初级纤毛通过调控TGF-β/SMAD信号通路抑制共培养模型中的辐射旁效应

本研究聚焦放疗中辐射旁效应（RIBEs）的调控机制，通过微束辐射与部分辐射模型，揭示初级纤毛（PC）通过抑制TGF-β/SMAD2/3信号通路，减少活性氧/氮（ROS/NO）产生及ATM/ATR/DNApk激酶过度激活，从而限制辐射未靶向细胞的DNA损伤与增殖抑制。该发现为优化放疗策略提供了新靶点。

　　

辐射治疗的“双刃剑”：旁效应之谜与初级纤毛的守护
在肿瘤放疗中，电离辐射（IR）不仅杀伤靶细胞，还会通过释放信号分子引发周围未受辐照细胞的DNA损伤——这一现象称为辐射旁效应（RIBEs）。尽管FLASH放疗、质子碳离子等新技术不断涌现，RIBEs仍是影响疗效与安全性的关键难题。此前研究发现转化生长因子β（TGF-β）是介导RIBEs的核心细胞因子，但调控其信号传导的细胞结构尚不明确。

中国科学院近代物理研究所团队在《Cellular Signalling》发表研究，首次在共培养模型中证实初级纤毛（PC）作为“分子刹车”，通过抑制TGF-β/SMAD2/3通路减轻RIBEs。研究结合质子微束（MR）和部分辐射（PR）模型，采用siRNA敲降PC、激酶抑制剂干预及γH2AX焦点定量等技术，发现PC缺失会导致旁细胞中ROS/NO暴发、ATM/ATR/DNApk过度激活，而SMAD2/3复合物抑制可逆转这一过程。

关键实验方法

1. 双模型构建：1%细胞局部X射线/碳离子辐射（PR）与质子微束精准靶向（MR）
2. PC调控：siRNA抑制纤毛形成，免疫荧光验证PC缺失效率
3. 信号通路干预：TβR1抑制剂（SB431542）、SMAD2/3抑制剂（SIS3）、ROS/NO清除剂（NAC/cPTIO）
4. 终点检测：γH2AX焦点计数（DNA损伤）、CCK-8增殖实验、DCFH-DA探针（ROS）、Griess法（NO）

研究结果

1. PC缺失加剧旁效应
   在PR和MR模型中，PC抑制使旁细胞γH2AX焦点12小时内增加3倍（p<0.01），增殖率下降40%，TGF-β中和抗体可完全逆转该现象。

2. DNA修复激酶的矛盾角色
   ATM/ATR/DNApk抑制剂虽减少γH2AX焦点，但进一步抑制细胞增殖（p<0.05），而ROS/NO清除则同步改善损伤与存活，提示激酶过度激活导致修复-增殖失衡。

3. SMAD2/3的核心调控作用
   PC缺陷细胞中，SMAD2/3抑制使ATM/ATR表达降低60%，胞内NO/ROS水平回落至基线，证实TGF-β1通过经典SMAD通路驱动氧化应激与激酶超活化。

结论与意义
该研究阐明PC通过“TGF-β1→p-SMAD2/3→ROS/NO→ATM/ATR/DNApk”轴限制RIBEs的级联反应。这不仅解释了PC在辐射信号转导中的“守门人”功能，更提示靶向PC-TGF-β轴可能成为增强放疗精准性的新策略——既可保护正常组织，又能通过解除PC抑制强化对耐药肿瘤的旁杀伤效应。研究为《自然》子刊曾提出的“旁效应双向调控”假说提供了首个细胞器层面的机制证据。