第五章-细胞存活曲线2018

第五章

细胞存活曲线北京大学医学部放射医学系

李载权目录CONTENTS1细胞死亡与细胞存活2细胞存活曲线绘制3细胞存活曲线仿真与参数估计4时相、组织细胞和肿瘤细胞5影响细胞存活曲线的其他因素参考文献EricJ.Hall,AmatoJ.Giaccia.Chapter3.CellSurvivalCurves;Chapter4.RadiosensitivityandCellAgeintheMitoticCycle;Chapter5.FractionatedRadiationandtheDose-RateEffect;Chapter6.OxygenEffectandReoxygenation;Chapter7.LinearEnergyTransferandRelativeBiologicEffectiveness.

In:Radiobiologyfortheradiologist,6thed.Philadelphia,PA:LippincottWilliams&Wilkins,2006推荐阅读章节内容第一节细胞死亡与细胞存活题跋：有一种死亡叫不稳定型染色体畸形；有一种存活叫细胞克隆型存活。

电离辐射反应时间标度电离辐射的细胞生物效应证明细胞辐射靶在细胞核上证明细胞两次辐射之间间隔时间的影响

电离辐射整体生物学效应是以辐射对细胞产生的效应（尤其是细胞死亡或存活）为基础的。细胞放射生物学效应是放射生物学理论的基础，也是确定性（组织学）效应、肿瘤组织控制和急性辐射反应等发生的重要依据。

因此，辐射的细胞效应是医学放射生物学的核心内容。细胞死亡还是存活？研究电离辐射细胞效应时，细胞存活或死亡是两个重要的终点观察指标。因此，了解照射后细胞死亡可以从细胞存活开始。但有必要先明确细胞死亡的概念。1、生物学家们对细胞死亡的不同看法

病理学家

认为细胞溶解、崩溃者；

免疫学家

不能杀死靶细胞；

神经生物学家

失去神经传导功能，则可视为死亡。细胞死亡还是存活？

研究电离辐射细胞效应时，细胞存活或死亡是两个重要的终点观察指标。因此，了解照射后细胞死亡可以从细胞存活开始。但有必要先明确细胞死亡的概念。

肿瘤学家

认为肿瘤干细胞不能再分裂增殖；

放射生物学家

细胞分裂期死亡，即辐射导致细胞染色体不稳定型畸变，这种畸变即使能存活而且也有一定功能，但最终因绝育也会表现出细胞死亡，又称为增殖型死亡；

细胞死亡还是存活？

研究电离辐射细胞效应时，细胞存活或死亡是两个重要的终点观察指标。因此，了解照射后细胞死亡可以从细胞存活开始。但有必要先明确细胞死亡的概念。2、放射生物学中细胞死亡的不同方式

2.1辐射特有型细胞死亡

增殖型死亡(mitoticdeath)，如何检测？

2.2非辐射特异性细胞死亡

这些死亡既可以是由于辐射引起的，也可以由非辐射原因引起的一大类细胞死亡，具体包括细胞凋亡、细胞自噬和细胞坏死等，主要是间期细胞(interphasedeath)；

有时需要100Gy剂量照射有丝分裂细胞间期在？3、辐射特异性细胞死亡细胞增殖型死亡(mitoticdeath)

或称为proliferativedeath，或称为reproductivedeath。经照射后发生的，虽然细胞仍具有功能，但由于不能通过随后的细胞分裂，而出现细胞死亡，有时称绝育死亡或有丝分裂灾难

不稳定型染色体畸变导致分裂期死亡电离辐射导致细胞增殖型死亡证据因此，增值型死亡的存在要求检测方法既包含增殖型绝育死亡的检出、又包括细胞凋亡等的检出。细胞凋亡与细胞坏死？4、非特异性细胞死亡4.1细胞凋亡(apoptosis)是一常见生理现象

