近年来,癌症已经成为人类健康的主要杀手之一,重离子治癌以其独特的物理学和生物学特性正在治疗越来越多的病患;另一方面,深空探测的宇航员面临着宇宙空间中高能重离子对中枢神经系统的破坏。接受重离子癌症治疗的患者和深空探索的宇航员都受到重离子远后效应的威胁。因此,重离子辐射引起的远后效应研究受到日益广泛的关注,而其中最受瞩目的研究方向是重离子照射是否引起癌细胞恶性程度增加和重离子辐射导致远期脑损伤的研究。因此,本文就这两个方面进行了深入的研究,一是探索了重离子照射引起人非小细胞肺癌细胞系(A549)远后效应的途径和特点以及调节自噬对重离子远后效应的影响;二是利用不同传能线密度(LET)碳离子照射Balb/c小鼠的脑部,研究了远期的行为学模式的变化与自噬,Nrf2信号通路的变化的关系。在研究重离子辐射诱导A549细胞远后效应时,首先利用线性能量转移(LET)为70 ke V/μm的碳离子和LET为900ke V/μm的铁离子照射A549细胞,一个月后以克隆形成率,自发微核率和染色体数目等为生物学终点考察了远后效应产生的途径;其次,在2Gy碳离子照射后以转培养基法形成的旁观者细胞,用细胞生长曲线,细胞群落中的细胞数,染色体数目等方法考察了细胞对辐射引起非靶效应因子的响应异质性;最后,以雷帕霉素(自噬促进剂)和氯喹(自噬抑制剂)预处理细胞,并以碳离子照射使其产生远后效应,利用染色体数量、克隆形成、transwell侵袭实验、划痕实验、抗药性实验和X射线辐射敏感性实验等手段研究了调节自噬对重离子引起远后效应的作用。在研究重离子辐射导致Balb/c小鼠远期脑损伤时,选用了3周龄的Balb/c雌鼠,经过精心设计的重离子辐照装置对小鼠的脑部进行照射,首先研究了自噬和Nrf2信号通路对重离子辐射的急性响应;继续将小鼠饲养3个月后,以运动相关能力,空间学习和记忆能力,新事物识别能力相关的行为学测试来考察了重离子照射导致的Balb/c小鼠远期脑损伤,进而继续考察了自噬和Nrf2信号通路相关蛋白的表达情况,从而揭示了自噬和Nrf2信号通路对重离子辐射导致Balb/c小鼠远期脑损伤的影响。本文实验研究得到的主要结论如下:一、重离子辐射诱导A549细胞远后效应研究1、70ke V/μm的碳离子对人非小细胞肺癌细胞系A549的远后效应主要通过非靶效应介导来实现的。在剂量较高时通过细胞分泌的可溶性旁效应因子是介导远后效应的唯一途径,而在剂量较低时细胞间隙连接也可以作为汇集生长细胞中的介导途径。2、人非小细胞肺癌细胞系A549对重离子辐射引起的非靶效应物质具有响应异质性。受影响较大的细胞初期增殖慢,在度过一个“恢复期”后增殖速度回复正常。这种初期增殖较慢的细胞则是远后效应的携带细胞,而先慢后快的增殖特性可能是远后效应延迟出现的原因。3、在碳离子照射之前抑制自噬对碳离子诱导A549细胞的远后效应没有影响。而在碳离子照射前促进自噬对碳离子诱导A549远后效应则有多方面的影响,一方面雷帕霉素预处理的远后效应A549细胞含有更多的染色体畸变,而且增加了细胞的侵袭转移能力。另一方面,雷帕霉素预处理的远后效应A549细胞对顺铂和卡培他滨更敏感,并且具有更高的辐射敏感性。重离子照射(2Gy)A549细胞并不能造成如抗药性增强,抗辐射性增强,侵袭和迁徙能力增加和肿瘤干细胞占比增加等标志肿瘤细胞恶性程度增加的现象。二、重离子辐射诱导Balb/c小鼠中枢神经系统远后效应研究 1、碳离子照射雌性未成熟小鼠脑部引起的远期海马体相关神经功能损伤具有LET依赖性。高LET照射更容易导致小鼠的行为学模式改变。2、碳离子照射雌性未成熟小鼠脑部不会引起远期海马体细胞自噬过程的紊乱。3、在相对低LET碳离子照射雌性未成熟小鼠脑部后发现海马体细胞中持续存在的高Nrf2蛋白含量,这个现象可能是海马体细胞对第二次X射线照射产生辐射抗性的主要原因。