电离辐射在肿瘤放射治疗中的应用与放射生物学效应研究进展.pdf
《电离辐射在肿瘤放射治疗中的应用与放射生物学效应研究进展.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电离辐射在肿瘤放射治疗中的应用与放射生物学效应研究进展.pdf(12页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷 第期 年 月同位素J o u r n a l o f I s o t o p e sV o l N o O c t 电离辐射在肿瘤放射治疗中的应用与放射生物学效应研究进展冯亚辉,涂文玲,余道江,张舒羽,(成都医学院第二附属医院 核工业四一六医院,成都 ;国家卫健委核技术医学转化重点实验室,绵阳 )摘要:外照射放疗和核素治疗在临床治疗中广泛应用,尤其是应用于多种肿瘤的治疗.电离辐射作用于机体后,直接或间接作用于机体组织和器官的细胞分子,产生不同的生物学效应.深入研究和了解电离辐射及其生物学效应对核技术的高效应用具有重要意义.本文对电离辐射在医学中的应用及其放射生物学效应进行综述,以期为核
2、技术在医学中更广泛的应用提供参考.关键词:电离辐射;放射生物学效应;放射治疗;放射性药物中图分类号:T L 文献标志码:A文章编号:()收稿日期:;修回日期:基金项目:国家自然科学基金(,);四川省卫生健康委员会医学科技项目(P J );四川省科技创新创业苗子工程重点项目(J D R C );中核集团青年英才项目通信作者:张舒羽d o i:/t w s y o u x i a n A p p l i c a t i o no f I o n i z i n gR a d i a t i o n i nT u m o rR a d i o t h e r a p ya n dR e s e a
3、r c hP r o g r e s so fR a d i o b i o l o g i c a lE f f e c t sF E NGY a h u i,TU W e n l i n g,YUD a o j i a n g,Z HANGS h u y u,(S e c o n dA f f i l i a t e dH o s p i t a l o fC h e n g d uM e d i c a lC o l l e g e,C h i n aN a t i o n a lN u c l e a rC o r p o r a t i o n H o s p i t a l,C h
4、 e n g d u ,C h i n a;N a t i o n a lH e a l t hC o mm i s s i o nK e yL a b o r a t o r yo fN u c l e a rT e c h n o l o g yM e d i c a lT r a n s f o r m a t i o n,M i a n y a n g ,C h i n a)A b s t r a c t:E x t e r n a l r a d i a t i o nt h e r a p ya n dr a d i o n u c l i d e b a s e d t h e
5、r a p i e s a r ew i d e l yu s e d i nc l i n i c a l p r a c t i c e,p a r t i c u l a r l y i n t h e t r e a t m e n t o f v a r i o u s t u m o r s A f t e r i o n i z i n g r a d i a t i o na c t so nt h eb o d y,i t sd i r e c to ri n d i r e c te f f e c t sh a v ed i f f e r e n tb i o l o
6、g i c a le f f e c t so nt h em o l e c u l e s,c e l l s,t i s s u e s,a n do r g a n so f t h eb o d y D e e pr e s e a r c ha n du n d e r s t a n d i n go fi o n i z i n gr a d i a t i o na n di t sb i o l o g i c a le f f e c t sa r ei m p o r t a n tf o re f f i c i e n ta p p l i c a t i o no
