聲動(dòng)力療法促腫瘤細(xì)胞凋亡的研究進(jìn)展

邱建濤(綜述)，呂洪光(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，哈爾濱 150001)

聲動(dòng)力療法促腫瘤細(xì)胞凋亡的研究進(jìn)展

邱建濤△(綜述)，呂洪光※(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，哈爾濱 150001)

腫瘤是危害人類健康的主要疾病之一，近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡是更加理想的腫瘤治療方法。聲動(dòng)力療法是一種以超聲和聲敏劑的協(xié)同作用為基礎(chǔ)的治療腫瘤的新方法。聲動(dòng)力療法能夠改變細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)，破壞細(xì)胞骨架以及改變細(xì)胞膜電位，導(dǎo)致線粒體膜受損和鈣離子通道發(fā)生變化，并且上調(diào)Bax、細(xì)胞色素C、caspase-3、caspase-9的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡。

聲動(dòng)力療法;腫瘤;凋亡

腫瘤是危害人類健康和生命的主要疾病之一，且發(fā)病率有逐年增高的趨勢(shì)。迄今為止，人類對(duì)腫瘤的研究已有上百年的歷史，但是到現(xiàn)在還沒(méi)有找到徹底攻克惡性腫瘤的辦法，其治療依然局限于手術(shù)、放療、化療這三種主要方法。能否找到一種更為理想的腫瘤治療新方法成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，以超聲和聲敏劑的協(xié)同作用為基礎(chǔ)的聲動(dòng)力療法日益受到重視，盡管它當(dāng)前尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，但是很多研究表明聲動(dòng)力可以很好地促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，已顯示出良好的臨床應(yīng)用前景。

1 聲動(dòng)力療法簡(jiǎn)介

聲動(dòng)力療法是近年來(lái)出現(xiàn)的極具潛力的腫瘤治療新方法。它是指由超聲激活能在腫瘤組織中積聚，并且可長(zhǎng)時(shí)間潴留的藥物(聲敏劑)，主要是光敏類物質(zhì)(如血卟啉衍生物等)并產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，殺傷腫瘤細(xì)胞的作用［1-3］。聲動(dòng)力療法的前提和基礎(chǔ)是光動(dòng)力療法(photodynamic therapy)。1978年美國(guó)學(xué)者Dougherty等［4］首次發(fā)現(xiàn)并報(bào)道激光可激活血卟啉及其衍生物，從而產(chǎn)生明顯的抗腫瘤作用，并將其稱為光動(dòng)力療法。其基本原理是特定波長(zhǎng)的激光，能夠激活在腫瘤組織內(nèi)富集并潴留的光敏類藥物，引發(fā)一系列光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生細(xì)胞毒性物質(zhì)，起到殺傷腫瘤細(xì)胞的作用。然而光動(dòng)力療法仍存在缺陷，最明顯的則是由于激光的組織穿透能力差，無(wú)法對(duì)深部組織的腫瘤產(chǎn)生作用，大大局限了它的治療范圍。能否找到一種可選擇性作用于深部腫瘤的治療方法成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。1989年，日本學(xué)者Umemura等［5］在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)超聲也可激活光敏劑血卟啉并殺傷腫瘤細(xì)胞，由此他認(rèn)為這是一種聲敏作用，并在國(guó)際超聲會(huì)議上提出聲動(dòng)力療法的概念。由于超聲對(duì)生物組織有較好的穿透能力，能夠到達(dá)深部組織，并且可以直接聚焦到腫瘤所在區(qū)域而后激活聲敏劑產(chǎn)生抗腫瘤作用，因此聲動(dòng)力療法能夠選擇性地殺死腫瘤細(xì)胞，減少對(duì)正常組織的損傷，與傳統(tǒng)的放療、化療等腫瘤治療方式相比，具有選擇性好、不良反應(yīng)小的優(yōu)點(diǎn)。

2 細(xì)胞凋亡與腫瘤治療

傳統(tǒng)的放療、化療在殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)也極大地?fù)p害了正常細(xì)胞，并且直接使大量腫瘤細(xì)胞壞死，導(dǎo)致局部乃至全身產(chǎn)生嚴(yán)重的炎性反應(yīng)，患者的不良反應(yīng)很大。近年來(lái)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡是更加理想的腫瘤治療方法［6-7］，因?yàn)榧?xì)胞凋亡不同于細(xì)胞壞死，后者出現(xiàn)細(xì)胞膜消失、細(xì)胞溶解、線粒體腫脹、染色體固縮，以及引起周圍活組織炎性反應(yīng)等病理變化，而細(xì)胞凋亡也稱程序性細(xì)胞死亡［8］，這種死亡過(guò)程不發(fā)生線粒體、細(xì)胞膜及溶酶體破裂，沒(méi)有內(nèi)容物外溢，因此不會(huì)引起炎性反應(yīng)。由此可見，通過(guò)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的方法治療腫瘤可以極大地減輕炎性反應(yīng)，從而減小對(duì)患者的不良反應(yīng)。令人欣喜的是，近年的研究表明，聲動(dòng)力療法可以很好地誘導(dǎo)多種腫瘤細(xì)胞凋亡。

