厚朴酚通过硫氧还蛋白系统防护重离子辐射诱导的氧化损伤的分子机制研究

针对电离辐射引发的氧化应激和基因组不稳定问题，兰州大学团队开展厚朴酚（HKL）通过调控硫氧还蛋白还原酶/硫氧还蛋白（TrxR/Trx）系统实现辐射防护的研究。研究发现HKL通过稳定TrxR活性中心硒代半胱氨酸（Sec498 ）增强抗氧化防御，显著提升细胞活力和动物存活率，为临床放疗防护和太空医学提供新型天然药物策略。

　　

电离辐射如同无形的双刃剑，在肿瘤放疗和太空探索中不可或缺，却同时威胁正常组织健康。其中，高传能线密度（LET）的重离子辐射虽能精准杀伤癌细胞，但会引发远超常规X射线的氧化风暴——活性氧（ROS）爆发可瞬间摧毁细胞的硫氧还蛋白系统（TrxR/Trx），这个由硫氧还蛋白还原酶（TrxR）、硫氧还蛋白（Trx）和NADPH组成的"抗氧化中枢"一旦瘫痪，将导致DNA断裂、线粒体功能障碍的连锁反应。更棘手的是，现有辐射防护剂普遍存在治疗窗窄、系统毒性等问题，而针对Trx系统的特异性保护剂几乎空白。

面对这一挑战，兰州大学的研究团队将目光投向传统中药厚朴中的活性成分——厚朴酚（Honokiol, HKL）。这种双酚类化合物虽已被证实具有抗氧化、抗炎等多重功效，但其能否通过调控Trx系统抵抗重离子辐射仍是未解之谜。研究人员构建了从细胞到动物的完整研究体系：采用人支气管上皮细胞BEAS-2B和C57BL/6小鼠模型，分别接受4 Gy X射线或2 Gy碳离子（生存实验用8 Gy X射线/5 Gy碳离子）辐射，HKL干预浓度为5.00 μM（细胞）和15.00 mg/kg（动物）。通过分子对接、基因敲除等关键技术，首次揭示HKL通过"锚定"TrxR活性中心的硒代半胱氨酸Sec⁴⁹⁸
，在不抑制酶活性的前提下稳定TrxR/Trx系统功能，犹如为细胞抗氧化体系装上"稳定器"。

关键实验技术
研究采用分子对接技术解析HKL与TrxR活性位点的相互作用；通过CRISPR-Cas9构建TrxR敲除细胞验证靶点特异性；γ-H2AX免疫荧光检测DNA双链断裂；流式细胞术定量ROS水平；动物实验采用兰州重离子加速器（HIRFL）提供碳离子辐射源。

研究结果

1. HKL预处理对电离辐射诱导细胞损伤的保护作用
   MTT和克隆形成实验显示，HKL使BEAS-2B细胞在X射线和碳离子辐射下的存活率分别提升1.8倍和2.1倍。γ-H2AX焦点分析表明，HKL将DNA双链断裂减少63%，微核率下降57%。

2. TrxR/Trx系统的分子调控机制
   分子对接发现HKL的酚羟基与TrxR的Sec⁴⁹⁸
   形成氢键网络，维持酶结构稳定性。生化实验证实HKL处理使TrxR活性提高2.3倍，还原型Trx水平上升68%，而TrxR敲除完全取消保护效应。

3. 动物模型的辐射防护效应
   HKL预处理使8 Gy X射线照射的小鼠30天存活率从20%提升至65%。组织学分析显示，肺组织氧化损伤标志物8-OHdG降低72%，线粒体膜电位恢复至正常水平85%。

结论与意义
该研究首次阐明HKL通过"动态平衡"调控TrxR/Trx系统实现辐射防护的创新机制：既不像传统抑制剂那样阻断TrxR活性，也不过度激活消耗NADPH储备，而是精准维持该系统的稳态运行。这种独特作用模式使其在保护正常组织的同时，不会像某些抗氧化剂那样降低肿瘤放疗敏感性。研究为开发基于天然产物的"智能型"辐射防护剂提供了理论依据，尤其对太空辐射防护和肿瘤放疗辅助治疗具有重要价值。论文成果发表于《Free Radical Biology and Medicine》，通讯作者为Jianguo Fang和Junmin Zhang，第一作者Ruipeng Shen和Yaxiong Chen来自兰州大学。