超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲在腫瘤靶向治療中的研究進(jìn)展

徐理敏 王利英

近年來(lái)，隨著超聲醫(yī)學(xué)、分子生物學(xué)以及微泡造影劑的發(fā)展，超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲的生物學(xué)效應(yīng)用于臨床治療得到了廣泛關(guān)注，已成為腫瘤治療研究的一大熱點(diǎn)。超聲造影劑最初是為了增加超聲顯像的效果，以利于疾病的診斷。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)超聲造影劑微泡與低頻超聲聯(lián)合應(yīng)用在腫瘤治療中具有較好潛力。超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲可提高細(xì)胞膜通透性、介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)染、藥物輸送、栓塞腫瘤滋養(yǎng)血管、開(kāi)放組織屏障等，發(fā)揮靶向治療作用，具有安全、靶向、無(wú)創(chuàng)的特點(diǎn)。本文對(duì)超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲在腫瘤靶向治療中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 概述

早期超聲微泡造影劑為含空氣或氧氣的無(wú)包膜氣泡，尺寸較大，不穩(wěn)定，不能由外周靜脈注入。上世紀(jì)90年代開(kāi)始，出現(xiàn)了新型外圍包裹白蛋白、脂類(lèi)、聚合物或表面活性劑膜殼的空氣微泡的殼膜造影劑，體積小，穩(wěn)定性好。接著出現(xiàn)了膜包裹的含氟碳類(lèi)氣體的新型微泡造影劑，比如八氟丙烷、全氟丁烷、六氟化硫或含氟碳類(lèi)氣體混合物[1-3]。這類(lèi)微泡造影劑與紅細(xì)胞直徑相似，自外周靜脈快速注射進(jìn)入人體后，可以順利通過(guò)肺循環(huán)進(jìn)入體循環(huán)。隨著分子成像技術(shù)的快速發(fā)展，近年來(lái)涌現(xiàn)出一批納米級(jí)超聲造影劑，例如納米級(jí)脂質(zhì)體造影劑、納米級(jí)氟碳乳劑及納米級(jí)微泡造影劑，既能通過(guò)腫瘤的血管壁，又能具有很好的回聲特性。超聲微泡造影劑的不斷革新是低頻超聲聯(lián)合微泡治療腫瘤的基礎(chǔ)。

1917年Rayleigh首次提出了空化效應(yīng)，該效應(yīng)指超聲波在液體中傳播時(shí)，液體中的微小泡核（空化核）震蕩、膨脹、收縮、崩潰，由此產(chǎn)生巨大的剪切力使處于空化核周?chē)慕M織細(xì)胞壁和質(zhì)膜被擊穿[4]。自Gramiak等[5]首次報(bào)道了超聲回聲增強(qiáng)現(xiàn)象并開(kāi)始研究超聲造影后，研究者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)超聲作用下液體中的微小氣泡即空化核具有治療潛力。超聲微泡造影劑的物理特性使其成為理想的空化核，不但可明顯增加空化細(xì)胞核的數(shù)量，增強(qiáng)低頻超聲的空化效應(yīng)，還能極大地降低空化閾值。低頻超聲作用于腫瘤主要有3種機(jī)制：機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)、空化效應(yīng)。

