依托重点实验室，本年度共发表研究论文184篇，其中SCI论文166篇。申请专利27项，获得授权专利8项。代表性成果如下：
（一）先进放射肿瘤生物学
1、辐射损伤机制研究方面：
（1）揭示了Krüppel样因子5（KLF5）放射性肠损伤的作用机制。肠道是电离辐射敏感组织之一，目前对于其发病机制的研究尚不充分。KLF5是锌指蛋白转录因子家族成员，在细胞增殖、分化及凋亡等过程中发挥重要作用；它主要表达在基底隐窝增殖的细胞中；多种遗传修饰小鼠的实验表明，KLF5在维持肠道组织正常结构中起重要作用，但其在放射性肠损伤中的作用尚未见相关报道。本研究围绕KLF5分子开展肠型辐射损伤机制与修复途径的研究，结果表明KLF5的表达与病情的进展具有相关性，肠道特异性敲低KLF5小鼠在受到大剂量射线照射后肠组织损伤程度加重，再生隐窝数量明显下降，难以恢复，提示KLF5在放射性肠损伤中具有重要作用。Microarray结果显示KLF5可能通过调节增殖、干细胞、DNA损伤修复来影响电离辐射引起的肠损伤。相关工作已发表在Int. J. Biol. Sci. 2015, 11, 1458-1468。
（2）揭示了电离辐射诱导非小细胞肺癌侵袭转移的机制。放射治疗是非小细胞肺癌治疗的一个重要方式。近年来，越来越多的证据表明电离辐射能够促进肿瘤细胞的侵袭和迁移，然而，其潜在的机制尚未完全了解。我们研究发现：2GyX射线可诱导非小细胞肺癌细胞中HIF-1α和ROS升高，上调CXCR4的表达，进而激活PI3K / pAkt和MAPK/pERK1/ 2通路，促进基质金属蛋白酶的表达，最终导致非小细胞肺癌细胞侵袭力增加。相关工作已发表在Oncotarget 2015, 6, 10893-907。
2、细胞辐射敏感性研究方面：
（1）揭示了miR-153/Nrf-2/GPx1信号通路通过ROS调控胶质瘤干细胞的干性和辐射抗性。肿瘤放射治疗常用的放射线作用特点主要是以间接作用为主，该作用方式首先是放射线与细胞中的水分子相互作用，产生活性氧基团（Reactive oxygen species，ROS）。随后由这些ROS对DNA造成损伤，此过程同时伴有这些ROS的清除和非致死性DNA损伤的修复，其最终结果决定了细胞的存活和损伤程度。研究表明，多种肿瘤干细胞具有较强的ROS清除能力，受照后使ROS处于较低水平，DNA的初始损伤明显少于非肿瘤干细胞，从而导致肿瘤干细胞与非肿瘤干细胞相比更具放射抗拒性。然而，在胶质瘤干细胞中是否存在ROS清除能力增强介导的放射抗拒性尚未见文献报道。我们发现基础条件下和射线照后胶质瘤干细胞内ROS水平明显低于相应的胶质瘤细胞株，表明胶质瘤干细胞ROS清除能力明显强于胶质瘤细胞，首次提出miR-153/Nrf-2/GPx1信号通路通过ROS调控胶质瘤干细胞的干性和辐射抗性，为深入阐释胶质瘤干细胞干性和辐射抗性调控的分子机制开辟新途径。相关工作已发表在Oncotarget 2015, 6, 22006-27。
（2）揭示了泛素影响肺癌细胞放射敏感性的机制。泛素-蛋白酶体系统参与几乎所有的细胞调控过程，如细胞周期、细胞凋亡、信号传导、细胞增殖与分化、蛋白质转运、器官起源、内质网调控等。肿瘤细胞的高代谢状态必然影响到其胞内的物质循环过程，其中与蛋白降解有关的泛素蛋白酶体途径参与肿瘤的多种生物学过程。近年来，基于泛素蛋白酶体系统的抗肿瘤药物陆续开发并应用于临床。我们研究了泛素分子对人肺癌细胞增殖及辐射敏感性的影响。发现沉默泛素编码基因能在细胞水平和裸鼠移植瘤上明显增加人非小细胞肺癌H1299细胞的放射敏感性。干预细胞中泛素的表达能阻碍IκB蛋白经泛素蛋白酶体系降解，进而阻碍辐射诱导的NF-κB活化，从而转位入胞核内的NF-κB蛋白降低，表明抑制NF-κB活化很可能在敲减泛素表达所致的对H1299细胞放射增敏过程中发挥着重要作用。另外，我们成功构建并表达了抑制泛素基因表达的shRNA-UBB和shRNA-UBC，首次在体内验证敲减泛素基因表达对非小细胞肺癌的辐射增敏作用，为泛素作为肿瘤放疗增敏靶向药物提供动物实验依据。相关工作已发表在Scientific Reports 2015, 5, 9476。