细胞凋亡的阶段性P53启动线粒体与bcl-2/Baxcaspase系统凋亡的不同分子事件DNA梯子质膜崩裂其他电离辐射引起细胞凋亡的启动途径细胞凋亡的最终杀手是caspase3

线粒体失活是细胞凋亡的中心环节细胞凋亡的检测方法

TUNELassay细胞凋亡的形态学变化细胞凋亡的分子证据4.2细胞坏死(necrosis)

细胞坏死是一种病理性细胞死亡，电离辐射也可以引起

凋亡还是坏死，细胞死亡的扳机有何不同？

4.3自噬死亡（自吞噬，Autophagy）

自噬是对营养素或生长因子剥夺的一种主动适应过程，特点是牺牲自己、成全别人，自噬过程也可由电离辐射引起自噬（又称为II型程序性死亡）包括：识别、隔离、融合、降解和再加工五个阶段隔离成自噬小体，然后自噬小体与溶酶体融合在一起；融合包括酸化、成熟和转运三个步骤；降解由atg12-atg5与atg8两大泛素化结合系统负责；再加工是为其他细胞提供崩解分子和能源物质ATP。自噬基因缺陷型疾病种类包括：4.4衰老（senescence）研究表明：启动Bcl-2、PI3K和NF-KB等细胞生存信号通路能使某些细胞远离死亡。辐射抵抗-----躲过凋亡并非所有细胞都会发生辐射凋亡4.5旁效应（bystandereffect）第二节细胞存活曲线绘制1、失去增殖能的细胞死亡以“失去增殖能力”来定义细胞死亡显然比传统的细胞死亡更为宽泛，因此“细胞集落形成”法检测照射后细胞的存活状况就成为放射生物学专有的细胞死亡研究方法。为使集落计数概念基本一致，通常把含50个或以上细胞组成的集落性克隆计为一个集落，这个集落代表着该集落最初是由一个原始存活的、且具有增殖能力的细胞繁殖而来。从辐射细胞致死角度看，应该把细胞“增殖能力”是否完整作为其存活与死亡的重要判断标准。经射线照射后，有些丧失完整增殖能力的细胞一般不会立即死亡。因此，设计细胞存活的检测实验一定既要包括立即死亡的细胞部分，又要包括失去增殖能力而以后再也不能存活的细胞部分。Colony=>50cellsSmallcolonies?From:HallRadiobiologyfortheRadiologist2、细胞克隆存活曲线的制备

已知数目、充分分散的独立细胞群，接受电离辐射均匀照射后，一些细胞因凋亡、坏死或自噬等原因立即死亡，另一些细胞在经历几次传代由于分裂障碍而后出现的绝育性死亡。因此经一段时间培养，培养皿上会形成一定数目由残存细胞而来的克隆。

按不同辐射剂量对相应残存细胞而来的克隆数绘制“细胞存活曲线(Cell-survivalcurve)”，该曲线可反映照射后细胞的存活规律。

数量已知充分分散独立生长

一定的辐射剂量下所形成的独立细胞集落数与原接种细胞数之比，称为该剂量下细胞克隆存活分数（SurvivalFraction,SF）。横坐标用常规坐标，表辐射剂量（D，Gy）；纵坐标用对数坐标，表细胞存活分数（SF，%），细胞存活曲线为SF对D作图。

SF计算时应先校正接种效率PE。

但细胞培养时，由于传代消化液或传代机械性损伤等原因，即使未受照射细胞也不可能保证全部细胞都能形成集落。细胞未受照射时，形成的实际集落数与原接种细胞数之比，称为接种效率(PlatingEfficiency,PE)。

