辐射研究综述：辐射诱导的多组学变化、生物标志物及对策研究综述

近日，一项题为《A Review of Radiation-Induced Alterations of Multi-Omic Profiles, Radiation Injury Biomarkers, and Countermeasures》的研究综述发表在Radiation Research期刊上（2023，卷199，第89–111页），主要作者包括Sushil K. Shakyawar、Nitish K. Mishra、Neetha N. Vellichirammal等，来自美国内布拉斯加大学医学中心、制药研究所、以及武装部队放射生物学研究所等多家机构。本篇评述对近年来辐射生物学领域中的多组学数据解析、生物标志物识别和放射损伤应对策略进行了全面总结，为对抗核辐射相关风险提供了科学支撑。

研究背景和综述目的

随着核能利用的增加以及与之相关的工业事故、职业危害和核恐怖主义威胁的扩大，人们对电离辐射的潜在危害越来越关注。尤其是高剂量电离辐射（如核爆炸或核事故后暴露）会在细胞分子水平上造成复杂的损伤。典型急性辐射综合征（ARS）包括造血系统、胃肠系统及神经血管系统损伤。辐射除了对DNA造成直接损伤外，还会通过细胞内水分子的辐解作用产生自由基和过氧化物，进一步加深生物体负担。

研究显示，不同剂量暴露会引起全身范围基因组、转录组、蛋白组、代谢组和微生物组的显著变化。通过高分辨组学平台获取的多组学数据，有助于全面识别与放射损伤相关的重要生物标志物及潜在对策（例如，减少辐射后损伤的保护药物或治理干预措施）。本篇综述通过梳理多组学领域的辐射诱导变化、标志物开发以及最新的防辐射药物应用，为后续的研究奠定了基础。

多组学分析中的辐射诱导变化

1. 基因组变化 在多个模式动物中，辐射诱导的基因组变化，包括拷贝数变异（CNV）、DNA断裂、聚簇突变以及基因融合等已被明确识别。例如：

   • 染色体热点区域中的重复CNV通常出现在辐射暴露后。
   • 电离辐射通常会导致复杂的DNA损伤聚簇，这种损伤在修复过程中易造成遗传不稳定性，很可能导致细胞死亡或癌变。
   • 放射治疗中，这种基因动态特性被应用于肿瘤细胞的精准破坏。

2. 转录组变化 基因表达变化被广泛研究并向辐射生物标志物的方向应用。研究显示：

   • 在小鼠和灵长类动物的外周血中，可通过特定的基因表达变化来准确区分辐射剂量。例如p53基因调控的通路在辐射诱导的时间窗口内起重要作用。
   • 长链非编码RNA（lncRNA）和microRNA（miRNA，微小RNA）已被证明可显著参与辐射反应，例如，小鼠血清中的miR-30a-3p和miR-150-5p等microRNA表达能够精准预测辐射剂量和受损器官定位。

3. 蛋白组变化 放射暴露能够显著改变特定蛋白的表达水平，多数与DNA修复、细胞代谢及免疫反应相关。尤其在大剂量辐射后，这些变化可以用以实时分析辐射的生物效应。

   • 小鼠和非人灵长类动物的模型研究表明，血清中的蛋白变化可能与恢复过程的多个至关重要的细胞信号机制相关。

4. 代谢组变化 代谢组学研究增强了对辐射诱导机体生化变化的理解，例如：

   • 胶质代谢、氧化还原平衡以及核苷酸代谢途径的显著相关性。
   • 在不同物种中（如小鼠、灵长类动物和人体），多个代谢标志物的共性变化可以帮助评价辐射的剂量及损伤阶段。

5. 脂质组变化 脂质组学分析表明，辐射会显著改变生物体内脂肪酸、磷脂及其他脂类分子的分布和丰度，尤其是在炎症过程中。这些分子可以作为辐射诱导损伤的可靠表征。

6. 微生物组变化 辐射对肠道微生物的影响引发广泛关注。研究发现：

   • 在辐射暴露后，肠道壁内菌群的多样性显著降低，其中，乳酸杆菌属对辐射暴露尤为敏感。
   • 某些益生菌（如Lachnospiraceae）与造血恢复以及肠道修复密切相关，可能是针对放射病的重要治疗靶点。

辐射防护药物与辐助剂的最新进展

1. FDA批准药物 目前已有多款辐射对策药物通过了FDA批准，用于促进造血系统恢复及中和急性辐射综合征的危害。例如：

   • Neupogen和Leukine通过刺激粒细胞增加，改善辐射导致的中性粒细胞减少症。
   • Nplate是FDA批准用于血小板恢复的促血小板生成素受体激动剂。

2. 候选防护药剂

   • Amifostine（WR-2721）对辐射引起的ARS具有显著干预效果，但该药物的严重副作用，如呕吐和恶心，限制了其临床推广。
   • Bio 300的研究表明，其在小鼠和灵长类动物模型中改善放射性肺和其他组织损伤。

3. 抗氧化剂

   • 例如维生素E系列中的α-生育酚，通过抑制氧化应激，显著提高了辐射作用下动物的存活率。此外，γ-生育三烯酚也在灵长类模型中表现出代谢改善效应，具有重要的放射保护潜力。

4. 双重用途药物 若干药物既可用作辐射暴露前的防护剂，也可用作暴露后的缓解剂。例如，β-葡聚糖和5-Androstenediol（5-AED）在动物模型中显示了明显的免疫保护效应。

研究总结及意义

本综述系统回顾了近年来辐射对多组学变化的研究与对策开发的最新进展，总结了稳定的生物标志物筛选技术及有效的保护性药物。通过对不同辐射剂量和动物模型（包括人类）的数据分析，确立了潜在的放射损伤修复途径。这些研究为未来针对核辐射风险、开发创新治疗方法以及优化公众健康保护方案提供了宝贵的科学依据。