癌症患者放疗中皮肤放射性损伤（CRI）相关的外周血转录组特征

《International Journal of Molecular Sciences》：Peripheral Blood Transcriptomic Profile Associated with Cutaneous Radiation Injury in Cancer Patients Undergoing Radiotherapy

　　

与分割放疗期间临床观察到的皮肤放射性损伤（cutaneous radiation injury，CRI）相关的外周血转录组谱仍未得到充分表征。研究人员分析了22名接受放疗成人的血液转录组，其中10名在采血时患有CRI，12名无可观察的放射性相关皮肤损伤。RNA采用双色安捷伦微阵列检测。方差过滤保留了12,251个探针，并通过四种互补分析进行评估：用于排序基因集富集的预排序基因集富集分析（Gene-Set Enrichment Analysis，GSEA）、用于样本水平基因集评分的基因集变异分析（Gene-Set Variation Analysis，GSVA）、用于共表达结构的加权基因共表达网络分析，以及探针水平的差异表达分析。GSEA鉴定了干扰素-γ应答和E2F靶标的正向富集以及血红素代谢的负向富集。一致地，GSVA显示在CRI参与者中，干扰素应答、E2F靶标、未折叠蛋白应答和胆固醇稳态评分较高，而血管生成、外源物代谢、蛋白质分泌、缺氧和血红素代谢评分较低。10个模块化共表达网络符合数据衍生的CRI相关性优先标准。正相关网络富集于对创伤应答的负调控以及补体/凝血级联反应。模块内连接性和样本水平表达分析将KDM4C和PARPBP列为探索性高连接性候选基因，两者均在95.5%的留一迭代中保持前10连接性。探索性差异表达分析确定了1842个探针，其中CRI中有585个上调探针和1257个下调探针。从下调探针映射的基因在核糖体、剪接体和氧化磷酸化通路中显著富集。在互补的分析框架中，CRI与一致的外周血谱相关，其特征是干扰素和细胞周期富集；创伤应答和补体/凝血过程改变；血红素代谢、血管生成和外源物代谢评分降低；以及涉及核糖体功能、RNA加工和线粒体能量代谢的转录本下调。尽管横断面设计和CRI参与者的后期采样阻碍了将CRI相关差异与治疗时间和累积暴露效应完全分离，但这些发现扩展了CRI的分子表征，并确定了用于纵向评估可重复性、时间动态以及潜在诊断或预测相关性的通路和高连接性候选基因。

皮肤放射性损伤（cutaneous radiation injury，CRI）是分割放疗中常见并发症，临床表现从红斑、水肿到湿性脱屑甚至溃疡坏死。其发生与剂量、分割方式及患者因素有关。电离辐射通过直接损伤DNA和产生活性氧，激活角质形成细胞、成纤维细胞和内皮细胞等，引起炎症信号、上皮再生障碍、血管功能紊乱和修复延迟。既往外周血转录组研究多聚焦于生物剂量学和辐射暴露分类，而对放疗期间临床可见CRI相关的血液转录组特征尚缺乏系统表征。鉴于此，研究人员对22名接受放疗的成人（20例乳腺癌、2例喉癌）进行前瞻性观察，其中10例采血时存在CRI，12例无可观察皮肤损伤，利用全基因组表达谱整合多种分析策略，旨在描述CRI相关的外周血转录组图谱。

为开展研究，研究人员采用PAXgene全血RNA提取和Agilent双色微阵列（G4851C）检测基因表达。原始数据经normexp背景校正、loess归一化和分位数归一化处理，方差过滤后保留12,251个探针。分析框架包括：使用预排序基因集富集分析（GSEA）评估整体富集的Hallmark和Gene Ontology生物学过程；使用基因集变异分析（GSVA）计算样本水平的通路评分；使用加权基因共表达网络分析（WGCNA）识别与CRI相关的共表达模块；使用limma线性模型进行探针水平差异表达分析。此外，还基于模块内连接性和留一法敏感性分析优先候选基因，并进行方向特异性功能富集。

**2.1 分析样本与采样背景**：22名参与者中，CRI组与对照组在年龄、性别、种族、癌症类型及全血细胞计数等基线特征上无显著差异。由于按患者优先的临床方案，CRI参与者采血时间较晚（中位34天 vs 对照17天），两组时间范围重叠有限，因此观察到的转录组差异可能受治疗时间影响，无法完全独立于CRI状态。

**2.2 基因集富集分析**：预排序GSEA显示，CRI组中干扰素γ应答（NES=2.45）和E2F靶标（NES=2.21）显著正富集，血红素代谢（NES=?1.90）负富集；GO分析亦发现细胞周期负调控、I型干扰素应答、病毒防御等过程富集。GSVA结果方向一致，CRI组干扰素应答、E2F靶标、未折叠蛋白应答和胆固醇稳态评分升高，而血管生成、外源物代谢、蛋白分泌、缺氧和血红素代谢评分降低。这些结果说明CRI伴随免疫应答和细胞周期调控的系统性改变。

**2.3 共表达网络分析**：WGCNA鉴定出10个模块符合CRI相关优先标准，其中8个模块正相关，2个负相关。正相关模块显著富集于创伤应答负调控（GO:0035890）和补体/凝血级联（hsa04610），负相关模块提示细胞外基质受体相互作用等可能相关。模块内连接性和样本水平表达分析将KDM4C（黄色模块）和PARPBP（蓝色模块）优先为探索性高连接性候选。留一法分析显示，PARPBP所在模块在95.5%迭代中同时保留连接性和模块相关标准，而KDM4C所在黄色模块的CRI相关性更易受个别样本影响，说明PARPBP的稳定性更高。

**2.4 差异表达分析**：在名义p<0.05且|线性倍数变化|>1.5的探索性标准下，鉴定了1842个差异探针，其中CRI组585个上调、1257个下调。下调基因映射到333个独特Entrez基因，显著富集于核糖体（hsa03010）、剪接体（hsa03040）和氧化磷酸化（hsa00190）通路；上调基因则提示创伤应答负调控等过程的富集。尽管无单个探针通过FDR校正，但这些方向特异性富集为功能解释提供了支持。

**2.5 整合的CRI转录组谱**：综合上述分析，CRI组外周血呈现连贯的转录组特征：干扰素和细胞周期基因集正富集；血红素代谢、蛋白分泌、缺氧基因集负富集；血管生成和外源物代谢评分降低；核糖体、剪接体和氧化磷酸化相关转录本下调；共表达网络还涉及创伤应答负调控和补体/凝血过程。这些互补方法的一致性支持CRI伴随系统性分子反应的结论，但单个探针和候选基因仍需验证。

**讨论与结论**：研究讨论了干扰素富集的可能机制，包括辐射诱导DNA损伤激活cGAS-STING通路；E2F富集反映循环细胞周期或检查点状态；创伤应答和补体/凝血改变与组织损伤的全身联系一致。差异表达以下调为主，提示生物合成、RNA加工和线粒体能量代谢相关转录本减少，但氧化磷酸化在不同分析中方向不同，需谨慎解释。KDM4C和PARPBP因参与DNA损伤修复和重组具有生物学合理性，但均为探索性结果。局限性包括样本量小、横断面设计、CRI组采样时间偏晚、缺乏详细皮肤剂量参数及严重度变异有限。研究人员得出结论：该研究确定了与临床可见CRI相关的外周血转录组谱，扩展了对CRI分子特征的认识，并为评估可重复性、时间动态和潜在诊断预测价值提供了候选通路和基因，未来需通过纵向采样、精细剂量学、细胞分群和独立验证来区分CRI相关差异与治疗时间及累积暴露效应。