放疗采用高能射线杀伤肿瘤细胞，不可避免地会造成正常组织损伤。常规剂量率放疗(常规放疗)是目前临床常用的放疗模式，通过减少单次照射剂量、增加分割次数为正常组织修复提供时间，从而减轻放射损伤^[1]。随着计算机技术的发展，放疗精准性的提高，正常组织受照射体积减少，放射损伤随之减轻。尽管如此，正常组织放射损伤仍限制了肿瘤区域照射剂量的提升。值得注意的是，FLASH放疗作为一种新型的放疗技术，在国内外开展了广泛研究^[2]。随着FLASH放疗在减轻正常组织放射损伤的基础研究方面的进展，国际上FLASH放疗的临床试验陆续展开。本文就该技术在抗肿瘤方面的临床应用基础及临床试验成果进行系统综述。

一、FLASH放疗的临床应用基础

1. FLASH放疗相关的基础研究：20世纪中期至今，尤其是2014年以来，国内外学者陆续在斑马鱼及多种哺乳动物中观察到FLASH效应；与常规放疗相比，FLASH放疗可明显减轻神经组织、皮肤、肺、肠道、间叶组织、肌肉组织、造血干细胞等正常组织的放射损伤，而且保持了与常规放疗相同的肿瘤杀伤作用^[3-5]。一般来说，FLASH放疗需要满足：平均剂量率≥40 Gy/s，瞬时剂量率≥100 Gy/s，照射时间≤200 ms^[2]。目前FLASH效应的生物学机制多集中于氧消耗、DNA完整性、活性氧自由基及循环免疫细胞豁免学说。

氧含量是细胞存活分数的影响因素之一，随着氧含量的升高，放疗后正常细胞的存活分数降低^[6]。质粒模型研究显示，FLASH效应受氧含量的影响^[7]。FLASH放疗能够在毫秒内将全部照射剂量注入靶区，瞬间消耗了正常组织大量的氧分子，而对于乏氧的肿瘤组织来说影响轻微，这种短暂的缺氧状态有利于保护正常组织^[8]。然而，Cao等^[9]研究表明，在细胞水平，FLASH照射的氧气消耗能力劣于常规照射；在组织内，常规照射时血液持续氧气供应可抵消其固有的氧消耗能力。因此，FLASH放疗过程中存在氧消耗，但不足以充分解释FLASH效应。

苏州大学放射生物学中心联合中国工程物理研究院应用电子学研究所开展了FLASH放疗(光子)联合肿瘤免疫治疗的基础研究，并提出了“DNA完整性”假说，用于解释FLASH效应^[10]。该团队发现平均剂量率≥100 Gy/s的FLASH照射相较于常规照射可以缓解免疫检查点PD-L1基因敲除小鼠的肠道损伤，并显著改善受照小鼠的存活率。尽管FLASH照射与常规照射造成的肠上皮基因组DNA损伤基本相同，但FLASH照射诱导的胞浆DNA片段数量低于常规照射，由此降低了cGAS-STING信号通路的活化并减轻了肠道炎性损伤。基于上述结果，研究者认为常规照射较长的照射时间造成肠道细胞DNA持续损伤、完整性逐步遭受破坏，从而产生了大量DNA碎片；而FLASH照射的持续时间不足100 ms，DNA分子能够保持相对完整性，故减少了DNA碎片的产生，缓解肠道组织炎性损伤。即照射剂量沉积的时间和平均剂量率两者是FLASH效应的重要影响因素，与“DNA完整性”密切相关。

活性氧自由基学说在FLASH效应中占有重要地位。FLASH效应与电离辐射的直接作用无关，可能与间接作用产生的活性氧自由基密切相关^[7]。基于水分子电离和激发后的化学效应模型证实常规照射和FLASH照射后水分子分解产生的活性氧自由基在化学阶段的扩散期存在差异；氧化应激在FLASH效应中扮演重要角色^[11]。由此，电离辐射间接作用产生的活性氧自由基在FLASH放疗减轻正常组织放射损伤中发挥重要作用。

此外，有学者提出尝试从免疫细胞豁免角度解释FLASH效应。常规放疗能够导致淋巴细胞减少，与循环免疫细胞受照射剂量有关^[12]。FLASH放疗较常规放疗照射时间缩短，单次大剂量FLASH放疗有利于减少受照射淋巴细胞比例，并降低染色体畸变的诱导率^[13]。脑胶质母细胞瘤剂量测定血流模型显示，FLASH放疗后免疫细胞消耗约为常规放疗的4%^[14]。总之，FLASH放疗减轻正常组织损伤是一系列物理、化学、生物级联反应的结果，有待进一步探索。