计算各组细胞存活分数SF时，需用接种效率PE对各组细胞存活分数进行统一校正：

形成的集落数

SF=───────────

接种的细胞数×接种效率

低LET射线细胞存活曲线的典型特征：极低剂量0-a区：第一次线性，单击多靶稍高剂量a-b区：过度，非线性关系，弯曲高的剂量b-c区：第二次线性，单击单靶

从现实到理论，还是从理论到现实？abc3、常见细胞存活曲线仿真模型a单击单靶模型b单击多靶模型c改良单击多靶模型d线性平方模型4、建立数学模型，寻找放射生物学规律（模型------一种从现实去接近理论的科学探索方法）很难用一简单数学公式确切恰当地描述这种电离辐射的剂量-效应关系，只能是一定程度上近似理论模型；目前，两种流行数学模型分别是多靶打击模型和线性平方模型，检验模型是否符合的方法是拟合优度的检验；存活曲线仿真模拟的目的是提取实验资料背后规律性参数值、比较辐射规律、计算辐射敏感性；更便于不同细胞放射生物学特性和作用机理的分析与判断。5、细胞存活曲线制作的实验方法概述Cellsurvivalcurveinvitro（体外培养，数克隆数）Clonesre-growinginsitu（原位）Skincolonies（浅表组织，数克隆数）Cryptcellsofthemousejejunum（深部组织，数克隆数）Cellstransplantedtoanothersites（移动）Bonemarrowstemcells（到脾组织，数结节数）Lungcolonyassay（到肺组织，数结节数）CellsurvivalcurveinvitroColony=>50cellsSmallcolonies?From:HallRadiobiologyfortheRadiologistSkincoloniesBonemarrowstemcells第三节细胞存活模型、曲线仿真与参数估计第三节曲线仿真与参数估计多靶打击模型(multi-target)线性平方死亡模型(linear-quadratic)两模型之间的比较曲线数学公式仿真与参数估值细胞水平辐射敏感性评估1、靶打击模型靶打击模型假定：a,设想细胞内存在有一个(或几个)关键区域或活力结构；b,把电离粒子比作子弹，并在这些部位引发电离事件，从而对细胞造成打击。这种关键区域或活力结构称为细胞内“靶”，而这种电离事件叫作“击中”；c,一细胞只要当细胞内靶被粒子击中，则该细胞必然发生死亡；d，电离辐射粒子的时空分布概率符合泊松分布规律

1924年由Crowther提出,40年代中期Lea等对靶概念进一步加以完善，包括以下俩个模型。单击单靶模型(One-Hit,One-TargetModel)单击多靶模型(One-Hit,Multi-TargetModel)什么是泊松分布(PoissonDistribution)

例如，某一公共汽车站点在某一固定时间期间（如任何一15分钟内）能同时停靠到该站点的一辆(或数辆)公交车概率。

是指定时间段和指定空间范围内，某一事件发生数的概率分布模型。除公交汽车站停靠事件外，还有一定大小培养皿的降落细菌数、核爆炸的落下灰数，以及核辐射粒子衰变数等，均符合泊松概率分布。TheequationdescribingthecurveisbasedonPoissonstatistics,wheretheprobabilityofahitP(n)isequaltoP(n)=D-ne-D/n!,whereDistheaveragenumberofhits(proportionaltoDose,P(n)=D-ne-D/n!,)andnisthetotalnumberofhits.泊松分布中某一事件发生概率的计算公式单击单靶学说对泊松分布的简化粒子辐射遵循泊松分布一个格子即一个存活细胞只有一个靶，意味着n=1一次击中一个细胞，该细胞必然死亡A、单击单靶模型但当同一靶点出现重复被打击时剂量vs.有效打击↓剂量vs.细胞存活↑即使重复击中，也只死亡一次双常规坐标双常规坐标半对数坐标假定外加辐射剂量D等于1/k试求该D剂量下细胞存活分数为？WhileD37=1/kThusSF=e-1=0.37

这一剂量实际是D37，又称为细胞存活37%所需的剂量单击单靶模型平均致死剂量D0：是每个细胞平均被击中一次所需的平均剂量。对单击单靶概念来说，意味着每个细胞内那个唯一的靶被平均受到一次击中，即D0为1/k。

