辐射诱导的外泌体miRNA介导的人支气管上皮细胞旁效应研究

摘要

电离辐射是能诱发生物效应、对人类健康产生影响的天然和人为环境主要物理因素之一。另外，作为医学诊断和放射治疗的重要技术手段，辐射在医学领域的应用在不断扩大。然而，无论是对接受放射治疗的患者还是提供放射治疗的医师，正确认识和有效的避免辐射带来的损伤都是十分重要的。因此，研究减少辐射对正常组织产生的旁观者效应甚至远期损伤效应都具有重要的意义，这也是放射生物学和放射治疗学领域备受关注的长期任务。
　　早在1992年，科学家已经证实电离辐射诱导的损伤不仅发生于直接受照的细胞，而且在其周围的未受照细胞也发生一系列的损伤性改变，称之为辐射旁效应，辐射诱导的旁效应给周围正常细胞和组织造成严重的危害。近年来的一些研究发现，辐照细胞产生的一些细胞因子和活性氧等小分子物质参与辐射旁效应，而辐射诱导miRNA的改变以及产生的旁效应也陆续被报道，为了进一步研究来自受照细胞的外泌体（exosome）miRNA在旁效应中的作用，本研究以人正常支气管上皮细胞BEP2D作为研究对象，利用辐照处理细胞后，收集照射后的细胞培养基分离其中的外泌体，提取外泌体RNA并通过miRNA芯片技术分析外泌体中miRNA的表达谱变化，筛选出对辐射响应较为明显的miRNA并且进一步验证，然后，对这些辐射诱导的外泌体miRNA在旁效应中的作用及机制展开了深入研究。
　　目的：鉴定来源于辐照细胞的外泌体中miRNA表达谱，获得辐射诱导表达的外泌体miRNA信息，研究其中部分miRNA（miR-7-5p和miR-1246）对人支气管上皮细胞BEP2D产生的旁效应及相关机制。
　　方法：利用梯度超速离心法从培养液收集细胞分泌的外泌体；在透射电镜下观察并鉴定细胞分泌的外泌体形态；提取来源于照射和对照细胞外泌体中的RNA做miRNA芯片鉴定，选择外泌体中受辐射影响较明显的miR-7-5p和miR-1246作为研究对象，做进一步的效应研究；通过RT-qPCR技术验证miRNA分子的差异表达变化；通过CCK-8实验检测细胞增殖活性变化；通过流式细胞术检测细胞凋亡和细胞周期的变化；利用激光共聚焦荧光显微镜观察外泌体在人支气管上皮细胞BEP2D中的摄入和miR-7-5p对细胞自噬泡产生的影响；通过western blot方法检自噬相关蛋白LC3B、Beclin1、p62以及自噬相关信号通路调节蛋白的表达变化；通过免疫荧光原位杂交技术检测BEP2D细胞中DNA损伤相关蛋白53BP1的foci形成、以及微核检测实验来分析DNA损伤情况。
　　结果：（1）正常的人支气管上皮细胞照射后的外泌体中miRNA的表达谱发生明显的变化，在照射后4hr外泌体中有6个miRNAs表达上调，6个miRNAs表达下调，照射后8hr外泌体中则有4个miRNAs表达上调，7个miRNAs表达下调，其中miR-7-5p和miR-1246在照射后4hr和8hr出现表达持续上调，而细胞内的miR-7-5p以及miR-1246在照射后4hr的表达明显降低（p<0.01）；（2）增加miR-7-5p表达明显抑制细胞的增殖，细胞的自噬显著（p<0.05），表现为细胞内自噬泡增多、自噬相关蛋白LC3B和Beclin1的表达明显增加，p62的降解也增加。增加miR-7-5p表达对细胞凋亡和细胞周期无明显作用（p>0.05）；（3）细胞分泌的外泌体能够被未照射的人支气管上皮细胞BEP2D有效摄入，而且在未照射的人支气管上皮细胞BEP2D中检测到miR-7-5p的表达明显增加（p<0.05）；（4）含miR-7-5p的外泌体处理未照射的人支气管上皮细胞BEP2D后，也导致细胞增殖抑制和自噬增加，miR-7-5p抑制剂能够逆转或减弱上述作用；（5)miR-7-5p诱导细胞自噬主要通过抑制靶基因EGFR的作用，对自噬相关信号通路中的AKT和mTOR的磷酸化也有明显的抑制作用，miR-7-5p抑制剂处理后抑制作用消失，外泌体miR-7-5p有同样的作用；（6）2Gy照射人支气管上皮细胞BEP2D后4hr收集的条件培养液能导致细胞的微核数目明显增加（p<0.05），DNA损伤相关蛋白53BP1的聚焦点（foci）形成增多（p<0.05），即显示出基因组DNA损伤效应；（7）进一步发现增加外泌体miR-1246表达能诱导不同的未照射细胞产生微核（p<0.05），促进DNA损伤相关蛋白53BP1聚焦点（foci）形成（p<0.05）。
　　结论：
　　本课题主要以正常的人支气管上皮细胞BEP2D作为研究对象，鉴定了辐射诱导表达增加的外泌体miRNA分子，探讨了其生物学效应，研究结论总结如下：
　　1:辐射诱导正常的人支气管上皮细胞BEP2D分泌外泌体到细胞外微环境中，照射后的外泌体miRNA表达谱发生明显的改变；
　　2:照射后的外泌体中miR-7-5p和miR-1246在照后的一段时间内都出现表达持续上调的现象，而此时的细胞内则出现miRNA表达降低；
　　3:辐射诱导的外泌体miR-7-5p通过诱导细胞发生自噬而抑制细胞增殖，其作用机制主要是通过对靶基因EGFR的调控下，影响了其下游的自噬相关通路AKT/mTOR，通过EGFR/AKT/mTOR轴调节细胞自噬；
　　4:辐射诱导的外泌体miR-1246通过条件培养基的介导，促进未照射细胞微核的产生和DNA损伤相关蛋白53BP1聚焦点（foci）的形成，产生旁基因组损伤效应。

