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为探究太空辐射（IR）对心脏的影响及性别差异问题，多国研究人员开展 γ 和 simGCRsim 辐射后小鼠左心室转录组研究，发现辐射影响持久且具性别特异性。该研究对揭示太空辐射危害、制定防护策略意义重大，值得科研读者一读。
在探索宇宙的征程中，太空辐射（Space irradiation，IR）就像隐藏在星际间的 “神秘杀手”，给宇航员的健康带来了巨大的威胁。随着人类对深空探索的渴望日益强烈，太空旅行的距离和时间不断增加，太空辐射对人体健康的影响也愈发受到关注。
太空辐射主要来源于太阳粒子事件（Solar Particle Events，SPE）中的高能质子，以及银河宇宙射线（Galactic Cosmic Rays，GCR）中的高电荷和能量（HZE）粒子。目前，人们对辐射在致癌和神经退行性疾病方面的风险了解相对较多，但对于太空辐射如何影响心血管系统，特别是在未来长期太空任务的背景下，相关的研究还非常有限。
过往的研究存在诸多问题。有的研究表明，微重力会导致心脏萎缩和体位性不耐受，太空辐射可能加速动脉粥样硬化，但证据并不确凿。还有研究发现，辐射剂量与心血管疾病（Cardiovascular disease，CVD）风险存在关联，不过低剂量辐射的影响尚不明确，而且不同研究之间的差异较大，很难明确其中的因果关系。动物实验对于评估太空辐射对心血管疾病风险的影响至关重要，但此前缺乏长期的研究，尤其是针对不同性别小鼠心脏基因表达的对比研究。
为了深入了解太空辐射对心脏的影响，来自亚美尼亚国家科学院分子生物学研究所、俄罗斯 - 亚美尼亚大学、美国西奈山伊坎医学院等机构的研究人员，在《Scientific Reports》期刊上发表了题为 “Long-lasting sex-specific alteration in left ventricular cardiac transcriptome following gamma and simGCRsim radiation” 的论文。他们发现，γ 射线和模拟银河宇宙射线（simGCRsim）辐射后，雄性和雌性小鼠左心室心脏转录组会发生长期的性别特异性改变，且这种影响可持续 550 - 660 天。这一发现对于揭示太空辐射对心脏健康的潜在危害，以及制定相应的防护策略具有重要意义。
在这项研究中，研究人员用到了几个关键技术方法。首先是 RNA 测序（RNA-seq）技术，通过提取小鼠左心室组织的 RNA 并进行测序，来获取基因表达信息。其次，运用了差异基因表达分析，使用 DESeq2 R 软件包对原始基因计数数据进行处理，筛选出不同辐射条件和不同性别小鼠之间差异表达的基因。此外，还利用了主成分分析（PCA）和统一流形近似与投影（UMAP）分析，来研究性别、辐射类型和辐射后时间等因素对基因表达变异性的影响 。
下面我们详细看看研究结果。
转录组景观
研究人员对暴露于 simGCRsim 和 γ 射线辐射后 440/440 天和 550/660 天（雄性 / 雌性）的小鼠左心室组织进行 RNA 测序，以假照射 / 未辐射小鼠作为对照。在辐射后 365 - 440 天，雌性小鼠自发死亡率较高，因此研究人员将雌性左心室样本的收集时间限制在 550 天，以确保有足够的样本量进行分析。RNA 测序数据显示，样本质量良好。通过自组织映射（SOM）方法对转录组景观进行描绘，发现两种辐射类型与假照射小鼠相比，都引发了转录组景观的变化。而且，雄性和雌性小鼠在 440 天暴露于 simGCRsim 辐射时，基因表达变化的变异性最高。PCA 和 UMAP 分析表明，性别和辐射后时间对整体基因表达变异性的贡献比辐射类型更大。
差异基因表达和功能挖掘
研究人员对 12 个实验组进行了 8 组比较分析。结果发现，雄性和雌性小鼠对辐射的反应存在显著的性别差异。在 simGCRsim 辐射的雄性小鼠中，440 天时有 54 个差异表达基因（Differentially Expressed Genes，DEGs），660 天时有 12 个；而 γ 射线辐射的雄性小鼠在 440 天没有差异表达基因，660 天仅有 5 个上调的差异表达基因。在雌性小鼠中，simGCRsim 辐射组在 440 天有 65 个差异表达基因，550 天有 59 个；γ 射线辐射组在 440 天有 59 个差异表达基因，550 天没有差异表达基因。总体而言，在任何时间点，simGCRsim 辐射的小鼠比 γ 射线辐射的小鼠有更多的差异表达基因。
有趣的是，无论辐射后时间点和辐射类型如何，雄性和雌性小鼠之间只有 6 个重叠的差异表达基因（Tspan4、Or5m3b、Arntl、Spon2、Tef、Mid1ip1），但这些基因在不同性别和辐射条件下的变化方向和幅度也不同。
通过功能富集分析，研究人员发现不同辐射条件和不同性别小鼠的差异表达基因与不同的生物学过程相关。例如，simGCRsim 辐射的雄性小鼠在 440 天，上调的基因与吞噬作用有关，下调的基因与慢肌纤维和快肌纤维之间的转换等过程有关；660 天，上调的基因与非酪氨酸激酶成纤维细胞生长因子受体活性等有关 。γ 射线辐射的雄性小鼠在 660 天，与免疫反应相关的基因集上调。雌性小鼠在 γ 射线辐射 440 天后，与氧化磷酸化和昼夜节律相关的基因集发生变化；simGCRsim 辐射 440 天，与脂肪酸代谢和昼夜节律相关的基因集下调，与细胞连接和组装相关的基因集上调；550 天，Sirt4 基因上调与脂酰胺酶活性有关，下调的基因与免疫反应有关。
综合来看，这项研究表明，单剂量的 γ 射线和 simGCRsim 辐射对雄性和雌性小鼠心脏左心室的基因表达影响可以持续 550 - 660 天，且 simGCRsim 辐射的影响更为显著。辐射对个体基因表达的影响存在明显的性别差异，虽然在系统层面上，相似的生物学过程受到影响，但具体的基因变化却大不相同。这些长期的影响可能会对宇航员的心血管健康构成重大风险，这也凸显了在太空探索中，尽早开发减轻辐射危害策略的迫切性。例如，未来可以根据这些性别特异性的基因变化，开发更有针对性的防护措施，保障宇航员在太空任务中的健康。同时，这一研究也为后续深入研究太空辐射对心脏的影响提供了重要的基础，有助于推动太空医学的发展。
