超聲與腫瘤化療協(xié)同作用的研究進(jìn)展

董 揚 綜述，黎友倫，徐 莉 審校

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院呼吸內(nèi)科 400016）

化療是治療侵襲性、轉(zhuǎn)移性晚期腫瘤的主要手段，然而多藥耐藥的產(chǎn)生是惡性腫瘤患者化療治療失敗的重要原因之一。統(tǒng)計表明，90%以上的腫瘤患者死因都與多藥耐藥有關(guān)，甚至有些新藥剛用于臨床就發(fā)現(xiàn)耐藥。因此增強(qiáng)腫瘤對抗癌藥物的敏感性成為亟待解決的重要課題。一些化合物、反義寡核苷酸、細(xì)胞因子在體外實驗中已經(jīng)得到證實具有改善腫瘤藥物抗性的作用，但由于嚴(yán)重的藥物毒性使其從體外實驗應(yīng)用到臨床尚有一段距離［1］。目前，已有很多研究集中于尋找新的藥物分子增加腫瘤對抗癌藥物的敏感性，然而發(fā)展非藥物的治療方式也成為新的研究方向。由于超聲波的非侵入性、無創(chuàng)性和可控性等優(yōu)點使其在協(xié)同腫瘤化療方面?zhèn)涫荜P(guān)注。

1 超聲協(xié)同腫瘤化療的研究進(jìn)展

運用超聲協(xié)同抗癌藥物治療腫瘤的想法已經(jīng)存在數(shù)十年了，早在1976年，Kremkau等［2］報道了超聲增強(qiáng)氮芥對于小鼠白血病的細(xì)胞毒性。然而一直到了20世紀(jì)90年代，研究者發(fā)現(xiàn)超聲能增加細(xì)胞膜的通透性，從而增加細(xì)胞內(nèi)化學(xué)藥物濃度，從此超聲協(xié)同化療才得到比較系統(tǒng)的研究。到目前為止國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究證明超聲與多種抗腫瘤藥物具有協(xié)同作用，體外細(xì)胞實驗和動物實驗表明超聲波和抗腫瘤藥物的協(xié)同作用遠(yuǎn)大于單用化療藥物［3］。目前已經(jīng)得到證實與超聲具有協(xié)同作用的化療藥物有阿霉素、5-氟尿嘧啶、阿糖胞苷、絲裂霉素、地吖醌、博萊霉素、環(huán)磷酰胺、氮芥等［4］。目前，關(guān)于超聲同順鉑的協(xié)同作用存在爭議。早先Saad和Hahn［5］的研究認(rèn)為超聲和順鉑不存在協(xié)同關(guān)系，但是此后Takada等［6］研究證實超聲在頻率28kHz，聲壓分別在28、33、42kPa時能夠不同程度增加順鉑對于HeLa細(xì)胞的細(xì)胞毒作用。近年也有研究報道提出超聲可以增強(qiáng)順鉑對耐藥性卵巢癌細(xì)胞DNA的損傷效應(yīng)，從而達(dá)到增強(qiáng)腫瘤耐藥細(xì)胞株對順鉑敏感性的作用［7］。

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，近年還出現(xiàn)了用超聲微泡（microbubbles）作為藥物載體進(jìn)行腫瘤靶向治療的研究。超聲微泡也稱為超聲造影劑（ultrasound contrast agents，UCA），由Gramiak和Shah等在1968年發(fā)現(xiàn)，其用于靶向治療腫瘤主要是利用微泡在超聲介導(dǎo)下的空化效應(yīng)。所謂空化效應(yīng)是指液體中存在的微小氣泡（空化核）在超聲場負(fù)壓相半周期迅速膨脹，而在正壓相半周期又急劇收縮直至內(nèi)爆［8］。超聲微泡在血液循環(huán)中具有較好的穩(wěn)定性，將超聲微泡作為抗腫瘤藥物的載體，再用超聲波作用于靶器官使其在特定組織釋放藥物，從而達(dá)到靶向治療腫瘤的目的。Lentacker等［9］用自制的負(fù)荷阿霉素藥物的脂質(zhì)體微泡進(jìn)行體外實驗，結(jié)果表明，與對照組相比，脂質(zhì)體微泡使藥物阿霉素能夠在超聲的介導(dǎo)之下有選擇的釋放，減少阿霉素引起的對非靶組織的細(xì)胞毒作用。Pitt等［10］用負(fù)荷藥物的脂質(zhì)體協(xié)同超聲治療小鼠腫瘤的體內(nèi)實驗也進(jìn)一步證實超聲微泡技術(shù)有望成為治療腫瘤的新方法。該治療方法具有的非侵入性、靶向性等優(yōu)點使其具有廣闊的發(fā)展前景。

