极低剂量率γ辐射诱导U2OS细胞DNA损伤应答中ATM激酶的作用机制研究

本研究针对低剂量/低剂量率电离辐射(DDR)响应机制争议，通过5.9-10.5 mGy极低剂量率(31-55 μGy/h)适应剂量(AD)联合1 Gy挑战剂量(CD)的辐射适应性反应(RAR)模型，揭示ATM抑制剂KU-55933作用下53BP1焦点动力学、细胞周期阻滞及基因表达特征，为环境剂量辐射防护策略提供新依据。

　　

在辐射生物学领域，低剂量电离辐射的生物效应始终是充满争议的科学谜题。当辐射剂量低于100 mGy、特别是以每小时微戈瑞(μGy/h)级极低剂量率持续照射时，细胞究竟能否启动有效的DNA损伤应答(DDR)？这个问题不仅关乎基础理论突破，更直接影响核安全标准的制定。更令人困惑的是，被称为辐射适应性反应(RAR)的现象——预先接受低适应剂量(AD)照射可改变细胞对后续高挑战剂量(CD)的响应，但其机制在不同研究中差异显著。尤其当剂量率降至自然环境水平（如高本底辐射地区的μGy/h量级）时，ATM激酶这个DNA双链断裂(DSB)应答的"总指挥"是否仍起关键作用？这些悬而未决的问题，正是瑞典辐射安全管理局(SSM)支持的研究团队在《DNA Repair》发表论文试图解答的。

研究人员采用三种关键技术：1) 极低剂量率γ辐射系统(31-55 μGy/h)模拟环境暴露；2) ATM特异性抑制剂KU-55933处理结合53BP1-GFP标记的U2OS细胞（保留野生型p53）；3) 多端点分析包括时间分辨共聚焦显微镜追踪53BP1焦点动力学、流式细胞术检测细胞周期、以及全基因组表达谱分析。实验设计严格遵循RAR范式：先给予5.9 mGy(31 μGy/h)或10.5 mGy(55 μGy/h)的AD，4小时后施加1 Gy/min的1 Gy X射线CD。

【Cell culture and treatment with KU-55933】
选用表达53BP1-GFP融合蛋白的U2OS细胞系，通过G418筛选维持高表达水平。ATM抑制组在照射前1小时添加10 μmol/L KU-55933，该浓度可特异性阻断ATM激酶活性而不影响其他PI3K相关激酶。

【Kinetics of formation and decay of 53BP1 foci】
极低剂量率AD单独照射即引发显著53BP1焦点增加（较对照组提升3-5倍），且这种效应持续24小时以上。令人惊讶的是，KU-55933未能抑制AD诱导的焦点形成，却能完全阻断单纯CD诱导的焦点。在AD+CD联合处理组，焦点数量呈现超叠加效应，且ATM抑制使G₂期阻滞加剧2.3倍。

【Discussion】
研究首次证实：1) μGy/h级剂量率AD通过ATM非依赖途径激活DDR，这与传统高剂量率辐射响应机制截然不同；2) AD预处理可重塑CD响应模式，表现为53BP1焦点动力学的"双相性"——早期(1-2小时)ATM依赖阶段和晚期(24小时)ATM非依赖阶段；3) 转录组分析发现AD特异性调控DNA修复、氧化应激和蛋白折叠相关基因群，这些基因多数不受KU-55933影响。

这项研究颠覆了两个传统认知：首先，环境剂量率辐射可能通过未知传感器（非ATM）触发持续DDR；其次，RAR效应在极低剂量率下呈现独特的ATM非依赖特征。这些发现为解释高本底辐射地区流行病学数据提供了分子基础，同时提示现行辐射防护线性无阈(LNT)模型可能需要考虑剂量率依赖性修正。特别值得注意的是，研究中发现的持续G₂阻滞增强现象，可能成为评估极低剂量辐射生物效应的新生物标志物。正如Wójcik Andrzej等作者强调的，后续研究应聚焦于鉴定μGy/h辐射下的新型DNA损伤传感器，以及阐明AD诱导的长时程表观遗传记忆机制。