2 抗腫瘤血管作用

實(shí)體腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移依賴(lài)腫瘤血管的生成。腫瘤血管生成是指腫瘤微血管網(wǎng)通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞形成新生血管，為腫瘤細(xì)胞增殖提供充足的氧氣等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。目前抗腫瘤血管生成均采用化學(xué)或生物藥物攻擊腫瘤新生血管的特異性靶點(diǎn)，不良反應(yīng)多，治療效果不理想。利用靜脈注射超聲造影劑微泡，增強(qiáng)低頻超聲空化效應(yīng)，可靶向毀損腫瘤的新生血管。微泡可降低超聲空化效應(yīng)閾值，增強(qiáng)空化效應(yīng)，可損傷血管管壁，激活內(nèi)源或外源性凝血，誘發(fā)大面積毛細(xì)血管栓塞，阻斷腫瘤組織細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，導(dǎo)致腫瘤組織壞死[6]。空化效應(yīng)所產(chǎn)生的休克波不僅使細(xì)胞膜通透性增加，還可使微血管破裂，內(nèi)皮細(xì)胞間隙增寬，同時(shí)介導(dǎo)血管內(nèi)皮層破壞,暴露血管內(nèi)皮下層,引起血管內(nèi)血栓形成，阻斷惡性腫瘤組織的血供[7]。Shen等[8-9]報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲組兔VX2肝癌凝血壞死、間質(zhì)出血和血管內(nèi)血栓形成，血管內(nèi)皮細(xì)胞壁破裂，內(nèi)皮細(xì)胞間隙擴(kuò)大，間質(zhì)紅細(xì)胞滲漏，微血管血栓形成，動(dòng)脈彈性膜分離，局部血管壁缺損，孔洞形成，破裂區(qū)表面粗糙不規(guī)則，具有抗血管生成作用。

3 血腦屏障和血脊髓屏障開(kāi)放

中樞神經(jīng)系統(tǒng)中血腦屏障和血脊髓屏障限制了大多數(shù)治療相關(guān)藥物及分子的通過(guò)，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤治療的療效。開(kāi)放血腦屏障和血脊髓屏障，使藥物和利用受體介導(dǎo)的運(yùn)輸技術(shù)改造的分子進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，已成為中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤治療的最前沿。Shih-Ying等[10]報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲可使腔中氣泡膨脹和收縮，其引起的直接拉伸應(yīng)力以及在血管處的剪切應(yīng)力使血腦屏障和血脊髓屏障滲透性改變，增強(qiáng)細(xì)胞旁和跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)。Dallan等[11]報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲可抑制對(duì)外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的作用，血腦屏障轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)降低，P-糖蛋白的表達(dá)可被抑制48 h以上。Lipsman等[12]報(bào)道阿爾茨海默病患者和肌萎縮性側(cè)索硬化癥患者中血腦屏障通透性增強(qiáng)，提高了治療的療效。

Charissa等[13]報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲可增加中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的藥物積累，減少淀粉樣茁斑塊負(fù)荷。血脊髓屏障開(kāi)放與血腦屏障開(kāi)放類(lèi)似，可以提高腫瘤治療的療效。Meaghan等[14]報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲下大鼠腦膜轉(zhuǎn)移瘤模型中腫瘤控制得到了改善。

4 免疫療法

腫瘤免疫療法被認(rèn)為是腫瘤治療的最有希望的策略之一，因其利用患者自身的免疫系統(tǒng)選擇性地攻擊和破壞腫瘤細(xì)胞，通過(guò)增強(qiáng)抗腫瘤免疫應(yīng)答或標(biāo)記腫瘤細(xì)胞以使其對(duì)免疫系統(tǒng)以更可見(jiàn)的方式來(lái)釋放免疫系統(tǒng)功能。原理是腫瘤表達(dá)特定的腫瘤抗原，因正常的體細(xì)胞不會(huì)表達(dá)或僅表達(dá)程度較小的抗原，故可用于引發(fā)腫瘤特異性的免疫反應(yīng)。

Patricia等[15]報(bào)道低頻超聲聯(lián)合微泡造影劑可促進(jìn)腫瘤抗原直接遞送到體內(nèi)免疫細(xì)胞，并激活樹(shù)突狀細(xì)胞。Gilles等[16]報(bào)道低頻超聲聯(lián)合微泡造影劑可導(dǎo)致CD8+CD4+T細(xì)胞活化。Heleen等[17]報(bào)道低頻超聲聯(lián)合微泡造影劑可將編碼腫瘤抗原和免疫調(diào)節(jié)分子的mR原NA直接遞送至樹(shù)突狀細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)，使樹(shù)突狀細(xì)胞轉(zhuǎn)染。Yang等[18]報(bào)道低頻超聲聯(lián)合微泡造影劑可使自然殺傷細(xì)胞的腫瘤浸潤(rùn)增強(qiáng)。

