背景:随着对太空探索的不断深入,航天员空间任务工作周期将越来越长,这也必然会使他们遭受到更多剂量率的空间粒子辐射。已有报道空间粒子辐射累积会导致机体损伤,甚至诱发癌症。因此如何有效降低空间粒子辐射对航天员的损伤危害,保障他们空间作业的安全性,已经成为航天事业推进需要解决的关键问题。近年来深度测序技术发展迅速,产生了大量的数据资源,设计合理的生物信息学的分析策略对空间辐射状态下得到的数据进行深度挖掘,将为解决与空间环境相关的生物分子机制研究提供新的思路。目的:课题致力于从系统层次上、多个维度的探究在总剂量相同的照射条件下,不同辐照方式对于细胞恶性转化程度影响的差异,筛选鉴定出诱导细胞恶性转化的驱动基因,探索其对于细胞恶性转化的调控作用,从而为空间辐射致癌机理的阐释和基于生物标志物的肿瘤风险评估提供一定的理论依据。方法:本课题主要从四个方面进行研究。（1）辐照方式特异的网络构建与网络差异分析。基于加权基因共表达网络分析将转录组数据转化为拓扑重叠矩阵,并结合STRING数据库的蛋白质相互作用对,分别构建单次高剂量辐照和多次低剂量辐照蛋白质相互作用（PPI）网络。从网络整体相似性、拓扑结构以及生物学功能等方面,对两个PPI辐照网络进行全面比较。按照网络规模相近的原则,保留单次辐照网络中边权重值大于0.4的边和点及多次辐照网络中边权重值大于0.45的边和点,构建单多次辐照核心网络。（2）社群模块划分比较。应用Girvan-Newman（GN）和Label Propagation Algorithm（LPA）算法对两个辐照核心网络进行社群模块划分,通过比较模块间拓扑结构和生物学功能差异,鉴定出核心网络关键模块。（3）辐照相关基因的筛选。对核心网络关键模块进行功能富集分析,确定多次低剂量辐照相关的重要通路。通过qRT-PCR实验验证通路内众多基因的表达水平,结合多次关键模块内基因的RNs指标,筛选与肿瘤进展相关的多次辐照关键基因。最后对筛选得到的辐照关键基因进行初步的生物信息学验证。（4）关键基因的功能验证。通过qRT-PCR、Western blot、细胞免疫荧光,组织芯片免疫组化等实验验证关键基因在人肺上皮细胞BEAS-2B和肺腺癌患者样本中的表达情况;细胞划痕、Transwell侵袭实验探究关键基因对于细胞迁移、侵袭能力的影响。结果:（1）单多次辐照PPI网络整体差异不显著,但功能富集分析结果显示多次低剂量辐照后基因更显著地富集在ECM-受体相互作用等肿瘤转移相关通路。与TCGA数据库肺腺癌数据对比发现,多次低剂量辐照后基因与正常样本的基因表达水平差异更大。（2）社群模块比较结果显示,多次辐照核心网络模块数量较少、模块规模大,多次辐照核心网络关键模块显著富集到ECM-受体相互作用通路。（3）qRT-PCR实验验证了 ECM-受体相互作用通路中胶原蛋白家族、层粘连蛋白家族等基因的表达情况,发现COL1A1基因的表达水平变化最显著。多次辐照关键模块RNs指标显示,ECM-受体相互作用通路的众多基因中COL1A1排名第一,最终认定COL1A1可能为多次辐照关键基因。（4）qRT-PCR、Western blot、细胞免疫荧光实验结果显示,COL1A1基因在肺癌细胞系Calu-1中的表达水平远高于BEAS-2B,多次低剂量辐照后BEAS-2B细胞中COL1A1的表达水平高于单次高剂量辐照,且随着传代次数的增加COL1A1的表达水平也有所提高。组织芯片免疫组化实验在临床水平验证了 COL1A1蛋白在肺腺癌患者肿瘤组织中表达水平显著高于癌旁组织。细胞划痕、Transwell侵袭实验表明敲低COL1A1基因表达水平后,细胞的迁移侵袭能力受到明显抑制。结论:（1）网络层面比较和社群模块差异分析的结果均表明,多次低剂量辐照后细胞恶性转化程度高于单次高剂量辐照。（2）与单次高剂量辐照相比,多次低剂量辐照后BEAS-2B细胞内基因的表达水平与TCGA正常样本基因的表达水平相关性更低,细胞更趋向于向肿瘤方向演化。（3）多次低剂量辐照可能引发ECM-受体相互作用这条肿瘤转移通路的激活,COL1A1作为通路关键基因可能在通路激活过程中发挥重要作用。（4）COL1A1与细胞迁移侵袭能力相关,被鉴定为多次低剂量辐照诱发恶性转化的关键基因,在细胞恶性转化过程中发挥调控作用,可能作为空间辐射致癌风险评价标志物及肺癌患者生存预后标志物。