空间单粒子辐射危害效应及其分子机理研究

在我国已进入载人航天时代的今天，开展空间辐射生物学研究对减轻辐射危害具有重要的现实意义和深远的科学意义。基于国内外研究热点和存在的问题，本项目将采用地面加速器模拟实验技术，深入研究空间单粒子辐射的细胞遗传效应和远后不良效应，研究其诱发致病基因突变的可能性，研究辐射旁效应和基因不稳定性等非靶效应在其中的作用，研究单粒子辐照引起DNA损伤的修复动力学，研究单粒子细胞质照射和细胞核照射在诱发非靶效应上的异同点，研究DNA甲基化、组蛋白乙酰化、循环miRNA等表观遗传学变化在辐射损伤中的作用，研究空间辐射远后效应的关键调控基因，研究辐射信号因子的种类及其作用途径、信号因子之间的网络关系，研究微重力对空间单粒子辐射效应、辐射信号因子的影响等。通过对这些关键科学问题的研究，取得一批具有较强创新性的成果，为有效干预空间荷能粒子辐射的致癌危险性提供坚实的实验基础和理论指导。

针对空间辐射危害效应国内外研究热点和尚存在的问题，本项目利用γ射线、质子、α粒子、碳离子和铁离子，采用多种类型的人类细胞系，深入研究了空间辐射生物效应及其分子机制。我们模拟计算了多种空间粒子对人体组织器官的吸收剂量，获知了γ和α粒子联合辐照的生物剂量规律，发现 α粒子的特殊生物剂量曲线；揭示了质子微剂量对辐射效应的重要性，发现线粒体与内质网对辐射旁效应具有重要作用；发现长期低剂量γ或α照射可以促进细胞增殖与后代的辐射抵抗性，增强了受p38/MAPK调节的细胞侵袭和粘附能力，发现α粒子辐射旁效应受p53-SCO2-ROS能量代谢途径的调控。发现巨噬细胞可以释放TNF-α和IL-8等因子通过MAPK通路加重受α粒子辐射细胞的损伤与清除。发现旁细胞可通过膜途径分泌cAMP对受α粒子辐射巨噬细胞的保护作用，同时，受辐射巨噬细胞可通过p38/MAPK通路释放NO、TNF-α、IL-6，引起人脐静脉内皮细胞发生炎症反应和远端血管平滑肌细胞的损伤，成为动脉粥样硬化的一个重要诱因。. 研究了辐射旁效应信号因子cyt-c、NO、ROS之间的调控关系，发现辐射抵抗基因SirT1可通过内质网应激调控旁效应；发现内源性H2S的辐射保护作用及其在细胞增殖、侵袭转移与EMT等肿瘤发生发展过程中具有重要作用；发现miR-1246、miR-92a分别通过DR5和PTEN靶点使得细胞具有辐射抵抗作用。. 重点研究了重离子辐射旁效应的特点及其分子机制，发现 ATM和DNA-PKcs可调控碳离子诱导的G2/M依赖的旁效应，发现随着γ射线和重离子LET的增加，辐射旁效应从p53依赖性变为p53半依赖再成为不依赖于p53抑癌基因；与γ射线相比，巨噬细胞在重离子辐照下所产生的自由基可持续存在更长时间，从而可更久地诱发旁效应。发现巨噬细胞可以作为信号因子池在辐射二次旁效应中发挥媒介作用，比起重离子辐照，γ辐射可以更加有效地激活巨噬细胞，揭示重离子辐射虽然具有较强的直接损伤效应，但可能具有较弱的远后效应。发现微重力可以通过氧化应激途径增强重离子辐射损伤，并获得一种与辐射和微重力相关的新型miRNA。. 通过上述研究，较为全面地掌握了空间辐射的细胞分子效应，对辐射非靶效应分子机制有了更新更全面的认识，提出了二次辐射旁效应等新概念。这些成果的获得对进一步研究开发空间辐射危害的干预措施具有重要的科学意义。