肺癌是致死率最高的癌症,在中国癌症患者中因肺癌死亡的人数远超其他癌症类型。放疗是治疗肺癌的重要手段,适用于肺癌发生发展的各个阶段。肺癌是最早接受重离子放疗的癌症类型之一,已经有较多成功案例和经验,但是目前还没有阐述重离子治疗癌症机理的范式。线粒体核糖体蛋白(Mitochondrial ribosomal proteins,MRPs)组成线粒体核糖体,翻译线粒体DNA,但MRPs由细胞核DNA转录,所以MRPs既受到细胞核调控,又受到线粒体调控。线粒体核糖体翻译的13种蛋白质全部组装到呼吸链复合体上,因此MRPs异常会影响线粒体核糖体翻译,进而影响线粒体供能。除了执行翻译功能外,MRPs被鉴定为多种肿瘤发生发展的生物标志物,是肿瘤治疗的潜在靶点。本研究选择非小细胞肺癌A549细胞作为研究对象,探索MRPs在辐照中的作用机制。探讨了A549细胞暴露在碳离子束和X射线辐照下的生物学效应,在相同辐照剂量前提下,与暴露于X射线的A549细胞相比,碳离子束辐照后癌细胞的增殖存活受到更显著抑制,周期阻滞时间更长,凋亡率更高。所以相同剂量Erdafitinib的碳离子辐照对A549细胞的抑制效果更好。对4 Gy碳离子束和X射线辐照48 h后的A549细胞样品进行TMT定量蛋白质组学分析,筛选细胞中差异表达蛋白。相比于对照组,碳离子束辐照和X射线辐照后A549细胞中差异表达的蛋白集中在线粒体上,且差异表达蛋白之间相互作用最紧密的是MRPs。对比对照组,暴露于碳离子束辐照的A549细胞中存在48种MRPs异常表达,其中34种表达下调,14种表达上调;而X射线辐照组与对照组相比,细胞中有7种MRPs异常表达,2种表达下调,5种表达上调;接着对比暴露于碳离子束和暴露于X射线的A549细胞,有66种MRPs差异表达,表明碳离子束诱导的MRPs异常表达状态不同于X射线诱导的。为明确辐照后MRPs差异表达主要由细胞核调控还是线粒体调控,我们采用线粒体核糖体翻译抑制剂Doxycycline处理A549细胞,结果显示抑制线粒体核糖体翻译功不会下调MRPs的表达,证实辐照诱导MRPs表达下调是细胞核调控发挥主要作用。TMT定量蛋白质组学分析结果表明与对照组相比,碳离子束辐照后大部分MRPs表达下调,相反,X射线辐照后表达上调的MRPs多于表达下调的MRPs。线粒体核糖体小亚基上的蛋白MRPS28(Mitochondrial ribosomal protein S28)是唯一在碳离子束和X射线辐照后均表达下调的MRP。癌症基因组图谱(The cancer genome atlas,TCGA)显示大部分MRPs在多种肿瘤中高表达,如MRPS28在肺癌组织中高表达,且MRPS28高表达的肺癌患者预后性更差;Western blot结果表明相比于正常肺部上皮细胞2B,MRPs在A549细胞和大细胞肺癌细胞H460中显著高表达。选择MRPS28作为关键MRP,设计si RNA抑制MRPS28在A549细胞中的表达,干扰48 h后检测发现敲低MRPS28会抑制MRPS16、MRPS36、MRPS18B、MRPS22、MRPL44、MRPL38、MRPL9、MRPL40表达,抑制细胞增殖存活,促进细胞凋亡,显著增加活性氧(Reactive oxygen species,ROS)含量,降低线粒体膜电位。Western blot检测结果显示MRPS28低表达通过p53介导的线粒体凋亡通路引起细胞凋亡;相反,MRPS28过表达对A549细胞的增殖存活和凋亡无明显影响,表明MRPS28可能可以成为放射治疗非小细胞肺癌的潜在靶点。基于瞬时转染结果,我Viral infection们构建了稳定敲低MRPS28的A549细胞系,并将干扰MRPS28表达与辐照联合。首先,敲低MRPS28与2、4、6 Gy X射线辐照联合处理细胞,结果显示与单纯辐照组相比,被联合处理的A549细胞增殖率更低,克隆存活率更低,凋亡率更高,MRPS28低表达降低A549细胞对X射线辐照的抵抗性;其次,敲低MRPS28与2、4 Gy碳离子束辐照联合处理细胞,结果和上述MRPS28低表达联合X射线类似,联合处理后A549细胞的增殖存活被显著抑制,凋亡率增加;相反,MRPS28过表达与2、4、6 Gy X射线辐照联合处理细胞,与单纯辐照组相比,联合处理后A549细胞的增殖、克隆存活以及细胞凋亡均无显著变化。证明MRPS28低表达降低A549细胞对辐照的抵抗性,而MRPS28过表达不能降低其抵抗性。本研究选定MRPS28作为切入点,观察干预其表达对A549细胞的生长状态和辐射抵抗性的影响,发现MRPS28低表达影响细胞生存状态,降低A549细胞对辐照的抵抗性,并通过p53介导的线粒体凋亡通路促使细胞走向凋亡。至于MRPS28低表达如何激活p53还需要进一步研究。此外,我们的实验结果还表明MRPS28低表达引起其他MRPs异常表达,破坏线粒体核糖体翻译功能,进而影响线粒体的供能。相反,过表达MRPS28对细胞的生存状态没有明显影响,也不能降低细胞对辐照的抵抗性。综上所述,本研究对探究治疗寻找更多肺癌的潜在靶点和提高放射治疗效果具有积极意义。