Sci Adv︱李建龙等提出促进组织再生的新方案：神经激动剂-水凝胶复合体促进离子辐射损伤的唾液腺功能修复
撰文︱李建龙责编︱王思珍，方以一编辑︱杨彬薇
放疗（Radiotherapy），是有限的癌症疗法中最重要的的手段之一。尽管靶向放疗已取得阶段性进展，但其副作用仍然非常普遍。以头颈癌为例，目前的临床治疗以放疗为主，而在其放疗过程中往往会损伤唾液腺[1]。在细胞水平上，人和小鼠等哺乳动物的唾液腺主要由腺泡细胞 (acinar cell) 和导管细胞 (ductal cell) 组成的上皮细胞构成。腺泡细胞分泌唾液，经导管细胞富集并传导至口腔。放疗所致的唾液腺功能损伤中，首先被破坏的细胞便是腺泡细胞[1]，导致唾液分泌明显减少，继而引发病人口腔微环境失衡、吞咽困难甚至影响语言功能。由于缺乏标本兼治的再生疗法，唾液腺损伤极易引发官能障碍，极大地影响病人生活质量并将伴随病人终生。
近期，加州大学旧金山分校的Sarah Knox课题组在Science Advances上发表了题为“Long-term functional regeneration of radiation-damaged salivary glands through delivery of a neurogenic hydrogel”的研究。该研究基于课题组前期工作和RNA测序技术以及大量的动物实验阐释了神经激动剂-水凝胶复合体 (ALG+CV) 可有效促进唾液腺功能再生，并具有副作用少、作用时效高等优点，为探索口舌干燥症 (Xerostomia) 的新型临床治疗方案提供了重要的实验基础。
在此项研究中，作者有以下主要发现：
(1) 离子辐射损伤后，腺泡细胞的增殖能力可短暂提升，并伴随神经相关基因表达提高。课题组的前期研究表明，成熟的腺泡细胞可由一群表达Sox2的腺泡干细胞增殖分化而来，并且其干细胞活性受副交感神经调控[2]。此外，课题组还发现Sox2+腺泡干细胞在离子辐射 (Ionizing radiation，IR) 损伤后的较短时间内 (小于两周)，增殖能力升高[2]。那么，提升的细胞增殖能力，是否可以持续替换已被损伤的腺泡细胞从而修复器官功能？首先，课题组运用RNA测序技术，从宏观上探究唾液腺在IR损伤前后的转录组的变化。如图所示，作者发现相比于健康对照组，细胞周期各阶段的基因表达在IR损伤7天后显著提高，并在IR损伤14后回落至对照组水平。动物的在体实验证实短暂性提升的增殖细胞群为腺泡细胞，且细胞增殖的变化与神经相关基因表达水平趋势一致。
图1. 腺泡细胞在辐射暴露后 1 周经历与神经元活动增加相关的限时再生反应。
（图源：Li et al., Sci Adv. 2022）
(2) 腺泡细胞在IR损伤两周后仍可被神经激动剂激活从而提升增殖能力，并且神经激动剂-水凝胶复合体可有效延长增殖时间。课题组前期研究发现体外培养的SOX2+细胞在IR48小时内可被神经激动剂激活促进增殖[2]。那么，动物在体水平上，腺泡细胞在IR损伤数周后是否保留被激活的能力？作者发现，实验小鼠的唾液腺在IR损伤两周后仍可被神经激动剂CV激活，促进腺泡细胞增殖。美中不足的是，这一细胞增殖能力仅能维持18小时。为了延长CV时效，作者将CV包裹进水凝胶ALG[3]。作者发现ALG+CV腺泡细胞增殖能力在数天内始终维持在较高水平。
图2. 游离或与ALG复合的CV在放射后2周刺激腺泡细胞补充
（图源：Li et al., Sci Adv. 2022）
(3) 单一剂量ALG+CV可在一定时间内维持唾液腺功能，并有效降低IR引发的组织退行性病变。如上所述，ALG+CV可促进腺泡细胞增殖。提升的细胞增殖能力是否能体现在器官功能即唾液分泌量的提高？研究中，作者分别记录了两种形式的唾液分泌情况：1. 神经介导的生理性分泌[4]，模拟人体进食后的唾液分泌； 2.最大化分泌[5]，所有腺泡细胞参与分泌，直接衡量组织功能。作者发现，相较于生理盐水组，ALG+CV组的生理性分泌在IR损伤后8周内均维持在接近健康对照组水平。虽然实验终点时的最大化分泌已回落至生理盐水组水平，但ALG+CV组的组织结构更加接近健康对照组，即保留了相比生理盐水组更多的腺泡细胞。
图3. 单剂量的ALG + CV可暂时挽救唾液分泌并减少放疗后的腺体变性
（图源：Li et al., Sci Adv. 2022）
(4) 多剂量CV可长期维持唾液腺功能和组织结构。单剂量处理不足以长期维持IR损伤后的唾液腺功能，那么多剂量CV处理效果如何？作者发现，多剂量CV处理组在为期90天的整个实验过程中，生理性分泌始终维持在接近健康对照组水平。更重要的是，实验终点是多剂量组的最大化分泌明显高于生理盐水组，表明器官功能在多剂量CV处理后得以维持。此外，多剂量CV处理组的腺泡细胞数量和功能性神经活性也均与健康组类似，而生理盐水组的腺泡细胞数量明显减少，表明其组织发生退行性病变 (degeneration)。
图4.多剂量的CV可长期维持生理唾液分泌、腺泡细胞结构和神经功能支配
（图源：Li et al., Sci Adv. 2022）
此项研究深化了人们对IR导致的唾液腺损伤的认识，提出了组织损伤后促进功能修复的新方案，为将来的临床转化提供了坚实的实验基础。
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc8753
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1. Jensen, S. B., Vissink, A., Limesand, K. H. & Reyland, M. E. Salivary Gland Hypofunction and Xerostomia in Head and Neck Radiation Patients. J Natl Cancer Inst Monogr 2019, lgz016 (2019).
2. Emmerson, E. et al. Salivary glands regenerate after radiation injury through SOX2-mediated secretory cell replacement. EMBO Mol. Med. 10, e8051 (2018).
3. Jeon, O. et al. Highly Elastic and Tough Interpenetrating Polymer Network-Structured Hybrid Hydrogels for Cyclic Mechanical Loading-Enhanced Tissue Engineering. Chem Mater 29, 8425–8432 (2017).
4. Ogawa, M. et al. Functional salivary gland regeneration by transplantation of a bioengineered organ germ. Nat. Commun. 4, 1–10 (2013).
5. Varghese, J. J. et al. Murine Salivary Functional Assessment via Pilocarpine Stimulation Following Fractionated Radiation. J Vis Exp (2018) doi:10.3791/57522.