放射生物学(Radiobiology)放射生物学研究的是放射对生物体作用及其效应规律的一-门学科。
1.正常组织对放射性的反应2.肿瘤对放射性的反应正常组织对放射的反应最小耐受量(TD5/5)一定的剂量-分割模式照射后5年内严重放射并发症发生率不超过5%的剂量最大耐受量(TD50/5)一定的剂量-分割模式照射后5年内严重放射并发症发生率不超过50%的剂量肿瘤放射治疗的两大基本原则1.最大程度地杀灭肿瘤2.最大程度地保护正常组织正常组织与肿瘤组织分次照射后的差别二、分次放疗的生物学基础(4R理论)在引起相同正常组织损伤时，多数时候分割照射的肿瘤局控要优于单次照射分割放射的生物学基础一4R理论(1975由Withers提出)放射损伤的修复(Repair of radiation damage)细胞周期的再分布(Redistribution within the cell cycle)乏氧细胞的再氧合(Reoxygenation)再群体化(Repopulation)（一）细胞放射损伤的修复1.亚致死损伤(sublethal damage)指受照射以后，细胞的部分靶内所累积的电离事件，通常指DNA单链断裂。
亚致死损伤是一种可修复的放射损伤。
亚致死损伤的修复：指假如将某一给定单次照射剂量，分成间隔一定时间的两次时所观察到的存活细胞增加的现象。
1959年EIkind发现，当细胞受照射产生亚致死损伤而保持修复能力时，细胞能在3小时内完成这种修复，将其称之为亚致死损伤修复。
影响亚致死损伤的修复的因素：1.放射线的质低LET辐射细胞有亚致死损伤和亚致死损伤的修复，高LET辐射细胞没有亚致死损伤因此也没有亚致死损伤的修复2.细胞的氧合状态处于慢性乏氧环境的细胞比氧合状态好的细胞对亚致死损伤的修复能力差3.细胞群的增殖状态未增殖的细胞几乎没有亚致死损伤的修复临床意义：细胞亚致死损伤的修复速率一般为30分钟到数小时常用亚致死损伤半修复时间(T1/2) 来表示不同组织亚致死损伤的修复特性在临床非常规分割照射过程中，两次照射之间间隔时间应大于6小时，以利于亚致死损伤完全修复2.潜在致死损伤(potential lethal damage)正常状态下应当在照射后死亡的细胞，在照射后置于适当条件下由于损伤的修复又可存活的现象。
若得不到适宜的环境和条件则将转变为不可逆的损伤使细胞最终丧失分裂能力。
潜在致死损伤修复指照射以后改变细胞的环境条件，因潜在致死损伤的修复或表达而影响给定剂量照射后细胞存活比例的现象。
此种修复对临床放疗很重要，某些放射耐受的肿瘤可能与它们的潜在致死损伤修复能力有关:放射敏感的肿瘤潜在致死损伤修复不充分，而放射耐受肿瘤具有较充分的潜在致死损伤修复机制。
3.致死损伤(lethal damage)受照射后细胞完全丧失了分裂繁殖能力，是一种不可修复的，不可逆和不能弥补的损伤。
（二）细胞周期再分布分次放射治疗中存在着处于相对放射抗拒时相（G1/S）的细胞向放射敏感时相（G2/M）移动的再分布现象，这有助于提高放射线对肿瘤细胞的杀伤效果。
早期反应的肿瘤和正常组织都具有这一“自身增敏”效应，晚反应组织不具备这一特征。
意义:1.如果未能进行有效的细胞周期再分布，则可能成为放射抗拒的机制之一;2.细胞周期再分布提高了晚反应正常组织与肿瘤的治疗差异。
（三）乏氧细胞的再氧合氧效应:氧在放射线和生物体相互作用中所起的影响。
氧增强比(OER)=无氧状态产生一定生物效应的剂量/有氧状态产生相同生物效应的剂量如果用大剂量单次照射肿瘤，肿瘤内大多数放射敏感的氧合好的细胞将被杀死，剩下的那些活细胞是乏氧的，这时的乏氧分数将会接近100%，然后逐渐下降并接近初始值，这种现象称为再氧合。
