人源肺切片模型揭示FLASH质子放疗与标准质子放疗的代谢差异：一项探索性研究

本研究针对质子放疗(PRT)中正常组织损伤问题，创新性采用人源精密肺切片(hu-PCLS)模型，通过非靶向代谢组学比较12 Gy标准剂量率(0.58 Gy/s)与FLASH剂量率(95.1 Gy/s)质子照射后24小时的代谢差异。研究发现22个差异代谢物涉及鞘脂代谢、胆汁酸合成等通路，首次证实FLASH质子可能通过调节多胺(如精胺)和类二十烷酸水平减轻辐射损伤，为临床FLASH质子放疗(FLASH-PRT)的肺保护机制提供新见解。

　　

在肺癌放射治疗领域，质子放疗(Proton Radiation Therapy, PRT)虽能精准靶向肿瘤，但正常肺组织仍面临辐射肺炎等并发症风险。近年来，超高速剂量率照射(FLASH)技术展现出神奇的组织保护效应——在保持肿瘤杀伤的同时，能显著减轻正常组织损伤。这种被称为"FLASH效应"的现象已在电子束照射中得到验证，但其在质子治疗中的应用潜力及生物学机制仍是未解之谜。

为破解这一难题，美国宾夕法尼亚大学和乔治城大学联合团队创新性地采用人源精密肺切片(human Precision-Cut Lung Slices, hu-PCLS)这一离体模型，首次对FLASH质子放疗(FLASH Proton Radiation Therapy, FPRT)与标准质子放疗(Standard Proton Radiation Therapy, SPRT)的早期代谢差异进行系统研究。该模型保留了活体组织的三维结构和细胞相互作用，通过观察支气管上皮纤毛跳动可实时监测组织活性，为辐射生物学研究提供了更接近临床的观察窗口。

研究团队从3名健康非吸烟者(2男1女)捐赠的肺组织中制备hu-PCLS，使用230 MeV质子束分别进行12 Gy的SPRT(0.58±0.16 Gy/s)和FPRT(95.1±23 Gy/s)照射，24小时后采用超高效液相色谱-质谱联用技术(UPLC-MS)进行非靶向代谢组学分析。通过自主研发的Moleculizer数据处理系统，有效消除源内碎片干扰，最终锁定22个关键代谢物进行深入解析。

代谢通路富集揭示核心生物学过程

通过KEGG通路分析发现，β-丙氨酸代谢、鞘脂代谢、初级胆汁酸生物合成等通路显著富集。化学类别分析显示，鞘氨醇碱基和类二十烷酸是辐射后最显著变化的物质类别。其中精胺(spermine)水平在三种样本中均呈现SPRT<><>

个体差异凸显性别特异性响应

主成分分析(PCA)显示，两位男性供体的代谢响应相似度达71.3%，而女性供体则表现出独特模式。特别是在炎症介质方面，前列腺素E₃(PGE₃)和血栓素B₂(TXB₂)在男性样本中变化显著，而女性样本对FPRT的代谢响应更接近假照射组。受试者工作特征曲线(ROC)分析进一步证实，基于22个代谢物的分类模型在女性样本中无法区分FPRT与假照射(AUC≈0.5)，暗示FLASH效应可能存在性别依赖性。

技术方法精要

研究采用hu-PCLS离体培养系统，通过230 MeV IBA回旋加速器实现精确剂量控制。代谢组学分析使用Waters Xevo G2S飞行时间质谱仪，配合自主研发的Moleculizer算法消除源内碎片干扰。数据分析采用MetaboAnalyst 5.0进行多变量统计和通路富集，关键代谢物通过MS/MS碎片谱与标准品比对验证。

讨论与展望

该研究首次在人类活体肺组织中证实FPRT可诱发独特的代谢重编程，其中精胺通路可能通过减轻氧化应激发挥保护作用。值得注意的是，女性供体样本对FPRT表现出的"代谢惰性"提示临床实施需考虑性别因素。虽然离体模型缺乏免疫细胞参与，但该平台为后续机制研究提供了重要基础。

这项发表于《Radiation Oncology》的突破性研究，不仅为FLASH-PRT的临床转化提供了首个人类组织层面的代谢证据，更开创性地建立了hu-PCLS作为辐射生物学研究的新工具。未来扩大样本量并整合多组学分析，将有助于揭示FLASH效应的分子开关，推动精准放射治疗新时代的到来。