超高剂量率照射减轻斑马鱼胚胎放射损伤的作用及机制研究

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。

超高剂量率照射与常规照射后胶质瘤小鼠血浆代谢物时序性特征对比分析

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。

超高剂量率照射和常规照射对小鼠肝脏辐射损伤的转录组学比较研究

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1762个差异表达基因(DEGs),其中上调基因660个,下调基因1102个;FLASH-RT组与Ctrl组之间共发现1918个差异表达基因,其中上调基因728个,下调基因1190个;CONV-RT组与Ctrl组之间共发现1569个差异表达基因,其中上调基因1046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。

超高剂量率照射诱导质粒DNA链断裂损伤的研究

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。

超高剂量率照射后水分子的辐射化学效应研究

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_(2)O_(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_(2)O_(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。