将所有细胞全都杀死所需要剂量命名为D0。可以设想，一个细胞都只有一个靶，而且只要当这个靶被击中该细胞才被灭活（失去增殖能力），这个剂量就是D0。

SF=e-kD

表示照射剂量为D时任一剂量下细胞存活的概率，公式中k是细胞内任一靶的钝化常数

。

当D0为钝化常数k的倒数

D0=D=1/k，于是细胞存活分数

SF=e-kD=e-k(1/k)=e-1=0.37

这表明D0剂量照射下仍有37%细胞的存活(D0=D37)，或者说这未被利用的37%打击是重复浪费地击中在原来63%已经受到打击过的细胞靶子上。符合单击多靶模型的情形：G2/M周期相细胞高LET辐射射线照射细胞基因损伤修复缺陷型细胞因此，理论上这些情形下细胞克隆实验只能用单击单靶模型拟合细胞存活曲线B、单击多靶模型单击多靶学说假设遵循泊松分布；不死则生，概率总和为1；一个存活细胞含有至少一个以上的等数量靶(例如n=3)；多个靶必须同时被击中，该事件发生的概率符合单靶存活概率的乘法定律；只有当多个靶同时被击中时，该细胞才发生死亡，即存活概率为单击多靶模型数学模型

单击多靶模型细胞存活曲线与单击单靶细胞存活曲线不同的是：前者多出一个“肩”区；但是当n=1时，单击多靶模型就转变为单击单靶模型。钝化常数k，“单击多靶”模型中k只是任一靶子的通用钝化常数，而任一细胞发生死亡则需要细胞内多个靶子同时被击中。单击多靶模型的重要参数：

外推数n(ExtrapolationNumber），多个靶子的数量即为n。n是将多靶存活曲线的直线部分外推，与纵坐标存活分数对数值相交点的读数，又称为外推数n。

准阈剂量Dq（QuasithresholdDose)是克服多靶存活曲线中“肩宽”所需的剂量，代表细胞修复亚致死损伤的能力。通过S0(即SF=1)的水平线与存活曲线直线部分外推线的交点在剂量轴上的投影点，即为Dq。

当外加剂量等于或小于这个剂量时，细胞是不会发生死亡的，计算Dq大小的公式如下

Dq=D0×lnn

D0，为单击多靶模型中高剂量段（第二次线性关系）斜率；D0与Dq不同，代表高剂量区抗辐射能力60Cog射线辐射几种细胞株参数D0和Dq值(Gy)当使用a粒子射线时，细胞完全没有修复机会，因此这些细胞的辐射死亡模式仅符合单击多靶模型，没有Dq一般D0值在1-2Gy范围内；为准确测定出真实Dq值，实验设计时应当对辐射的低剂量剂量部分，尤其是0-1Gy范围内要多设计几个实验组。C、靶模型理论的深入探索

经典靶打击学说将“靶”的概念描述为“独立的活力结构”，但一直未从生物学角度对靶的实质作出明确描述，这既是历史的局限，又反映了当时的认识水平。从那以后，人们一直关心着辐射靶的本质是什么？靶标到底是什么？细胞基因组DNA？具有功能的细胞膜物质？DNA-细胞膜物质？单击多靶模型中，DNA损伤修复蛋白可能也是靶标之一？

目前，至今仍不清楚靶标是什么？靶模型理论的局限性

其一是，所有细胞生化过程都具有旁路或具有修复损伤能力；

其二是，细胞内各种结构间都有密切的联系，不同化学分子间还可以发生能量转移，这对辐射损伤的固定和修复能产生相互影响；

其三，关键是终究没找到什么是辐射靶物质靶模型理论的使用范围与射线剂量率等物理参数无关；没有诸如放射防护剂或辐射增敏剂等外来物质对原初损伤反应产生任何干扰；所测定的辐射损伤应是在一个靶内击中一次或多次的结果；电离粒子击中靶的几率服从泊松分布；须是单一的细胞群体，不适于几种细胞共存的混合体2、线性平方模型

