全球185个国家36个癌症病种统计数据显示:仅2020年,就有超过60.4万患者被诊断为新发宫颈癌,并有约31.1万宫颈癌患者死亡。在中国,宫颈癌的发病率和死亡率均高居女性生殖系统肿瘤的第一名,并且宫颈癌是女性肿瘤患者的主要死因之一。手术、放疗、化疗是临床上宫颈癌治疗的三大手段,其中放疗常用的外照射技术包括适形放疗、调强放疗以及螺旋断层放疗（Helical Tomotherapy,TOMO）。螺旋断层放疗作为研究热点之一,它是将集影像引导和剂量引导调强放疗结合在一起的现代放疗设备,因此其在靶区适形度、剂量梯度等方面存在着明显优势,能够显著提高靶区治疗精确性,降低摆位误差。它的原理是将直线加速器安装在类似于电子计算机断层扫描（Computed Tomography,CT）的滑环机架上,在进床的同时以扇形射束紧密环绕患者进行360度范围的螺旋照射。在螺旋照射过程中,束流剖面在离轴纵线上的投影在强度和宽度上会发生周期性变化,这种现像被称之为螺纹效应。螺纹效应是纵向离轴剂量表现出的一种波纹伪影。从放射物理角度分析,这势必会让低剂量区的肿瘤细胞缺乏有效的照射剂量,影响疗效。但在低剂量照射区域,电离辐射能够诱导一些高剂量实验中预测不到或者传统放射物理学在理论上无法解释的效应——旁观效应。辐射诱导的旁观效应表现为在未直接受照的细胞中也能产生辐射损伤,且这种损伤的诱发因子能够明确是来自邻近的受照细胞;这种效应在剂量水平低至mGy或单个α粒子时能被诱发,多个细胞实验都印证了这一点,如用受照细胞的培养液取代未受照细胞的培养液,能明显降低未受照细胞的存活率。旁观效应的临床应用也被证实,例如格点放疗,格点放疗与开野照射相对比,有更好的肿瘤控制,并减少局部复发。本文从放射生物学角度来验证是否螺旋断层放疗的螺纹效应导致靶区内肿瘤细胞的不均匀照射是否会影响其疗效,其是否也能激发旁观效应通过细胞间隙连接将靶区细胞死亡信号传递给邻近的癌细胞,从而提高肿瘤杀伤效率。本研究先探讨的螺旋放疗系统的参数对螺纹效应的影响,制作了不同铅门宽度、调制因子、螺距参数的计划,来观察螺纹效应的变化,得到螺距、铅门宽度越大、调制因子越小越容易产生螺纹效应的结论,并比较了多个计划的参数后,确定了后续细胞实验的合适参数:螺距为0.5、射野宽度为2.512cm,紧接着使用固定参数制定了不同剂量的螺纹照射计划和均匀剂量照射计划,使用其对宫颈癌细胞进行照射后观察细胞DNA双链断裂、增殖能力、周期、凋亡的情况。实验发现螺纹照射和均匀剂量照射相比,随着单次剂量递增,两种照射方式对细胞的杀伤效应没有明显差异。此外,螺纹照射和均匀剂量照射递增至8 Gy时,螺纹照射才会导致细胞大量产生γ-H2AX,并且与均匀剂量照射导致的γ-H2AX水平相当,螺纹照射和均匀剂量照射产生相同DNA损伤程度至少需要达到8 Gy。更值得一提的是,相较于均匀剂量照射,螺纹照射使更多的细胞阻滞在G2期且细胞凋亡率更高。为明确旁观效应,将X线照射细胞培养基转移至未照射细胞中,观察未照射细胞的增殖情况受到了明显的抑制,并且最佳单次照射剂量为16 Gy。为探究旁观效应的作用因子,对培养基进行质谱分析,结合课题组前期研究和结构域富集分析,初步筛选了潜在分子;然后,检测X线照射后细胞培养基中备选分子的含量,提示16 Gy的照射会导致细胞分泌hnRNPA1能力明显下降,将hnRNPA1在细胞内过表达后进行照射,转移培养基至未照射细胞,明确hnRNPA1为旁观抑制因子,并发现分泌减少的原因为宫颈癌细胞被照射后hnRNPA1在细胞浆内被降解,为排除旁观效应的作用因子为DNA、RNA,向X线照射细胞培养基内分别加入DNA酶、RNA酶后,将其转移至未照射细胞中,发现旁观效应不变,因此排除DNA、RNA在旁观效应中发挥作用。最后,通过体内实验再次证实旁观效应的发生。综上所述,本研究首次证实螺旋断层放疗的螺纹照射在8 Gy以上就会产生与均匀剂量照射相当的肿瘤杀伤能力,进一步发现是螺纹照射激活旁观效应才达此效果,且明确最佳激活剂量为16 Gy。最后,通过质谱分析和分子干预实验,创新性提出hnRNPA1是旁观抑制因子。本研究有望为提高螺旋断层放疗疗效提供新的治疗靶点。