3 聲動(dòng)力促腫瘤細(xì)胞凋亡的研究進(jìn)展

自聲動(dòng)力療法提出之后，大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)聲動(dòng)力對(duì)多種腫瘤細(xì)胞有殺傷作用，并研究了其可能的相關(guān)機(jī)制，Liu等［9］于2002年首次發(fā)現(xiàn)聲動(dòng)力在直接殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)可能誘導(dǎo)其凋亡。他們將S180腹水瘤細(xì)胞接種于小鼠腹腔，1周后將小鼠隨機(jī)分為四組：空白組、單純超聲組、單純血卟啉組及超聲加血卟啉組，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理后進(jìn)行細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察，在光鏡下即可觀察到超聲加血卟啉組的細(xì)胞出現(xiàn)了凋亡形態(tài)學(xué)特征，包括泡狀突起，核物質(zhì)凝集等。在PI/HO雙染熒光顯微鏡觀察下也可以很明顯地看到超聲加血卟啉組細(xì)胞出現(xiàn)了早期凋亡及晚期凋亡的染色特征，而其他三組并沒(méi)有表現(xiàn)出這些變化。隨后他們?cè)俅芜M(jìn)行了相似的實(shí)驗(yàn)［10］，并且發(fā)現(xiàn)聲動(dòng)力組細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，細(xì)胞色素C氧化酶活性的改變，這些都是造成細(xì)胞凋亡的重要因素，由此他們提出超聲激活血卟啉殺傷腫瘤細(xì)胞可能存在細(xì)胞凋亡模式，雖然其誘導(dǎo)凋亡的具體分子生物學(xué)機(jī)制及相關(guān)凋亡通路未予涉及，但是在聲動(dòng)力誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的研究方面邁出了創(chuàng)新性的一步。

2005年，劉全宏等［11］利用超聲激活血卟啉衍生物作用于艾氏腹水腫瘤細(xì)胞，探索聲動(dòng)力誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制。他們用免疫細(xì)胞化學(xué)法檢測(cè)了3種促細(xì)胞凋亡蛋白的改變，包括Bax、細(xì)胞色素C、caspase-3，同時(shí)檢測(cè)了細(xì)胞內(nèi)超氧化物歧化酶以及脂質(zhì)過(guò)氧化物的活性，結(jié)果顯示聲動(dòng)力組的3種蛋白表達(dá)均明顯高于其他各組，并且聲動(dòng)力組的超氧化物歧化酶活性顯著降低，脂質(zhì)過(guò)氧化水平明顯升高。根據(jù)以上結(jié)果首先明確了聲動(dòng)力可以促進(jìn)艾氏腹水瘤細(xì)胞凋亡，而后通過(guò)對(duì)結(jié)果的歸納、分析，他們提出超聲激活血卟啉衍生物誘導(dǎo)艾氏腹水瘤細(xì)胞凋亡與線粒體途徑有關(guān)，而細(xì)胞內(nèi)自由基的大量堆積很可能是啟動(dòng)細(xì)胞凋亡的信號(hào)之一。此實(shí)驗(yàn)不僅揭示了聲動(dòng)力誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的現(xiàn)象，而且初步從分子生物學(xué)水平探索了其內(nèi)在可能存在的機(jī)制和聯(lián)系，最后得到了一個(gè)較為合理的結(jié)論，對(duì)更加深入地認(rèn)識(shí)聲動(dòng)力促腫瘤細(xì)胞凋亡起到了承前啟后的作用。

隨后，Vykhodtseva等［12］為了明確聲動(dòng)力引起的細(xì)胞損傷主要是壞死還是凋亡而開展了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。他們用聚焦超聲結(jié)合造影微泡對(duì)兔腦進(jìn)行處理，磁共振成像檢查發(fā)現(xiàn)處理后的兔腦形成了一塊損傷區(qū)域，將受損區(qū)域取材行DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法法檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)凋亡細(xì)胞數(shù)目與壞死細(xì)胞數(shù)目之比＞6∶1，并且他們先前的實(shí)驗(yàn)［13］已經(jīng)證實(shí)單純超聲處理兔腦引起的損傷主要是細(xì)胞壞死而非凋亡。在此之前雖然發(fā)現(xiàn)聲動(dòng)力可以引起細(xì)胞損傷并有細(xì)胞凋亡的存在，但并不明確細(xì)胞凋亡是否占主導(dǎo)地位，通過(guò)此實(shí)驗(yàn)，人們初步認(rèn)識(shí)到聲動(dòng)力引起的細(xì)胞損傷主要是凋亡，它使得聲動(dòng)力療法應(yīng)用于臨床的前景變得更加明亮。

