Nat Commun：放射疗法竟将心肌细胞恢复到年轻状态

2021年9月25日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国华盛顿大学圣路易斯医学院的研究人员发现放射疗法可以将心肌细胞重新编程到似乎更年轻的状态，无需长期使用的侵入性手术，就能解决导致危及生命的心律失常的电信号问题。相关研究结果于2021年9月24日发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“Cardiac radiotherapy induces electrical conduction reprogramming in the absence of transmural fibrosis”。

在这种称为导管消融术（catheter ablation）的侵入性手术中，导管被穿入心脏，引发危及生命的不规则心律---室性心动过速（ventricular tachycardia）---的组织被烧毁，形成疤痕组织，阻止错误的信号。然而，这项新的研究表明，通常用于治疗癌症的非侵入性放射疗法可以将心肌细胞重新编程到一种更年轻、也许更健康的状态，修复心肌细胞本身的电信号问题，而不需要形成疤痕组织来阻断过度活跃的电信号。该研究还表明，同样的细胞重编程效果可以通过较低剂量的放射来实现，从而为放射疗法在不同类型的心律失常中的更广泛用途打开了大门。

来自华盛顿大学的医生科学家们在2017年已发现，通常用于癌症治疗的放射疗法可直接用于心脏治疗室性心动过速（NEJM, 2017, doi:10.1056/NEJMoa1613773）。

理论上，放射疗法可以重现通常通过导管消融术产生的疤痕组织，但疗程更短，而且完全无创，使更多重症患者可以接受这种治疗。令人惊讶的是，医生们发现患者在接受放射疗法后的几天到几周内心律失常就有了很大的改善，比接受放射疗法后形成疤痕组织所需的几个月时间要快得多，这表明单剂量的放射能减少心律失常而不形成疤痕组织。这些数据表明，对于某些室性心动过速患者来说，放射疗法的效果与导管消融术一样好，甚至更好，但其方式不同，且不为人知。

心肌纤维化本身并不能解释放射疗法后的室性心动过速下降的时间和影响。图片来自Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-25730-0。

论文通讯作者、华盛顿大学圣路易斯医学院心脏病专家Stacey L. Rentschler博士说，“传统上，导管消融术会产生疤痕组织以阻断导致室性心动过速的电信号。为了帮助我们了解放射疗法是否产生同样的效果，一些最早接受这种新治疗的患者允许我们研究他们心脏移植后的心脏组织，或者如果他们因其他原因去世后的心脏组织。我们看到，仅仅是疤痕组织不能解释所观察到的显著临床效果，这表明放射疗法以某种其他方式改善了心律失常，因此我们深入研究了这方面的细节。”

这些作者发现，放射疗法触发了心肌细胞开始表达不同的基因。他们测量了一种名为Notch的信号通路的活性增加，该通路因其在早期发育中的重要作用而广为人所知，包括在形成心脏的电传导系统中。

Notch通常在成人心肌细胞中被关闭。但是，这些作者发现，单一剂量的放射会暂时激活Notch信号，导致心肌中钠离子通道的长期增加，这是一种关键的生理变化，可以减少心律失常。

Rentschler说，“心律失常与缓慢的电传导速度有关。放射疗法似乎通过激活早期的发育途径，使心脏组织恢复到更健康的状态，从而更快地提高了电传导速度。”

论文共同作者、华盛顿大学圣路易斯医学院放射肿瘤学家Julie K. Schwarz博士说，“放射确实会造成一种伤害，但它与导管消融术不同。作为身体对这种伤害的反应的一部分，心脏受伤部分的细胞似乎开启了一些早期的发育程序来进行自我修复。了解这一点很重要，因为有了这些知识，我们可以改进我们治疗这些患者的方式，然后将其应用于其他疾病。”

这些作者还发现，放射疗法的有益影响在存活的患者中至少持续了两年。重要的是，他们能够在小鼠身上证明较低剂量的放射产生同样的效果。较低的放射剂量可以最大限度地减少长期副作用，并为其他类型的心律失常打开这种治疗的大门。虽然Notch在这些效果中起着重要的作用，但Schwarz说它不是唯一涉及的信号通路。他们正在继续研究放射如何触发心脏细胞恢复到更健康的状态。

论文第一作者、Rentschler实验室的博士生David M. Zhang补充说，“这不仅是基础研究科学家和临床医生之间令人兴奋的合作，也是心脏病专家和放射肿瘤专家的合作。从历史上看，放射肿瘤学家专注于癌症，尽量避免照射心脏，因此这项研究为这两个领域的研究和合作开辟了一个全新的领域。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

David M. Zhang et al. Cardiac radiotherapy induces electrical conduction reprogramming in the absence of transmural fibrosis. Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-25730-0.