DSB是电离辐射导致基因组DNA损伤主要和最严重的类型，磷酸化组蛋白H2AX能比较特异地在DSB处形成焦点，是DSB的分子标志物之一。H2AX是染色质结构中组蛋白H2A家族中的一种，在电离辐射导致DNA断裂时，H2AX基序上的139位丝氨酸磷酸化，即使很低剂量照射（如mGy水平）或自发性损伤DNA，也可在DSB位点最早形成γ-H2AX蛋白分子簇，其功能是将p53结合蛋白1、DNA损伤检测点介质1（MDC1）、Nijmegen断裂综合征基因1（Nbs1）和重组蛋白A（rad51）等募集到损伤位点^[1]参与DNA损伤修复。电离辐射作用细胞后几分钟，H2AX即可迅速发生磷酸化并在DNA双链断裂位点簇集形成焦点。众多研究发现，γ-H2AX的磷酸化表达与DSB数量及电离辐射吸收剂量有显著的量效关系，是辐射诱发DSB最为敏感的生物标志物，也是最有潜力的电离辐射生物剂量计^[2-5]。大量研究证明，不仅γ、X等低传能线密度射线诱导的γ-H2AX水平具有良好的剂量效应关系，而且中子、α粒子等高传能线密度射线也可以观察到良好的剂量效应关系^[6-8]。有研究比较中子照射和⁶⁰Co γ射线诱导γ-H2AX的特点，发现中子照射诱导的γ-H2AX绝对水平低于⁶⁰Co γ射线诱导的水平，但是前者稳定存在的时间长，在照射后4~24 h时间内，中子辐射引起的γ-H2AX表达始终高于⁶⁰Co γ射线诱导的表达^[8]。免疫荧光分析方法分析γ-H2AX焦点和流式细胞仪分析γ-H2AX蛋白水平是目前最主要的两种分析方法^[9-11]，两种方法均可快速鉴别大剂量受照者。用γ-H2AX蛋白水平估算受照剂量，快速、准确、特异性强，但γ-H2AX的表达存在时效性，其表达量在接受照射1 h后即开始衰减，因此必须在照射后几小时之内采样检测，才可以在事故发生时快速估算受照者的辐射剂量。

ATM是磷脂酰肌醇3激酶超家族成员，其基因是直接感受DNA损伤并起始诸多DNA损伤信号反应通路的主开关分子，在DNA损伤中起到信号上游感应分子的作用。ATM是一种在感应和传递DNA损伤信号、启动损伤DNA修复中起着重要作用的蛋白，其活化程度与DNA损伤程度存在一定依赖关系。当DNA发生损伤时，ATM蛋白自身被磷酸化，同时激活并调节一系列与DNA修复相关的蛋白。李明娟等^[12]用γ射线照射小鼠后发现，外周血细胞ATM蛋白的转录水平随受照剂量增加和照后时间延长而持续下降。

SCGE是1984年由Ostling和Johanson^[13]建立，于1998年后经Singh等^[14]进一步完善而逐步发展起来的一种快速检测单个细胞DNA损伤的实验方法，因其细胞电泳形状颇似彗星，又称彗星分析法（Comet Assay）。Zheng等^[15]用SCGE技术快速灵敏检测单细胞水平DNA链断裂。段志凯等^[16]用不同剂量（0~16 Gy）的⁶⁰Co γ射线照射正常人离体外周血，并在照后即刻和照后1 h进行SCGE检测，发现外周血细胞“彗星”尾矩（TM）值随辐射剂量增加而发生改变的趋势基本一致；而在照射剂量相同，不同照后时间存在一定的差异时，照射后1 h的尾矩值比照射后即刻的尾矩值略小，这可能与照射后DNA损伤的修复有关系。Sowmithra等^[17]用不同剂量的γ射线照射蚯蚓，用SCGE检测γ辐射导致的DNA损伤，结果表明DNA损伤的增加呈剂量依赖性，随辐射剂量的增加而增加，说明SCGE是检测γ辐射遗传毒性灵敏且快速的方法。

电离辐射诱导转录调节通路网络中的基因表达发生变化，这些基因的表达变化与辐射剂量之间呈现良好的剂量效应关系，近年来的研究热点主要集中在低剂量照射诱导基因表达改变、microRNA、线粒体编码基因等方面。

