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.

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: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。

目的:对比分析超高剂量率(FLASH)照射和常规剂量率照射后斑马鱼胚胎的放射损伤及其产生的生物学机制。方法:以受精后4 h的斑马鱼胚胎为研究对象，分别实施常规剂量率照射和FLASH照射(9 MeV电子线)，统计射线暴露后斑马鱼的死亡率和孵化率。对照射后96 h的幼鱼形态评分，检测活性氧(ROS)含量，分析幼鱼体内氧化应激相关指标的变化。结果:尽管2～12 Gy电子束照射对斑马鱼胚胎死亡率及孵化率无显著作用，但单次大剂量照射(≥6 Gy)可导致幼鱼发育畸形，以常规照射最为明显( t＝0.87～9.75， P<0.05)。FLASH照射(≥6 Gy)后，斑马鱼体内ROS及氧化应激相关指标超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)较常规照射显著降低( t＝0.42～15.19， P<0.05)。常规照射和FLASH照射后孵育液内ROS含量差异无统计学意义( P>0.05)。 结论:FLASH照射后斑马鱼胚胎的放射损伤较常规照射明显减轻，呈现出剂量依赖性。两种照射模式后斑马鱼氧化应激水平存在差异，这可能是FLASH照射放射损伤较轻的重要因素。

目的:对比分析超高剂量率(FLASH)照射和常规剂量率照射后水分子电离的辐射化学效应。方法:以超纯水为研究对象，分别实施常规照射和FLASH照射，采用电子顺磁共振法检测均相阶段的羟基自由基生成量，荧光探针法分析扩散期过氧化氢(H 2O 2)产量。构建脂质体常规照射和FLASH照射模型，分析水分子辐射化学效应诱发脂质过氧化情况。 结果:照射可诱导水分子电离发生化学反应。其中，均相阶段，FLASH照射产生羟基自由基的水平与常规照射无明显差异( P>0.05)。扩散期，FLASH照射产生H 2O 2的水平明显低于常规照射( t＝0.49~12.81， P<0.05)。构建脂质体模型证实，常规照射通过水分子辐射化学效应诱导脂质氧化应激较FLASH照射显著( t＝0.31~11.73， P<0.05)。 结论:FLASH照射后水分子的辐射化学效应明显弱于常规照射，这可能是FLASH效应的机制之一。

FLASH放疗是一种在超高剂量率下进行的，具有与传统剂量率照射相似的肿瘤控制效果，并且减少正常组织和器官损伤的超快速放疗手段。由于其独特的放射生物学优势，FLASH放疗正受到学术界和工业界越来越多的关注，成为了当前放疗领域的前沿热点。结合质子治疗在布拉格峰上的剂量学优势和在三维方向上剂量的高度可控性，以及对细胞组织相对更高的穿透性，使得FLASH在质子治疗中的应用具备了更高的临床价值和更深远的意义。本文总结了目前已开展的质子FLASH照射实验，以及相关细胞和动物实验模型、实验条件和实验结果。同时，也探讨了质子FLASH效应可能的生物学机制，分析了质子FLASH放疗目前面临的挑战，并对其潜在的临床应用进行了展望。

目的:研究超高剂量率照射(FLASH-RT)和常规照射(CONV-RT)对小鼠肝脏基因表达谱的影响，为揭示FLASH-RT的潜在作用机制提供理论依据。方法:将11只C57BL/6J雄性小鼠，按照随机数字法分为健康对照组(Ctrl组)、常规照射组(CONV-RT组)和超高剂量率照射组(FLASH-RT组)。CONV-RT组和FLASH-RT组采用相应的方式对小鼠进行腹部照射，剂量均为12 Gy，照后将小鼠脱颈处死，分别收集肝脏组织，提取总RNA。通过转录组测序技术和生物信息学分析方法，探究小鼠受照后肝脏组织基因表达谱变化。利用实时定量PCR法对3个基因(Stat1、Irf9和Rela)表达水平进行验证分析。结果:FLASH-RT组与CONV-RT组之间共发现1 762个差异表达基因(DEGs)，其中上调基因660个，下调基因1 102个；FLASH-RT组与Ctrl组之间共发现1 918个差异表达基因，其中上调基因728个，下调基因1 190个；CONV-RT组与Ctrl组之间共发现1 569个差异表达基因，其中上调基因1 046个，下调基因523个。基因本体论(GO)分析显示，FLASH-RT组与CONV-RT组中的DEGs主要涉及对病毒的防御反应、细胞组分中的其他生物和分子功能中的腺苷转移酶活性等功能，FLASH-RT组与Ctrl组中的DEGs主要涉及对其他生物的防御反应、内质网伴侣复合物和双链RNA结合等功能。京都基因与基因组百科数据库(KEGG)分析显示，FLASH-RT组与CONV-RT组之间小鼠肝脏组织差异基因涉及甲型流感病毒及单纯疱疹病毒感染等多种通路，FLASH-RT组与Ctrl组之间小鼠肝脏组织差异基因涉及甲型流感病毒及NOD样受体信号通路等多种KEGG通路。实时定量PCR结果表明，FLASH-RT处理后，Stat1、Irf9和Rela mRNAs的表达水平显著升高( t＝6.62、2.11、1.67， P<0.05)。 结论:FLASH-RT和CONV-RT可引起小鼠肝脏组织中基因表达谱的改变，这些DEGs涉及多种放射生物学相关的功能通路，而FLASH-RT可以降低辐射引起的肝损伤，其机制可能与组织缺氧引起辐射抵抗有关。