7、 fn u c l e a r t e c h n o l o g y T h i sp a p e r r e v i e w s t h eu s eo f i o n i z i n gr a d i a t i o ni nm e d i c i n ea n di t sr a d i o b i o l o g i c a l e f f e c t s i no r d e r t os e r v e a s a r e f e r e n c e f o r t h ew i d e r a p p l i c a t i o no f n u c l e a rt e c
8、h n o l o g y i nm e d i c i n e K e yw o r d s:i o n i z i n gr a d i a t i o n;r a d i o b i o l o g i c a l e f f e c t s;r a d i o t h e r a p y;r a d i o p h a r m a c e u t i c a l s核技术在国防、工业、农业、通讯、交通、环保和资源开发等各个领域都有着广泛的应用,而在核医学诊断、治疗和生命科学研究等多个方面也都发挥着重要作用 .当用于治疗,尤其是在治疗癌症时,利用电离辐射的主要目标是尽可能精准地照射肿瘤细
9、胞,同时确保健康组织吸收剂量尽可能低.为了实现这一目标,准确判定电离辐射与生物物质相互作用的效应至关重要,了解与总结放射生物学效应对高效、安全利用核技术具有重要的指导作用.放射治疗(r a d i o t h e r a p y,以下简称为放疗)广泛地应用于临床恶性肿瘤的治疗中.放射治疗始于 世纪末,到现在已有一百多年的历史.年,在伦琴发现X射线个月后,D e s p e i g n e s在里昂首次利用X射线对癌症患者进行了实验治疗,年,居里夫妇发现放射性元素镭后,也很快被许多学者用于肿瘤的内照射治疗.如今,放疗已经是恶性肿瘤临床治疗的三大手段(手术、放疗、化疗)之一,它是利用各种不同种类射
10、线的电离辐射作用杀死癌细胞而治疗肿瘤的无创、局部治疗方式.用于放疗的射线由放射性同位素或放疗设备产生,各种不同种类的放疗设备可产生包括射线、X射线、电子束、质子束、中子束、介子束、重粒子束等不同种类的射线 .随着放疗经验的积累和放疗设备的不断改进,目前放疗能够用于治疗绝大部分类型的肿瘤,超过 的肿瘤患者在治疗过程中需要接受至少一次放疗,肿瘤的放疗使得超过 的肿瘤患者症状得到缓解或治愈 .因此,深入了解放疗的基本原理对有效利用各种射线的电离辐射具有重要意义.临床放疗的发展肿瘤临床放疗的发展与放射物理学和放射生物学的发展密切相关,放射生物学的研究通过揭示放疗中各种射线与机体发生物理反应和生物效应的
11、关系来推动放疗技术的不断进步.传能线密度(l i n e a r e n e r g y t r a n s f e r,L E T)与相对生 物 学 效 应(r e l a t i v eb i o l o g i c a le f f e c t i v e n e s s,R B E)是放射物理学和放射生物学中决定肿瘤放疗效果的重要因素.L E T是指电离辐射粒子在其单位长度径迹上消耗的平均能量,X射线、射线和中子虽不是直接电离辐射粒子,但它们在与物质发生相互作用后会产生次级带电粒子,因此L E T的概念同样适用.R B E是一个相对的概念,最开始以最先被发现的X射线的生物效应为基准,后
12、来建议采用射线为标准,因此R B E通常被定义为X射线或射线引起某一生物效应所需吸收剂量与所观察的电离辐射引起相同生物效应所需吸收剂量的比值,即为该种电离辐射的相对生物效应.R B E与L E T通常呈现正相关关系,在吸收剂量相等的情况下,不同种类的电离辐射所产生的生物效应不同,通常高L E T射线的生物效应大于低L E T的生物效应.肿瘤放疗中常用的X射线、射线和电子束等都为低L E T射线,而质子、重离子、中子、粒子等射线的L E T相对较高,因此相同条件下高L E T粒子所造成的放射生物学效应比较强.对肿瘤临床放疗来说,放射物理学和生物学研究结果最终应服务于临床放疗,提高肿瘤放疗的疗效.
