医院

放疗科主任


本文通讯作者是 中山医院放疗科主任曾昭冲教授。曾教授团队在 RILD 的发病机制和防护策略方面承担过 4 项国自然面上项目资助(30900379,30770637,30770636,30973500),1 项国家自然基金科学部主任基金项目(81241012),1 项上海市优秀学科带头人基金(12XD1401800),1 项教育部博士点基金(20120071110065),1 项上海市领军人才基金(Q2016-019),和 1 项国家自然科学基金联合基金项目(U1505229),在 RILD 的机制研究方面已形成了系统理论,被国际和国内同行广泛接受,汇编成章节参与出版了 2 本专著:《腹盆部肿瘤的放射治疗》(上海科技出版社)以及《原发性肝癌放射治疗的临床实践》(人民卫生出版社),荣获 2010 年中华医学科技奖二等奖(201002080)和 2015 年上海市科技成果二等奖(20154054-2-R01)。

曾教授团队做了大量探索,为了探寻放疗诱导 DNA 损伤激活 cGAS-STING 信号对肝损伤的影响,首先通过建立活体共聚焦显微镜技术和活体免疫荧光标记技术验证了照射后小鼠肝组织间隙内大量 dsDNA 聚集(如图-1B 白色箭头所示),而在未照射小鼠肝脏基本没有观察到 dsDNA 的聚集。该团队分离原代肝细胞和肝非实质细胞并提取蛋白分析 cGAS-STING 信号通路表达的细胞群,结果显示 cGAS-STING 信号通路主要表达在肝脏非实质细胞上,而在肝细胞表达很低(图-1 C)。敲除 cGAS 基因(cGAS-/-)和 STING(STING-/-)基因小鼠对放射性肝损伤起到保护作用,空泡变、凋亡 (TUNEL) 和肝功能损害都显著低于野生小鼠(图-1D-G)。


该研究通过精确基因敲除小鼠模型首次证明放疗后断裂染色体 dsDNA 可以激活免疫细胞 cGAS-STING-IFN-I 信号轴形成正反馈环路诱导肝细胞大量坏死,该通路是发生 RILD 的关键机制(如下图-2)。这是曾昭冲团队一系列课题的延续性、系统性、深入性的研究,从独特视角阐明 RILD 免疫调控机制,对放射性相关毒副作用防控提供全新思路和理论支持。曾教授一直主张将最好的研究论文「写在祖国大地上」,该研究结果题为「DNA sensing and associated type 1 interferon signaling contributes to progression of RILD」发表在中国免疫学会高影响因子 SCI 期刊 Cellular & Molecular Immunology(影响因子 8.23 分,免疫学 1 区核心期刊)。


曾昭冲教授团队在放射性肝损伤免疫调控机制方面又有新突破

图-2 放疗(RT)诱导肝损伤调节机制:射线物理性打断肝细胞染色体,产生坏死、凋亡形成 dsDNA,触发 DNA 感受器 cGAS-STING 信号通路产生大量 IFN-I,通过旁分泌、自分泌介导细胞毒作用,产生更多肝细胞死亡进一步释放 dsDNA 激活 cGAS-STING 信号,形成 dsDNA-cGAS-STING-IFN-I 正反馈环路诱导大量肝细胞坏死,肝衰竭死亡。


作者介绍

曾昭冲教授团队在放射性肝损伤免疫调控机制方面又有新突破

杜世锁 教授

复旦大学附属中山医院

放疗科副主任

本论文第 1 作者 中山医院放疗科副主任杜世锁教授,上海市海外高层次人才引进计划(上海***),复旦大学中山医院关键岗位教授。2010 年获复旦大学放射肿瘤学博士学位,2011-2015 年 New York University 癌症中心放疗科做博士后,2015-2018 年在 Thomas Jefferson University 肿瘤中心放疗科副教授,从事放疗免疫激活效应的机理研究及放疗联合免疫治疗临床前期和临床研究;获国家自然科学基金 2 项,参与申请 NIH 或 NCI 课题 6 项;参编论著 2 本;获得一项中华医学奖 2 等奖;ASTRO,AACR,CSCO,CSTRO 转化医学委员会委员,发表 SCI 论文 40 余篇,其中第 1 作者或者通讯作者在 Journal of Hepatology(修回)、Journal of Thoracic Oncology、Cell Mol Immunol. 、Int J Radiat Oncol Biol Phys.、Semin Radiat Oncol. 发表论著 15 篇。

目前主要从事放疗联合免疫检查点抑制剂肿瘤增敏及正常组织毒理作用机理研究和干预策略。


【与医有约

今天的与医有约,我们荣幸地请到 中山医院放疗科杜世锁教授,来与我们深入探讨该研究的思路和临床价值。

小编:不知是否有什么故事或事件启发贵团队想到要开展这样一项研究?