,临床意义：分次照射有利于乏氧细胞的再氧合，临床上采用分次放疗的方法使其不断氧合并逐步杀灭。
（四）再群体化照射或使用细胞毒性药物以后，可启动肿瘤内存活的克隆源细胞，使之比照射或用药以前分裂得更快，这称之为加速再群体化。
经典放射生物学理念:疗程结束时肿瘤干细胞是否得到有效杀灭是决定肿瘤长期控制的关键。
放射治疗期间存活肿瘤干细胞的再群体化是造成早反应组织、晚反应组织及肿瘤之间效应差别的重要因素之一。
在常规分割放疗期间，肿瘤及大部分早反应组织有一定程度的快速再群体化。
而晚反应组织一般认为疗程中不发生再群体化。
如果疗程太长，疗程后期的分次剂量效应将由于肿瘤内存活干细胞已被启动进入快速再群体化而受到损害。
尽量避免无谓的治疗中断或延长总治疗时间，已有文献报道证实延长总疗程或中断治疗可导致肿瘤复发率增加;如急性反应重，治疗期间必须有一个间断时，应尽量短;治疗前生长速度很快的肿瘤(增殖周期短)最好采取加速分割治疗;非医疗原因造成的治疗中断应采取措施补充剂量。
分次照射4R原理小结分次照射给正常组织更好的修复亚致死损伤的时间;分次照射期间细胞周期时相再分布对肿瘤组织有增敏作用;分次照射期间乏氧细胞再氧合，使得肿瘤对射线更敏感;放疗中肿瘤的加速再群体化能力，使得放疗的时间不做不必要的延长。
三、肿瘤放射增敏临床常见策略（一）选择合适放射源:高LET射线理想的剂量分布：从一个方向的入射线能在肿瘤深度达到高剂量，而肿瘤前后的正常组织剂量较低:质子能杀灭乏氧细胞：氧增强比(OER)要小能杀灭非增殖期(Go)细胞：对增殖周期中各期相细胞的放射敏感性差异小高LET射线生物学特点：RBE随LET的增加而增加高LET射线照射后，细胞存活曲线为指数性，基本为直接致死损伤LET与氧效应: LET越大，OER越小，氧的影响越小LET与细胞周期: LET增加，各期细胞的敏感性基本无差别质子放射治疗优势质子穿透性强，在能量变化过程中可形成“布拉格峰”，对肿瘤产生强大的杀灭效应，同时又对周围正常组织损伤较小;（二）药物增敏:化疗药、靶向药物及免疫药物1.化疗药物增敏机制：抑制放射损伤的修复，如顺铂、VP16等;化疗可增加不活跃的细胞周期时相向活跃的细胞周期时相转移:化疗药物对S期细胞有效，而S期细胞对放射抗拒;放疗后肿瘤再群体化增加，化疗药物可减缓再群体化过程。
1.拓扑异构酶抑制剂: VP16,主要用于肺癌2.铂类:顺铂、卡铂等，用于肺癌、鼻咽癌等3.紫杉醇类药物:紫杉醇、多西紫杉醇等，用于肺癌、乳腺癌等2. 靶向药物增敏(靶向EGFR的抗体)局部晚期头颈鳞癌，放疗联合西妥昔单抗治疗可以提高总生存，中位生存期从29月延长到49月3.免疫治疗放疗联合免疫治疗的远隔效应远隔效应(the abscopal effect): 局部放射治疗可以消灭或缩小远处转移部位(非放射部位)的肿瘤。
放疗联合免疫的作用机制放疗促进肿瘤抗原释放,增加肿瘤细胞的免疫原性放疗促进肿瘤抗原递呈放疗促进CD8*T细胞迁移浸润放疗激活炎性细胞，促发炎性因子释放-致放疗远位效应四、临床放射生物学模型及检测方法一、体外模型1.细胞周期的再分布(redistribution)●细胞处于S期(特别是晚S期)对放疗最抗拒(同源重组修复);●细胞处于有丝分裂期或接近有丝分裂期(G2和M期)对放疗最敏感。
2.细胞周期G2/M检测点(p-Histone H3 staining)Histone H3丝氨酸磷酸化是M期发生的特异分子事件。