3、辐射防护研究方面：
揭示了超氧化物歧化酶1（SOD1）高表达的分子机制。超氧化物歧化酶是一种分解超氧自由基的重要酶，广泛应用于食品和化妆品中。人体内有三种超氧化物歧化酶，分别为SOD1、SOD2和SOD3、SOD1含量最为丰富，约占总SOD的70%以上，广泛分布在细胞质中。但SOD1为何含量如此丰富，其机制并不清楚。我们研究发现SOD1 mRNA的3’UTR区域对于其蛋白表达具有重要意义。我们通过荧光素酶系统发现SOD1 3‘UTR区域的存在能增加蛋白质表达17-200倍，并且SOD1 3’UTR中每一部分的缺失都会显著降低蛋白质表达，提示其整体结构对于维持mRNA的稳定性都极为重要。我们进一步还发现mRNA结合蛋白AUF1能与SOD1的3‘UTR相互作用并提高其稳定性、增加自由基的清除能力等。相关工作已发表在Free Radic. Biol. Med. 2015, 85, 33-44。
（二）分子影像与核医学
（1） 基于Cu2-xE(E=S,Se,Te;0≤x≤1)纳米探针的控制合成。Cu2-xE(E=S,Se,Te;0≤x≤1)以独特和丰富的物理化学性质在生物医学、能源转换和储存等众多领域显示出广阔的应用前景。其中一个重要的应用就是利用Cu2-xE纳米材料在近红外区的表面等离子共振吸收（LSPR），将近红外光转化成热，用于光热治疗和光声成像。我们首先制备了PEG修饰的不同尺寸的CuS纳米颗粒，体内光声成像表明PEG修饰赋予纳米颗粒良好的生物相容性和较长的血液循环时间，而且它们的血液循环时间随尺寸增大而减小，相关结果发表在Nanoscale, 2015, 7, 11075。
Cu2-xE纳米材料的近红外吸收强烈地依赖于其形貌、尺寸、晶体结构和Cu/E比例，因此控制合成单分散的、具有明确晶体结构和组成的Cu2-xE纳米材料格外重要。在去年的研究基础上，发展了两种制备Cu2-xE(E=S,Se,Te;0≤x≤1)纳米材料的新方法：（1）在没有表面活性剂存在下，在水溶液中室温下合成尺寸均匀的无稳定剂的Cu2-xE(E=S,Se,Te;0≤x≤1)纳米颗粒。这为研究表面修饰对纳米探针性能和靶向性的影响提供了方便。此外，这种新方法还可以用于制备其它的金属硫族纳米材料，所得的无表面活性剂修饰的纳米颗粒具有优异的导电性，在能源转化方面具有广阔的前景。已经申请国际专利保护（李桢等，国际专利“Aqueous-based Method of Preparing Metal Chalcogenide Nanomaterials”，PCT/CN2015/080464），部分研究结果发表在Nano Energy 2015, 15，193；Nano Energy 2015, 13, 609；（2）发展了室温下从铜粉和硒粉（硫粉）克级制备Cu2-xE(E=S,Se;0≤x≤1)纳米结构新方法。这为它们的商业化提供了保障。已经申请国际专利保护（李桢等，国际专利“Method of Preparing Metal Chalcogenide Nanomaterials”, PCT/CN2015/080452），部分研究结果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces., 2015, 7, 13295。
（2）基于Gd2O3纳米颗粒的多模态诊疗一体化分子影像探针。Gd2O3纳米颗粒在核磁共振成像（MRI）方面广泛用作阳性造影剂，我们采用牛血清蛋白（BSA）为稳定剂在室温下合成了生物相容性Gd2O3的核磁共振造影增加剂，然后在其表面耦联具有近红外荧光的Cypate染料，该染料不仅具有荧光成像功能，而且还具有光声成像和光热治疗功能，从而得到多模态诊疗一体化分子影像探针。相关研究工作发表在Adv. Mater., 2015, 27, 3874，并被选为封面文章。