(LinearQuadraticFormula)

1942年LeaandCatchside首先提出,1972年kerer等根据辐射诱导淋巴细胞染色体畸变理论进一步完善的。细胞死亡包括线性损伤和平方损伤两个组分之和。线性组分(linerteam)平方组分(quadraticteam)染色体双着丝粒畸变(dic)与细胞死亡（或存活）之间的线性关系dic畸形的形成与射线粒子打击的关系

因此dic的形成（即Y值）包含一次打击和二次打击两种DNA被打击断开与连接的方式染色体双着丝粒畸变(dic)。实践证明，dic畸变率与辐射剂量之间呈线性平方关系L-Q模型公式L-Q模型公式解析

a系数项代表一次断裂，提示细胞最基础的放射抵抗；

b系数项代表二次断裂，可能有修复作用，相当于靶模型中肩宽。b越大，提示修复作用越强；

当一次断裂作用项与二次断裂作用项的生物学效应等效时所需的剂量，即D

=a/bL-Q模型的应用实际上，L-Q模型学说的建立是从细胞不稳定型染色体畸形死亡开始演绎的，即包含了一次打击或二次打击；后来该学说将细胞死亡的形式重新扩展为细胞凋亡形式的死亡和增值型死亡两相。多靶模型MTM曲线图形线性平方模型LQM曲线图形3、多靶模型与线性平方模型的比较多靶模型MTM重要参数肩损伤修复本领项为n；其他参数有Dq、D0等；曲线最多有一次弯曲；Extrapolationnumber(n)meansthemeasureofabilitytoaccumulatesub-lethaldamage线性平方模型LQM重要参数”肩”损伤修复本领项b；其他参数有a、和a/b等；曲线至少有二次弯曲；bcomponentmeasureofrepaircapacity；Largebimpliesgreatercellularrepaircapacity

以多靶模型为例，曲线制作过程包括：

1,设计与实施细胞克隆存活实验，收集不同剂量点对应的细胞集落百分数（但先要计算接种效率PE，并利用PE来校正各组受照细胞集落百分数SF）；

2,选用不同模型对实验结果剂量-集落百分数之间进行仿真计算，获得该模型下的基础参数；

3,通过这些基础参数值计算其他参数和衍生指标。4、曲线数学公式仿真与参数估值实例：曲线仿真与参数估计取处于对数生长期人宫颈癌HeLa细胞，0.25%胰蛋白酶消化制成单细胞悬液，计数细胞浓度；剂量组别设置及接种细胞数如右图所示，接种细胞于25cm2培养瓶中，每组设3个平行实验瓶；37℃，5%CO2下正常培养4小时待接种细胞贴壁生长；接种细胞12小时后，将培养细胞转移至钴源室接受相应剂量伽马射线的照射处理，其中假照射组细胞不接受照射处理。培养11天后，染色计数细胞集落数，根据PE计算平均有效存活分数组别接种细胞数剂量D（G）平均存活分数（%）0100060(PE)11000.51002400170310002304500041051000082钴源g线照射HeLa细胞克隆存活分数a,设置与录入剂量-存活分数到二维表格中；

b,选用一个数学模型，或多靶模型或线性平方模型；

c,调用仿真程序SPSS中非线性回归模型，导入数据、编写程序，设定仿真约束条件，运行程序；

d,阅读、判断、分析计算结果，取得参数估计值；

e,通过各参数之间固有的数学关系式，对基础参数进一步演算，获得辐射敏感性相关的其他参数。存活曲线数值仿真过程，包括：定义：剂量名D，数值型，字段8，小数点后2；克隆成活率为SF，数值型，字段8，小数点后4。状态栏切换到数据查看数据查看状态运算结果显示如下，以下共4页运算结果第1页，共4页运算结果第2页，共4页运算结果第3页，共4页运算结果第4页，共4页a,仿真过程后对曲线拟合度的显著性检验；