2 超聲增強(qiáng)腫瘤化療的作用機(jī)制

超聲波是一種頻率高于20kHz，在介質(zhì)中傳播的一種機(jī)械波。超聲波具有衰減系數(shù)小、幾乎能穿透人體任何組織、可控性等特點。超聲波作用于腫瘤細(xì)胞主要與其機(jī)械、空化、熱和聲化學(xué)效應(yīng)有關(guān)［11］。然而不同類型、不同劑量的超聲對于不同組織、不同細(xì)胞表現(xiàn)的生物學(xué)效應(yīng)也會不同［12］。超聲的生物學(xué)效應(yīng)在與抗腫瘤藥物的協(xié)同作用中具體有如下幾種表現(xiàn)形式。

2.1 增加細(xì)胞內(nèi)藥物濃度 超聲增加細(xì)胞內(nèi)藥物濃度主要通過兩個途徑：（1）增加細(xì)胞膜對抗腫瘤藥物的通透性，使細(xì)胞內(nèi)藥物聚集量增加；（2）降低或滅活細(xì)胞膜表面的ATPase活性，從而抑制藥物外排。Yu等［13］實驗證實低強(qiáng)度超聲能夠增加阿霉素對于卵巢腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性，經(jīng)超聲協(xié)同阿霉素處理的腫瘤細(xì)胞存活率與其他對照組相比顯著下降，而研究者認(rèn)為該結(jié)果主要與超聲增加了細(xì)胞內(nèi)藥物濃度有關(guān)。Matthews等［14］研究證實，超聲能夠影響細(xì)胞膜表面的ATPase活性，從而導(dǎo)致ATP能量依賴性藥物外排泵減少對細(xì)胞內(nèi)藥物的外排作用。

2.2 增強(qiáng)細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是機(jī)體維持自身平衡的一種基本生理機(jī)制，惡性腫瘤的發(fā)生往往與細(xì)胞凋亡機(jī)制失常有關(guān)。目前，對于超聲誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制不清，盡管研究者認(rèn)為超聲增加細(xì)胞內(nèi)抗腫瘤藥物濃度是增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞凋亡的重要原因，但是也有研究證實在超聲的單獨作用下也能增加細(xì)胞凋亡。Ashush等［15］研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用超聲波輻照淋巴瘤細(xì)胞系HL-60、K562和U973，發(fā)現(xiàn)輻照30s后細(xì)胞質(zhì)濃縮、核碎裂、凋亡小體形成，研究認(rèn)為超聲主要通過細(xì)胞膜和DNA損傷誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而不依賴P53介導(dǎo)。也有研究發(fā)現(xiàn)，一定劑量的高強(qiáng)度聚焦超聲可通過影響肺癌細(xì)胞株A549增殖和凋亡相關(guān)基因（P53、FAS、BAX及 HSP70）表達(dá)，阻止細(xì)胞于 G0／G1期，抑制細(xì)胞增殖和集落形成，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［16］。還有研究者證明超聲可能通過線粒體-caspase途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［17］?？梢娔壳皩τ诔曊T導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制還不清楚，尚待進(jìn)一步研究。