13、在过去的一个世纪里,放疗技术的不断进步为临床的放疗实践提供了强大的动力,而且逐渐改变着肿瘤临床治疗的指南.上世纪五六十年代广泛使用的放疗设备 C o治疗机现已逐步退役并被直线加速器取代.加速器能够通过电磁场将带电粒子加速直接得到电子束、质子束或重离子束,由被加速的粒子轰击不同的靶材又会产生X射线、中子束、射线、介子等多种类型的粒子束.多种基于高L E T粒子的新疗法正在用于癌症治疗 .比如具有高L E T特性的质子和重离子,其射线的能量沉积在射程末端急剧升高,形成尖锐的布拉格(B r a g g)峰,这些独特的物理性质使其能量能够在射程末端的肿瘤部位大量沉积,引发较高的R B E,已经逐渐被用
14、于肿瘤的临床放疗中 .在放疗的过程中,不可避免地会对正常的组织进行照射,这会对正常的组织产生各种不良反应.近年来,三维适形放疗(t h r e e d i m e n s i o n a lc o n f o r m a l r a d i a t i o nt h e r a p y,D C R T)技术和调强适形放疗(i n t e n s i t ym o d u l a t e dr a d i a t i o n t h e r a p y,I MR T)技术的快速发展为有效降低放疗对正常组织的辐射损伤做出了重要的贡献.立体定向放射治疗技术(s t e r e o t a c t i
15、 cb o d yr a d i a t i o n第期冯亚辉等:电离辐射在肿瘤放射治疗中的应用与放射生物学效应研究进展t h e r a p y,S B R T)则利用每次高剂量的放疗,通过少数几次分割照射即能达到根治性剂量,消灭肿瘤,S B R T在多种早期肿瘤的治疗中取得很好的疗效.这些不同种类放疗技术的快速发展为满足复杂的肿瘤治疗需求提供了无限可能.总之,肿瘤临床放疗的发展离不开放射物理学和放射生物学的研究与发展.鉴于高L E T粒子具有的高R B E放射生物学特性,它们的广泛应用可能将临床放疗从常规辐射带入到粒子辐射的时代.随着放疗技术和计算机技术的不断发展,临床放疗必将向精细化和个
16、体化发展,肿瘤放疗的控制效率和并发症的发生问题都将大大改善.电离辐射与D N A损伤反应肿瘤临床放疗的发展离不开肿瘤放射生物学的深入研究,准确判断电离辐射与生物物质相互作用的效应,明确电离辐射所产生的生物学效应对提高肿瘤放疗疗效至关重要.肿瘤放疗的目的是阻止肿瘤细胞增殖并诱导肿瘤细胞死亡,但是放疗通常不会立即杀死细胞,肿瘤细胞死 亡 可 能 在 放 疗 后 持 续 几 天 甚 至 几 个月 .当电离辐射入射到人体组织或器官时,它可以直接作用于人体组织或器官的细胞分子,损伤D NA,它还能电离细胞内的水产生活性氧(r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s,R
17、 O S)造成间接的D NA损伤 .由于肿瘤细胞的高复制率和D NA损伤反应(D NAd a m a g er e s p o n s e,D D R)途径的缺陷,肿瘤细胞比正常细胞更容易受到电离辐射的影响 .电离辐射诱导的D NA损伤示意图示于图.D NA是电离辐射作用最主要的靶分子,暴露于电离辐射中的细胞,其基因组D NA能被射线直接或间接破坏而产生损伤,产生单链断裂(s i n g l es t r a n db r e a k s,S S B s)、双链断裂(d o u b l es t r a n db r e a k s,D S B s)和D N A簇损伤(c l u s t e
18、r e dD N AL e s i o n s,C L s).细胞可以通过D D R对基因组D NA中的损伤做出反应,特别是D S B s,这种反应是在D NA损伤的几分钟内通过复杂的D D R网络对受损D N A进行反应而启动.D N A受到辐射损伤后,能够通过非同源末端连接(n o n h o m o l o g o u sE n dJ o i n i n g,NH E J)或同源重组(H o m o l o g o u sR e c o m b i n a t i o n,HR)等途径进行自我修复,而错误的修复会造成双着丝粒、无着丝粒、染色体易位、着丝粒环、染色体断片等染色体畸变.D N
19、A损伤是电离辐射造成一系列细胞和组织反应的最主要和内在的因素,D D R信号通路是辐射暴露后影响细胞周期和细胞命运(死亡或存活)最关键的操纵因素,.图电离辐射诱导的D N A损伤示意图 F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo fD N Ad a m a g ei n d u c e db y i o n i z i n gr a d i a t i o n 放疗通常不可避免会让癌细胞对辐射暴露产生抗性,放疗抵抗(r a d i o t h e r a p yr e s i s t a n c e,R R)是肿瘤放疗过程中面临的最大挑战,会直接导致抗肿瘤治疗效