2. FLASH放疗动物试验：FLASH放疗的有效性和安全性已在多项动物实验中得以证实。法国居里研究所Favaudon等^[15]采用小鼠肺肿瘤模型实施胸部单次17 Gy的FLASH照射，5~7周后观察到小鼠肺纤维化程度较常规照射显著减轻。瑞士洛桑大学附属医院Vozenin等^[16]采用迷你猪模型证实电子束FLASH照射较常规照射可减轻正常皮肤组织放射损伤，单次照射剂量达28~34 Gy；组织学分析显示照射后36周，常规照射部位皮肤纤维化、坏死及角化程度显著高于FLASH照射组，考虑与炎症浸润和上皮细胞重塑有关；而且，FLASH照射部位皮肤毛囊保存数量明显优于常规照射部位，免疫荧光染色显示FLASH照射部位表皮CD34+干细胞得到有效保护。而且，该团队还纳入患有原发性鼻鳞癌的6只猫(分期T₂/T₃N₀M₀)，实施电子束FLASH放疗(单次照射，剂量25~41 Gy)，成功根除肿瘤的同时，仅3只猫鼻周皮肤出现短暂的轻中度急性放射性皮炎^[16]。因此，单次高剂量的FLASH照射所伴随的急性放射损伤是轻微、可控的。

随后，瑞士苏黎世大学联合洛桑大学附属医院开展了一项单次大剂量FLASH放疗的3期动物实验，对患有原发性鼻鳞癌的猫分别实施FLASH放疗(7只，单次照射，剂量30 Gy)和常规放疗(9只，4.8 Gy × 10次)，两组猫急性放射损伤均轻微，1年内肿瘤控制良好，但FLASH放疗组中3只猫在放疗后9~15个月出现不同程度的上颌骨坏死^[4]。这可能与照射区域中热点(42 Gy)有关，超过了猫的上颌骨和口腔黏膜的耐受性。

二、FLASH放疗临床试验现状

1. 电子束FLASH放疗：2019年，瑞士洛桑大学附属医院开展首例电子束FLASH放疗临床试验，该皮肤淋巴瘤患者既往曾接受20 Gy/10次和21 Gy/6次分割模式的常规放疗(平均剂量率0.08 Gy/s)，照射后曾发生3级急性皮肤放射损伤；与之相比，单次15 Gy的FLASH放疗(平均剂量率166 Gy/s，共10个脉冲，每个脉冲1 ms)，患者皮肤反应不超过1级，并且在更短的时间内消失；照射部位肿瘤获得了快速、持久和完全的缓解^[17]。在随后2年的随访证实，FLASH放疗肿瘤控制率和既往实施的常规放疗无差异，而且两者的晚期放射损伤相仿^[18]。该研究证明了电子束FLASH放疗应用于人体皮肤组织是安全可行的。

此后，瑞士洛桑大学附属医院于2021年开展了皮肤恶性黑色素瘤的FLASH放疗剂量递增(22~34 Gy)Ⅰ期临床试验(NCT04986696)，2023年开展皮肤基底细胞癌和鳞状细胞癌的Ⅱ期临床试验(NCT05724875)，目前两项研究均招募患者中。

2. 质子FLASH放疗：2020年，美国辛辛那提儿童医院质子中心开展全球首项质子FLASH放疗临床试验(FAST-01，NCT04592887)。共纳入10例手臂和腿部(共12个转移部位)合并疼痛性骨转移瘤的患者(年龄27~81岁；男女各50%；均为白人)，既往曾接受总剂量为8 Gy的分次常规放疗。采用ProBeam质子治疗系统进行质子FLASH放疗(单次8 Gy，剂量率60 Gy /s)。虽然质子FLASH放疗平均治疗时间长达15.7 min，但照射时间不足1 s。FLASH放疗后3个月，7例患者的疼痛完全或部分缓解。在接受治疗的12个部位中，有6个部位的疼痛完全缓解，另有2个部位部分缓解，这与常规姑息放疗的结果相当。放射损伤轻微，最常见的是短暂的轻度皮肤色素沉着(美国肿瘤放射治疗协作组RTOG 1级)，没有出现与FLASH放疗相关的严重不良反应^[19]。该研究结果初步验证了质子FLASH放疗的安全性和有效性。

该中心于2022年启动了前瞻性单臂临床试验FAST-02(NCT05524064)，招募合并临床症状的胸部骨转移瘤患者，旨在进一步明确质子FLASH放疗对肺部和心脏等重要器官相关的放射损伤及疼痛性骨转移瘤的治疗效果。