杜世锁教授:放射性肝损伤 ( Radiation induced liver injury,RILD) 又称放射性肝病 ( Radiation hepatitis),是由于肝组织受到一定剂量的放射线照射,肝细胞发生的一系列生理病理变化,引起的肝组织损伤,其损伤轻重取决于肝脏受照体积、受照剂量及肝功状态等综合因素。早期放射性肝损伤国内诊断标准:

①有明确的放射治疗史,照射野累及肝脏;

②肝脏密度改变区与照射野一致,与肝脏解剖结构无关;

③肝硬化肝脏、正常肝脏放疗后 CT 平扫受照区显示界限清晰的低密度改变,脂肪肝受照区显示界限清晰的高密度改变;

④肝功能改变与肝脏 CT 表现一致但肝功能改变较少超过正常值的 2.5 倍。Lawrence 教授等对 RILD 定义为,放疗后 4 月内出现碱性磷酸酶 (AKP) 值大于正常值 4 倍,有非肿瘤性腹水或转氨酶值大于治疗前或正常值上限的 5 倍。

但是在 临床上放射性肝损伤不可逆,一旦出现很多患者发生肝衰竭致死,所以研究 RILD 分子机制就显得尤为必要并且重要


小编:那么现阶段放射性肝损伤的发生率有多高呢?我们能够提前预防吗?

杜世锁教授:实际上放射性肝损伤的发生率并不高。对于肝癌 SBRT 治疗(就是患者所说的放疗)的早期急性反应,最常见的是非特异性反应,例如乏力、纳差、恶心不适等。其他常见反应有轻度肝酶升高,白细胞下降、血小板下降等。上述毒副反应通常在放疗结束后逐步恢复,无需额外治疗。比较严重的副反应为非经典型放射性肝损伤。回顾性的数据分析提示:在 1063 例接受 SBRT 治疗的患者中,其中出现 5 级放射性肝损伤(致命性)只有 8 例(0.8%),这些致死性的肝损伤往往与治疗时肝功能分级为 Child-Pugh B 有关,也就是说这类患者在治疗之前肝功能就已经比较差了。这也给我们警示,对于肝功能为 Child-Pugh B 的肝癌患者,进行 SBRT 治疗需要格外小心。在治疗之前我们要筛选患者进行个体化、定制化的精确治疗方案,给更多的患者带来治疗获益的同时也尽量减轻毒副反应。


小编:研究放射性肝损伤的机制可能在未来对临床患者有什么帮助吗?

杜世锁教授:通过这项研究我们确定了一个新的级联反应:其中辐射诱导的细胞死亡导致肝脏内大量 DNA 沉积,然后是 cGAS-STING 激活,从而引起 IFN-I 的产生和释放以及伴随的肝细胞损伤。临床数据也证明了这一点,放射线刺激后血清 IFNβ浓度升高与患者放射性肝损伤的发展有关。通过药物阻断 IFN-I 信号传导或许可预防放射性肝损伤的发生。这些结果表明,cGAS-STING 诱导肝非实质细胞中的 IFN-I 释放是 IR 诱导的肝损伤的关键介质。我们还揭示了一种先天免疫驱动的病理学机制,该机制将 cGAS-STING 激活与放射线诱发的肝损伤的信号放大联系起来。值得注意的是,在放疗干预存在的情况下,IFN-I 信号传导通路的阻断并不会造成肿瘤细胞的进一步生长。这些结果共同为靶向 STING 或抑制 IFN-I 信号作为放射性肝损伤的治疗或预防方法提供了有力的依据。


小编:看来这项研究确实有重要的科研意义,我们也非常期待中山医院放疗科及贵科研团队将来可以给患者带来更多好消息。


参考文献:

Shisuo Du ,DNA sensing and associated type 1 interferon signaling contributes to progression of radiation-induced liver injury. Cellular & Molecular Immunology. 2020 Mar 19. doi: 10.1038/s41423-020-0395-x. [Epub ahead of print]

Gerum, S., Jensen, A. D. & Roeder, F. Stereotactic body radiation therapy in patients with hepatocellular carcinoma: a mini-review. World J. Gastrointest.
Oncol. 11, 367–376 (2019).

Alati, T., Van Cleeff, M., Strom, S. C. & Jirtle, R. L. Radiation sensitivity of adult human parenchymal hepatocytes. Radiat. Res. 115, 152–160 (1988).

Munoz-Schuffenegger, P., Ng, S. & Dawson, L. A. Radiation-induced liver toxicity. Semin. Radiat. Oncol. 27, 350–357 (2017).


文章来源:复旦大学中山医院肿瘤防治中心

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