肺癌以高发病率、高致死率和低治愈率的特点位居恶性肿瘤榜首。肺癌分为非小细胞肺癌（NSCLC）和小细胞肺癌（SCLC）两类,其中NSCLC占肺癌患者总数的85%,并且五年生存率仅为17.1%。大量研究发现NSCLC辐射敏感性较低,且具有较高的复发转移率,因此传统放射治疗（X-射线和γ-射线）的疗效较差。辐射敏感性低意味着细胞的抗辐射损伤能力强,放射治疗的效果差,提高辐射敏感性有望提高放射治疗的效果。近些年来发现,重离子作为一种新的辐射源在肿瘤治疗方面有较好的应用前景。然而,关于NSCLC对重离子的辐射敏感性及其分子机制,目前还不清楚。为此,本研究以腺癌A549、大细胞癌PGCL3和鳞癌H520三个不同的NSCLC细胞株为对象,分析了它们对重离子的辐射敏感性及其分子机制,同时以X-ray照射为参照,比较了它们对¹²C⁶⁺重离子与X-ray的辐射敏感性及其差异。主要结果如下:1.以上三种NSCLC细胞株经¹²C⁶⁺和X-ray照射后,克隆形成实验和RT-CES检测结果显示,与未经照射的细胞相比,无论是经¹²C⁶⁺还是X-ray照射,a)三个细胞株的存活分数（SF）和增殖能力均显著下降,并且下降的幅度与照射剂量成正相关;b)H520的SF和增殖能力都始终最低,A549的最高,PGCL3的居中（H520<PGCL3<A549）。此外,同等剂量下,¹²C⁶⁺照射后三个细胞株的SF和增殖能力都普遍显著低于X-ray照射后的SF和增殖能力。流式细胞术和Hoechst 33258染色检测结果显示,与未经辐照的细胞相比,无论是经¹²C⁶⁺或X-ray照射,a)三个细胞系G2/M期细胞的数量和凋亡细胞的数量均显著增多,并且随剂量的升高呈上升趋势;b)H520的G2/M期阻滞率和凋亡率都始终高于PGCL3和A549的G2/M期阻滞率和凋亡率,PGCL3的G2/M期阻滞率和凋亡率始终高于A549的G2/M期阻滞率和凋亡率（H520>PGCL3>A549）。此外,相同剂量下,¹²C⁶⁺照射后G2/M阻滞率和凋亡率显著高于X-ray照射后G2/M阻滞率和凋亡率。以上结果说明,不同类型的NSCLC对¹²C⁶⁺和X-ray的辐射敏感性不同,同种NSCLC对¹²C⁶⁺的辐射敏感性显著大于对X-ray的辐射敏感性。2.三种nsclc细胞株经¹²C⁶⁺和x-ray照射后,rt-qpcr和westernblot分析结果显示,与未经照射的细胞相比,无论是经¹²C⁶⁺还是x-ray照射后,a)三个细胞株内dna-pkcs的表达水平均显著提高,但随着剂量的升高,表达水平又逐渐显著下降;b)在a549内的表达水平高于在pgcl3和h520内的表达水平,在pgcl3内的表达水平又高于在h520内的表达水平（a549>pgcl3>h520）。同等剂量下,¹²C⁶⁺照射后dna-pkcs的表达水平普遍显著高于x-ray照射后该基因的表达水平。检测a549和h520细胞内atm和atr的表达水平发现,与未经照射的细胞相比,无论是在经¹²C⁶⁺离子还是x-ray照射的细胞内,atm和atr的表达水平均显著上调,但在a549内的表达水平显著高于在h520内的表达水平。同等剂量下,¹²C⁶⁺照射后atm和atr的表达水平显著高于x-ray照射后的表达水平。以上结果表明,不同nsclc细胞对¹²C⁶⁺和x-ray的辐射敏感性大小与dnadsb修复能力呈负相关。¹²C⁶⁺照射后细胞内dnadsbs修复能力高于x-ray照射后dnadsbs修复能力。3.