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英文摘要

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前言

1：辐射及其分类

2：电离辐射对DNA的损伤效应

3：电离辐射产生的旁效应及其机制

3.1电离辐射诱发旁效应

3.2辐射旁效应机制

4：外泌体及其产生的生物学效应

5：miRNA的生成及其作用

6：本课题的研究思路

第一部分 辐射诱导的外泌体miR-7-5p介导的人支气管上皮细胞旁自噬效应研究

前言

材料与方法

1材料

2 方法

结果

1：细胞分泌的外泌体鉴定以及外泌体中miRNA表达谱的分析

2：验证和检测2Gy照射人支气管上皮细胞BEP2D后4hr细胞分泌的外泌体内miR-7-5p的表达和细胞内miR-7-5p的表达

3： miR-7-5p在人支气管上皮细胞BEP2D产生的生物学作用

4：外泌体miR-7-5p在人支气管上皮细胞BEP2D中的作用

5：miR-7-5p抑制靶基因EGFR的表达

6：外泌体miR-7-5p诱导人支气管上皮细胞BEP2D自噬的机制

讨论

第二部分 辐射诱导的外泌体miR-1246诱发人支气管上皮细胞旁基因组损伤效应研究

前言

材料与方法

1材料

2 方法

结果

1： 验证和检测照射后人支气管上皮细胞 BEP2D 分泌的外泌体内和细胞内miR-1246的表达

2：照射后的培养基诱导未受照细胞产生旁基因组损伤

3. miR-1246促进未照射细胞旁基因组损伤

讨论

参考文献

论文结论

论文创新性

工作展望

综述: 辐射诱导的miRNA表达变化及在肿瘤放射中的作用

英文缩略词

攻读学位期间的成果

致谢