b,由仿真过程给出曲线的基本参数，即k和n值；

c,根据公式计算出单击多靶模型中一些基本参数值，如D0、Dq等；

d,根据上述各个基本参数生物学意义的不同，进一步计算出辐射敏感性的一些衍生指标5、单击多靶模型参数及其衍生指标，包括：评估细胞存活曲线的方法与指标斜率D0还是D1值越高（陡），说明该细胞内源性辐射敏感，反之越抵抗；有没有肩，肩值越大，说明该细胞具有较强的修复能力；引伸指标有OER或RBE，将有专门介绍第四节细胞时相、组织细胞和肿瘤细胞第四节细胞损伤修复Modeofactionofhydroxyurea（H-U）asanagenttoinducesynchrony1、细胞时相贴壁培养法取出悬浮部分，主要是细胞的M期细胞CHO(h)HeLa(h)TC1124TM11TS68TG234TG1111标记有丝分裂百分率技术(PLM)结合流式细胞仪(FCM)可以测定一些细胞种类细胞的各个时相的时间长短，也可以分拣出不同时相的细胞。CellsurvivalcurvesforChinesehamstercellsatvariousstagesofthecellcycle.Thesurvivalcurveforcellsinmitosisissteepandhasnoshoulder.ThecurveforcellslateinSphaseisshallowerandhasalargeinitialshoulder.G1andearlySphasesareintermediateinsensitivity.Thebrokenlineisacalculatedcurveexpectedtoapplytomitoticcellsunderhypoxia.(FromSinclairWK:Cyclicx-rayresponsesinmammaliancellsinvitro.RadiatRes33:620-643,1968,withpermission.)Time,

hours

after

shake-off细胞周期不同时间点经一定电离辐射剂量照射后细胞存活分数。作图为Hela细胞，右图为中国仓鼠细胞。本图主要显示不同G1期细胞存活分数间的差异。不同时相的辐射敏感性1）各时相细胞对辐射响应的改变主要表现在存活曲线的肩区。

M期细胞存活曲线无肩或者肩部很小；G1期、早S期、晚S期的肩依次逐渐变宽，而且末端指数区直线近似平行。2）处于或接近有丝分裂的M期细胞最易死亡（最敏感）；处于晚S期细胞的抗性最高（最抵抗），这与完善的HR修复有关；3）若G1期很长时（如HeLa），则G1早期有一抗性峰，而G1晚期则敏感；若G1期很短(如CHO)，则不会表现出抗性时段；4）G2期一般较敏感，敏感性大致与M期细胞相当；有一种DNA损伤修复叫做亚致死性损伤修复FractionofChinesehamstercellssurvivingadoseof6.6Gy(660rad)ofx-raysasafunctionoftime.Timezerocorrespondstotheharvestingofmitoticcells.ThesurvivingfractionincreasestoamaximumlateinSphase.(AdaptedfromSinclairWK,MortonRA:X-raysensitivityduringthecellgenerationcycleofculturedChinesehamstercells.RadiatRes29:450-474,1966,withpermission.)CHO细胞敏感性时间依赖性变化0-2小时上升段，S期细胞内SLD修复增加2-4小时下降段，G2细胞比较敏感4-6小时下降段，M期细胞电离辐射最敏感6-10小时上升断，逐渐同步化成为S期细胞10-14小时上升段，细胞数量增加加倍747Rads和804Rads

