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摘要

放疗抵抗是非小细胞肺癌（NSCLC）临床治疗失败的关键因素，肿瘤干细胞样细胞（CSCs）是介导放疗抵抗的核心细胞亚群。本研究依托X‑RAD系列X射线辐照仪及碳离子辐射装置构建标准化辐射模型，证实 CD44+A549 肺癌干细胞样细胞具有显著放疗抵抗表型。机制研究表明，CD44 通过上调转谷氨酰胺酶 2（TGM2）表达，促进 TGM2 与 LC3B 直接相互作用以增强自噬流，进而提升肿瘤干细胞的辐射耐受；而碳离子辐射可有效克服该放疗抵抗表型。本研究明确CD44‑TGM2‑LC3B 轴为逆转肺癌干细胞放疗抵抗的新靶点，精准辐照平台为机制解析与疗效验证提供关键技术支撑。

图1：论文封面概要

材料与方法

选用人非小细胞肺癌 A549 细胞系，经流式细胞分选获得 CD44+A549 干细胞样细胞亚群，构建 TGM2 敲低稳转细胞株。采用 CCK‑8、EdU 掺入实验检测细胞增殖能力；利用 CYTO‑ID 试剂盒检测细胞自噬活性；通过 Western blot、免疫荧光、免疫共沉淀（Co‑IP）分析蛋白表达与相互作用；结合 LC‑MS 非靶向代谢组学与 PCR 芯片筛选差异表达基因；采用裸鼠皮下成瘤模型验证细胞体内成瘤能力。

辐照实验方案

采用X‑RAD系列X射线辐照仪实施X射线照射，参数设置为 225 kV、2.0 Gy/min、配备 0.2 mm Al 滤片；碳离子辐射由 HIMM 装置提供，参数为 120 MeV/u、LET 80 keV/μm、剂量率 2 Gy/min。体外细胞分别给予 0–8 Gy 梯度 X 射线及 0–4 Gy 梯度碳离子辐射，实验干预剂量设定为 4 Gy X 射线、2 Gy 碳离子。

图2：（原文 Fig.2A）不同辐射剂量下 A549 与 CD44+A549 细胞的活力变化曲线

主要研究结果

1. CD44+A549 细胞呈现高干性与强放疗抵抗特性

CD44+A549 干细胞样细胞的自我更新、迁移、侵袭及体内成瘤能力显著强于亲本 A549 细胞，电离辐射后细胞存活率更高，表现出典型放疗抵抗表型。

2. 自噬异常活化是其放疗抵抗的关键机制

辐射可显著诱导细胞自噬水平升高，且CD44+A549 细胞的自噬强度显著高于普通 A549 细胞；药理或基因手段抑制自噬可有效逆转其放疗抵抗。

图3：（原文 Fig.4A）适配主要研究结果，显示辐射后两组细胞 LC3B-II/LC3B-I 比值差异

3. CD44‑TGM2‑LC3B 轴驱动自噬流增强

TGM2 在 CD44+A549 细胞中呈显著高表达；敲低 TGM2 可降低自噬水平、加剧 DNA 双链损伤，显著提升放疗敏感性。TGM2 与 LC3B 直接相互作用并调控自噬进程，构成CD44‑TGM2‑LC3B功能调控轴。

图4：（原文 Fig.6C）适配主要研究结果，免疫荧光共定位证实 TGM2 与 LC3B 相互作用）。

4. 碳离子辐射可有效克服肺癌干细胞放疗抵抗

2 Gy 碳离子辐射对 CD44+A549 细胞的杀伤效应显著优于 4 Gy X 射线，可突破自噬介导的放疗抵抗，实现高效杀伤。

结论

CD44+ 肺癌干细胞样细胞通过激活CD44‑TGM2‑LC3B信号轴增强自噬流，进而介导放疗抵抗；TGM2 是调控自噬与辐射敏感性的关键分子。碳离子辐射可直接突破该抵抗机制，为肺癌干细胞靶向治疗提供新方案。X‑RAD 系列 X 射线辐照仪与碳离子辐射系统凭借稳定、精准、可量化的辐射输出，为肿瘤干细胞放射生物学研究、抵抗机制解析及新型放疗方式筛选提供了标准化实验平台。本研究为临床逆转 NSCLC 放疗抵抗、优化碳离子放疗适用人群与适应症提供全新靶点及转化思路。

图5：（原文 Fig.7） CD44-TGM2-LC3B 轴调控肺癌干细胞放疗抵抗的完整通路示意图

原文出处DOI：10.3390/biomedicines12102231