体外测定患者特异性变异挑战质子放射治疗中相对生物学效应的通用金标准

　　本研究针对质子放射治疗中相对生物学效应（RBE）通用值1.1的临床适用性问题，通过建立原代口腔鳞癌细胞模型，采用临床放疗设备开展体外RBE测定。研究发现不同患者来源的肿瘤细胞RBE值存在显著差异（1.01-1.90），平均RBE50达1.32，证明基于标准RBE值的质子剂量确定方案存在不足，为实施个体化RBE指导的精准放疗提供了实验依据。

　　

在当今的肿瘤放射治疗领域，质子治疗因其独特的物理剂量分布特性——布拉格峰（Bragg peak）效应而备受关注，这种特性使得质子束能够在特定深度释放最大能量，从而减少对周围正常组织的损伤。然而，在将质子治疗应用于临床时，一个关键参数是相对生物学效应（Relative Biological Effectiveness, RBE），该参数用于比较质子辐射与常规X射线辐射在生物学效应上的差异。目前临床实践中普遍采用RBE值为1.1作为标准，这意味着质子被认为比X射线在生物学上有效10%。但这个值源自上世纪六七十年代的动物实验和转化细胞系研究，其是否适用于现代临床环境、特别是针对不同患者的个体化治疗，仍存在巨大争议。

头颈鳞状细胞癌（Head and Neck Squamous Cell Carcinoma, HNSCC）是全球第六大常见肿瘤，尤其源于口腔、咽部等部位的鳞状上皮。尽管手术、化疗和放疗等多模式治疗手段不断进步，晚期患者预后仍较差，且常规X射线放疗（XRT）常导致严重的终身后遗症，如皮肤纤维化、吞咽功能障碍等，严重影响生活质量。因此，质子治疗（Proton Therapy, PT）作为新兴放疗模式，因其物理优势而被寄予厚望。但质子治疗的生物学效应，尤其是RBE的个体化变异，至今未能得到充分探索。这主要是因为既往研究多基于动物模型或永生化细胞系，且使用的辐射源（如低能X射线或钴-60）与临床实际使用的直线加速器（LINAC）存在显著差异，特别是在线性能量传递（Linear Energy Transfer, LET）等关键参数上。

为解决这一问题，由Anna Kirstein、Dan Ionascu、Michael A.S. Lamba、Bianca M. Ruffolo、Katherine J. Crail、Anthony E. Mascia、Mathieu G. Sertorio、Benjamin H. Hinrichs、Chad Zender、Maria A. Lehn、Trisha M. Wise-Draper、John P. Perentesis、Yi Zheng和Susanne I. Wells组成的研究团队，在《Clinical and Translational Radiation Oncology》上发表了一项开创性研究。他们通过直接使用临床放疗设备（包括6 MV Varian TrueBeam LINAC和Varian ProBeam铅笔束扫描质子治疗系统），对七例患者来源的原代口腔鳞癌（OSCC）细胞进行了系统性的RBE测定，旨在验证标准RBE值1.1的适用性，并探索个体化RBE测定的可行性。

研究团队采用的主要技术方法包括：从治疗初治的OSCC患者手术样本中建立原代细胞系（样本队列来源自辛辛那提大学癌症中心），并在低传代条件下培养；使用临床级放疗设备进行X射线和质子辐射（剂量1-8 Gy）；通过克隆形成实验（Colony Formation Assay, CFA）测定细胞存活曲线，并计算RBE值；利用细胞倍增时间测定、EdU掺入实验和免疫荧光染色评估细胞增殖与凋亡；通过Sanger测序分析TP53基因状态。所有实验均遵循严格的质控标准，包括NIST可追溯的剂量校准和三维培养模拟。

研究结果部分，首先通过肿瘤病理学分析确认了所有样本均为侵袭性鳞癌，患者年龄范围38-83岁，以男性为主（86%），多数伴有淋巴结转移。原代细胞系（HNC269、HNC285、HNC327、HNC358、HNC363、HNC365、HNC396）均成功建立并表现出典型的鳞状细胞形态。TP53基因状态分析显示，五例为功能缺失型（LOF），一例为功能获得型（GOF），一例为野生型（wt），但基因状态与放射敏感性或RBE值无直接相关性。

细胞生长与增殖分析表明，不同患者来源的细胞在倍增时间、EdU掺入率（增殖指标）和凋亡率（cleaved caspase-3阳性率）上存在显著差异，但这些参数同样无法预测放射敏感性。通过克隆形成实验得出的放射敏感性数据显示，细胞系对X射线和质子的响应范围广泛：最抗辐射的细胞系HNC396的D₅₀值（XRT为4.1±0.1 Gy，PT为3.5±0.1 Gy），而最敏感的HNC365的D₅₀值（XRT为2.1±0.1 Gy，PT为2.1±0.2 Gy）。重要的是，质子辐射在所有细胞系中均显示出比X射线更强的细胞杀伤效应，但程度因患者而异。

RBE值计算结果显示，在50%存活率（RBE₅₀）下，七例细胞系的RBE值范围从1.01（HNC365）到1.90（HNC327），平均值为1.32，远高于标准值1.1。且RBE值随存活率水平变化而变化（例如在10%存活率时部分细胞系RBE接近1.1），但在临床相关剂量范围内均显著偏离1.1。值得注意的是，RBE值与TP53状态、细胞增殖或凋亡率均无显著相关性，凸显了其独立性和患者特异性。

讨论部分，研究者强调了当前标准RBE值1.1的历史局限性：它源于1966-1980年代的动物全身照射实验，使用多种光子参考源（如钴-60、低能X射线），而非现代临床设备；这些实验未考虑组织类型、肿瘤异质性或个体遗传背景；大多数体外研究使用低能实验室辐照器（LET≈2.0 keV/μm），与临床LINAC（LET≈0.2 keV/μm）存在显著差异。本研究通过使用临床设备、原代细胞模型和标准化测定方法，首次系统证明了RBE的患者特异性变异，并指出通用RBE值可能导致质子剂量不足或过量。此外，研究证实了个体化RBE测定在手术至放疗间隔期（6周）内完成的可行性，为推进精准放疗提供了实践路径。

研究的意义在于挑战了放射肿瘤学中的长期范式，呼吁重新评估质子治疗中的生物学假设。个体化RBE测定有望优化治疗计划，提高肿瘤控制率并减少正常组织并发症。然而，作者也指出研究的局限性：体外模型无法完全模拟体内微环境（如缺氧、免疫浸润）；样本量较小需扩大验证；固定LET和SOBP条件未涵盖质子束的全部物理特性；临床转化需解决标准化、成本及监管问题。未来需通过临床试验验证个体化RBE与患者预后的关联，并探索分子标志物与RBE的关系。这项研究为质子治疗从“一刀切”向“量身定制”的演变奠定了科学基础，标志着放射肿瘤学向精准医学迈出关键一步。