射线对细胞的损伤作用通常分为直接和间接两种,直接作用指射线直接引起的生物大分子电离等损伤,间接作用指放射后持续高水平的氧化应激。间接损伤作用的主要致伤因素是活性氧自由基(ROS),射线通过水的电离只能诱导短暂的ROS产生(10秒左右),但已明确放射后存在持续增加的氧化应激,表明放射后的ROS还有其他来源。已有研究表明,线粒体是细胞内ROS的主要来源,且ROS与放射诱导的氧化应激密切相关。通过用多种特异性的线粒体ROS指示剂检测,发现在放射后线粒体产生的ROS持续增加。持续增加的氧化应激可导获悉更多致细胞内抗氧化剂的过度消耗,并导致线粒体的进一步损伤和产生更多的ROS,从而形成恶性循环,增加细胞死亡的风险。过多的ROS可导致线粒体膜的损伤,引起线粒体膜通透性增加PF-07321332核磁。线粒体膜通透性增加会促使线粒体依赖的细胞促凋亡分子细胞色素C释放到胞质中,激活caspase 9依赖性的细胞凋亡通路,引起受损细胞的凋亡。而线粒体膜通透性持续增加又会导致mtDNlow-density bioinksA释放到细胞质中,释放的mtDNA可被细胞内环鸟苷酸腺苷酸合成酶识别,进而诱导环鸟苷酸腺苷酸合成酶-干扰素基因刺激因子(cGAS-STING)炎症通路的激活,炎症反应也是导致放射后细胞损伤的重要机制。除了典型的细胞凋亡外,线粒体还参与其他形式的细胞死亡,包括坏死、焦亡、铁死亡等。而一些抑制线粒体氧化应激的制剂能显著改善放射后的细胞死亡情况,进一步证明了线粒体在放射诱导的细胞死亡中发挥着关键作用。放射损伤后,持续的高ROS水平环境还会导致细胞的远期损伤效应。而细胞衰老是放射后极易被忽视的一种变化,放射可引起线粒体功能障碍和线粒体数量增加,这两种现象在衰老细胞中普遍存在。而持续的ROS产生能促进二次放射后的细胞衰老,加重二次放射损伤效应;放射诱导的ROS也可扩散到细胞核并导致持续的细胞核基因组不稳定,并可能会引起肿瘤的发生。