Fractionated ionising radiation affects cellular functions, and gene expression associated to subpopulation of F11 dorsal root ganglia neurons without inducing oxidative stress

がん治療は、悪性細胞を破壊するために強力なエネルギービームを利用することが多く、これは放射線療法として知られています。この手法は腫瘍の増殖を止める上で非常に効果的ですが、生存者の後には、がん自体が治癒した後も長く続く影、すなわち慢性的な痛みをもたらすことがあります。なぜこのようなことが起こるのかを理解するために、科学者たちは身体の感覚ネットワーク、特に後根神経節に注目しています。これらは脊髄のすぐ外側に位置する小さな神経細胞の集まりであり、皮膚や筋肉からの触覚、温度、痛みの信号を脳へと運ぶ中継局としての役割を果たしています。これらの神経が損傷したり変化したりすると、脳が誤った信号や増幅された信号を受け取り、現在の損傷がないにもかかわらず痛みを感じる原因となります。医療行為がこれらの特定の神経細胞にどのように影響を与えるかを理解することは、この長期的な苦痛を防ぐ方法を見つける上で極めて重要です。

研究者たちは、放射線曝露がこれらの感覚ニューロンの挙動を具体的にどのように変化させるのかを調査することに乗り出しました。彼らは、標準的な放射線療法のコースを受けた際に何が起こるかをシミュレートするために、F11細胞株として知られるラットの神経細胞の実験室モデルを使用しました。単発のエネルギー照射ではなく、細胞に対して4日間連続で、1日あたり5 Gyの線量の電離X線を照射し、合計20 Gyの曝露を行いました。この方法は、健康な組織を保護するために総線量を分割して投与する、臨床現場で患者が受ける分割照射のスケジュールを模したものです。最終的な曝露から1日後の5日目に、科学者たちは細胞にどのような変化が生じたかを調べました。彼らは、細胞の老化として知られる細胞老化（セネッセンス）の兆候、不安定な分子によって引き起こされる細胞損傷の一種である酸化ストレスの証拠をチェックし、細胞がどのようにエネルギーを使用し、細胞内の小さな発電所であるミトコンドリアを管理しているかを測定しました。また、DRG（後根神経節）ニューロンのサブポピュレーションに関連する遺伝子の発現についても評価しました。

調査の結果、これらの神経細胞が放射線に対してどのように反応するかという明確な姿が明らかになりました。細胞は細胞老化を示しており、これは細胞が分裂を停止しながらも、生存し活動し続ける状態に入ったことを意味します。細胞内のミトコンドリアのコピー数も増加しており、エネルギーを運ぶ分子のバランスが変化したことは、細胞が内部の燃料をどのように管理しているかに変化が生じたことを示しています。しかし、予想に反して、放射線は最終投与から24時間後に細胞における酸化ストレスを引き起こさず、細胞の酸素消費率も変化させませんでした。この発見は重要です。なぜなら、放射線療法に伴う痛みは、フリーラジカルによる即時的で混沌とした損傷から生じるのではなく、むしろ神経細胞の機能や老化における、より微細で長期的な変化に由来している可能性を示唆しているからです。

おそらく最も重要な点は、放射線がこれらの神経細胞内の遺伝的指示を変化させたという事実です。具体的には、電離放射線はメカノレセプター（機械受容器）線維に関連する遺伝子の発現を変化させました。これらは機械的な圧力や触覚を感知する特定の神経線維であり、身体が負傷した際に痛みの信号を増幅させる役割も果たすことが知られています。放射線がこれらの特定の遺伝子の活動を変化させたという事実は、治療と慢性疼痛の発症との間に直接的な関連があることを示唆しています。細胞は単に死滅したり、全般的に損傷したりしたのではなく、痛みの信号に対してより敏感になるような、特定の再プログラミングを受けたのです。この発見は、治療そのものが感覚神経を静かに書き換え、それが一部の癌サバイバーが治療終了後も持続的な痛みを感じる理由を説明できる可能性のあるメカニズムを指し示しています。