CCNG1是细胞周期蛋白家族的重要成员，是唯一受肿瘤抑制基因p53调控的细胞周期蛋白，不仅参与DNA复制，而且在促进凋亡和信号转导中起作用。2004年Sugihara等^[18]发现在低剂量照射后，逆转录PCR检测到小鼠体内CCNG1的表达显著升高。Manning等^[19]对受p53介导的DNA损伤反应调节的13个生物标志物在高剂量（0.5~4 Gy）和低剂量（5~100 mGy）照射2 h和24 h后的转录水平进行了检测，结果显示用100 mGy低剂量辐射后，联合应用电离辐射反应基因CCNG1与FDXR和DDB2评估的辐射剂量值为98 mGy，认为这些基因可用作低剂量电离辐射暴露的生物标志物。何颖等^[20]用低剂量γ射线照射AHH-1淋巴细胞后采用实时荧光定量PCR法检测AHH-1中CCNG1基因的表达变化，分析该基因表达的时间及剂量效应关系，结果显示γ射线照射后AHH-1中CCNG1基因表达呈剂量依赖性上调，具有较好的剂量效应关系。时间效应曲线表明，CCNG1基因表达在照射后24 h达峰值，之后开始下降，至168 h恢复至照射前水平。该研究结果表明，CCNG1基因在低剂量范围（0~1.0 Gy）具有较好的剂量效应和时间效应关系，是一种潜在的低剂量电离辐射生物剂量计。

CDKN1A是最早发现的CDK抑制因子，也是p53参与G1期阻滞调控的下游分子开关。2008年Turtoi等^[21]用γ射线照射人外周血淋巴细胞后用实时荧光定量PCR检测，发现CDKN1A基因mRNA表达水平与照射剂量呈明显的正相关，这一结果表明CDKN1A作为辐射生物剂量计的可行性。2010年金顺子等^[22]用X射线对小鼠进行全身照射后采用实时定量PCR技术检测小鼠胸腺和脾脏基因在照射后4~24 h的表达变化，结果发现CDKN1A基因在胸腺和脾脏两种组织中的表达量不仅随辐射剂量增加而升高，而且CDKN1A基因表达的剂量效应曲线与嗜多染红细胞微核率的剂量-效应曲线明显相关，表达量变化的幅度也较大。李洁清等^[23]用X射线照射人正常淋巴母细胞AHH-1后检测基因表达变化，发现CDKN1A基因在2.0 Gy和5.0 Gy剂量组表达上调，逆转录PCR检测结果与基因芯片结果一致。刘建功等^[24]用⁶⁰Co γ射线照射人离体外周血，采用实时荧光定量PCR测量CDKN1A基因的表达水平，结果在0~2 Gy剂量范围内，CDKN1A的mRNA相对表达水平随照射剂量增加而呈上调趋势。CDKN1A基因在生物剂量计方面有一定的应用前景，但还需要对CDKN1A基因的稳定性和适用范围等做进一步的研究和探讨。

线粒体是真核细胞的一种细胞器，它自身具有独立的基因组，可以编码13种蛋白质，参与线粒体氧化磷酸化相关酶的组成，而线粒体基因组相对于核基因组，因为缺乏组蛋白的保护更容易受损害。电离辐射改变线粒体功能，增加线粒体氧化应激，诱导细胞凋亡，导致特定的线粒体基因表达变化，线粒体DNA突变水平可以作为癌症恶性程度的标志物^[25-26]，线粒体DNA的遗传变异也被用于评估个体的放射敏感性。除了对化学诱导的氧化应激更敏感以外，线粒体DNA也比核DNA更容易受到辐射的影响。Yoshida等^[27]用5 Gy γ射线照射血管平滑肌A7r5细胞后24~72 h，线粒体8-羟基脱氧鸟苷出现延迟增加，而核DNA未发现变化。Wen等^[28]报道急性淋巴细胞白血病患者接受4.5、9 Gy X射线全身照射后检测外周血淋巴细胞，发现线粒体DNA拷贝数在24 h后平均增加2倍。张忠新等^[29]用γ射线照射人外周血后，用实时荧光定量PCR技术检测，发现电离辐射对外周血淋巴细胞线粒体编码基因细胞色素C氧化酶亚基I及三磷酸腺苷酶6的mRNA表达水平具有明显的影响，这两个基因的表达水平与γ射线的照射剂量之间存在线性关系，有望用于辐射生物剂量的估算。

