在美國，大約有 60% 的癌症患者在治療過程中需要接受放射療法。然而，放療雖然有效，但往往伴隨著一系列嚴重副作用，給患者的身心健康帶來巨大痛苦。
面對這一難題，科學家們試圖從自然界中尋找靈感，希望能開發出一種創新技術來保護患者免受放療帶來的損傷。
近期，麻省理工學院、布萊根婦女醫院和愛荷華大學的研究人員把目光投向了一種極其微小卻極具韌性的生物——水熊蟲。
（來源：MIT News）
水熊蟲體長通常不超過 1 毫米，廣泛分佈於全球各地，從高山到深海，從熱帶到極地，幾乎可以在任何環境中找到它們的蹤跡。
這種生物最引人注目的特性是其驚人的耐受力，它能夠承受極端條件，如高劑量的輻射、極高溫或極低溫、高壓以及真空環境，甚至還能在失去體內大部分水分的情況下進入一種名為“隱生狀態”的休眠模式，待環境適宜時恢復生機。
他們研究發現，水熊蟲體內的一種特殊蛋白質在抵禦輻射方面發揮重要作用。於是，研究人員將編碼這種蛋白質的 mRNA 注射到小鼠體內，結果顯示，這種蛋白質能夠在細胞內產生足夠的保護作用，防止 DNA 因輻射而受損。可以預見，如果這項技術能夠成功應用於人類，那將能夠顯著降低放療對癌症患者造成的副作用，造福全球眾多患者。
（來源：Nature Biomedical Engineering）
目前，這項研究成果已經發表在 Nature Biomedical Engineering 上。麻省理工學院機械工程副教授、布萊根婦女醫院胃腸病學家 Giovanni Traverso 和愛荷華大學放射腫瘤學助理教授 James Byrne 是這篇論文的共同通訊作者；哈佛醫學院講師、麻省理工學院科赫綜合癌症研究所訪問學者 Ameya Kirtane 和愛荷華大學的研究科學家 Jianling Bi 是共同一作。
這項研究還得到了美國國防部前列腺癌專案早期研究員獎、美國癌症協會、美國衛生高階研究計劃署以及麻省理工學院機械工程系等的資助。
極端環境生存能力帶來的啟發
在治療頭頸部乃至胃腸道癌症的過程中，放療是不可或缺的利器。這種治療方法雖能有效抑制腫瘤生長，卻也帶來了不容忽視的副作用：口腔或咽喉損傷導致患者進食、飲水成為一種煎熬，而在治療胃腸道癌症時甚至可能引發直腸出血。這些嚴重的副作用讓許多患者不得不推遲治療甚至中斷治療。
長期以來，Traverso 和 Byrne 一直致力於探索如何預防放療帶來的組織損傷。“儘管放射療法對眾多癌症療效顯著，但其副作用同樣嚴峻，我們迫切需要找到保護周圍健康組織的方法。”Traverso 強調。
“這個問題影響著大量的患者群體。即使症狀可能像口腔潰瘍這麼常見，在接受放療後也可能迅速出現副作用，導致患者無法正常飲食，甚至需要住院治療。疼痛、體重急劇下降以及出血等問題不斷折磨著他們，嚴重影響了生活質量。因此，減輕這些副作用是我們科研工作的核心目標。”Byrne 進一步解釋說。
目前，圍繞放療引起的損傷，醫學界已有一些初步嘗試，比如前列腺癌患者在接受放療時可使用水凝膠作為物理屏障來保護直腸不受損害。然而，總體來看，能夠有效抵禦放療損傷的方法依然稀缺。
（來源：MIT News）
在這項新研究中，科學家們揭示了水熊蟲之所以能在極端環境下生存的秘密：一種名為“Dsup”的損傷抑制蛋白質。
這種特殊的蛋白質能夠緊密地與 DNA 結合並有效抵禦輻射帶來的傷害。研究顯示，這種蛋白質使水熊蟲能夠承受比人類高出 2,000-3,000 倍的輻射劑量。
於是，研究人員開始探索如何利用 Dsup 蛋白質來保護癌症患者免受放療過程中的輻射損傷。按照他們的設想，在進行放射治療之前，透過向患者的組織遞送編碼 Dsup 蛋白質的 mRNA，使細胞能夠在短時間內表達這種蛋白質，從而提供即時的防護。
需要注意的是，這種方法特別之處在於 mRNA 僅會在數小時內表達 Dsup 蛋白，之後便自然分解掉，不會對基因組造成任何永久性影響。
為了實現這一創新療法，研究人員面臨的關鍵挑戰是如何有效地將編碼 Dsup 蛋白質的 mRNA 遞送到靶組織。
經過一系列複雜的篩選過程，他們最終確定了兩種理想的遞送系統：一種是由聚合物和脂質組成的複合顆粒，專為高效遞送到結腸設計；另一種則是經過最佳化後的顆粒，適用於口腔組織的遞送。
“我們的方法不僅結合了聚合物和脂質兩者的優點，提高了遞送效率。”Kirtane 表示，“我們方法的一個優勢在於使用的是 mRNA，它只是臨時短暫地表達蛋白質，相比可能整合到細胞基因組中的 DNA 等物質，其安全性要高得多。”
在成功驗證這些顆粒能夠高效地將 mRNA 遞送到實驗室培養的細胞之後，研究團隊進一步測試這種方法是否能在活體動物模型中有效保護組織免受輻射損傷。
他們先將顆粒注射到小鼠頰部和直腸中，幾小時後，研究人員對這些小鼠施加了相當於癌症患者在接受放射治療時所承受的輻射劑量。結果發現，這些小鼠體內由於輻射引發的雙鏈 DNA 斷裂減少了 50%。這意味著該方法不僅在理論上可行，而且在實際應用中也展現出一定的保護效果。
“這項研究非常具有前景，它展示瞭如何利用自然界中存在的防禦機制來保護 DNA 免受損害，從而為癌症放射治療中的健康細胞提供強有力的保護。這是一個極其新穎且充滿潛力的想法。”範德比爾特大學範德比爾特-英格拉姆癌症中心主任 Ben Ho Park 評論道（他並未參與該研究）。
研究人員進一步發現，Dsup 蛋白質的保護效果嚴格侷限於注射部位，並不會擴散到周圍組織。這一點至關重要，因為它確保了只有健康的細胞才能得到保護，而腫瘤區域則不受影響，避免了任何可能削弱放療效果的風險。
為了使這項技術能夠用於人類，科學家們接下來計劃開發一種改良版的 Dsup 蛋白質，使其不會引發人體免疫系統的排斥反應。
要知道，原始的水熊蟲蛋白雖然具有卓越的抗輻射能力，但在人體內可能會觸發不必要的免疫應答，從而降低其療效甚至引發副作用。因此，開發一種能夠與人體“和諧共存”的 Dsup 蛋白質變體是必不可少的一步。
研究團隊還展望了該技術在其他領域的應用潛力。比如，能有效防止化療藥物對 DNA 造成的損傷，這將進一步提升現有癌症治療方案的安全性和有效性，減少患者的痛苦和恢復時間。
此外，考慮到宇航員在太空任務中面臨高劑量輻射的風險，這種技術或許也能成為幫助宇航員免受宇宙射線傷害的另一種有效方法，保障他們在太空極端環境中的健康與安全。
原文連結：
https://news.mit.edu/2025/tiny-tardigrades-protein-may-help-cancer-patients-tolerate-radiation-therapy-0226