全身照射破坏骨微环境并影响免疫恢复：凋亡细胞清除与TGF-β1信号在骨稳态失衡中的关键作用

《Cell Death & Disease》：Disrupted bone microenvironment and immune recovery following total body irradiation in a murine model

本研究针对全身照射（TBI）后骨微环境破坏及免疫恢复机制展开，通过小鼠模型发现TBI可诱导骨组织长期存在凋亡细胞，并通过TGF-β1信号通路增强破骨细胞活性，导致持续性骨量丢失。该研究为放疗相关骨损伤的防治提供了新靶点。

　　

当癌症患者接受放射治疗时，高能射线在杀死肿瘤细胞的同时，往往会对健康组织造成"误伤"。其中，骨骼系统对辐射尤为敏感，接受全身照射（TBI）的患者常出现骨密度下降、骨折风险增加等严重并发症。尽管放疗引起的骨丢失已被临床广泛认知，但其背后的细胞和分子机制却尚未完全阐明，特别是照射后骨微环境中细胞死亡与清除的过程如何影响骨稳态，仍是悬而未决的科学问题。

传统观点认为，辐射直接杀伤骨细胞是导致骨损伤的主要原因。然而，瑞典哥德堡大学Cecilia Engdahl博士团队的最新研究提出了一个全新视角：照射后持续存在的凋亡细胞及其清除过程可能是驱动骨微环境失衡的关键因素。他们的研究成果发表在《Cell Death & Disease》杂志，首次系统揭示了全身照射后骨组织中凋亡细胞的长期存在现象，并阐明了这一过程通过TGF-β1信号通路影响破骨细胞功能的分子机制。

研究人员采用雌性C57BL/6小鼠模型，模拟临床放疗联合造血干细胞移植（HSCT）的治疗场景。通过长达12周的追踪观察，结合急性照射实验，全面评估了照射对骨微环境的多方面影响。

在技术方法上，研究团队运用了多种先进手段：通过微型计算机断层扫描（μCT）和外周定量CT（pQCT）分析骨微结构；采用流式细胞术检测骨髓免疫细胞变化；通过TUNEL染色观察凋亡细胞；建立体外破骨细胞分化模型研究细胞吞噬功能；使用蛋白质芯片阵列分析血清细胞因子；并通过qPCR检测基因表达变化。

全身照射对雌性C57BL/6小鼠骨质量和子宫重量产生长期负面影响

研究发现，全身照射后小鼠体重暂时下降，但很快恢复。然而，骨密度在照射后4周开始显著下降，并持续至12周。显微CT分析显示，股骨 trabecular bone volume per tissue volume（Tb. BV/TV，骨小梁体积分数）在照射后2周即出现降低，伴随骨小梁数量减少、分离度增加。皮质骨厚度也在2周后显著减少并持续至实验结束。同时，子宫重量在照射后2周开始出现明显萎缩，提示生殖系统对辐射的高度敏感性。

全身照射改变骨细胞群并促进脂肪生成

组织学分析发现，照射后胫骨 epiphyseal bone（骨骺骨）中成骨细胞表面 per bone surface（Ob S/BS）和成骨细胞数量 per bone perimeter（N Ob/B Pm）均显著减少。破骨细胞数量在照射后立即下降，但存活的破骨细胞体积增大。骨髓中脂肪细胞数量显著增加，表明照射促使骨髓间充质干细胞向脂肪细胞而非成骨细胞分化。

TUNEL阳性细胞在照射后骨组织中持续存在

一个关键发现是，TUNEL染色显示凋亡细胞在照射后6小时即出现于骨髓和骨组织中，并且这种凋亡信号持续存在长达12周。同时，促凋亡基因Bax在骨髓中的表达显著上调，转化生长因子-β1（TGF-β1）基因表达也在照射后早期升高，提示凋亡细胞清除过程可能激活了TGF-β1信号通路。

全身照射对骨微结构无立即影响但改变骨髓细胞

急性实验表明，单次9 Gy照射后48小时内，骨密度和皮质厚度尚未出现显著变化，但骨髓细胞构成已发生剧烈改变。B细胞（B220+）在照射后迅速减少，表现出高度辐射敏感性；单核细胞（F480+）先短暂增加后减少；中性粒细胞（Gr1+）则在12-24小时后增多。流式细胞术检测显示，B细胞在照射后24小时凋亡率最高，单核细胞在12小时出现凋亡高峰。

前破骨细胞可在体外分化过程中吞噬凋亡细胞

体外实验证实，骨髓来源的巨噬细胞（BMM）和前破骨细胞能够有效吞噬凋亡的胸腺细胞，但完全分化的多核破骨细胞这种能力减弱。当与凋亡细胞共培养时，破骨细胞标志物TRAP5b活性升高，核因子κB受体活化因子（RANK）、核因子κB受体活化因子配体（RANKL）和活化T细胞核因子c1（NFATc1）基因表达上调。这些效应可被TGF-β1抑制剂部分阻断，表明凋亡细胞通过TGF-β1信号促进破骨细胞活化。

研究结论与讨论部分强调，全身照射引起的骨丢失不仅源于辐射对骨细胞的直接杀伤，更与凋亡细胞清除障碍导致的骨微环境失衡密切相关。持续存在的凋亡细胞通过促进TGF-β1分泌，间接增强破骨细胞活性，打破骨吸收与骨形成之间的平衡。这一发现为理解放疗相关骨损伤提供了新视角，提示促进凋亡细胞有效清除可能成为防治放射-induced骨丢失的新策略。

该研究的创新性在于首次将"efferocytosis"（凋亡细胞清除）概念引入放射骨损伤研究领域，揭示了TGF-β1信号在其中的核心作用。然而，研究也存在一定局限性，如仅使用单一品系雌性小鼠，未考察年龄和性别差异的影响。未来研究需要进一步阐明efferocytosis在骨微环境中的具体调控机制，以及靶向这一过程是否能够真正改善放疗患者的骨骼健康结局。

这项研究不仅深化了我们对放射骨损伤机制的理解，也为开发新型骨保护策略提供了重要理论基础。在肿瘤放疗日益普及的今天，如何减轻治疗副作用、提高患者生活质量已成为临床面临的重大挑战，而这项研究为解决这一问题提供了有价值的科学依据。