放疗作为癌症治疗的重要手段，在提高患者生存率的同时，其引发的神经毒性副作用机制尚不明确。本研究首次在人类脑组织中系统揭示了放疗诱导的DNA甲基化（DNAme）紊乱与神经炎症的关联，填补了放疗对非肿瘤组织表观遗传影响的研究空白。研究团队收集了14例接受靶向放疗后手术患者的病灶周围脑组织（放疗后7-240个月）和12例未放疗对照样本，通过全基因组DNA甲基化测序、空间转录组技术和脑类器官模型，多维度解析放疗诱导的分子改变。

研究方法上，团队采用Illumina甲基化芯片分析全基因组甲基化模式，结合RNA测序筛选差异甲基化区域（DMRs）和差异表达基因（DEGs）。空间转录组（Visium平台）对11例放疗和5例对照样本进行空间分辨率的基因表达分析，通过STDeconvolve算法解卷积细胞类型组成。此外，利用48天龄的人脑类器官（CO）接受24Gy照射模拟放疗，在照射后1小时至4周不同时间点评估DNA损伤（γH2AX）、甲基化酶（DNMTs/TETs）表达及神经肽动态变化。单细胞RNA测序（10x Genomics）用于解析类器官中神经胶质细胞的早期转录响应。统计学分析采用主成分分析、差异甲基化/表达基因的富集分析（GSEA/GO）及受体-配体互作网络分析（CellPhoneDB）。

研究结果显示，放疗脑组织存在显著的DNA甲基化紊乱，75%的DMRs呈现低甲基化，且富集于启动子、外显子和5'UTR区域（p<0.001）。这些区域关联的基因涉及神经命运调控（如HOX家族、PAX6）和炎症通路（如补体激活）。空间转录组鉴定出19个微环境生态位，其中放疗样本的神经元生态位（Cluster 17）高表达速激肽TAC1和阿片前体PENK（表达量较对照提升2.1-3.8倍，p=0.028），并通过受体-配体分析证实其与胶质细胞的炎症信号交互。全基因组整合分析发现124个基因呈现甲基化-表达协同变化，包括神经保护因子CLU和CRYAB。类器官模型在照射后24小时即出现DNMT3A/B表达下降（40-60%，p<0.05）与TET1的持续性抑制，伴随TAC1和PENK表达上调（持续至4周，p<0.01），且与患者组织变化高度一致。免疫荧光显示DNMTs与DNA损伤标志物γH2AX共定位，提示甲基化紊乱与修复过程耦合。

这些发现揭示了放疗通过破坏DNA甲基化稳态（尤其是神经元中TET1/DNMT3A/B失调），导致神经肽（如TAC1/PENK）持续激活，进而驱动胶质细胞介导的慢性神经炎症。速激肽和阿片通路作为潜在干预靶点，为开发减轻放疗神经毒性的表观遗传调节剂提供了新方向。研究的局限性包括样本异质性（原发肿瘤类型和放疗间隔差异）及类器官模型与体内环境的差异，未来需扩大样本验证并探索甲基化酶调控的具体机制。

原始出处：

Millner TO, Panday P, Xiao Y, et al. Disruption of DNA methylation underpins the neuroinflammation induced by targeted CNS radiotherapy. Brain 2025. doi:10.1093/brain/awaf163

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