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恶性肿瘤（癌症）是对人类健康危害极大的疾病，放射治疗（即放疗）是治疗肿瘤的主要手段之一。常规放射治疗采用的射线和电子束进入体内后产生的剂量随深度的增加呈指数衰减，对肿瘤及周围的正常组织都有一定的杀伤作用。而重离子由于剂量分布具有Bragg峰，能较高吸收剂量区集中于肿瘤部位，从而有效地保护周围的健康组织，是较理想的放疗手段。本实验的目的是通过重离子辐射人肝癌细胞系SMMC-7721后，从细胞形态学角度，免疫组化及分子生物学领域分析人肝癌细胞系SMMC-7721受重离子照射后，细胞增殖、细胞凋亡、细胞周期及凋亡蛋白bcl-2／bax，STAT-3的表达，探讨重离子治癌的基本原理。实验结果总结如下：1．重离子辐射人肝癌细胞系SMMC-7721后，经荧光染色后，在荧光显微镜下观察到随着重离子照射剂量的增加，典型的细胞凋亡特征性改变也随之增加，如核染色体断裂、核固缩、凋亡小体出现。提示重离子能在体外诱导肝癌细胞凋亡，并且诱导的程度与剂量相关。与X射线相比，细胞形态改变更加明显。揭示了重离子有更强的促进细胞凋亡的作用。2．用克隆存活法测定细胞存活率，结果提示，人肝癌细胞系SMMC-7721在不同剂量碳离子辐射后的存活不同，呈线性指数的剂量-效应关系。同时，重离子较X射线有更大的细胞杀死效应，即细胞存活率明显降低（P＜0.05）。由此可见重离子能有效的抑制SMMC-7721细胞的存活，对重离子治癌有重要的意义。3．本研究经流式细胞仪检测重离子及X射线对SMMC-7721细胞周期的作用，提示随辐射剂量的增加，G2／M期细胞和细胞凋亡率明显增加。由此可见重离子有更强的抑制肿瘤细胞复制的作用。4．MTT法测定细胞增殖能力。结果显示随辐射剂量的增加，细胞增殖率明显降低。可见重离子辐射在一定剂量时能抑制肿瘤细胞的增殖，并呈现时间-剂量依赖性。由此，为重离子治疗肿瘤的剂量选择提供了依据。5．重离子束辐射SMMC-7721细胞后，随辐射剂量的增加，bax基因表达显著上调，而bcl-2基因表达则受抑制。重离子诱导bax基因表达上调的同时，也抑制了bcl-2基因的表达，并介导细胞凋亡的发生。与X射线相比，这种现象更明显，说明重离子对SMMC-7721细胞的辐射效率比X射线更高。6．本实验通过RT-PCR法和Western blot法检测STAT-3基因的表达，结果显示重离子辐射能够显著诱导STAT-3表达上调，并存在剂量依赖。提示STAT-3基因可能是肿瘤细胞产生辐射抗性的原因之一。本试验从细胞形态学角度揭示了重离子较X射线有更明显的促进细胞凋亡的作用；并且通过细胞克隆存活的检测及测定细胞增殖能力，明确了重离子可有效的抑制肿瘤细胞的增生；通过流式细胞仪检测细胞周期，为我们揭示了重离子可使细胞周期停滞在G2／M期，从而提高肿瘤细胞对重离子治疗的敏感性；通过检测bcl-2／bax及STAT-3基因的表达，明确了重离子可诱导SMMC-7721细胞相关凋亡基因的变化，从而促进细胞凋亡的发生。