以对¹²C⁶⁺和x-ray敏感性最低的a549细胞株为对象,照射前0.5h在培养液中分别加入10μm的dna-pkcs抑制剂nu7026（简称u）和atm/atr抑制剂cgk733（简称g）,然后经等剂量（2gy）的¹²C⁶⁺和x-ray照射后,克隆形成实验结果显示,u+¹²C⁶⁺、u+x-ray、g+¹²C⁶⁺和g+x-ray组细胞的sf显著低于对照组(只经过¹²C⁶⁺或x-ray照射,下同)的sf,但u+¹²C⁶⁺和g+¹²C⁶⁺组的sf分别低于u+x-ray和g+x-ray组的sf,u+¹²C⁶⁺和u+x-ray组的sf分别低于g+¹²C⁶⁺和g+x-ray组的sf。免疫荧光和流式细胞术分析发现,在γh2ax（dsb位点）数量和g2/m期阻滞率方面,u+¹²C⁶⁺、u+x-ray、g+¹²C⁶⁺和g+x-ray组普遍高于对照组,但u+¹²C⁶⁺和g+¹²C⁶⁺组分别高于u+x-ray和g+x-ray组,u+¹²C⁶⁺和u+x-ray组分别高于g+¹²C⁶⁺和g+x-ray组。此外,随着照射后时间的延长,各组γh2ax的数量和g2/m期阻滞率普遍下降,但u+¹²C⁶⁺和u+x-ray组凋亡率却分别高于g+¹²C⁶⁺和g+x-ray组凋亡率。westernblot分析结果显示,加入dna-pkcs抑制剂nu7026处理后,u+x-ray组内atm和atr表达水平较对照组（x-ray单独照射）显著上调,u+¹²C⁶⁺组内atm和atr表达水平较对照组(¹²C⁶⁺单独照射)相反的下调。加入atm和atr抑制剂cgk733后,g+¹²C⁶⁺和g+x-ray组内dna-pkcs表达水平较对照组都显著上调。以上结果说明,外加dna-pkcs或atm/atr抑制剂,通过抑制细胞的dna损伤修复活动,可增加nsclc细胞对¹²C⁶⁺和x-ray的辐射敏感性,其中nu7026的效应大于cgk733的效应。4.使用a549细胞构建了balb/c-nu裸鼠的荷瘤模型。按照25mg/kg剂量腹腔注射NU7026,0.5 h后分别经等剂量（4 Gy）的X-ray和¹²C⁶⁺照射后解剖学分析发现,与对照相比,U+¹²C⁶⁺和U+X-ray组移植瘤的重量、体积、细胞密度和核浆比都显著降低,但U+¹²C⁶⁺组移植瘤的重量、体积、细胞密度和核浆比显著低于U+X-ray组。RT-qPCR和western blot分析发现,与对照组相比,U+¹²C⁶⁺或U+X-ray组细胞内促凋亡因子基因Bax的表达上调,抗凋亡因子基因Bcl-2的表达下调,但U+¹²C⁶⁺组内Bax的表达水平显著高于U+X-ray组内Bax的表达水平,Bcl-2的表达水平显著低于U+X-ray组内Bcl-2的表达水平。以上结果进一步证明外加NU7026处理,通过抑制细胞损伤的修复能力,可显著提高NSCLC细胞对¹²C⁶⁺和X-ray的辐射敏感性。综上所述,以上结果表明,不同的NSCLC细胞对¹²C⁶⁺或X-ray的辐射敏感性不同;同种NSCLC细胞对¹²C⁶⁺离子的辐射敏感性高于对X-ray的辐射敏感性;NSCLC细胞对¹²C⁶⁺或X-ray辐射敏感性的大小都与照射后细胞内DNA损伤修复能力的大小有关;使用DNA-PKcs或ATM/ATR抑制剂,特别是DNA-PKcs抑制剂NU7026,可通过抑制细胞内的损伤修复有效提高NSCLC细胞的辐射敏感性。本研究不仅对于了解NSCLC对¹²C⁶⁺重离子和X-ray的辐射敏感性的异同及其分子机制有重要的学术意义,而且对于提高重离子和X-ray放射治疗NSCLC的疗效和研发新的抗癌药物有重要的实践意义。