（3）针对肿瘤微酸环境的诊疗一体化分子影像探针成。铁与没食子酸具有良好的生物相容性，我们利用没食子酸中酚羟基与Fe3+的配位，以及没食子酸中羧基的弱酸性，首先合成Fe3+与没食子酸的小分子络合物，通过简单改变溶液的pH值成功实现小分子络合物与纳米颗粒之间的可逆转换，即在pH>5.0的中性或弱碱性环境下，Fe3+与没食子酸以小分子形式存在，而在pH<5.0的弱酸性环境下，Fe3+与没食子酸以纳米颗粒形式存在。它们的这种特性与肿瘤部位的微酸环境一致，它们可以在肿瘤部位聚集而在正常组织中则以小分子形式被快速代谢。更重要的是它们在近红外区有较强的吸收，可以用于肿瘤光声成像和光热治疗。相关研究结果发表在Adv. Healthcare Mater, 2015, DOI：10.1002/adhm.201500898。
（三）辐射纳米毒理学
（1）采用放射核素掺杂/标记纳米材料，成功制备出多功能纳米诊疗剂用于肿瘤多模式显像指导下的联合治疗，相关成果相继发表在国际知名刊物Adv. Funct. Mater（2015, 25, 4689-4699） 和Biomaterials（2015, 66, 21-28）上。此外我们选用生物相容性良好的多巴胺作为载体，在小鼠模型上成功实现了SPECT影像导航下的肿瘤放化疗协同治疗，为向临床转化提供前期的实验依据。该部分工作发表在Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 7327–7336上。
（2）设计将键能较低的二碲键引入到聚合物药物载体中，同时用它负载疏水的化疗药物阿霉素，利用二碲键较低的键能，构建了新型、灵敏、快速肿瘤微环境响应性的纳米药物载体，实现了更为高效、低毒的肿瘤治疗效果。同时，基于二碲键较低的键能，可能具有射线响应性，因此可以实现在较低的辐照剂量下破坏纳米药物载体，释放出包封的化疗药物，从而能更有效地实现肿瘤的放化综合治疗。相关成果发表在ACS applied materials & interface 2015, 7, 8033-8040。
（四）辐射防护与安全
（1）基于图像处理的细胞生长模式与建模分析。结合生物实验和数理建模，通过对细胞连续生长变化图像的研究，用数学建模方法定量分析生物学指标变化。我们应用物理软物质的实验分析技术，识别细胞空间分布，跟踪细胞运动变化，计算细胞形变和相互作用。该部分工作已被International Journal of Biological Macromolecules接受。
（2）纳米金辐射增敏研究。金是一种高原子序数的金属材料，在组织内可以提高射线反应截面，增加次级电子的产生，因此金可以作为一种放疗增敏剂，提高电离辐射对肿瘤组织的杀伤作用。制备了两种尺寸的纳米金并经BSA吸附，高分子脂质囊泡包裹，分别从细胞水平和动物水平研究纳米金的放射增敏作用。研究结果显示：纳米金能够增加射线照射后肿瘤细胞的DNA损伤，增加肿瘤细胞的凋亡率；纳米金联合放射治疗可以有效地抑制肿瘤组织的生长，病理结果显示肿瘤组织内细胞坏死现象明显。相关研究工作发表在RSC Adv, 2015, 40514-40520。
（五）辐射技术应用