三、FLASH放疗临床试验面临的挑战

1. FLASH放疗临床试验装置：FLASH放疗能够瞬时对外输出高能量的射线，需要特定的照射平台，或者对现有直线加速器进行改造。洛桑大学附属医院2019年首例人体试验采用由法国PMB-ALCEN公司研发的Oriatron eRT6电子线加速器，能量5.6 MeV，平均剂量率166 Gy/s，瞬时剂量率1.8×10⁵ Gy/s，照射深度约3 cm，主要用于表浅肿瘤^[17]。2021年开展的皮肤恶性黑色素瘤的FLASH放疗剂量递增(22~34 Gy)Ⅰ期临床试验则采用美国IntraOp Medical公司的Mobetron移动式术中电子线加速器，平均剂量率100 Gy/s，瞬时剂量率1 000 Gy/s，照射深度达4 cm^[20]。笔者所在团队于2022年通过改造美国Varian 23CX医用直线加速器，实现了均匀的电子束FLASH放疗，多种检测方法及国防科技工业电离辐射一级计量站(核工业放射性计量测试中心)送检结果均证实源皮距100 cm处平均剂量率可达120 Gy/s，瞬时剂量率达86 500 Gy/s^[21]。上述装置可为后续的电子束FLASH放疗研究提供良好的平台。

然而，低能量电子束照射深度有限，仅可用于深度不足5 cm的浅表肿瘤，这限制了其临床应用。目前，针对深层肿瘤，辛辛那提儿童医院采用美国Varian公司Probeam质子加速器，平均剂量率60 Gy/s，瞬时剂量率>100 Gy/s^[19]。尽管质子具有组织穿透力强、剂量分布均匀、适形度高、及布拉格峰效应的优势，但质子设备昂贵，治疗费用相对较高，不利于FLASH放疗的普及。

对于临床常规放疗采用的高能X射线直线加速器，由于电子束打靶产生X射线的能量转化率极低(约1%)，其实现FLASH放疗需要极高功率的加速器，以及可耐受瞬时高功率的光子转化靶。斯坦福大学团队创造性的设计PHASER系统，采用16个常规直线加速器，获得500倍于现有加速器的光束电流，从而实现X射线FLASH放疗^[22]。中国工程物理研究院基于太赫兹自由电子激光装置构建X射线FLASH放疗研究平台(PARTER)，平均剂量率最高可达2 000 Gy/s，瞬时剂量率为9×10⁶ Gy/s ^[23]。清华大学工程物理系粒子加速器团队研制出国际上首根超高剂量率X射线直线加速管，并于2021年研发出X射线FLASH放疗样机，在源皮距50和70 cm处平均剂量率分别达80和43 Gy/s^[24]。该设备证实了常温直线加速管实现X射线FLASH放疗的可行性，达到了临床可用的源皮距要求，有望为未来X射线FLASH放疗设备研发及临床应用提供强有力的解决方案。

有学者将目光投向超高能电子束(VHEE)，即能量在100 MeV以上的电子束。与临床常用的低能量电子束相比，VHEE的组织穿透能力强，能量250 MeV的VHEE可用于深度5~30 cm的肿瘤；而且，VHEE剂量分布均匀、适形度高，散射率低，优于X射线^[25]。质粒模型证实VHEE可有效地造成DNA的损伤，而且99%是由间接作用引起^[26]。VHEE是否能诱发FLASH效应有待进一步研究。

此外，FLASH放疗作为一种新的照射技术，设备成本也是临床试验推广的限制因素之一。为降低成本，可考虑开放更经济、更智能，并且与现有的放疗设施兼容的FLASH放疗设备。相较于质子FLASH放疗装置，VHEE直线加速器具有性价比优势，可能具有临床推广应用前景。

2. FLASH放疗实施细则及适应症：尽管FLASH放疗具有减轻正常组织放射损伤的优势，但相关临床研究处于起步阶段，应制定详细的实施细则并严格控制适应症^[17-19]。具体包括：①在国际卫生组织医学-伦理指令的框架下，经所在研究机构伦理委员会审查与批准。②疾病进展为患者带来风险。③标准治疗效果差或者无效。④FLASH放疗预期可为患者带来获益。⑤预期治疗不良反应有限且可控。⑥患者有强烈的治疗意愿，签署治疗同意书。⑦成立至少由2名高年资放射肿瘤专家、2名放射物理专家和1名放射技师组成的FLASH治疗小组。