5 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡

細(xì)胞增殖失控和死亡抑制是腫瘤發(fā)生的主要原因，低頻超聲聯(lián)合微泡造影劑可通過(guò)機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)明顯抑制腫瘤細(xì)胞增殖和克隆形成，其形態(tài)學(xué)變化包括各種死亡方式，即腫瘤細(xì)胞壞死、自噬和凋亡，達(dá)到抑癌效應(yīng)[19-21]。超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡，抑制腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲及轉(zhuǎn)移[19，22]。低頻超聲聯(lián)合微泡造影劑抑制腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲及轉(zhuǎn)移,可能與空化效應(yīng)有關(guān)[23]。文獻(xiàn)報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲可促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞、肝癌細(xì)胞、卵巢癌細(xì)胞、膠質(zhì)瘤細(xì)胞及人白血病細(xì)胞等腫瘤細(xì)胞的死亡[24-26]，又可減少對(duì)正常組織的損傷。Hou等[27]報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲可影響腫瘤的低氧反應(yīng)，抑制腫瘤生長(zhǎng)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Shen等[28]報(bào)道增加膠質(zhì)母細(xì)胞瘤裸小鼠和裸鼠移植瘤血-腫瘤屏障PTX紫杉醇-脂滲透血腦屏障，提高對(duì)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤化療效能，免疫組化證實(shí)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和抑制增殖。Zhang等[29]報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲可顯著抑制小鼠前列腺癌細(xì)胞表面抗原標(biāo)志物CD11c和成熟標(biāo)志物CD83的表達(dá)，抑制腫瘤細(xì)胞增殖。Ji等[30]報(bào)道外源性miRNA-133A處理MCF-7和MDA-MB-231細(xì)胞時(shí)，miR133a表達(dá)明顯上調(diào)，轉(zhuǎn)染后明顯抑制表皮生長(zhǎng)因子受體表達(dá)和Akt磷酸化，抑制乳腺癌小鼠細(xì)胞腫瘤增殖，提高其存活率。Yang等[31]報(bào)道低頻超聲聯(lián)合微泡造影劑作用組在抑制腫瘤生長(zhǎng)、促進(jìn)細(xì)胞凋亡、抑制細(xì)胞增殖和血管生成方面更有效。Wu等[32]報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲使SMMC-7721人肝癌細(xì)胞凋亡增加，而遷移和侵襲能力明顯降低。

6 基因靶向治療

低頻超聲使微泡瞬間擊碎，空化效應(yīng)產(chǎn)生的休克波使得局部毛細(xì)血管和臨近組織細(xì)胞膜的通透性增高，細(xì)胞外的大分子即可進(jìn)入細(xì)胞，使DNA的基因轉(zhuǎn)染和表達(dá)明顯升高[33]。超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲介導(dǎo)的靶向基因治療不會(huì)引起機(jī)體的免疫反應(yīng)和病毒載體產(chǎn)生的突變，是一種新型安全高效的基因轉(zhuǎn)染技術(shù)[34]。Wu等[32]報(bào)道低頻超聲聯(lián)合微泡可提高SMMC-7721人肝癌細(xì)胞siRNA的轉(zhuǎn)染效率，使轉(zhuǎn)染效率明顯提高，增強(qiáng)基因轉(zhuǎn)染。Zhao等[35]報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲提高了MCF-7中siRNA的轉(zhuǎn)染效率和卟啉的攝取，更有效地抑制ER+乳腺癌，顯示出良好的協(xié)同作用。Delalande等[36]報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲可有效地傳遞質(zhì)粒DNA、mRNA或siRNA。

