辐射诱导肥胖脂肪细胞氧化应激、炎症、衰老及纤维化的机制研究

《Scientific Reports》：Irradiated obese adipocytes are prone to oxidative stress, inflammation, senescence, and fibrosis

　　本研究针对肥胖癌症患者放疗后正常组织损伤加重的问题，通过构建体外（3T3-L1脂肪细胞模型）和体内（高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型）实验体系，首次揭示盆腔放疗（7.5 Gy分次照射）会加剧肥胖脂肪组织的代谢紊乱、氧化损伤（8-OHdG、4-HNE升高）、细胞衰老（p53/p21通路激活）及纤维化（TGF-β/Smad信号上调），并促进免疫细胞浸润（F4/80+巨噬细胞、CD4+/CD8+ T细胞）。该研究为优化肥胖患者的放疗策略提供了理论依据。

　　

在全球肥胖发病率持续攀升的背景下，肥胖已成为癌症、心血管疾病等的重要风险因素。对于肥胖的癌症患者，放射治疗虽能有效杀伤肿瘤，却不可避免地对周边正常组织造成损伤，尤其是脂肪组织丰富的盆腔区域。更令人担忧的是，临床观察发现肥胖患者放疗后更易出现组织纤维化、癌症复发等副作用。然而，辐射如何影响肥胖状态下的脂肪组织，其分子机制迄今不明。这一盲点促使Simran Takkar、Elizabeth A. Kosmacek等研究者展开深入探索，成果发表于《Scientific Reports》。

为模拟临床情境，团队分别采用高脂饮食（HFD）喂养的C57/BL/6小鼠作为体内肥胖模型，以及脂肪酸混合物（棕榈酸、油酸、亚麻酸）处理的3T3-L1脂肪细胞作为体外模型。小鼠盆腔局部接受分次放疗（总剂量7.5 Gy，每日1.2 Gy/min），细胞则接受3 Gy×3次照射，并在照射后不同时间点分析组织与细胞层面的变化。关键技术包括：组织化学染色（H&E、Oil Red O、β-半乳糖苷酶衰老染色）、免疫荧光/免疫组化（检测8-OHdG、4-HNE、p53、p21、α-SMA等）、蛋白质印迹（分析NF-κB、Smad信号通路）、RT-qPCR（炎症因子及纤维化相关基因表达），以及血清学检测（游离脂肪酸、甘油、脂联素）。

建立体外和体内肥胖模型

通过16周高脂饮食诱导，小鼠成功呈现肥胖表型：体重、脂肪垫质量、空腹血糖显著升高，脂联素水平下降。心脏重量减轻印证了肥胖相关心功能风险。体外实验中，3T3-L1细胞经脂肪酸处理后可模拟肥胖脂肪细胞的脂质蓄积特征，Oil Red O和BODIPY C16染色显示脂滴增大2倍。

辐射诱导肥胖条件下的代谢改变

放疗后2个月，肥胖小鼠体重显著减轻，血清游离脂肪酸和甘油水平进一步升高（1-2倍），脂联素在正常饮食（ND）小鼠中下降，但在肥胖小鼠中无显著变化。H&E染色显示肥胖脂肪细胞体积增大，而放疗后脂肪细胞尺寸减小，提示代谢稳态被破坏。

辐射在体外和体内加剧肥胖条件下的氧化损伤

肥胖脂肪组织本已存在氧化应激，放疗进一步加剧DNA/RNA氧化（8-OHdG）和脂质过氧化（4-HNE），在肥胖小鼠中尤为显著。体外实验证实，辐射使肥胖脂肪细胞内8-OHdG和4-HNE表达升高，培养基中H₂O₂水平增加，提示活性氧（ROS）累积是氧化损伤的核心机制。

辐射提升肥胖脂肪细胞的衰老水平

肥胖脂肪组织中p53、p21表达升高，放疗后p16、p21 mRNA及p53/p21蛋白在肥胖脂肪细胞中上调，β-半乳糖苷酶阳性细胞增多，表明辐射通过p53-p21通路促发细胞衰老。体内实验显示，肥胖与正常脂肪组织放疗后衰老标志物水平相近，提示辐射对正常脂肪的损伤效应类似于肥胖本身。

辐射促进肥胖状态下的慢性炎症

肥胖脂肪组织中巨噬细胞（F4/80⁺）浸润形成冠状结构，放疗后CD4⁺ T细胞进一步增加。体外实验中，辐射激活NF-κB通路，并上调IL1α、TNF-α、CXCL12、MCP1等炎症因子基因表达，表明辐射通过免疫细胞招募与炎症介质释放加剧慢性炎症。

辐射诱导肥胖脂肪细胞的促纤维化信号

α-SMA（肌成纤维细胞标志物）在肥胖脂肪组织中表达升高，放疗后进一步强化。体外实验显示，辐射通过激活TGF-β-Smad信号通路（Smad3/Smad4上调），促进胶原（Col1a2、Col6a2、Col7a2）及基质金属蛋白酶（MMP2、MMP9）基因表达，驱动细胞外基质重构与纤维化。

本研究首次系统揭示放疗在肥胖背景下通过氧化应激?衰老?炎症?纤维化级联反应加剧脂肪组织损伤的机制。值得注意的是，正常饮食小鼠接受放疗后，其脂肪组织表现与未放疗的肥胖小鼠相似，提示辐射本身足以诱发类肥胖病理改变。这一发现不仅解释了肥胖患者放疗副作用高发的潜在原因，也为开发靶向氧化应激或衰老的放射保护策略提供了新方向。研究局限包括仅使用雄性小鼠、未探讨肿瘤微环境互作等，未来需拓展性别差异验证及临床转化研究。