miRNA是一类内生的、长度约为20~24个核苷酸的小RNA，具有在翻译水平调控基因表达的功能。miRNA在组织中广泛表达，研究证据显示，在人类等哺乳动物中至少有30%以上的基因受miRNA调控。随着研究的不断深入，越来越多的证据表明，miRNA与氧化应激特别是辐射生物效应相关，miRNA参与辐射相关基因的表达调控，表达水平与照射剂量有关。Girardi等^[30]用0.2 Gy和2 Gy γ射线照射人外周血淋巴细胞，发现照射后的时间是辐射诱导miRNA表达变化的一个重要变量，在照射后4 h，检测到miRNA的表达改变，在照射后24 h miRNA的表达改变达到峰值。Beer等^[31]用60 Gy 137Sr照射4名健康男性志愿者的外周血单核细胞，结果显示，与非照射组比较，照射后20 h检测到的miRNA差异较大。李刚强等^[32]用2 Gy ⁶⁰Co γ射线亚致死剂量对小鼠进行全身照射后，分别于照射后6、24、72 h进行外周血白细胞计数并同时用AgilentmiRNA芯片技术筛选小鼠外周血差异表达的miRNA，结果表明miRNA表达变化优于血液中白细胞的变化，外周血miRNA差异表达与辐射损伤有关，为探索辐射损伤后的辅助诊断指标提供了一定的参考，并在随后进一步的研究中筛选了27个miRNA组成的表达谱，对辐射损伤剂量和时间的判断有很好的效果，准确率、灵敏度和特异度均在90%以上^[33]，表明miRNA在血液中差异表达与辐射损伤有关，有望成为辐射损伤新的血液标志物。

辐射诱导细胞内蛋白质表达水平改变的研究主要集中在蛋白质组学筛选。生物体内蛋白质和量的变化与辐射效应息息相关，辐射作用于生物体后不同的时间、不同蛋白质的表达变化都可能与生物体所受辐射剂量相关。由于基因转录水平的改变并不能完全直接代表mRNA翻译水平的变化，所以在分子水平研究细胞的辐射反应时，同时检测基因转录水平和蛋白质翻译水平更有意义。Sharma和Moulder^[34]进行蛋白质组学分析的研究结果表明，尿中蛋白的早期变化将发展成为自我测试生物剂量计的生物标志物。Partridge等^[35]用酶联免疫吸附测定法检测经0~10 Gy ¹³⁷Cs照射后1、2 d和3 d 10个正常人细胞株的12种分泌细胞因子的蛋白表达水平和mRNA表达水平，确定4种细胞因子在照射后发生了变化，并检测辐照小鼠血浆中的这些候选蛋白水平的变化，结果发现IL-6蛋白表达水平在体内和体外照射后持续升高，表明IL-6可以作为一个潜在的标记免疫分析基础、快速、高效的生物剂量计。Deperas-Kaminska等^[36]用受到不同剂量照射后的小鼠筛选出多种敏感蛋白质，其中有8个人类蛋白质类似物，结果发现，结合载脂蛋白E、X因子和泛酸脂激酶4水平可以用来区分患者受到的照射剂量，是 > 2 Gy还是 < 2 Gy，是 > 10 Gy还是 < 10 Gy。这些研究表明，电离辐射后存在着大量的辐射反应蛋白，这些蛋白质随着辐射剂量和照后时间的变化表达上调或下调，是能反应受照剂量的生物指标体系，但是在蛋白质组学分析中，仅凭单一蛋白质分子的改变来评价生物体受照射剂量的准确性和可靠性是不够的，选择一组蛋白质活化或量的改变来评价受照剂量会大大提高准确率和可靠性。

分子生物学相关指标可以实现高通量快速分析，满足大量人群受到可疑急性照射后生物剂量的快速估算，但由于生物系统的复杂性，辐射剂量和照射条件的多样性以及不同分析方法的技术局限性，分子生物学剂量指标应用于估算生物剂量还需要大量的研究，采用多个生物剂量学指标联合分析是未来的发展方向。