《Brain Research Bulletin》：Time-dependent alterations in brain metabolites and gut microbiota following whole-brain FLASH versus conventional radiotherapy in mice
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本研究针对常规放疗(CONV-RT)所致放射性脑损伤的临床难题，创新性地开展全脑超高速FLASH放疗(FLASH-RT)与CONV-RT的对比研究。通过多时间点代谢组学与微生物组学分析，揭示FLASH-RT可显著改善海马区小胶质细胞/星形胶质细胞活化，维持脑血流灌注，并通过协调氨基酸/碳水化合物代谢通路重建及肠道菌群稳态恢复（如富集Lachnospiraceae等有益菌），有效缓解神经炎症与认知功能障碍，为FLASH效应的机制解析提供全新理论依据。
在脑肿瘤放射治疗领域，一个长期存在的临床困境在于：常规放疗(CONV-RT)在有效杀伤肿瘤的同时，往往会导致患者出现不可逆的神经认知功能下降，特别是记忆和学习能力受损，严重影响生活质量。这种放射性脑损伤的典型特征包括持续神经炎症反应、脑血流灌注不足以及肠道菌群紊乱等病理变化。尽管放射治疗技术不断进步，但如何在不牺牲肿瘤控制效果的前提下有效保护正常脑组织，始终是放射肿瘤学领域亟待突破的瓶颈问题。
2014年，FLASH放疗(FLASH-RT)的重新发现为这一领域带来曙光。这种以超高剂量率（通常>40 Gy/s）实施的放射治疗技术，展现出令人瞩目的"FLASH效应"——在有效控制肿瘤的同时，能显著减轻正常组织损伤。然而，这种保护效应背后的生物学机制至今尚未完全阐明，特别是FLASH-RT对脑组织代谢过程和肠道微生物生态系统的时间依赖性影响，仍是未被深入探索的科学盲区。
为此，发表在《Brain Research Bulletin》上的这项研究，通过系统比较全脑FLASH-RT与CONV-RT在小鼠模型中诱导的脑代谢物和肠道菌群动态变化，首次从多组学整合视角揭示了FLASH效应的潜在机制。研究团队发现，与CONV-RT相比，FLASH-RT不仅能够显著减轻神经炎症反应和认知功能障碍，更重要的是，它通过调控脑内关键代谢通路和促进肠道菌群稳态恢复，创造了一个有利于神经修复的微环境。
在技术方法层面，本研究采用平行对照设计，将C57BL/6J小鼠分为FLASH-RT（200 Gy/s）和CONV-RT（2 Gy/min）两组，于照射后第1、3、7、21天采集脑组织和肠道内容物。通过靶向LC-MS代谢组学分析脑代谢物动态变化，16S rRNA测序表征肠道菌群轨迹，结合免疫荧光（小胶质细胞/星形胶质细胞标志物）、激光散斑脑血流成像以及行为学测试（新物体识别、Y迷宫、高架十字迷宫等）等多维度评估手段，全面解析两种放疗模式下的生物学差异。
3.1. 参数与剂量学验证
研究首先通过薄膜剂量计和电离室交叉验证，确认FLASH-RT（200 Gy/s）和CONV-RT（2 Gy/min）在固体水模体中均能实现均匀的剂量分布（图1E-J）。尽管FLASH-RT采用10 MV而CONV-RT为6 MV，但在小动物全脑照射模型中，剂量分布差异可忽略，保证了下游比较的可靠性。
3.2. 行为学保护效应
在照射后21天的行为学评估中，FLASH-RT展现出显著优势。新物体识别测试显示，CONV-RT组辨别指数显著低于假手术组，而FLASH-RT组表现接近正常水平（图2B-C）。Y迷宫实验中，FLASH-RT组在新臂中的探索距离和进入次数均显著优于CONV-RT组（图2E-G）。高架十字迷宫和旷场实验进一步证实，FLASH-RT未诱发CONV-RT典型的焦虑样行为改变（图2H-O）。
3.3. 神经炎症调控
免疫荧光分析揭示，CONV-RT可引起海马CA1、CA3、DG区及皮层广泛的胶质细胞活化，表现为GFAP+星形胶质细胞增生和Iba1+小胶质细胞聚集（图3A-F）。CD68染色显示CONV-RT组吞噬性小胶质细胞显著增加（图3G-H），而FLASH-RT组这些指标均明显改善。激光散斑成像进一步发现，FLASH-RT能更好地维持脑血流灌注（图3I-J），为神经保护提供了解释。
3.4. 代谢组学轨迹分析
通过时间序列代谢组学监测，研究发现CONV-RT组代谢物在照射后呈现持续抑制趋势，特别是在氨基酸代谢、碳水化合物代谢和突触神经传递相关通路（图4-5）。而FLASH-RT组在晚期（第21天）出现协调性反弹，涉及甘氨酸/丝氨酸代谢、半乳糖代谢、多巴胺能突触等关键通路的上调（图5E-F），提示其促进神经修复的代谢基础。
3.5. 肠道菌群动态
菌群分析显示，FLASH-RT诱导的菌群失调更轻微且短暂。在门水平上，FLASH-RT组在第3天即恢复拟杆菌门/厚壁菌门平衡，而CONV-RT组变形菌门富集持续更久（图6A-B）。LEfSe分析发现FLASH-RT富集乳酸杆菌、双歧杆菌等有益菌，而CONV-RT则与肠杆菌科机会致病菌相关（图6C-F），表明FLASH-RT能加速菌群生态恢复。
综合研究结果，该论文通过多组学整合分析首次阐明：FLASH-RT通过双重调控机制发挥脑保护作用——在中枢层面协调脑代谢程序重建，特别是在晚期促进氨基酸/碳水化合物代谢和神经递质合成通路恢复；在外周层面诱导更温和的菌群失调和快速微生态重建。这种脑-肠轴的协同调控为解释FLASH效应提供了新范式，不仅深化了对超高剂量率放射生物学效应的认知，也为临床转化提供了坚实的实验依据。研究揭示的代谢与菌群标志物有望成为预测FLASH-RT疗效的生物指标，推动精准放射治疗新策略的发展。