当细胞周期从G2期转换到M期时，染色质上的Histone H3 Ser10发生磷酸化，在后期快速的去磷酸化。
3. DNA损伤检测(彗星实验、γ-H2AX焦点)彗星实验(Comet assay):也被称为单细胞凝胶电泳实验(Single cell gel electrophoresis),是一种在单细胞水平上检测DNA损伤的技术。
当DNA受损后，断裂的碎片进入到凝胶中，在电场的作用下，DNA碎片离开原位向阳极迁移形成彗尾。
DNA损伤越重，断裂越多，彗星尾矩也越长。
γ-H2AX焦点:细胞中发生DSB时，H2AX被ATM迅速磷酸化为yH2AX并形成可以在荧光显微镜下清楚可辨的焦点，是反映DNA双链断裂的特异性指标。
4. DNA修复检测(Rad51焦点)Rad51焦点: DNA DSB时，可发生DNA双链断裂修复，主要有同源重组修复(HRR)和非同源末端连接(NHEJ)，其中Rad51是同源重组的关键蛋白，可调控同源姐妹染色单体的侵入，其焦点的形成是反映DNA双链断裂时HR的重要指标。
,5.细胞克隆存活曲线(多靶单击模型、线性二次模型)是用来定量描述放射线照射剂与细胞存活比之间的关系。
以剂为横坐标，存活率为纵坐标。
放射生物学定义:鉴定细胞存活的唯一标准是细胞是不是保留无限增殖的能力。
即所分析的是克隆源细胞(>50个细胞的克隆)的增殖活性而不是受照射群体中任意细胞的功能活性。
增殖性死亡:细胞受照射后形态完整无损，具有生理功能，有能力制造蛋白质或合成DNA,甚至于还能通过一次或几次有丝分裂;但它已失去了无限分裂和产生子代的能力。
(后遗效应:放疗结束后肿瘤继续缩小;临床治愈:带瘤生存)二、体内模型:动物实验1.比较各种因素对放射敏感性的影响:注意设置对照组，以明确放射效应2.探索潜在放射增敏剂的效果:要有单独药物处理组，最好对细胞生长无显著影响的情况下有放射增敏效应。
动物实验是临床前研究，对研究放射生物学是必不可少的一环，也是临床试验前的必经阶段第七讲临床放射物理学基础-1一、射线与物质的作用辐射在物理学上指的是能量以波或是次原子粒子移动的型态，在真空或介质中传送。
●电磁波:微波、可见光、X射线、γ射线(γ)●粒子辐射: α射线(a) 、β射线(β) 、中子辐射●声辐射:超声波、●引力波直接电离辐射--电子与物质相互作用电子进入物质中时，与物质原子的轨道电子或原子核发生弹性碰撞和非弹性碰撞1.弹性碰撞中，电子的方向发生改变，但没有能量损失2.非弹性碰撞中，电子发生方向改变，也损失部分动能非弹性碰撞：b:入射电子与原子核的距离a:原子半径●Soft collision软碰撞: b>>a,与原子发生相互作用，损失较少的动能(few %)●Hard collision硬碰撞: b=a, 与轨道电子发生相互作用，损失较多动能(up to 50%)●Radiation collision辐射: b<<a，与原子核发生相互作用，以韧致辐射形式产生光子(能量为0~入射动能)Stopping Power阻止本领线性阻止本领(S) : Linear stopping power●入射电子与物质的非弹性碰撞造成的能量损失由总线性阻止本领表示Sou ;●S代表了入射电子动能在每单位路径x上的能量损失ExScot=dEx/dX单位: Mev/cm治疗用电子束在水中的能量损失大约为2Mev/cm质量阻止本领(S/p) : Mass stopping power对于重带电粒子(α粒子、质子、士π介子)，辐射损失可以忽略，主要是碰撞损失对于轻带电粒子(正负电子)，碰撞+辐射带电粒子能量小于10Mev时,碰撞损失占主要地位。