近日，中国科学院合肥物质科学研究院健康所（中国科学院合肥肿瘤医院）黄青课题组联合中国科学院上海光学精密机械研究所、山东大学等单位，研究了最近兴起的新型放疗技术-超高瞬时剂量率激光驱动质子（LPA-FLASH-RT）对肿瘤细胞与正常细胞辐射效应的差异性影响及其分子机制，相关研究成果以Nanosecond Laser-Driven Proton FLASH Spares Normal Tissue Cells by Sustaining Mitochondrial Homeostasis and Attenuating Ferroptosis为题发表于医学交叉型研究iMed期刊。

FLASH放疗是一种以极高瞬时剂量率（通常大于40 Gy/s）实施照射的新型放疗技术，此前研究表明其能在保持肿瘤杀伤效果的同时显著降低正常组织的辐射损伤，这一现象被称为“FLASH效应”。然而，以往FLASH研究多依赖传统射频加速器或回旋加速器，工作在微秒剂量率区间，而该团队采用上海光机所200 TW激光驱动质子平台（SIOM HLDP），以12.9纳秒的离散脉冲方式递送质子，瞬时剂量率高达1.94×10⁷ Gy/s，比常规FLASH系统高出多个数量级，为研究超快时间尺度下的辐射生物学效应提供了新的实验平台。

研究团队以人肺腺癌细胞A549和正常支气管上皮细胞BEAS-2B为模型，系统比较了纳秒激光驱动质子FLASH（LPA-FLASH-RT）与临床常规剂量率质子照射（CONV-RT）的生物学效应。克隆存活实验显示，两种照射方式对A549肿瘤细胞的杀伤效果无显著差异，但LPA-FLASH-RT使正常BEAS-2B细胞的致死α值降低近90%（从0.47降至0.052 Gy⁻¹），显示出显著的正常组织保护效应。

进一步研究发现，这种保护效应并不是由初始DNA损伤差异单独决定的，而是与铁死亡通路的调控密切相关。团队发现，应激转录因子ATF3是其中的关键分子：在常规剂量率照射下，ATF3在正常细胞中明显上调，进而抑制抗氧化转运体SLC7A11，导致活性氧积累、脂质过氧化增强和游离铁蓄积，最终触发铁死亡；而纳秒激光FLASH脉冲由于作用时间极短，使正常细胞来不及启动这一应激程序，从而避开了致死性级联反应。

在此基础上，研究还发现，FLASH照射后正常细胞的线粒体嵴结构和整体网络形态能够得到较好保留，同时伴随代偿性ATP升高；相比之下，常规照射则会导致线粒体结构破坏和网络碎片化。透射电镜和三维光片荧光显微成像进一步验证了这一差异，提示维持线粒体稳态是纳秒激光驱动FLASH放疗实现正常组织保护的重要机制之一。

该研究为理解FLASH效应提供了新的机制线索。研究表明，在这种极端时间尺度下，超快辐射化学过程与细胞应激响应之间可能出现时间错位，从而形成有利于正常组织保护的极限时间窗口。这一发现不仅有助于深化对FLASH放疗物理化学基础的认识，也为后续开发更精准、更安全的放疗策略提供了参考。另外，能量沉积密度（ΔE）而非单纯的平均剂量率，可能是决定细胞命运走向凋亡或铁死亡等不同死亡通路的关键物理开关，这为基于生物标志物的放疗优化提供了新方向。

本文第一作者为邵长胜（合肥物质院）、张雨（上海光机所）和贺鹏志（山东大学），三人共同贡献；通讯作者为山东大学贾向红教授、上海光机所宾建辉研究员及中国科学院合肥物质院健康所黄青研究员（主要通讯作者）。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青年科学家基础研究项目及山东大学交叉学科培育项目等资助。

文章链接：https://doi.org/10.70322/iMed.2026.10006

图1: FLASH照射维持线粒体网络拓扑结构和体积稳态

图2：机制示意图