2.3 增加細(xì)胞對藥物的敏感性 Yu等［13］在低頻超聲增強(qiáng)阿霉素對人卵巢癌3AO細(xì)胞系的細(xì)胞毒性實驗中，設(shè)計了3個組別：（1）ADM 組（對照組）；（2）ADM＋US組（先給予藥物處理，再給予超聲照射）；（3）US＋ADM組（先給予超聲照射再給予藥物處理）。結(jié)果顯示：（1）ADM＋US組與US＋ADM組細(xì)胞存活率均明顯低于對照組；（2）ADM＋US組細(xì)胞內(nèi)藥物濃度顯著增加，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，而US＋ADM組細(xì)胞內(nèi)藥物濃度并未明顯增加。該實驗證明，超聲協(xié)同抗癌藥物的作用機(jī)制除了增加細(xì)胞內(nèi)藥物濃度之外，還存在其他作用機(jī)制，作者推測，預(yù)先給予超聲照射使得細(xì)胞對阿霉素的敏感性增加，從而達(dá)到增加抗腫瘤藥物細(xì)胞毒性的作用。

2.4 逆轉(zhuǎn)細(xì)胞對抗癌藥物的耐藥性 腫瘤細(xì)胞多藥耐藥的產(chǎn)生主要和MDR相關(guān)膜糖蛋白的缺失或過表達(dá)相關(guān)。P-糖蛋白、多藥耐藥相關(guān)蛋白、肺耐藥蛋白，這些膜蛋白能夠調(diào)節(jié)藥物攝入，從而影響細(xì)胞內(nèi)藥物積蓄。翟寶進(jìn)等［18］在HIFU（high intensity focused ultrasound）逆轉(zhuǎn)人肝癌細(xì)胞HepG2／ADM多藥耐藥的實驗研究中證實頻率0.8MHz、焦域聲強(qiáng)460W／cm2的超聲連續(xù)照射5s，能夠通過下調(diào)HepG2／ADM細(xì)胞P－gp的表達(dá)活性，使耐藥細(xì)胞內(nèi)ADM濃度增加88%，從而部分逆轉(zhuǎn)HepG2／ADM細(xì)胞的耐藥性。并且進(jìn)一步的體內(nèi)研究證實，超聲波和超聲波聯(lián)合阿霉素能有效治療多藥耐藥裸鼠移植瘤，使細(xì)胞中mdr1mRNA、MRP mRNA和LRP mRNA表達(dá)水平降低，蛋白P－gp、MRP和LRP合成下降，從而抑制腫瘤生長，使其存活期延長［19］。最新研究也證實超聲能夠通過降低蛋白P－gp、MRP及其mRNA的表達(dá)并且增加Bax蛋白表達(dá)，從而逆轉(zhuǎn)HepG2／ADM細(xì)胞的多藥耐藥［20］。

3 超聲協(xié)同腫瘤化療的發(fā)展前景

超聲協(xié)同腫瘤化療是一種新型的治療腫瘤手段，并且在多項實驗中已得到證實。然而超聲波協(xié)同化療增強(qiáng)藥物療效甚至于逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥的作用機(jī)制目前還不清楚，其可能是通過多種生物學(xué)效應(yīng)共同作用來達(dá)到協(xié)同化療的效果。需要在今后的研究中進(jìn)一步探討其機(jī)制。雖然有報道顯示熱療和電脈沖場也有增強(qiáng)抗腫瘤藥物療效的作用，但是由于超聲具有強(qiáng)穿透性、強(qiáng)方向性、可控性等優(yōu)點而在治療腫瘤方面具有一定優(yōu)勢。尤其是近年超聲微泡的出現(xiàn)及其不斷深入的研究也給腫瘤的靶向治療帶來新的希望。

但是目前超聲協(xié)同腫瘤化療的應(yīng)用也存在很多問題，例如不同類型、不同劑量的超聲對于不同組織、不同細(xì)胞表現(xiàn)的生物學(xué)效應(yīng)會不同，以至于很難對其進(jìn)行治療標(biāo)準(zhǔn)的量化。目前體內(nèi)研究較少，其安全性需要進(jìn)一步的研究，因此要將其應(yīng)用于臨床還有一段距離。

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