闪光放疗(FLASH放疗)是一种以超高剂量率(＞40 Gy/s)照射为主要特征的放疗技术.临床前研究表明,FLASH放疗能显著减轻辐射对正常组织的损伤,同时保持对肿瘤的杀伤能力,从"剂量率"维度上拓宽放疗适用范围,因此被认为是未来具有颠覆性的放疗技术.然而,FLASH放疗的生物学机制尚不清楚,且临床转化应用面临多方面的技术挑战.本文尝试从近年新兴的免疫和代谢角度探讨FLASH放疗的生物学效应机制,梳理临床前研究和应用现状并总结当前发展面临的挑战,旨在为其未来的临床转化提供参考和启示.

超高剂量率（FLASH）放疗是一种新型的放疗技术，其已成为近6年放疗领域备受关注的新兴革命性技术之一。FLASH放疗具有很好的正常组织保护效应且不影响肿瘤的放疗效果。同时，FLASH放疗的射线曝光时间极短，可消除器官或肿瘤运动对治疗精确度的影响，提升治疗的精准度和患者的舒适度，有可能彻底改变恶性肿瘤治疗的现状。目前，FLASH放疗对正常组织保护效应的内在机制尚不清楚。笔者从正常组织保护效应和肿瘤治疗效果两个方面归纳总结FLASH放疗的研究进展，概括了FLASH放疗对正常组织保护效应的可能的生物学机制，为FLASH放疗的进一步研究提供参考。

目的:探究超高剂量率照射(FLASH-RT)和常规照射(CONV-RT)对胶质瘤小鼠血浆代谢物的影响。方法:胶质瘤模型雄性C57BL/6J小鼠21只，按随机数表法分成健康对照组(3只)、CONV-RT组(9只)和FLASH-RT组(9只)。CONV-RT组以0.4 Gy/s的剂量率对小鼠头部进行单次24 Gy照射，FLASH-RT组以60 Gy/s的剂量率对小鼠头部进行单次24 Gy照射，健康对照组以相同条件给予0 Gy假照射。两照射组照射后1、3、7 d分别收集小鼠眼内眦静脉血并分离血浆。健康对照组于假照射后7 d收集小鼠眼内眦静脉血并分离血浆。采取基于液相色谱质谱串联平台的非靶向代谢组学方法检测胶质瘤小鼠血浆代谢物的变化。结果:胶质瘤小鼠受不同方式照射后，血浆中代谢物均发生显著变化。FLASH-RT组和CONV-RT组3个时间点分别与健康对照组相比筛选出12和5种差异代谢物，照后1 d血浆代谢物差异最大，照后3和7 d血浆代谢物差异减小。FLASH-RT组筛选出的花生四烯酸与异戊酸也存在于CONV-RT组中，其余10种差异代谢物仅存在FLASH-RT组，主要涉及能量代谢和氧化还原反应。FLASH-RT与CONV-RT组均涉及花生四烯酸代谢、不饱和脂肪酸的生物合成和酪氨酸代谢途径。结论:花生四烯酸与异戊酸有可能成为不同辐射方式共有的敏感标记物，为探索FLASH-RT治疗胶质瘤的分子机制提供思路。

目的:通过生物信息学方法对基因表达综合(GEO)数据库中超高剂量率(FLASH)放疗的数据进行分析，寻找参与调控急性T淋巴细胞白血病FLASH放疗敏感性的枢纽(Hub)基因。方法:从GEO数据库中下载和提取接受FLASH放疗恶性肿瘤基因表达谱芯片数据，采用R软件进行差异基因的筛选，并对这些基因进行生物学功能、信号传导通路等分析。通过STRING在线软件分析差异基因的蛋白质相互作用(PPI) 网络，Cytoscape插件筛选Hub基因。最后，应用肿瘤基因组图谱(TCGA)和GTEx数据库验证Hub基因在急性T淋巴细胞白血病中的表达情况。结果:自GEO数据库中获得GSE100718芯片数据，共有12 800个基因与急性T淋巴细胞白血病放疗敏感性相关。选择表达量显著改变的61个基因进行进一步分析，这些基因参与代谢、应激反应、免疫应答等生物学过程。主要涉及氧化磷酸化、未折叠蛋白应答、脂质代谢等信号转导通路。通过PPI分析筛选出的Hub基因及后续验证表明HSPA5及SCD参与调控FLASH放疗敏感性，且在合并TRD/LMO2融合基因的急性T淋巴细胞白血病中显著高表达。结论:通过生物信息学分析可以有效筛选出调控FLASH放疗敏感性的Hub基因，基因表达谱可用于指导肿瘤患者分层以实现精准放疗。