间隔（小时）任一种功能性组织都是由数种单一细胞按序排列组成的2、组织细胞任一细胞都是经历干细胞、分化细胞、功能性细胞，过度到细胞死亡的高等动物细胞死亡细胞非分裂细胞分裂细胞分化细胞功能细胞器官系统生命体组织细胞功能细胞生殖细胞体细胞乳腺细胞血液细胞骨髓细胞干细胞Somatic

cells

are

classified

as:Stem

cellsTransit

cellsMature

cellsSurvivalcurveforHeLacellsincultureexposedtox-raysCharacteristically,thiscelllinehasasmallinitialshoulder.(FromPuckTT,MarkusPl:Actionofx-raysonmammaliancells.JExpMed103:653-666,1956,withpermission.)细胞存活曲线研究方法受到质疑的地方：孤立的单一化克隆细胞，缺乏组织社会性，像鲁滨逊一样单一细胞，缺乏细胞的组织多样性，如干细胞、功能细胞、凋亡细胞等实验条件的规定性，缺乏外界因素、射线分类等对细胞存活的影响Survivalcurvesformammaliancellsandforavarietyofmicroorganisms,includingEscherichiacoli,yeast,andMicrococcusradiodurans.Itisevidentthatmammaliancellsareexquisitelyradiosensitivecomparedwithmicroorganisms,principallybecausetheyhaveamuchlargerDNAcontent,whichrepresentsabigger“target”forradiationdamage.A,mammaliancells;B,E.coli;C,E.coliB/r;D,yeast;E,phagestaphE;F,B.megatherium;G,potatovirus;H,Micrococcusradiodurans.不同细胞的辐射敏感性有丝分裂细胞2G干细胞1G成熟功能细胞100G微球菌2000G肿瘤干细胞80G（细胞含大量的自由基清除剂等）肿瘤细胞50G3、肿瘤细胞肿瘤细胞的异化细胞死亡丢失率（celllossfactor,LF，f）增殖期细胞增殖份数（growthfraction,GF）细胞标记指数（LI）与分裂指数（MI）肿瘤体积实际倍增时间(Td)肿瘤潜在增殖倍增时间(Tpot)肿瘤细胞有生有死？SummaryofD0valuesforcellsofhumanorigingrownandirradiatedinvitro.Cellsfromhumantumorstendtohaveawiderangeofradiosensitivities,whichbracketstheradiosensitivityofnormalhumanfibroblasts.Ingeneral,squamouscellcarcinomacells（鳞状细胞癌）

aremoreresistantthansarcomacells（肉瘤细胞）,butthespectraofradiosensitivitiesarebroadandoverlap.(CourtesyofDr.RalphWechselbaum.)鳞状细胞癌与肉瘤细胞A:Compilationofsurvivalcurvesforasynchronousculturesofanumberofcelllinesofhumanandrodentorigin.Notethewiderangeofradiosensitivity(mostnotablythesizeoftheshoulder)betweenmouseEMT6cells,themostresistant,andtwoneuroblastomacelllinesofhumanorigin(themostsensitive).Thecellsurvivalcurveformitoticcellsisverysteep,andthereislittledifferenceinradiosensitivityforcelllinesthatareverydifferentinasynchronousculture.B：18hoursafterirradiationwith10Gy(1,000rad)andelectrophoresedfor90minutesat6V/cm.Notethebroadvariationintheamountofladdering

whichischaracteristicofanapoptoticdeath.Inthisformofdeath,double-strandbreaksoccurinthelinkerregionsbetweennucleosomes,producingDNAfragmentsthataremultiplesofabout185basepairs.Notethatcelllinesthatshowprominentladderingareradiosensitive.凋亡的肿瘤细胞细胞衰老或坏死而死亡的部分通过干细胞及时补充，这就是细胞增殖动力学第五节影响细胞存活曲线的其他因素第五节曲线影响因素影响细胞存活曲线的主要因素辐射能量剂量的空间密度-----LET.指标用RBE氧效应-------氧含量.指标用OER化学分子-------放射防护剂与辐射增敏剂.指标用DMF和SER剂量分割-------小剂量多次照射.指标用Dc辐射剂量的时间密度-----剂量率.指标用DDREF