Li等［14］于2008年以超聲激活血啉甲醚作用于C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞的方法研究聲動(dòng)力。他們用流式細(xì)胞技術(shù)檢測(cè)細(xì)胞凋亡，結(jié)果顯示聲動(dòng)力組細(xì)胞凋亡率達(dá)到38%，遠(yuǎn)高于其他各組。他們還發(fā)現(xiàn)血啉甲醚介導(dǎo)的聲動(dòng)力可以影響細(xì)胞周期，經(jīng)聲動(dòng)力處理的膠質(zhì)瘤細(xì)胞S期比例升高，同時(shí)G0/G1期、G2/M期比例下降，這提示聲動(dòng)力處理可使C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞滯留于S期到G2期，從而影響其增殖。此實(shí)驗(yàn)用流式細(xì)胞技術(shù)檢測(cè)凋亡并得到了細(xì)胞周期的變化，這讓人們對(duì)聲動(dòng)力誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡有了更深層次的認(rèn)識(shí)。

次年，Dai等［15］同樣用超聲激活血啉甲醚作用于C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞的方法研究聲動(dòng)力促凋亡的作用，流式細(xì)胞技術(shù)檢測(cè)凋亡結(jié)果顯示聲動(dòng)力組細(xì)胞凋亡率顯著高于其他各組，隨后他們用Western-blot法檢測(cè)了凋亡相關(guān)蛋白的變化情況，包括 Bcl-2、Bax、caspase-9、caspase-3、Fas、FasL。結(jié)果顯示相比于其他各組，聲動(dòng)力組 Bcl-2、FasL 表達(dá)減少，Bax、caspase-9、caspase-3 表達(dá)增加，F(xiàn)as表達(dá)沒(méi)有變化，通過(guò)以上結(jié)果得知，F(xiàn)as、FasL這兩種外源性凋亡通路相關(guān)蛋白與聲動(dòng)力促C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡無(wú)關(guān)。由此他們指出聲動(dòng)力的促凋亡作用更加傾向于通過(guò)內(nèi)源性通路來(lái)發(fā)揮作用。

Harada等［16］以黑素瘤細(xì)胞為對(duì)象進(jìn)行研究，包括體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和體外實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示二氧化鈦介導(dǎo)的聲動(dòng)力療法都能明顯促進(jìn)黑素瘤細(xì)胞的凋亡。Xiang等［17］和Zhao等［18］分別以卵巢癌細(xì)胞和白血病細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行聲動(dòng)力的研究，也都得到了類似的結(jié)果。同年Li等［19］在用聲動(dòng)力處理鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)聲動(dòng)力處理后細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度明顯升高。Jin等［20］利用原子動(dòng)力顯微鏡觀察以血啉甲醚介導(dǎo)的聲動(dòng)力療法對(duì)鼻咽癌細(xì)胞的作用，結(jié)果顯示相比于其他各組，聲動(dòng)力組的細(xì)胞凋亡率明顯升高，他們觀察到細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)和細(xì)胞骨架都遭到破壞并且細(xì)胞膜電位也發(fā)生改變，導(dǎo)致線粒體膜受損和鈣離子通道發(fā)生變化，最終推斷這些變化導(dǎo)致了細(xì)胞凋亡。

4 結(jié)語(yǔ)

自“聲動(dòng)力療法”這一概念提出，經(jīng)各國(guó)專家學(xué)者大量實(shí)驗(yàn)論證，已明確其擁有良好的抗腫瘤作用，且具有選擇性好、不良反應(yīng)小的特點(diǎn)，現(xiàn)普遍認(rèn)為聲動(dòng)力療法是一種極具臨床應(yīng)用前景的腫瘤治療新方法。尤其值得關(guān)注的是近年來(lái)開展的對(duì)聲動(dòng)力促腫瘤細(xì)胞凋亡的研究工作，從發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象到在分子生物學(xué)水平探索其機(jī)制和原理，取得了不菲的成績(jī)。但是，到目前為止，在聲動(dòng)力促細(xì)胞凋亡這一領(lǐng)域尚未有更加深入的研究，且其明確、精細(xì)的機(jī)制還未被闡述，因此依然任重道遠(yuǎn)。然而，有理由相信，在廣大科研工作者的不懈努力下，聲動(dòng)力促腫瘤細(xì)胞凋亡的明確機(jī)制終會(huì)得以揭示，而聲動(dòng)力療法也終將給廣大腫瘤患者帶來(lái)福音。

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Research Progress of Apoptotic Effect of Sonodynamic Therapy on Tumor Cells

QIU Jian-tao，LV Hong-guang.(Harbin Medical University Affiliated First Hospital，Harbin150001，China)

Tumor is one of the major diseases that endanger human health.In recent years，it was found that inducing tumor cell apoptosis is more ideal tumor treatment.Sonodynamic therapy is a promising new technique for killing tumor cells based on the synergistic interactions of ultrasound and sonosensitizers.Studies have shown that sonodynamic therapy can change the structure of the cell membrane，destroy the cytoskeleton and change the membrane potential which induce mitochondrial membrane damage and calcium channel change.It can also raise the expression of Bax，cytochrome C，caspase-3 and caspase-9，thereby promoting tumor cell apoptosis.

Sonodynamic therapy;Tumor;Apoptosis

R730.5;R445.1

A

1006-2084(2012)13-2070-03

2011-12-16

2012-02-23 編輯：潘雪