目的:探讨改造常规医用加速器实现超高剂量率放疗（Flash-RT）的可行性，了解改造后Flash-RT射线束的物理性能。方法:改造Varian 23CX医用加速器，使设备在等中心处的电子线辐射平均剂量率不小于40 Gy/s。设计相关物理测量方案对不同源皮距条件下的实际辐射剂量率、改造后射线束的百分深度剂量（PDD）曲线和离轴剂量分布等参数进行测量。结果:使用HD-V2型胶片测量改造后9 MeV电子线的平均剂量率，出束设定时间为3、6 s一组的平均剂量率分别为97.9、99.27 Gy/s；在源皮距（SSD）为100、80、60 cm时，平均剂量率分别为99.3、168、297.5 Gy/s；改造后9 MeV射束PDD曲线的 R100、 R50分别为水下2.2、3.87 cm，电子射程 Rp为4.58 cm，模体表面最大可几能量 Ep，0为9.28 MeV，这些参数值均略高于常规9 MeV射束，表现为表面剂量略增加，高剂量坪区相对变宽；射野离轴剂量分布总体呈现中心轴最高，随离轴距离增加剂量逐渐下降的特点，在20 cm×20 cm，SSD为100 cm射野条件下，横向和径向离轴剂量分布曲线的半峰宽分别为16.6 cm和16.4 cm。 结论:改造后的常规医用加速器，射线束在等中心处的平均剂量率达到Flash-RT要求，在SSD为60 cm条件下平均剂量率远高于开展Flash-RT所需的至少40 Gy/s的要求。

目的:通过实验探究人工金刚石探测器用于Flash照射剂量测量的可行性。方法:采用CIVIDEC? B1HV金刚石探头，设计了基于预积分方法的大动态范围电流测量电路，研制了一款实时输出脉冲电流的金刚石探测器样机，分别在电子束和X射线超高剂量率照射下测试其剂量和剂量率响应，并使用医用加速器对该金刚石探测器进行剂量标定。结果:电子束0.08 ~ 0.50 Gy/pulse范围内探测器输出积分电荷与参考脉冲剂量呈现较好的线性相关( R2 ＝ 0.99)，在电子束超高平均剂量率(400 Gy/s)和常规平均剂量率(0.3 Gy/s)照射模式下，剂量线性响应较好( R2 ＝ 0.99)，在X射线超高平均剂量率(75.5 Gy/s)和常规平均剂量率(0.5 Gy/s)照射模式下探测器输出积分电荷和参考剂量达到严格线性相关( R2 ＝ 1)，获得电荷(电流)－剂量(率)实用转换系数0.751 7 μC/Gy和0.753 5 μA·Gy·s －1。 结论:该金刚石探测器在电子和X射线超高剂量率束流照射下均体现了较好的剂量线性响应，能够为Flash预临床实验提供较快速、准确的剂量监测，有潜力用于未来Flash放疗质量控制。

目的:对比分析超高剂量率(FLASH)和常规剂量率电子线照射在诱导DNA链断裂损伤中的作用，探讨FLASH效应是否与照射诱导的DNA链断裂损伤减少有关。方法:在生理氧含量(4%)和空气氧含量(21%)条件下，对置于超纯水的pBR322质粒DNA分别实施FLASH(125 Gy/s)和常规(0.05 Gy/s)照射。通过琼脂糖凝胶电泳实验检测开环带DNA和线性带DNA发生情况。进一步应用自由基清除剂Samwirin A(SW)清除电离辐射产生的自由基，分析清除自由基对开环带DNA和线性带DNA形成的影响。最后，量化质粒DNA损伤并采用数学模型计算FLASH照射后产生开环带DNA和线性带DNA的相对生物效应(RBE)。结果:生理氧含量下，FLASH和常规照射所诱导DNA链断裂损伤呈现出剂量依赖性。其中，超纯水中，FLASH照射诱导的线性带DNA生成率较常规照射显著降低( t＝5.28、5.79、7.01、7.66, P<0.05)。采用SW预处理后，FLASH和常规照射后质粒DNA链断裂损伤差异无统计学意义( P>0.05)。当氧含量为21%时，FLASH照射与常规照射导致DNA损伤效应无差别，且均较生理氧含量时明显增加。此外，FLASH照射每Gy诱导线性带DNA和开环带DNA的损伤速率分别为常规照射的(2.78±0.03)和(1.85±0.17)倍。 结论:FLASH照射较常规照射减轻正常组织放射损伤主要与电离辐射后自由基产生有关，FLASH效应受氧含量的影响。

