研究背景

随着载人航天任务不断拓展，航天员健康保障日益受到关注。微重力和空间辐射可引起多系统生理变化并扰动免疫稳态，但现有空间免疫研究主要聚焦细胞免疫，对体液免疫变化仍缺乏系统认识。自身抗体是体液免疫应答的重要组成部分，可反映持续性的免疫异常及潜在组织损伤。其具有样本易获取、信号稳定、适合动态监测等优势，因此系统解析自身抗体反应谱有望为空间环境相关健康风险评估、疾病监测及潜在标志物发现提供重要依据。团队自主研发的 AAgATLAS 蛋白质组芯片为大规模自身抗体组研究提供了重要技术平台。该平台具有高通量、高灵敏度、低样本消耗和良好重复性等特点，并可与自动化检测及智能化数据分析流程相结合。仅需约1–2 μL血清，即可并行检测大量抗原–抗体反应，从微量样本中获得高维度自身抗体谱信息，为系统解析复杂体液免疫变化及筛选潜在生物标志物提供技术支撑。基于此，本研究依托 AAgATLAS 蛋白质组芯片，系统描绘模拟微重力、质子辐射及联合暴露条件下小鼠 IgM/IgG 自身抗体反应图谱，并进一步评估谷氨酰胺缺乏饮食（glutamine-free diet，GFD）对相关免疫变化的潜在调节作用。

 

2026年9月，国家蛋白质科学中心（北京）于晓波、崔春萍教授团队联合哈尔滨工业大学田维明教授团队，依托旦生医学自主研发的工业化智能蛋白质组芯片技术平台，在国际蛋白质组学期刊 Molecular & Cellular Proteomics 发表题为“Autoantibody reactome profiling reveals distinct humoral immune signatures induced by simulated microgravity, radiation and combined exposure in mice”的研究论文。研究以 AAgATLAS 为核心检测平台，从自身抗体谱、功能靶抗原网络、组织分布及膳食干预等多个层面，系统解析不同空间环境应激条件下的体液免疫变化。

 

主要结果

• 建立模拟微重力、质子辐射及联合暴露小鼠模型，并利用AAgATLAS蛋白质组芯片系统绘制IgM/IgG自身抗体反应图谱；
  

研究发现，不同空间环境应激呈现具有差异性的体液免疫应答特征：微重力相关靶抗原更多涉及心血管发育与功能，质子辐射相关靶抗原主要涉及DNA损伤修复，而联合暴露相关靶抗原则更多涉及先天免疫激活与炎症调节；

筛选获得辐射、微重力及联合暴露相关的候选自身抗体标志物，并通过独立定制微阵列对部分候选信号进行了重复检测；

进一步研究发现，GFD可调节部分自身抗体反应，提示空间环境相关体液免疫变化具有潜在可调节性，并为空间环境下免疫健康干预策略的研究提供实验线索。

【实验设计】

动物分组：共纳入35只雄性C57BL/6J小鼠，随机分为7组，每组5只，包括Control、μG、1 Gy、5 Gy、μG & 1 Gy、μG + GFD及μG & 1 Gy + GFD组。

暴露方案：采用28天尾悬吊建立模拟微重力模型；1 Gy和5 Gy组接受单次全身质子辐射后常规饲养28天；联合暴露组先接受1 Gy质子辐射，恢复24h后再进行28天模拟微重力处理。

自身抗体检测与重复检测：基于含1007种自身抗原的AAgATLAS蛋白质组芯片分析血清IgM/IgG自身抗体反应，并采用含217种关键自身抗原的独立定制微阵列对部分候选信号进行重复检测。

【研究设计】

研究首先建立模拟微重力、不同剂量质子辐射及联合暴露小鼠模型，并设置谷氨酰胺缺乏饮食干预组。随后利用AAgATLAS蛋白质组芯片系统分析血清IgM/IgG自身抗体反应，比较不同空间环境应激条件下的自身抗体变化、功能富集和体液免疫特征，筛选潜在候选自身抗体标志物。进一步通过独立制备的定制微阵列开展重复检测，并分析GFD对微重力及联合暴露相关自身抗体反应的调节作用。

研究首先评估不同暴露条件下小鼠骨微结构和外周血指标的变化（图1A）。micro-CT结果显示，模拟微重力、质子辐射及联合暴露组均出现不同程度的骨量丢失和骨小梁微结构改变，表现为骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）、骨小梁厚度（Tb.Th）及骨矿物质密度（BMD）降低，而骨小梁间距（Tb.Sp）升高；GFD干预后，部分骨微结构指标向对照方向变化（图1B-C）。外周血分析进一步显示，质子辐射组白细胞（WBC）、中间细胞（MID）和粒细胞（GRAN）随辐射剂量增加而下降（图1D），提示这些模拟空间环境应激可同时伴随骨骼与造血系统变化。

图1 模拟空间环境暴露及GFD对小鼠股骨微结构与外周血参数的影响

研究利用包含1007种自身抗原的AAgATLAS蛋白质组芯片，对35只小鼠血清中的IgM和IgG自身抗体进行系统检测，共获得70490个自身抗体反应测量值，并开展差异分析、功能富集及候选自身抗体筛选（图2A）。结果显示，不同剂量质子辐射可引起明显的自身抗体谱变化。其中，Control vs 1 Gy、Control vs 5 Gy及1 Gy vs 5 Gy比较分别筛选获得20、149和367个IgM候选自身抗体，以及132、226和220个IgG候选自身抗体（图2B-C）。经多重检验校正后，1 Gy与5 Gy比较中仍有205个IgM和1个IgG自身抗体达到统计学显著性，显示不同辐射剂量可形成明显不同的体液免疫反应模式。

