用于快速辐射生物剂量估算基因组合表达模型的建立及验证研究

In the event of a nuclear accident or terrorist attack, a larger number of individuals may be exposed to ionizing radiation. Rapid and reliable radiation dose estimation of possible exposed individuals is the key to emergency preparedness and clinical treatment in a large-scale nuclear event. Conventional unstable chromosome aberration (dicentric chromosome and centric ring, dic+r) analysis is reliable and sensitive, but it is labor-intensive and time consuming for triaging numerous victims. Analysis of ionizing radiation-induced gene expression provides solutions to many of these difficulties. Our previous study demonstrated that the alterations in expression levels of ionizing radiation-induced single genes had the potential to be a radiation biodosimeter. The present project is to investigate the applicability of multiple gene expressions-based biodosimetry as a rapid radiation biodosimeter. The expression levels of selected radiation-responsive genes will be examined and identified in ex vivo irradiated human peripheral blood. Optimal multiple gene expressions-based biodosimetric model at each time-point after irradiation will be obtained by stepwise regression analysis. The effects in age, gender, smoking, post-irradiated time and dose-rate on the established statistic models will be investigated. The feasibility of multiple gene expressions-based biodosimetric assays for rapid dose estimation will be validated in both ex vivo and in vivo irradiated human peripheral blood samples.

核与辐射恐怖袭击事件发生后会产生大量的伤员，对伤员进行快速准确的辐射生物剂量评估是正确后续处理的关键。广泛用于辐射生物剂量估算的染色体畸变分析因试验周期长、技术要求高等缺点，无法满足快速、高通量的要求。辐射诱导基因表达改变作为潜在的生物剂量计，因其快速和高通量的特点成为目前研究的热点。本研究组前期已对辐射诱导的多种单个基因表达水平变化作为快速辐射生物剂量计进行了系统研究。在此基础上，本项目试图建立一种用于快速辐射生物剂量估算的多基因组合表达模型。在现有研究的基础上，利用离体人外周血，相对定量分析多个具有确定量效关系和时间响应范围的辐射敏感基因的各自基因表达水平，利用逐步回归方法建立基因组合表达模型，并分析多种因素对模型构建的影响；最终利用离体人外周血和计划全身照射放疗病人的外周血，验证基因组合表达模型用于估算辐射生物剂量的可行性。

项目背景：核与辐射事故发生后，需要对伤员进行快速准确的生物剂量估算。传统的染色体畸变分析因试验周期长、技术要求高等缺点，无法满足快速、高通量的要求。辐射诱导基因表达改变因其快速和高通量的特点成为目前研究的热点。.主要研究内容：利用离体人外周血，相对定量分析多个辐射敏感基因的表达水平；利用逐步回归方法建立基因组合表达模型，并分析多种影响因素对模型构建的影响；利用离体人外周血和计划全身照射放疗病人的外周血，验证基因组合表达模型用于估算辐射生物剂量的可行性。.重要结果：1.电离辐射诱导的CDKN1A、BAX、MDM2、XPC、PCNA、FDXR、GDF-15、DDB2、TNFRSF10B、PHPT1、ASTN2、RPS27L、BBC3、TNFSF4、POLH、CCNG1、PPM1D和GADD45A的基因表达变化具有良好的剂量-效应关系和时间响应范围；2.辐射敏感基因的表达水平可能受到个体差异、性别、年龄和剂量率等因素影响；3.利用3~10个辐射敏感基因建立用于生物剂量估算的基因组合表达模型具有一定的可行性；4.不同性别基因组合表达模型在体外和体内验证实验中可以较准确地估算受照剂量。.关键数据：1.0~8 Gy 60Co γ射线照射人离体外周血后6~48 h，18个基因具有确定的剂量-效应关系和时间响应范围；2.利用逐步回归法建立了由3~10个基因组成的基因组合表达模型，R2值达到0.776~0.935。特别是照后24 h不同性别基因组合表达模型R2值均为0.850左右；3.双盲法体外照射正常人离体外周血，应用照后24 h基因组合表达模型估算0~5 Gy剂量范围内的的平均受照剂量均较为准确；4.体内验证实验表明基因组合表达模型估算的全身均匀照射患者的受照剂量非常接近于真实受照剂量。.科学意义：基因组合表达模型通过综合分析多个基因的表达变化，在一定程度上提高了生物剂量估算的准确性。