（1）航天合作项目—“紧致空间辐射探测望远镜研制”项目完成。该项目已于2015年12月通过专家组验收。所研制的探测器先后在北京大学核物理与核技术国家重点实验室、苏州大学附属第二医院、兰州技术物理研究所（510）、中国原子能研究院（401）进行了5轮电子与质子在线实验测试。实验结果表明，所研制的探测器功能和性能符合设计要求。探测器探测高能电子（0.3-6.0MeV）和高能质子（8.0-200.0MeV）。研制的望远镜尺寸小（300×250×150）、重量轻（<3.5kg）、功耗小（<10W）。关键技术指标计数率在数百cps～200kcps（即2×105counts/s）范围内，最高计数率超过1×105counts/s的设计要求。探测器的传感器、电子学线路及二次电源总功耗为7.8W，小于设计指标10.0W。一共向任务委托方移交：探测器样机样机2套、高能电子与质子探测器研制技术报告1份、高能电子与质子探测器电子学线路系统技术报告1份、控制软件与数据获取处理软件1套。
（2）承担的国家重大仪器设备开发专项子任务“面向PGNAA物理目标的探测器系统的研制一n／γ辐射场条件下探测器系统的研制”通过中期检查验收。子任务研制能够应用于实际工业生产环境及复杂中子场与复杂散射和本底γ射线背景条件下的性能稳定可靠的商用闪烁晶体γ探测器。所研制的探测器功能及性能指标完全达到任务书要求并且经第三方验证。已向项目总体组移交4套探测器，用于装置总成。
（3）国家自然科学基金面上项目—“空气氚个体防护的高效氚过滤方法研究”（11375125）进展顺利。辐照合成了多种空气氚高效过滤凝胶材料并进行了性能测试分析和机理分析研究。2015年申请发明专利4项，专利申请号分别为201510540756.X、201510809345.6、201510932342.1、201510919799.9。
（六）核能环境放射化学
（1） 有机膦酸与锕系元素作用机理的研究。通过引用柔性有机膦酸配体，在酸性、低温条件下，缓慢降温得到膦酸铀酰晶体。晶体的单晶结构表明与U配位的氧原子全部来自于P=O双键氧，进一步通过理论计算验证了晶体结构的实验结果。随着温度或时间的延长，热力学稳定的产物开始形成。这对于优化萃取工艺和设计新型萃取剂提供了重要的基础信息。（Inorg. Chem., 2015, 54, 3864；Dalton. Trans., 2015, 44, 18158; Inorg. Chim. Acta., 2015, 435, 131）
（2） 基于核废料回收的锕系多功能金属有机框架化合物的研究。利用具有C3对称性的三羧酸共轭有机配体和降低对称性后的另一个三羧酸配体与UO2(NO3)2在溶剂热下自组装构筑了两个不同的锕系金属有机框架结构。其中，前者构筑的化合物(1)是含有经典铀酰六角双锥的平面结构。后者构筑的化合物(2)是一例极为罕见的具有三重互锁形式的三维框架结构。对结构进行了深入研究和理论计算结果表明2中的铀酰赤道面出现了明显的扭曲呈现伞状，从而使配体连接后的结构呈波浪状而不是普通层状，构成了罕见的三重互锁结构。这种特殊的结构形式具有很高的耐辐照及耐水解性能，模拟核废液中离子交换实验发现这个化合物可以用来选择性地去除放射性铯离子并保持结构的稳定性。(J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 6144；Dalton. Trans., 2015, 44, 18810）
（3）通过光引发巯基-双键点击反应合成普鲁士蓝衍生物修饰的介孔材料用于铯离子的吸附。首先通过光引发巯基-双键点击反应将五氰基（4-乙烯基吡啶）亚铁配合物与巯基修饰的介孔氧化硅材料相结合合成了普鲁士蓝衍生物功能化的SBA-15。在298.15 K的温度下吸附2小时内达到平衡，得到的最大吸附容量为13.90 mg/g，高于文献报道的吸附容量。这些性质都表明该新型功能化介孔材料在环境水溶液中铯离子的去除方面具有良好的应用前景。该工作已发表（Chemistry – An Asian Journal, 2015, 10, 1738），并被评为VIP文章。