20、果明显降低 .在肿瘤发生放疗抵抗的过程中,肿瘤组织中一定比例的细胞不仅获得更高的放疗抵抗性,而且还会变得更具侵袭性,极容易发生淋巴结和远处转移.放疗抵抗的发生与许多因素有关,包括肿瘤微环境、免疫系统、肠道菌群、营养状况和心理状况等,.然而,D N A损伤和修复还是最主要和内在的因素,是调控癌细胞周期停滞和细胞命运(死亡或存活)最关键的因素,.由此可见,电离辐射对癌细胞的杀伤能力主要取决于辐射诱导的D NA损伤的程度,肿瘤细胞的D NA损伤反应和肿瘤细胞修复D NA损伤的能力是决定癌细胞结局的关键.在过去几十年中,通过D NA损伤途径增强肿瘤对电离辐射的反应一直是放射生物学研究中的焦点问题.不同
21、L E T的射线沉积于肿瘤细胞D NA分子中能量的差异是导致其不同生物学效应最主要的因素.低L E T射线如X同 位 素第 卷射线和射线辐照后肿瘤细胞可能只会发生少量的D NA损伤,如碱基和核糖损伤、交联、单链断裂和双链断裂等,这些损伤可能会被短时间内快速修复 .一些高L E T射线如质子、重离子等可能会更多地诱导肿瘤细胞D NA发生大量的成簇损伤,大量的成簇D NA损伤的发生在随后可能将产生更高的染色体重排和致死风险,这也是高L E T射线具有更高相对生物效应的主要原因 .一旦形成复杂的D NA损伤,修复就会进行的非常缓慢,损伤的积累会造成染色体异常,染色体的异常会导致细胞死亡或有丝分裂延迟
22、.电离辐射导致的细胞结局电离辐射作用于机体后,除了会导致D NA的损伤以外,在分子水平上,辐射产生的自由基也会损害脂质和蛋白质等其他生物大分子,这些分子学上的改变可能会进一步导致细胞器的损伤,这些分子和细胞器的损伤会激活细胞稳态的应激反应,比如D NA损伤反应、未折叠蛋白反应和自噬等 .当电离辐射诱导的这些损伤有限时,这些过程可能能够确保受辐射细胞的存活,使它们重新进入细胞周期,但是当损伤不能通过修复机制解决时,细胞应激的分子机制从细胞保护模式转变为细胞抑制或细胞毒性模式.因此,不同剂量、不同种类的电离辐射作用于不同细胞可能会造成细胞发生调节性细胞死亡(凋亡、坏死、焦亡、铁死亡等)或细胞应激反
23、应(有丝分裂灾难、自噬、衰老等),图显示了放射治疗在肿瘤细胞中诱导的不同的细胞命运,.细胞凋亡细胞凋亡(a p o p t o s i s)是由K e r r等 在 年首次提出.凋亡是一种基因调控的、能量依赖的、主动的、程序性的细胞死亡过程,伴随着细胞体积收缩、固缩和凋亡小体的形成,最终以吞噬周围细胞而结束.由于凋亡的存在,质膜的代谢活性和完整性在一定程度上得以保持,而不会引起细胞周围的炎症.凋亡的启动主要由内源性和外源性两种不同的途径激活,两者最终都通过激活执行途径完成凋亡.内源性凋亡是一种由细胞内或细胞外微环境的扰动引发的细胞死亡,以线粒体外膜透化为特征,最终由胱天蛋白酶(C a s p
24、a s e s,主要是C a s p a s e s )执行,外源性凋亡通过质膜受体检测细胞外微环境的扰动而启动,并通过胱天蛋白酶(C a s p a s e s )介导的机制激活最终的执行途径.图放射治疗在肿瘤细胞中诱导不同的细胞命运,F i g R a d i a t i o nt h e r a p y i n d u c e sd i f f e r e n t c e l l f a t e s i nt u m o rc e l l s,第期冯亚辉等:电离辐射在肿瘤放射治疗中的应用与放射生物学效应研究进展在电离辐射后,细胞凋亡的启动涉及这两种激活途径.电离辐射可以激活细胞内促凋亡和
25、抗凋亡的B淋巴细胞瘤(B c e l l l y m p h o m a ,B c l )家族成员如B C L 相关凋亡调节因子X(B C L a s s o c i a t e dX,B a x)和B C L 拮 抗 因 子(B C L a n t a g o n i s t/k i l l e r,B a k)改变线粒体膜的通透性,增加并释放促凋亡因子到细胞质中,从而触发一系列凋亡级联反应.外源性途径由死亡配体受体特异性结合介导形成构建体,死亡配体受体结 合形 成 死 亡 诱 导 信 号 复 合 物(d e a t h i n d u c i n gs i g n a l i n gc o
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电离辐射 肿瘤 放射 治疗 中的 应用 放射生物学 效应 研究进展
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。