1、LET对细胞存活曲线的影响SparselyIonizing(<10keV/mm)250kVpx-rays(~2keV/mm)60Cog-rays(0.2keV/mm)10MeVprotons(4.7keV/mm)DenselyIonizing(>10keV/mm)2.5MeVa-particles(166keV/mm)2-GeVFeions(1,000keV/mm)辐射能量剂量的空间密度-----LET.指标用RBELET,

lowLETtohighLETLET,

lowLETtohighLETRADIATIONTYPEQUALITYFACTORPhotons1Electrons1Neutronsenergy<10keV510keV<energy<100keV10100keV<energy<2MeV20

2MeV<energy<20MeV10

energy>20MeV

5Protons,energy>2MeV

5Alphaparticlesandotheratomicnuclei

20TheupperthreecurvesrepresentfluctuationsinthesurvivalofjejunalcryptcellsexposedtoX

-

raysorneutronsastheypassthroughthecellcycleaftersynchronizationwithhydroxyurea(H-U).Thedoseswere11Gy(1,100rad)ofX

-rays;7Gy(700rad)ofneutronsgeneratedby50MeVd+

Be;and6Gy(600rad)ofneutronsgeneratedby16MeVd+

Be.Thelowercurverepresentstheuptakeoftritiatedthymidine(expressedascountsperminute)perwetweightofjejunumasafunctionoftimeafterthelastinjectionof(H-U).ThefirstwaveindicatescryptstemcellspassingthroughSphaseaftersynchronizationatG1-Sphaseby(H-U).(FromWithersHR,MasonK,ReidBO,etal.:Responseofmouseintestinetoneutronsandgammaraysinrelationtodosefractionationanddivisioncycle.Cancer34:39-47,1974,withpermission.)不同时相不同LET射线对细胞存活的影响2、氧对细胞存活曲线的影响有氧条件下不同辐射剂量对细胞存活分数的影响OER是以一定水平细胞存活分数为基准，基础固定的含氧水平下所需剂量之间的比值不同氧剂量水平对细胞OER的影响有氧条件下不同LET射线对细胞存活分数的影响高LET射线OER效应最低，或氧含量水平对高LET射线作用最低，即没有氧效应现象LET,

lowLETtohighLETDMF

=

Chemical

agents

that

reduce

or

enhance

cell

response

to

radiation

are

called

radio-protectors

or

radio-sensitizers.

The

examples

of

formers

are

WR-2721or

MEA,

while

those

of

latters

are

halogenated

pyrimidines

and

hypoxic

cell

radiosensitizers.

The

dose

modifying

factor

(DMF)

is

defined

as

follows:

Dose

to

produce

an

effect

with

radiioprotectorDose

to

produce

the

same

effect

without

radiioprotector3、化学分子放射防护剂DrugFormulaMean50%LethalDose(Range)inMiceMEANH2CH2CH2-SH343(323-364)MEA-PO3NH2CH2CH2-SHPO3777(700-864)WR-2721NH2[CH2]3

NHCH2

-SHPO3H2900EffectofAddingaPhosphate-CoveringFunctionontheFreeSulfhydrylofMercaptoethylamine(MEA)放射防护剂———氨磷汀（amifostine,

WR2721）Amifostine（氨磷汀）有可能减少辐射对正常组织的损伤放射增敏剂4、剂量分割剂量分割式照射中与一次性照射相比，二次打击的有效剂量-存活曲线(the

effective

dose-survival

curve)细胞存活率更多；细胞存活率随辐射打击二次之间的时间延长而增加；2小时之后细胞存活率将不再增加。分割时间长短对存活分数的影响剂量分割式照射中有效剂量-存活曲线(the

effective

dose-survival

curve)细胞存活率除与间隔时间有关外，还与重复打击的次数（n）有关。分割时间足够情况下，不同分割次数对细胞存活分数的影响Theconceptofan“effective”surviv