微泡與基因結(jié)合的方式有兩種：一種是將微泡與裸基因或基因載體直接混合；另一種是將基因包裹在微泡的內(nèi)部或與微泡外殼結(jié)合。微泡制備為基因載體后,既可經(jīng)外周血管注入體內(nèi),又可在超聲引導(dǎo)下將基因與微泡載體直接注入靶區(qū),用超聲輻照靶區(qū)破壞微泡,使內(nèi)部及表面結(jié)合的基因釋放出來(lái)。

7 藥物輸送

化療是目前臨床治療腫瘤的重要方法之一，其利用被封裝在載體中的化療藥物消除快速分裂的腫瘤細(xì)胞。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)攜帶藥物的超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲治療能夠局部改變腫瘤環(huán)境，改善血管通透性，增加腫瘤細(xì)胞內(nèi)化療藥物濃度，增加化療藥物治療效果，抵抗腫瘤細(xì)胞耐藥性，改善藥物向腫瘤的輸送，即具有化療增敏效應(yīng)[37-38]。將攜帶化療藥物的微泡造影劑靜脈注射入人體內(nèi)，用低頻超聲輻照特定組織，使微泡破裂，輻照局部毛細(xì)血管破裂，微泡所攜帶的藥物由此通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞屏障釋放到靶區(qū)。同時(shí)低頻超聲導(dǎo)致細(xì)胞膜產(chǎn)生一過(guò)性空隙，通透性增加，即聲孔效應(yīng)，藥物分子得以進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，引起腫瘤細(xì)胞內(nèi)藥物水平增加,增強(qiáng)化療藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用，提高療效[39-40]。Xiao等[41]報(bào)道超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲可通過(guò)降低組織間質(zhì)壓力來(lái)增強(qiáng)化療藥物進(jìn)入腫瘤間質(zhì)，以提高腫瘤治療的療效。Mariglia等[42]報(bào)道應(yīng)用低頻超聲聯(lián)合微泡可增強(qiáng)核苷類(lèi)似物吉西他濱的胰腺癌細(xì)胞毒性，提高胰腺癌化療效果，延長(zhǎng)生存期。Zhao等[35]報(bào)道低頻超聲聯(lián)合多功能FOXA1載卟啉微泡通過(guò)超聲誘導(dǎo)聲穿孔效應(yīng)顯著增加卟啉和siRNA的局部積累，對(duì)雌激素依賴(lài)性ER+乳腺癌具有良好的治療效果。Li等[43]報(bào)道氟尿嘧啶（5-FU）聚乳酸納米微泡受低頻超聲輻照可以進(jìn)一步提高藥物的靶向性，有效抑制裸鼠肝細(xì)胞肝癌的生長(zhǎng)。

利用超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲治療腫瘤仍處于實(shí)驗(yàn)階段，有較多問(wèn)題亟待解決。首先，微泡造影劑的破壞受多種因素的影響,文獻(xiàn)報(bào)道中所采用的超聲波參數(shù)（如超聲波工作頻率、聲強(qiáng)、超聲輻照時(shí)間與方法）并不完全一致。因此需研究對(duì)不同疾病的應(yīng)用價(jià)值，并針對(duì)各種應(yīng)用進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。其次，加強(qiáng)微泡與配體的結(jié)合力以及配體與受體之間的結(jié)合強(qiáng)度，增加靶向性，以及有效地控制釋放時(shí)機(jī)等是我們需要解決的重要問(wèn)題。最后還需進(jìn)一步提高超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲治療的安全性，減少溶血、微血管滲漏及毛細(xì)血管破裂等?？傊?超聲造影劑微泡聯(lián)合低頻超聲治療腫瘤是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的治療方法，具有安全、高效、靶向性好、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是超聲醫(yī)學(xué)研究熱點(diǎn)之一。隨著超聲分子影像學(xué)和靶向微泡造影劑的發(fā)展，低頻超聲聯(lián)合微泡造影劑治療腫瘤將在基礎(chǔ)及臨床研究中得到廣泛的運(yùn)用，為臨床腫瘤的治療帶來(lái)新的希望。