（4）偕胺肟基功能化聚离子液体微球用于水溶液中铀元素的富集。合成了表面同时带有正电荷和偕胺肟基团的乳液小球和无纺布材料。[UO2(CO3)3]4-被库仑力吸引过来与邻近的偕胺肟基团发生配体交换，而溶液中其他的阳离子被正电荷排斥。通过这种作用，吸附过程可能会变得更快速、更具有选择性。本研究为水溶液中铀元素的富集提供了一种新的思路。该工作已发表在RSC Advances, 2015, 5, 64286; Ind. Eng. Chem. Res. 2015, 54, 8699。
（七）定量生物医学
（1）蛋白质折叠新解。确定蛋白质的一级序列与折叠的关系，比如相似的一级序列是否有相似的折叠路径，是蛋白质科学领域内的一个悬而未决的问题。同源的蛋白G和蛋白L通常被用来作为序列差异剧烈影响折叠动力学的重要例证。然而，我们通过理论，数值模拟，与实验结合得到的最新结果显示这两个同源的蛋白质具有非常类似的折叠动力学行为，他们在折叠反应坐标面的最高点的折叠路径收敛到了类似的系综。这一发现与国际上广泛应用的经典“?值分析“方法的结果是完全不同的，从而揭示了这一经典方法的缺陷与局限性。我们的研究同时也表明刻画并预测蛋白质（甚至是那些被认为折叠行为已经很清楚的简单蛋白）折叠过程中的过渡态系综仍然是一个巨大的挑战（Proc. Natl. Acad. Sci. 112, 8302-8307, 2015）。
（2）犬尿氨酸力场开发。采用了量子力学第一性原理密度泛函理论的广义梯度近似（GGA）中的B3LYP以及PBE（Perdew; Burke; Ernzerhof）方法，以双分裂基函数为基础再引入针对不同原子的极化和弥散函数，构成电子展开基函数，在这样的水平上对犬尿氨酸的结构进行优化。作为量子计算，我们选择ADF 2010.01 和Gaussian 09 等主流通用程序包实现。根据其他标准力场CHARMM和AMBER等开发的程序，我们选取单个水分子作为探针，调整水分子（采用CHARMM版本的TIP3P模型）与犬尿氨酸不同基团之间的距离，分别通过量子化学方法与分子力学方法来计算在不同间距下两者之间的相互作用能量曲线，从而建立以两者间距为反应坐标的相互作用能谱。采用上述方法，已成功开发犬尿氨酸的分子力场。力场开发的量子计算为我们进一步开发新的分子力场提供了理论保障。类似的，我们运用开发犬尿氨酸分子力场的相关算法开发了一系列碳纳米材料的分子力场（ACS Nano, 5713, 2015; Nanoscale, 18725, 2015; Carbon, 895, 2015; Nanoscale, 15214, 2015），研究了位于石墨烯第一水合层中的水分子会发生非常奇异的电子传输现象（RSC Advances, 5, 175, 2015）。
（3）纳米材料在生物微环境下的毒理效应。研究各类纳米材料与重要蛋白与细胞膜等的相互作用。近年来碳基纳米材料在生物医药领域的广泛运用引起了学界关于其毒理学效应的广泛关注。我们结合理论模拟与实验研究发现碳基纳米材料（包括，石墨烯，碳纳米管等）在进入生物微环境后（如血液循环系统），血液中的血液蛋白会迅速将纳米材料包被覆盖，形成蛋白质－纳米材料复合物，也即，蛋白冠。蛋白冠的形成能够有效降低纳米材料的生物毒性，系列文章发表在国际知名学术期刊（ACS Nano, 5713, 2015; Nanoscale, 15214, 2015; Carbon, 895, 2015；Sci. Rep. 5, 10873, 2015；Sci. Rep. 5, 10886, 2015）上。
（4）碳纳米材料抗蛋白质构象疾病研究。碳纳米材料抑制肽链积聚和破坏清除肽链成熟纤维的动力学过程及分子机制等研究。碳基纳米材料近年来在生物医药领域，例如，肿瘤治疗、医学成像、药物载体等中得到广泛应用。我们结合理论模拟与实验研究发现，（氧化）石墨烯不仅能够有效的抑制KLVFFAE肽链（与老年性痴呆症密切相关）的积聚，还能有效的破坏KLVFFAE肽链成熟纤维，并阐明了背后的分子机理。相关研究也能够帮助我们理解KLVFFAE肽链积聚的分子机理。相关论文发表在Nanoscale 2015, 7, 18725-18737。