研究前沿 | 蟲草素抑制細胞衰老，預防輻射性潰瘍

放射性潰瘍是由于暴露于射頻能量或電離輻射而對皮膚或其他生物組織造成的損傷。作為一個研究較少的問題，目前還沒有明確的治療方法。同時，放射性潰瘍不可預測和不受控制的擴展機制尚未完全了解。電離輻射(IR)可以產生高水平的DNA損傷，這通常導致體外和體內誘導細胞凋亡和細胞衰老。在快速再生組織中誘導細胞凋亡被認為是造成骨髓抑制等短期副作用的原因。然而，組織中功能失調的衰老細胞的積累，加上祖細胞/干細胞增殖潛力的降低，導致了長期并發癥的發生。同時，通過分泌衰老相關分泌表型(SASP)，一系列細胞因子、趨化因子、基質重塑蛋白酶和生長因子，衰老細胞旁分泌促進組織功能障礙和惡化。衰老細胞(SCs)隨著年齡增長和基因毒性應激(如全身照射(TBI))而積累。本研究提供了第一個證據，證明持續的DNA損傷灶形式和衰老細胞在輻射潰瘍中積累，發現衰老細胞加速了輻射潰瘍的發展。這使我們假設預防細胞衰老可能是減輕放射性潰瘍的一種前瞻性策略。

圖1. 放射性潰瘍中DNA損傷和衰老細胞積累。a放射后0-60天后肢代表性圖像(上)，放射后0-60天大鼠皮膚組織代表性組織學分析(下)。b放射后0-60天大鼠皮膚組織γ-H2AX代表性免疫熒光圖。c放射后0-60天大鼠皮膚組織γ-H2AX表達的Western blot分析。d輻射后0-60天大鼠皮膚組織SA-β-gal染色。e放射后0-60天大鼠皮膚組織p16和p21水平的Western blot分析。f皮下注射等量的減少生長因子的Matrigel或對照的衰老細胞后輻射后肢的代表性圖像。本試驗重復三次。展示了代表性圖像。條形圖代表200 μm(底部)(a)，100 μm (b)，200 μm (d)

蟲草素是從蛹蟲草培養液中分離出來的一種天然核苷類似物，已被證明具有多種生物學功能，包括抗腫瘤、抗病毒、抗氧化和抗炎活性。重要的是，蟲草素已被證明可以減輕大鼠年齡相關的氧化應激并增強抗氧化能力。它也被證明部分通過激活抗氧化防御來防止大鼠心臟缺血/再灌注損傷。蟲草素是一種具有潛在臨床應用前景的藥物。在本研究中，我們發現蟲草素可以通過防止DNA損傷和細胞衰老，有效減輕輻射性皮膚、腸道潰瘍和粘膜炎，有望對放射性潰瘍患者有所幫助。 

NRF2是一種主要的應激反應因子，通過與ARE基序結合，轉錄激活抗氧化和細胞保護基因。關注NRF2通路是延緩衰老過程的合適策略。本研究觀察到蟲草素可以防止輻射誘導的細胞衰老，而SASP依賴于NRF2。這些有益的作用是通過促進p62依賴的Keap1的自噬降解來實現的，Keap1是一種富含半胱氨酸的蛋白質，作為Cul3-Rbx1 E3泛素連接酶復合物介導NRF2泛素化的底物適配器。另一方面，據Hiebert等人報道，NRF2的長時間激活會促進成纖維細胞衰老，這些明顯的差異可能反映了特定的環境，包括細胞類型，這些細胞所暴露的應激以及NRF2激活/抑制的確切水平。AMPK的磷酸化導致mTOR失活，進而誘導自噬。在本研究中，進一步發現蟲草素可以通過與AMPK的α - 1和γ - 1亞基相互作用激活AMPK，直接解除自抑制，從而促進Keap1的自噬降解。該機制在預防細胞衰老和減輕放射性潰瘍中發揮重要作用。同時，AMPK通過上調抗氧化酶影響細胞氧化還原狀態。然而，AMPK調節抗氧化反應的機制在很大程度上仍然未知。本研究表明，激活NRF2代表了AMPK調節抗氧化反應的一種機制，因此激活AMPK或NRF2可能代表了防止細胞衰老的治療靶點。

盡管不同的化合物激活相同的靶標，但由于激活的性質和時間的不同，效果可能會有所不同。在本研究中，模擬AMP的AICAR能夠輕微預防皮膚潰瘍，但不如蟲草素，而二甲雙胍不能預防皮膚潰瘍。相比之下，AICAR的活性形式ZMP可以通過分別結合γ和β亞基直接激活AMPK，并且不依賴于細胞的能量和代謝狀態。蟲草素可以直接促進AMPK活性，而不是通過刺激上游激酶或改變AMP/ATP的比例?？傊?，這些觀察結果表明AMPK在放射性潰瘍中的作用是復雜的，可能依賴于環境。

本研究結果提供了一種通過防止細胞衰老來減輕輻射潰瘍的途徑，蟲草素作為一種天然的NRF2激活劑，通過直接結合AMPK的α1和γ1亞基在自身抑制區域附近，直接緩解自身抑制，并且可以通過阻斷細胞衰老成為一種有希望的輻射潰瘍緩解劑(圖2)。

圖2. 蟲草素通過防止細胞衰老作為放射性潰瘍緩解劑的模型。放射性潰瘍中持續的DNA損傷灶形態和衰老細胞的積累參與了放射性潰瘍的發展。蟲草素通過與自抑制結構域(AID)附近的α1和γ1亞基相互作用，直接與AMPK蛋白結合，激活AMPK，激活AMPK促進p62依賴性Keap1的自噬降解，因此NRF2從Keap1解離并移動到細胞核，在那里它激活含有ARE的抗氧化基因。