目的:研究与常规剂量率照射相比，超高剂量率（FLASH）照射是否可降低小鼠肠道的辐射损伤。方法:FLASH照射和常规剂量率照射均使用电子线，剂量率分别为750 Gy/s和0.5 Gy/s。105只小鼠采用简单随机化法随机分组。取21只进行体重观察比较，每组7只，用9 Gy FLASH和常规剂量率照射小鼠全腹后，隔日测小鼠体重，与对照组进行三组间比较。取24只进行病理检查，对照组小鼠5只，用12 Gy FLASH（10只）和常规剂量率（9只）照射小鼠全腹后3.5 d，取小鼠肠道做病理切片，HE染色后比较两组小鼠每毫米小肠的再生隐窝数与再生隐窝百分比。另取20只，每组10只，分别用FLASH和常规剂量率照射小鼠全腹后，观察记录小鼠生存情况。各组10只小鼠，进行分次照射观察体重，其中FLASH照射为4.5 Gy×2次，常规剂量率照射为9 Gy×1次。再各取10只小鼠，进行进行分次照射观察生存情况，其中FLASH照射为6 Gy×2次，常规剂量率照射为12 Gy×1次。两次照射间隔1 min。使用EBT3胶片监测FLASH和常规剂量率照射小鼠实际受照射剂量。符合正态分布的变量，以 xˉ±s表示，组间比较采用独立样本 t检验。使用log-rank法比较小鼠生存期组间差异。 结果:经9 Gy全腹照射后，FLASH组小鼠的体重显著高于常规剂量率组，FLASH组和常规剂量率组小鼠照射后7 d，体重分别为（19.8±0.8）g和（18.0±1.8）g（ P=0.036），照射后15 d，体重分别为（22.0±1.0）g和（21.2±0.5）g（ P=0.075），照射后第25 d，体重分别为（24.2±1.4）g和（22.0±1.2）g（ P=0.012）。经12 Gy全腹照射后，FLASH组和常规剂量率组小鼠的平均生存时间分别为4 d和4.7 d（ P=0.029）。经12 Gy全腹照射后，FLASH组和常规剂量率组小鼠肠再生隐窝平均数目为2.9∶1.2个/mm（ P=0.041），肠再生隐窝百分比为34.1%∶14.1%。经6 Gy×2次FLASH照射的小鼠生存期长于经12 Gy×1次常规剂量率照射者，经4.5 Gy×2次FLASH照射后，小鼠体重高于经9 Gy×1次常规剂量率照射者。 结论:FLASH照射后小鼠体重、生存和肠再生隐窝数均高于常规剂量率照射，提示FLASH照射的肠道损伤低于常规剂量率照射。

目的:评估Gafchromic HD-V2胶片在改造常规直线加速器超高剂量率电子线射束中剂量测量的适用性，及其能量和剂量率响应特性。方法:使用HD-V2胶片测定改造常规直线加速器电子线的平均剂量率，测量的结果与改进型Markus平板电离室、丙氨酸剂量计进行比较，并使用HD-V2胶片进行初步物理特性测量。利用直线加速器上不同能量射线（6 MV X线和9、16 MeV电子线），剂量范围10~300 Gy，研究HD-V2胶片的能量响应。同时利用直线加速器剂量率（0.03、0.06、0.1 Gy/s）及改造机超高剂量率（范围100~200 Gy/s）射束，研究HD-V2胶片的剂量率响应。结果:使用HD-V2胶片测量改造后电子线在源皮距（SSD）100 cm处平均剂量率约为121 Gy/s，与改进型Markus平板电离室、丙氨酸剂量计测量结果一致。改造后超高剂量率射束百分深度剂量（PDD）曲线参数与常规9 MeV电子线相近，离轴剂量分布总体呈现中心轴最高，随离轴距离增加，剂量逐渐下降的特点。对于不同能量6 MV X线和9、16 MeV电子线，剂量范围20~300 Gy，HD-V2胶片无显示能量响应。在常规剂量率（0.03、0.06、0.1 Gy/s）条件下HD-V2胶片无明显剂量率响应，在超高剂量率范围100~200 Gy/s条件下，改造机出束时间与HD-V2胶片测量的剂量之间呈线性关系，无明显剂量率响应。结论:本研究结果表明HD-V2胶片适用于改造常规直线加速器超高剂量率射束的剂量测量，且无明显能量及剂量率响应。

目的:改进一套临床碳离子治疗系统的束流配送方式，并测试其性能，以满足使用碳离子束进行FLASH细胞及动物实验的条件。方法:使用碳离子治疗系统的垂直束，通过缩短同步加速器束流引出时间提高流强的方法，来获取超高剂量率。将高流强的束流在深度方向采用脊形过滤器展宽，横向使用点扫描技术扩展，可形成细胞学实验和动物实验所需的射野。测量射野平坦度、半影、吸收剂量、平均剂量率等，以验证束流性能是否满足要求。结果:深度方向展宽的Bragg峰和设计一致，横向剂量曲线测量得到的射野平坦度和半影等参数满足实验要求。扩展后在20 mm×20 mm×10 mm的靶体积内，射野吸收剂量达到8 Gy，射野平均剂量率>60 Gy/s，最大可以达到100 Gy/s；30 mm×30 mm×10 mm靶体积内，射野吸收剂量为4 Gy，部分能量的射野平均剂量率>40 Gy/s，实验中可选择剂量率适合的能量进行照射。结论:经过对束流配送方法的改进，已经能够在同步加速器上实现碳离子FLASH细胞学实验的条件，通过对加速器的改进实现加速粒子数倍增后，剂量率和剂量都可以达到目前文献报道的FLASH动物实验条件。