[发明专利]一种辨识与预测空间辐射损伤防护药靶相关人类基因的方法

说明书

本发明公开了一种辨识与预测空间辐射损伤防护药靶相关人类基因的方法。该方法包括如下步骤：对人细胞进行辐射，得到辐射前组、辐射后组和药物处理组；建立基因表达谱并进行整合，选取辐射后组与辐射前组相比，药物处理组与辐射后组相比表达量均发生变化且调节方向相反的基因；从中辨识差异表达基因激活子网，选取子网中与辐射后组相比，药物处理组表达量差异倍数在2以上的基因。本发明从表达谱和网络分析角度辨识与空间辐射损伤防护相关的关键基因，以此为基础可建立系统完整的药物筛选与评价体系，通过计算方法对药物发现方案进行理性设计，为大规模实验筛选提供线索，降低成本，使空间辐射损伤防护药物研发进入理性设计和实验筛选相结合阶段。

技术领域

本发明属于空间辐射物理与辐射损伤防护领域，具体涉及一种辨识与预测空间辐射损伤防护药靶相关人类基因的方法。

背景技术

空间辐射严重危害航天员健康，是制约人类空间探索的重要因素之一。在飞船交互对接、航天员出舱活动、空间站在轨建设运行和长期载人飞行等任务的完成过程中，航天员面临连续暴露于复杂空间辐射环境的健康危害。空间辐射可能引起放射性白内障，促进阿尔茨海默氏病的发展和动脉粥样硬化，导致血管损伤，增加多种癌症和心脑血管疾病的风险。高剂量空间辐射甚至可能导致急性放射损伤和急性放射病的发生。空间辐射中含有一定比例的生物效应更强的重离子成分，具有高能量、强穿透力、高电荷等特点，更容易穿透一般的物理防护材料，辐射威胁高于其它射线。为保障航天员健康高效工作，需进一步提升对空间辐射，尤其是其中重离子成分的认识与医学防护技术。

目前已经发现一些化合物可能降低空间辐射的有害生物效应对人体健康的影响。比如抗氧化剂对辐射危险因素具有一定的防护效能，如抗氧化剂MitoQ在电离辐射暴露期间可有效清除自由基、活性氧，减轻分子损伤，改善细胞应答。烟酸(维生素B3)、硫胺(维生素B1)、辅酶Q10和硒等药物可阻止或减轻航天飞行中的各种电离辐射引起的生物损伤效应。其次，激素类化合物如临床用于治疗晚期乳腺癌和卵巢癌的他莫昔芬可以抑制重离子诱导的癌效应，具有类似作用的化合物还有视黄苷酸醋酸盐。一些蛋白酶抑制剂也可抑制射线引起的有害效应，例如金属蛋白酶抑制剂ilomastat通过促进血液和免疫细胞的恢复提高辐射后实验动物的存活率。包曼-伯克(Bowman-Birk)型大豆蛋白酶抑制剂在抑制癌扩散中特别有效，有望成为抑制重离子和质子诱导的癌效应的有效药物。此外，针对γ射线、X射线和中子射线已开发出一些防护药物，主要包括胱胺、半胱胺、取代四氢噻唑衍生物、中草药和植物提取物如芦荟多糖、灵芝多糖、猴菇多糖等。尽管如此，目前尚缺乏特异对抗空间辐射损伤有效的药物防护技术。

现有抗空间辐射药物及其研发技术存在如下缺陷：采用细胞因子、激素和食物核苷酸对空间辐射相关疾病进行治疗效果非常有限，且对航天员来说不便于使用。他莫西芬和视黄苷酸醋酸盐具有较为明显的毒性和副作用。而针对γ射线、X射线和中子射线具有较好疗效的药物，尚缺乏它们对重离子辐射损伤防护效应的系统性评价研究。其他具有抗辐射损伤作用的化合物普遍存在药物品种少、疗效有限、毒副作用较大、作用机理不明确等问题。另一方面，传统的药物筛选技术存在研发周期漫长、耗资巨大、风险较高、成功率很低的问题。因此，对于空间辐射，至今仍缺乏安全有效的特异性防护剂和成熟高效的药物筛选研发技术平台。

近年来，系统生物学、网络药理学的快速发展为特异对抗空间辐射药物的研发提供了新的思路。随着计算生物学和大数据分析的兴起，可用于药靶发现的数据库资源迅速增加，比如OMIM(Online Mendelian Inheritance in Man)、TTD(Therapeutic TargetDatabase)、DrugBank和GEO(Gene Expression Omnibus)等。此外，高通量测序技术、网络分析技术和多种组学快速发展，为药靶辨识与药物研发提供了新途径和新方案，为基于系统生物学和网络药理学的药物开发提供了新技术和新策略。

发明内容

为了有效地解决上述问题，本发明旨在建立一种基于基因表达谱和激活子网辨识算法的精确识别空间辐射中重离子辐射损伤防护药靶相关基因的方法，从而为特异对抗空间辐射药物的筛选奠定坚实的基础。