《Radiotherapy and Oncology》：Radiation-induced interferon-I response impairs thyroid organoid function
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本研究通过建立小鼠甲状腺类器官模型，探讨放疗诱导的甲状腺损伤机制。利用转录组测序结合分子生物学验证，发现放疗激活的干扰素-β信号通路在炎症反应中起关键作用，同时通过增强凋亡通路主导甲状腺细胞死亡。值得注意的是，干扰素-β虽抑制细胞凋亡，却显著降低甲状腺干细胞再生潜能，揭示其保护作用与再生抑制的矛盾效应。
Rufina Maturi|Davide Cinat|Anne L Jellema-de Bruin|Gabriella De Vita|Schelto Kruijff|Rob P. Coppes|Abel Soto-Gamez
那不勒斯费德里科二世大学分子医学与医学生物技术系，意大利那不勒斯
摘要
背景与目的
放射治疗是标准的癌症治疗方法，但辐射对周围健康组织的暴露可能导致不良副作用，从而影响患者的生活质量。在接受放射治疗的头颈部癌症患者中，甲状腺损伤是一种常见的并发症，可能导致甲状腺功能减退或继发性甲状腺恶性肿瘤。尽管这些副作用在临床上已被认可，但其背后的分子机制仍大多未被探索。本研究旨在表征放射诱导的甲状腺类器官的分子变化。
方法
通过批量RNA测序技术研究了伽马射线照射后组织来源的甲状腺类器官中的转录组变化。观察到的变化通过qPCR、Western blotting、免疫荧光、caspase 3/7活性检测以及类器官形成效率进一步验证和探讨。
结果
我们的研究发现，干扰素-β（IFN-β）信号通路是放射诱导甲状腺炎症的关键介质。此外，内在的凋亡途径是放射诱导甲状腺细胞死亡的主要机制。值得注意的是，虽然IFN-β具有抗凋亡作用，但它同时降低了甲状腺干细胞的潜能。
结论
这些结果强调了IFN-β信号通路在放射后调节甲状腺细胞命运中的双重作用：它可能在损伤时促进细胞存活，但会牺牲细胞的再生能力。
引言
头颈部癌症（HNC）是全球第七大常见恶性肿瘤[1]，其标准的一线治疗通常包括放射治疗，常与手术和化疗结合使用[1]。放射治疗对肿瘤周围健康组织的损伤常导致副作用，影响患者的生活质量[2]。其中，甲状腺功能减退是与HNC根治性放射治疗相关的最常见副作用之一[3]。甲状腺是人体最大的纯内分泌腺，分泌两种主要的甲状腺激素（三碘甲状腺原氨酸；T3和甲状腺素；T4），这些激素对正常的生长、发育和代谢调节至关重要，影响所有器官系统[4]。放射暴露后五年内，36%的患者会出现甲状腺功能减退，需要终身接受替代治疗[3]。关于HNC放射治疗后甲状腺功能减退的首批报告发表于20世纪60年代；然而，导致甲状腺损伤的分子机制仍大多未知[5]、[6]、[7]。此外，治疗性和偶然的辐射暴露会增加甲状腺肿瘤的风险。其中约70%为良性病变，其余30%为恶性病变，主要是分化良好的甲状腺癌，致命病例较少[8]、[9]。
辐射暴露会导致DNA损伤，除了引发细胞死亡外，还会激活一系列事件，从而引发炎症[10]。虽然辐射暴露后的物理化学事件（如自由基生成）会迅速消退，但炎症反应会持续存在，导致细胞因子、趋化因子和生长因子的释放，改变组织的生理状态和存活细胞的再生能力[8]。大多数研究集中在肿瘤组织上[12]，对正常组织的关注有限；然而，健康组织中类似反应的激活可能是放射治疗相关副作用的原因，值得进一步研究。
干扰素-β（IFN-β）是一种I型干扰素（IFN-I），具有免疫调节和抗增殖特性，可能提高放射治疗在癌症治疗中的疗效[13]。临床前研究表明，IFN-β可通过调节DNA损伤反应通路和改变肿瘤微环境来增强肿瘤细胞对电离辐射的敏感性[14]。此外，IFN-β可通过上调MHC I类表达和激活细胞毒性T细胞来增强免疫介导的肿瘤清除作用。IFN-β与放射治疗的协同作用有望改善肿瘤控制并降低复发率。然而，临床报告指出IFN-I治疗对甲状腺有毒性作用，主要表现为与自身免疫性甲状腺疾病的关联，这也可能导致甲状腺功能减退[15]、[16]、[18]。
类器官是一种三维（3D）结构，可以从分离出的组织细胞开始培养，或者通过多能干细胞（iPSCs或ESCs）的分化来生成[19]、[20]、[21]、[22]、[23]。因此，类器官是研究特定组织中急性及早期辐射效应的有用模型。在本研究中，我们使用了类似原始组织的小鼠甲状腺类器官（mTGOs）来表征放射暴露后甲状腺细胞中发生的分子变化。研究发现，放射暴露与明显的炎症反应相关，表现为IFN-β信号通路的增强。
章节片段
小鼠甲状腺细胞的分离与类器官培养
所有动物实验均获得格罗宁根大学动物实验伦理委员会的批准。从8-12周大的C57BL/6雌性小鼠（Harlan，荷兰）中采集甲状腺组织。组织收集于含有1%牛血清白蛋白（BSA）的Hank平衡盐溶液（HBSS）中，并使用GentleMACS Dissociator（Miltenyi Biotec）进行机械分离。随后在含有钙的HBSS/1% BSA溶液中进行酶消化。
结果
尽管放射治疗对甲状腺有明显的损害作用[3]、[6]、[27]，但其分子基础尚未得到充分研究。本研究从接受15 Gy局部照射后的小鼠中分离出原代甲状腺细胞，并在MatrigelTM培养基中培养形成类器官（图1A）。由于类器官是复杂的多细胞结构，能够再现原始组织的特征，因此其形成是一个复杂的过程。
讨论
正确的甲状腺功能和激素分泌对于维持机体稳态至关重要，因为这些激素几乎影响身体的所有组织，调节生长和代谢[34]。放射诱导的甲状腺功能减退是接受HNC放射治疗患者中一种被广泛记录但机制尚不完全清楚的并发症[3]、[6]、[27]、[35]、[36]。本研究利用组织来源的mTGOs来模拟和解析甲状腺中发生的细胞和分子变化。
作者贡献声明
Rufina Maturi：撰写初稿、数据可视化、项目管理、方法学设计、实验实施、概念构思。Davide Cinat：撰写初稿、数据可视化、项目管理、方法学设计、概念构思。Anne L Jellema-de Bruin：实验实施。Gabriella De Vita：监督工作、资金获取。Schelto Kruijff：监督工作、资金获取。Rob P. Coppes：撰写、审稿与编辑、监督工作、资源协调、资金获取。Abel Soto-Gamez：撰写部分内容。
资助
本研究得到了荷兰癌症协会（KWF）的资助（项目编号12092）。
利益冲突声明
作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Coppes R.P.担任《Radiother Oncol》杂志的编辑。