3. FLASH放疗剂量分割模式：一般来说，常规放疗时，单次照射剂量常与放射损伤呈正相关，分次照射可以降低晚期放射损伤^[27]。然而，FLASH放疗的剂量-放射损伤效应尚不明确。Böhlen等^[28]认为FLASH效应具有组织特异性，且随着照射剂量提升而增加。洛桑大学附属医院首例FLASH放疗患者中并未观察到明显的FLASH效应，猫原发性鳞癌的Ⅲ期动物实验晚期放射损伤明显^[4-18]。这提示了单次大剂量FLASH放疗的局限性。Maity等^[29]认为FLASH放疗晚期放射损伤明显可能与较大的射野面积有关。Vozenin等^[2]认为FLASH放疗的放射损伤较常规放疗减轻约1/3，超范围的单次大剂量FLASH放疗可能掩盖潜在的正常组织保护效应。与此同时，FLASH放疗机制研究提示，单次照射剂量＜5 Gy不足以触发FLASH效应^[5]。因此，临床工作中，实施单次大剂量或低剂量(单次剂量 < 5 Gy)分次FLASH放疗需十分谨慎，中等剂量的分次照射模式可能更合适于FLASH放疗，在保证肿瘤控制率的前提下，更好地保护正常组织。由于FLASH放疗特殊的放射生物学效应，若实施大分割FLASH放疗模式，是否可采用生物等效剂量(BED)或2 Gy分次放射等效剂量(EQD2)来评估放射治疗效果，有待进一步探讨。此外，目前研究通常仅关注FLASH放疗过程中和结束后出现的急性不良反应，缺乏对于晚期并发症的长期随访观察和深入机制探讨。

4. FLASH放疗质量控制与质量保证：FLASH放疗作为一种新的照射技术，安全性尤为重要，所包含的检测项目和容差值设置方面有特定的要求和标准。在基于TG-142/TG-198报告定义加速器质量控制项目的同时，应考虑重点监测与超高剂量率相关的参数，以最大程度减少放疗误差、提高治疗精度。目前，建议超高剂量率质量控制报告中包括以下参数：射线能量、脉冲重复频率、占空比、瞬时脉冲序列结构、射束强度、累积剂量、每脉冲剂量、瞬时剂量率、平均剂量率、剂量率分布^[30]。由于FLASH放疗的瞬时剂量率显著高于常规放疗，常规放疗剂量测量体系如电离室、半导体可出现饱和效应。目前，国内外FLASH放疗实际剂量率测量多采用丙氨酸剂量计、热释光剂量计、EBT系列胶片及光释光剂量计^[17-21]。为实现实时剂量测量和剂量测量的稳定性，清华大学工程物理系加速器实验室创造性的设计了一款金刚石探测器，初步结果显示可实现从常规剂量率到超高剂量率的超宽脉冲剂量范围束流剂量测量，具有灵敏性高、体积小的优势^[31]。该设备尚处于实验研究阶段，有望应用于FLASH放疗的剂量监测。此外，可考虑应用高精准的图像引导设备，实时跟踪靶区，以保证FLASH放疗的安全与疗效。总之，实施FLASH放疗时，严格的质量控制是给予正确和精准的剂量的前提，以保证肿瘤控制率并减轻正常组织放射损伤。

5. FLASH放疗敏感性：鉴于FLASH放疗异于常规放疗的放射生物学机制，FLASH放疗与常规放疗是否具有相同的敏感性是进一步筛选FLASH放疗适合患者群体的重要决定因素。猫原发性鳞癌Ⅲ期动物实验中，FLASH放疗组中1只猫于照射后1年出现肿瘤进展，而常规放疗组未出现^[4]。这提示个体间放疗敏感性差异可能会导致截然不同的结果。前期有关人类急性淋巴细胞白血病的生物信息学分析表明，基因分型可能参与调控FLASH放疗和常规放疗的敏感性^[32]。然而，上述FLASH放疗敏感性预测因素的研究病例数较少，有待扩大样本量进行深入探索。

总之，FLASH放疗是肿瘤治疗的里程碑，初步临床试验数据显示FLASH放疗是可行和安全的，不足500 ms的单次治疗时间极大地提高了工作效率，且具有减轻正常组织放射损伤的优势。期待进一步的临床试验，以促进FLASH放疗技术的临床转化，为肿瘤患者带来获益。

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作者贡献声明  罗辉负责文献搜集整理与论文撰写；马怡晨、马蕾杰、毛荣虎、雷宏昌、刘晗、张燕平、徐萌负责部分文献的搜集与整理，协助论文撰写；葛红、杨成梁指导论文修改