图2 不同剂量质子辐射条件下小鼠自身抗体反应谱变化

 

质子辐射相关自身抗体靶抗原呈现特定功能与组织分布特征

研究进一步对差异自身抗体对应的靶抗原进行功能富集和组织定位分析，以解析辐射相关体液免疫变化可能涉及的生物学过程。结果显示，IgM和IgG相关靶抗原主要富集于淋巴细胞活化与增殖、细胞因子产生以及氧化应激相关细胞死亡等过程，提示相关自身抗体变化与免疫调节及应激反应密切相关（图3A、C）。组织定位分析显示，这些差异自身抗体对应的靶抗原在脑、淋巴组织和骨骼肌相关蛋白中具有较高代表性（图3B、D），提示辐射相关体液免疫变化可能涉及多个组织系统。

图3 质子辐射相关差异自身抗体靶抗原的功能与组织分布分析

图4 质子辐射剂量相关自身抗体筛选与功能分析

研究团队进一步比较模拟微重力、质子辐射以及二者联合暴露条件下的自身抗体反应。结果显示，不同环境应激均可引起IgM和IgG自身抗体谱明显变化。其中，微重力组筛选出87个IgM和68个IgG候选自身抗体，联合暴露组筛选出104个IgM和69个IgG候选自身抗体；与单独1 Gy辐射相比，联合暴露呈现更广泛的自身抗体信号变化（图5A-F）。功能分析进一步显示，不同处理具有不同的生物学特征：微重力相关靶抗原更多涉及心血管发育和功能，质子辐射相关靶抗原主要涉及DNA损伤修复及蛋白多泛素化，而联合暴露相关靶抗原更多与先天免疫激活和炎症调节相关（图5G-H）。组织定位分析还显示，微重力相关信号更多对应脑和心脏相关蛋白，而联合暴露相关信号则更多涉及淋巴组织。上述结果表明，不同空间环境因素可形成具有差异性的体液免疫识别模式。

 

图5 模拟微重力、质子辐射及联合暴露的自身抗体谱与功能特征

 

GFD可部分调节模拟微重力相关自身抗体变化

在明确微重力、质子辐射及联合暴露具有不同体液免疫特征后，研究团队进一步关注这些免疫变化是否具有潜在可调节性。结合团队前期发现GFD可缓解微重力相关骨丢失，本研究进一步评估其对自身抗体反应的影响。结果显示，在模拟微重力条件下，GFD干预后58%的差异IgM和52%的差异IgG自身抗体信号向对照方向变化。趋势聚类进一步发现，IgM Cluster 3和IgG Cluster 5呈现较明显的恢复趋势（图6A、C），其相关靶抗原涉及细胞运动、肌动蛋白骨架调控、肾素-血管紧张素系统及水代谢调节等通路（图6B、D）。代表性候选自身抗体在GFD干预后同样呈现向对照方向变化的趋势（图6E）。这些结果提示，GFD可能对模拟微重力诱导的部分体液免疫变化具有调节作用，为后续膳食干预研究提供线索。

 

图6 GFD对模拟微重力相关自身抗体谱的调节

 

GFD在微重力联合1 Gy质子辐射条件下呈现类似调节趋势

在发现GFD能够部分调节模拟微重力相关自身抗体变化后，研究团队进一步将分析拓展至微重力联合1 Gy质子辐射条件。结果显示，GFD干预后73%的差异IgM和61%的差异IgG自身抗体信号向对照方向变化。趋势聚类分析进一步发现，IgM Cluster 6和IgG Cluster 6呈现较明显的恢复趋势（图7A、C）。功能分析显示，这些候选自身抗体对应靶抗原主要涉及免疫相关通路、细胞黏附及信号调控等过程（图7B、D）。代表性候选自身抗体在GFD干预后也表现出向对照方向变化的趋势（图7E）。结合图6结果可见，在单独模拟微重力和联合暴露条件下均观察到GFD相关的类似调节方向，为进一步探索复杂空间环境下体液免疫变化的潜在膳食干预策略提供了实验依据。

 

图7 GFD对微重力联合1 Gy质子辐射条件下自身抗体谱的调节

 

总结与展望

本研究依托团队自主研发的AAgATLAS蛋白质组芯片，系统描绘了模拟微重力、质子辐射及联合暴露条件下小鼠IgM/IgG自身抗体反应特征，揭示不同空间环境应激可形成具有条件特异性的体液免疫模式。从功能层面看，微重力相关靶抗原更多涉及心血管发育与功能，质子辐射相关靶抗原主要涉及DNA损伤修复，联合暴露相关靶抗原更多关联先天免疫激活与炎症调节。与此同时，GFD可使部分差异自身抗体信号向对照方向变化，提示相关体液免疫改变具有一定可调节性。上述结果为空间免疫研究、潜在风险标志物发现及干预策略探索提供了实验依据。

 

需要强调的是，本研究结果来自小鼠模拟实验，所识别的候选自身抗体信号及GFD相关调节效应仍需在更大样本、更接近真实空间暴露条件及人体研究中进一步验证。未来，AAgATLAS相关研究体系可进一步拓展至人体血液自身抗体大数据分析，并结合AI方法解析不同暴露条件和任务阶段的体液免疫变化规律，挖掘潜在风险标志物及关键功能网络，为航天员空间免疫监测与风险预警提供候选指标和技术储备。