α粒子发生器212Pb的诊疗潜力及受损线粒体转移在辐射诱导旁观者效应中的作用机制研究
一、研究团队与发表信息
本研究由同济大学医学院附属第十人民医院核医学科杨梦蝶、中国辐射防护研究院王鲁生等共同完成，通讯作者为余飞教授。论文发表于*Theranostics*期刊2024年第14卷第17期（DOI: 10.7150/thno.101922），是一篇开放获取文章。
二、学术背景与研究目标
科学领域：靶向α治疗（Targeted Alpha Therapy, TAT）是核医学肿瘤精准治疗的前沿方向。α粒子（如212Bi）具有高线性能量转移（LET）、短射程（5-10个细胞直径）及抗缺氧特性，但其生物学效应机制复杂，尤其是辐射诱导旁观者效应（Radiation-Induced Bystander Effect, RIBE）的调控机制尚不明确。
研究动机：212Pb作为212Bi的体内α粒子发生器，半衰期10.6小时，兼具治疗（释放6.05 MeV的212Bi）与SPECT/CT成像潜力（238 keV γ射线）。然而，TAT的临床转化受限于对RIBE机制的认知不足。近年研究发现，线粒体作为细胞间通讯的“信息处理器”，可能通过转移介导RIBE，但α粒子是否通过此途径发挥作用尚未阐明。
研究目标：
1. 开发新型212Pb-水凝胶纳米颗粒（Hydrogel Nanoparticles, HNPs），评估其诊疗效果；
2. 揭示受损线粒体转移在α粒子RIBE中的关键作用。
三、研究流程与方法
1. 212Pb-HNPs的合成与表征
- 合成方法：通过超声乳化法将PEGDA与Span 80/Tween 80混合，紫外光引发聚合，负载212Pb后形成212Pb-HNPs。
- 表征技术：动态光散射（DLS）显示粒径100-200 nm，透射电镜（TEM）证实球形结构，能量色散谱（EDS）验证Pb元素均匀分布。
- 创新点：212Pb-HNPs的放射性标记率>95%，24小时内稳定性达80%，显著优于游离212Pb。
2. 体外抗肿瘤效应评估
- 细胞模型：Lewis肺癌细胞（LLC）分别暴露于212Pb、212Pb-HNPs或212Bi（模拟α辐射）。
- 实验指标：
- 细胞活性：CCK-8法显示212Pb-HNPs的半数抑制浓度（IC50）显著低于游离212Pb（p<0.05）；
- 氧化应激：流式细胞术检测到212Pb-HNPs组活性氧（ROS）水平升高2.5倍，谷胱甘肽（GSH）耗竭率达70%；
- 线粒体损伤：JC-1染色显示膜电位下降50%，TEM观察到线粒体形态从卵圆形变为圆球状。
3. 体内诊疗效果验证
- 动物模型：C57BL/6小鼠皮下接种LLC肿瘤（n=3/组），瘤内注射212Pb-HNPs（148 kBq）。
- 成像分析：SPECT/CT显示212Pb-HNPs在肿瘤区域滞留时间>6小时，而游离212Pb快速清除。
- 转录组学：RNA测序发现212Pb-HNPs组肿瘤组织中氧化应激通路（如NF-κB、p53）显著激活。
4. 旁观者效应机制探究
- 实验设计：
- 条件培养基（ICCM）：收集212Bi照射后的LLC细胞上清，处理未照射细胞，CCK-8检测显示存活率下降40%；
- 线粒体转移：梯度离心法分离ICCM中的线粒体，Mitotracker™标记证实其可被旁观者细胞摄取；
- 功能验证：JC-1染色显示旁观者细胞线粒体膜电位下降30%，凋亡率增加25%（流式Annexin V-FITC/PI双染）。
- 关键发现：ROS抑制剂Rotenone预处理可逆转旁观者效应，证实ROS是介导途径之一。
四、主要研究结果
1. 212Pb-HNPs的诊疗优势：
- 高效肿瘤靶向（摄取率提升2倍）与持续辐射损伤（GSH耗竭、ROS累积）；
- 体内SPECT/CT成像与转录组分析证实其“诊疗一体化”潜力。
五、结论与价值
科学意义：首次阐明α粒子通过受损线粒体转移诱导RIBE的分子机制，为TAT的“远端效应”提供新理论依据。
应用价值：212Pb-HNPs兼具成像与治疗功能，其临床转化可优化α核素的给药策略，如通过局部注射实现区域肿瘤控制。
六、研究亮点
1. 方法创新：开发稳定性优异的212Pb-HNPs，解决游离核素靶向性差的问题；
2. 机制突破：揭示线粒体转移是α粒子RIBE的核心媒介，拓展了辐射生物学理论；
3. 转化潜力：为212Pb的临床适配性（如剂量优化、联合免疫治疗）提供实验基础。
七、其他价值
研究得到中国国家自然科学基金（82272030, 82071956）和上海市分子影像重点实验室项目支持，数据已通过补充材料公开（https://www.thno.org/v14p6768s1.pdf），可供同行验证与拓展研究。