荧光原位杂交检测阈值对染色体畸变计数的模拟研究：空间辐射风险评估新视角

为解决空间辐射诱发染色体畸变检测中荧光原位杂交(FISH)技术存在的低估问题，NASA研究人员开发了RITCARD模拟工具，通过整合Hi-C数据构建三维核架构模型，创新性地量化了检测阈值(5-15 Mbp)对简单/复杂交换(Simple/Complex exchanges)分类的影响。研究发现高线性能量转移(LET>20 keV/μm)辐射下，传统3-FISH技术会显著低估总交换数(最高达40%)，且多数"简单交换"实为复杂交换的误判。该研究为改进NASA癌症风险模型中的辐射品质因子提供了重要理论依据，发表于《Life Sciences in Space Research》。

　　

在深空探索任务中，宇航员面临着银河宇宙射线和太阳粒子事件构成的复杂辐射环境，其中高线性能量转移(LET)的重离子辐射尤为危险。这类辐射可诱发染色体畸变，被认为是辐射致癌的重要生物标志物。然而，当前用于评估辐射风险的荧光原位杂交(FISH)技术存在固有局限：检测阈值(通常5-15 Mbp)会导致小片段丢失，且无法识别染色体内重排(如倒位)，这使得传统方法可能严重低估高LET辐射的真实遗传损伤程度。

为突破这一技术瓶颈，NASA约翰逊航天中心的研究团队在《Life Sciences in Space Research》发表了创新性研究。他们改进了辐射诱导径迹、染色体畸变、修复和损伤(RITCARD)模拟程序，首次整合Hi-C数据通过G-NOME工具构建三维核架构模型，并开发了能区分真实简单交换与"表观简单交换"(实际是未被检出的复杂交换)的新型分类算法。

研究采用三大关键技术：1)基于Hi-C数据的拓扑关联结构域(TAD)建模，使用G-NOME工具生成淋巴细胞和成纤维细胞的三维DNA分布；2)通过RITRACKS模拟辐射径迹和DNA双链断裂(DSB)，设置10 Mbp默认检测阈值；3)创新性双阶段分类系统，先按真实染色体交互情况分类，再模拟3-FISH实验条件进行表观分类。研究选用hTERT 82-6成纤维细胞系和健康供体外周血淋巴细胞，模拟0.05-2 Gy剂量范围内多种离子(LET 0.3-300 keV/μm)的辐照效应。

【三维核架构模型验证】
通过比较模拟与实验数据发现，新模型能准确再现淋巴细胞比成纤维细胞更高的畸变产额，这仅通过调整核几何形状(淋巴细胞球形直径3 μm vs 成纤维细胞椭球形7.22×3×7.22 μm)和修复时间(48h vs 32h)即实现，证实核结构是决定辐射敏感性的关键因素。

【检测阈值效应分析】
当检测阈值从0增至15 Mbp时，高LET(>100 keV/μm)辐射下的总交换检出率显著降低：成纤维细胞主要体现为复杂交换减少，淋巴细胞则呈现复杂交换减少伴随简单交换增加的反常现象。值得注意的是，在1 Gy剂量下，10 Mbp阈值会导致约30%的高LET诱导交换被漏检。

【交换复杂性重评估】
突破性发现是：高LET辐射下，传统FISH检出的"简单交换"中超过80%实际是复杂交换，这源于大量染色体内重排(如<5 Mbp的倒位)无法被3-FISH识别。例如600 MeV/n铁离子(LET≈150 keV/μm)照射时，真实简单交换仅占总检出量的<10%。

【剂量响应关系】
模拟获得的线性二次模型参数与实验数据高度吻合(R²

0.9)，但在低LET(<20 keV/μm)范围存在系统性低估，提示可能需要调整DSB复杂性判定阈值z_t
(当前设为10 kGy)。

这项研究的意义在于首次量化了FISH技术局限对空间辐射风险评估的影响。通过揭示"表观简单交换"的复杂性本质，挑战了传统辐射品质因子(RBE)的计算基础。研究者建立的RITCARD框架可作为"虚拟实验平台"，为NASA癌症风险模型的ensemble方法提供关键输入参数，特别是在缺乏实验数据的离子种类和混合场条件下。未来工作将拓展至全基因组染色(mFISH)验证，并探索稳定畸变与致癌风险的关联，为深空任务辐射防护标准的制定提供更可靠的科学依据。