《Cancer Letters》：SIRT2 Mitigates Radiation-Induced Oral Mucositis by Promoting Homologous Recombination-Mediated DNA Double-Strand Break Repair in Epithelial Stem Cells
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放射性口腔黏膜炎（RIOM）是頭頸部鱗癌放療的嚴重副作用，本研究發現NAD+依賴的去乙酰化酶SIRT2通過增強DNA雙鏈斷裂的同源重組修復，保護口腔上皮干細胞并減輕RIOM，且不影響放療抗腫瘤效果。
Mousumi Patra | Ratan Sadhukhan | Eva Allen | Faraz Kalantari | Heba Allam | Fen Xia
阿肯色大學醫學科學分校洛克菲勒癌癥研究所放射腫瘤科，美國阿肯色州小石城，郵編72205
摘要
放射誘導的口腔黏膜炎（RIOM）是頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）放療常見的且令人衰弱的毒性反應，常常影響患者的治療依從性并嚴重損害患者的生活質量。盡管其具有重要的臨床影響，但目前尚無安全且耐受性良好的FDA批準的治療方法來預防或治療RIOM。其潛在機制仍不甚清楚，但據認為與電離輻射（IR）引起的氧化應激和DNA損傷所觸發的炎癥反應有關。在本研究中，我們發現NAD+依賴的去乙酰化酶SIRT2是調節RIOM易感性的關鍵因子。我們證明，通過基因或藥物手段激活SIRT2能夠有效保護小鼠免受RIOM的影響。從機制上看，SIRT2通過增強同源重組（HR）介導的DNA雙鏈斷裂（DSB）修復，從而保護口腔黏膜的上皮干細胞群并減少黏膜損傷。重要的是，在體外通過NAD+補充或在體內通過煙酰胺核糖（NR）激活SIRT2并不會降低IR對HNSCC模型的腫瘤殺傷效果。這些發現揭示了SIRT2在黏膜輻射損傷中的保護作用，并確立了其作為減輕頭頸部癌癥放療患者RIOM的潛在非致癌治療策略的價值。
引言
放射治療對于頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）的治療至關重要，然而超過90%的患者會出現放射誘導的口腔黏膜炎（RIOM）（1）。RIOM會導致口腔、咽部和舌頭的疼痛性炎癥，進而由于疼痛、吞咽困難和味覺障礙而導致脫水、營養不良和體重下降（2, 3, 4）。這些病變會降低生活質量，增加感染風險，并干擾癌癥治療（3, 5）。
每年有超過89萬例新的頭頸部癌癥病例（6），因此迫切需要有效的策略來減輕放療并發癥。目前尚無安全且耐受性良好的FDA批準的RIOM治療方法，部分原因是其機制尚不明確（7）。有一種模型認為，放射誘導的DNA損傷會導致干細胞和上皮細胞死亡，引發炎癥并削弱基底層，最終導致潰瘍形成（2, 8）。
電離輻射會引發多種DNA損傷，尤其是雙鏈斷裂（DSB），如果未得到修復，會導致細胞死亡（9, 10）。細胞在S/G2期通過快速但容易出錯的非同源末端連接（NHEJ）或高保真的同源重組（HR）來修復DSB（9）。
SIRT2是一種核/細胞質中的NAD+依賴性去乙酰化酶，參與腫瘤抑制、延長壽命、神經退行性疾病、心臟衰老和代謝穩態（11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19）的調節，可通過白藜蘆醇或煙酰胺核糖（NR）進行激活（20, 21）。SIRT2激活可以保護組織免受缺血和糖尿病損傷，并通過增強核苷酸切除修復來緩解順鉑引起的神經病變（18）。雖然其在中癌細胞DSB修復中的作用已知，但其對口腔黏膜干細胞/上皮細胞和RIOM的影響尚不明確。
我們的研究表明，SIRT2激活通過增強HR介導的DSB修復、保護口腔黏膜干細胞以及減輕RIOM引起的體重下降來保護小鼠免受RIOM的影響。重要的是，在體外通過NAD+和在體內通過NR激活SIRT2并不會降低癌細胞對輻射的敏感性。
實驗部分
小鼠品系
動物實驗獲得了UAMS IACUC的批準（批準號#IPROTO202200000378）。C57BL/6（Sirt2-WT；RRID: MGI:2159769）小鼠來自Jackson實驗室。Sirt2-KI小鼠（SIRT2+/+ 和 SIRT2+/?）由David Sinclair（哈佛醫學院）提供（22），Sirt2-KO小鼠（SIRT2?/?）由Tiago F. Outeiro（哥廷根大學醫學中心）提供（23, 24）。實驗使用了8-10周大的小鼠。所有小鼠均在實驗室動物醫學系（DLAM）進行飼養和維護。電離輻射（IR）誘導的口腔黏膜炎小鼠模型
為了研究放射誘導的口腔黏膜炎（RIOM）及其對口腔組織的影響，我們建立了一種使用6毫米鉛屏蔽片選擇性照射口腔的小鼠模型（圖1A）。在不同輻射方案下評估了黏膜炎情況，包括每天3 Gy照射3天（3 Gy x 3）、每天10 Gy照射3天（10 Gy x 3），或單次照射16、20和30 Gy。小鼠在第11天被安樂死，然后收集舌頭進行組織學和宏觀觀察。
討論
放射誘導的口腔黏膜炎（RIOM）是頭頸部癌癥放療常見的且令人衰弱的副作用，嚴重影響患者的健康、生活質量及醫療成本（43, 44, 45）。盡管其普遍存在，但目前仍缺乏有效的治療方法。我們的研究表明，NAD+依賴的去乙酰化酶SIRT2是抵御RIOM的關鍵保護因子。通過基因或藥物手段激活SIRT2可以增強DNA雙鏈斷裂（DSB）的修復。
倫理批準和參與同意
所有動物實驗均獲得了UAMS機構動物護理和使用委員會的批準（批準號IPROTO202200000378）。所有動物實驗均遵循NIH關于實驗動物使用和護理的規定進行。
作者貢獻聲明
Mousumi Patra：方法學設計、實驗實施、數據分析。Ratan Sadhukhan：方法學設計、實驗實施、數據分析。Eva Allen：撰寫初稿。Faraz Kalantari：數據整理。Heba Allam：數據分析、數據整理。Fen Xia：撰寫、審稿與編輯、數據可視化、實驗監督、資金籌集、概念構思數據和材料的可用性
本研究的所有數據均包含在論文及其補充信息中。
資助
本研究得到了NIH的資助（項目編號R01 CA188500、R01 CA163838、R01 CA247947、R25 CA250979），以及阿肯色大學醫學科學分校的科學啟動資金，以及F.X.的個人資助。利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的利益沖突或個人關系可能影響本文的研究結果。
