《Journal of Advanced Research》：Thbs1+ extracellular vesicles from irradiated tumors induce cardiac wasting via PERK-eIF2α-Atf4 signaling
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本研究揭示了放疗诱导肿瘤释放富含Thbs1的细胞外囊泡（EVs），通过激活心肌细胞内的PERK-eIF2α-Atf4信号通路，导致自噬激活和蛋白质合成抑制，从而引发心脏萎缩。该发现为放疗相关心脏损伤提供了新的机制解释，并提示Thbs1+EVs和PERK信号通路是潜在的干预靶点。
放疗是治疗肺癌等恶性肿瘤的重要手段，但超过70%的肺癌患者在放疗后会出现心血管并发症，其中就包括心脏肌肉萎缩。这种心脏萎缩会导致左心室质量减少、心功能受损，并增加全因死亡率。然而，放疗是如何导致心脏肌肉萎缩的，其背后的具体机制一直不明确。传统观点认为，放疗对心脏的直接照射损伤是主要原因，但临床实践中，即使放疗靶区精准避开心脏，部分患者仍会出现心脏功能下降，这提示可能存在一种由肿瘤介导的、远距离影响心脏的“肿瘤-心脏”轴。
为了解开这个谜团，来自深圳中医药大学第四临床医学院（广州中医药大学）的研究团队在《Journal of Advanced Research》上发表了一项研究，揭示了放疗通过诱导肿瘤释放一种名为Thbs1的蛋白质，并通过细胞外囊泡（EVs）将其运送到心脏，从而引发心脏萎缩的全新机制。
关键技术方法
本研究综合运用了动物模型、细胞生物学和分子生物学技术。研究人员首先在Lewis肺癌（LLC）和CT26荷瘤小鼠模型中进行局部肿瘤照射，模拟临床放疗。随后，他们收集了照射后肿瘤细胞的条件培养基（CM）和细胞外囊泡（EVs），用于处理HL-1心肌细胞系和原代新生小鼠心室肌细胞（NMVMs）。通过慢病毒介导的shRNA敲低技术，在肿瘤细胞中特异性敲低Thbs1基因，以验证其必要性。同时，利用腺相关病毒（AAV9）在体内外过表达PERK的突变体（bdm. PERK和dn. PERK），以探究PERK信号通路在其中的作用。此外，研究还采用了免疫共沉淀（Co-IP）、免疫荧光、蛋白质印迹（Western blot）、透射电镜（TEM）和纳米颗粒追踪分析（NTA）等多种技术手段，系统性地阐明了从肿瘤到心脏的信号传递过程。
研究结果
1. 局部肿瘤照射诱导心脏萎缩，伴随自噬激活和蛋白质合成抑制
研究人员发现，对荷瘤小鼠的肿瘤进行局部照射后，小鼠出现了明显的心脏萎缩和收缩功能障碍，表现为左心室壁变薄、心输出量减少、心脏重量减轻以及心肌细胞横截面积减小。深入分析发现，这种心脏萎缩并非由经典的泛素-蛋白酶体途径（UPP）加剧所致，而是与心肌细胞中自噬的过度激活以及蛋白质合成受到显著抑制密切相关。
2. 心脏中PERK-eIF2α-Atf4信号通路激活，且Thbs1蛋白水平升高
机制探索发现，照射后小鼠的心脏组织中，PERK-eIF2α-Atf4信号通路被显著激活。同时，一种名为血小板反应蛋白-1（Thbs1）的蛋白质水平也显著升高。然而，Thbs1的mRNA水平并未增加，这提示心脏中的Thbs1蛋白并非由心肌细胞自身合成，而很可能是从外部“运送”进来的。
3. 照射诱导肿瘤释放富含Thbs1的细胞外囊泡
研究人员将目光投向了细胞外囊泡（EVs）。他们发现，照射不仅增加了肿瘤细胞释放EVs的数量，还显著提高了EVs中Thbs1的含量。进一步的亚组分分离实验证实，这些携带Thbs1的EVs主要是CD9+的外泌体。这些来自照射后肿瘤的EVs，在体外实验中足以诱导心肌细胞发生自噬、抑制蛋白质合成，并最终导致细胞萎缩。
4. 肿瘤来源的Thbs1是诱导心脏萎缩的必要条件
为了确认Thbs1的关键作用，研究人员在肿瘤细胞中敲低了Thbs1基因。结果显示，敲低Thbs1后，即使对肿瘤进行照射，其释放的EVs也无法再诱导心肌细胞发生萎缩。在动物实验中，敲低肿瘤中的Thbs1同样能够保护小鼠免受放疗引起的心脏萎缩和心功能下降。这充分证明了肿瘤来源的Thbs1是诱导心脏萎缩的“罪魁祸首”。
5. Thbs1通过直接结合并激活PERK信号通路发挥作用
那么，从肿瘤“远道而来”的Thbs1蛋白，是如何在心肌细胞内“兴风作浪”的呢？研究发现，Thbs1进入心肌细胞后，会直接与内质网上的PERK蛋白结合。这种结合依赖于PERK的底物结合结构域。一旦结合，PERK就会被激活，进而磷酸化下游的eIF2α，并上调Atf4的表达，最终启动自噬程序并抑制蛋白质合成。当研究人员在心肌细胞中过表达一个无法与Thbs1结合的PERK突变体时，来自照射后肿瘤的EVs便失去了诱导心肌细胞萎缩的能力。
结论与讨论
本研究首次揭示了一个全新的“肿瘤-心脏”轴：放疗在杀伤肿瘤的同时，会“刺激”肿瘤细胞释放大量富含Thbs1蛋白的细胞外囊泡。这些囊泡如同“特洛伊木马”，将Thbs1运送到心脏。进入心肌细胞后，Thbs1直接“绑架”了内质网上的PERK蛋白，激活了PERK-eIF2α-Atf4信号通路，导致心肌细胞的自噬过度激活，同时蛋白质合成被抑制，最终引发心脏萎缩。
这一发现具有重要的临床意义。首先，它解释了为什么即使放疗精准避开心脏，患者仍可能出现心脏损伤，为放疗相关心脏毒性的防治提供了新的理论依据。其次，研究提示，血液中Thbs1+的细胞外囊泡水平，未来有望成为预测放疗患者心脏损伤风险的生物标志物。最重要的是，该研究为开发心脏保护药物指明了方向。通过靶向肿瘤释放Thbs1+囊泡的过程，或者阻断Thbs1与PERK的结合，或许能在不降低放疗疗效的前提下，有效保护患者的心脏功能，从而改善癌症患者的长期生存质量。
