腫瘤治療電場及其在膠質(zhì)瘤治療中的研究進展

肖友朝，任星光 綜述 段虎斌 審校

山西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，山西 太原 030000

膠質(zhì)瘤是神經(jīng)外科常見的腫瘤，具有易擴散、易侵襲、易復(fù)發(fā)和高致殘致死的特點，盡管近些年來，對膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展的認識有極大的提高，有新的技術(shù)及方法應(yīng)用于膠質(zhì)瘤的臨床診治，但膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后結(jié)局仍然不是十分理想。腫瘤治療電場(tumor treating fields，TTF)是膠質(zhì)瘤的新型治療措施，被納入最新的中國膠質(zhì)瘤診療規(guī)范，TTF可作為除手術(shù)治療、放射治療和化學(xué)藥物治療之外的治療方式，用來改善膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后。因此本文就膠質(zhì)瘤治療現(xiàn)狀及其局限性、TTF作用機制、TTF治療膠質(zhì)瘤的研究進展等方面進行綜述。

1 膠質(zhì)瘤的概述及治療現(xiàn)狀

膠質(zhì)瘤是腦內(nèi)最常見的實質(zhì)性腫瘤，大多為惡性，起源于膠質(zhì)細胞，占顱腦腫瘤的50%左右[1]。2018年腫瘤數(shù)據(jù)指出：全球年新發(fā)296 851例腦腫瘤，241 037人因腦腫瘤死亡[2]。膠質(zhì)瘤具有明顯的異質(zhì)性，Ⅰ～Ⅱ級為低級別膠質(zhì)瘤，Ⅲ～Ⅳ級為高級別膠質(zhì)瘤。高級別膠質(zhì)瘤在各個年齡均可發(fā)生，但50～60歲是發(fā)病率最高的年齡階段，高級別膠質(zhì)瘤年發(fā)病率為(3～5)/10萬[3]。膠質(zhì)瘤具有易擴增、易侵襲、易術(shù)后復(fù)發(fā)和易致殘致死等特點，腦膠質(zhì)瘤5年致死率位于全身腫瘤前列(第3位)，次于胰腺癌和肺癌[4]。

膠質(zhì)瘤的主要治療為手術(shù)治療、化學(xué)藥物治療及放射治療。切除手術(shù)要求最大范圍安全切除腫瘤,以緩解臨床癥狀和延長生存期，獲得腫瘤標本用以明確病理學(xué)診斷和分子遺傳學(xué)診斷。一些新型輔助手術(shù)技術(shù)[5]的運用有利于腫瘤邊界確定，提高切除程度以及重要功能的保護。低級別腦膠質(zhì)瘤的術(shù)后放療尚未達成共識，治療策略可據(jù)預(yù)后風(fēng)險的高低制訂。高級別膠質(zhì)瘤的放射治療可使術(shù)后患者受益，放療開始時間可影響生存時間[6]，建議術(shù)后盡早(術(shù)后0.5～1.5個月)開始放療。放射治療照射的總劑量推薦54～60 Gy，對于瘤體較大和(或)位于重要功能區(qū)及Ⅲ級間變性膠質(zhì)瘤,可適當降低總劑量[7]。但放射治療可引起急性(小于6周)、亞急性(6周～6個月)和慢性(6個月以上)的放射性腦損傷。急性和亞急性放射性腦損傷一般在數(shù)周內(nèi)恢復(fù)，糖皮質(zhì)激素類藥物治療可改善損害情況；急性損傷可有顱內(nèi)壓升高表現(xiàn)、惡心、嘔吐、頭痛和嗜睡等，偶有在MRI上顯示彌漫性水腫；亞急性放射性腦損傷表現(xiàn)為嗜睡和疲勞。晚期放射反應(yīng)常常是進行性和不可逆的；放射性壞死是放射治療晚期導(dǎo)致的嚴重腦損傷，發(fā)生率為3%～24%，出現(xiàn)高峰是放射后3年。放療的總劑量和分割劑量影響白質(zhì)腦病的發(fā)生率，合理規(guī)劃照射總劑量、合適的靶區(qū)體積選擇等方式可減少放射性腦損傷的發(fā)生率[8]。藥物治療主要采用化學(xué)藥物，化療是通過化學(xué)藥物殺滅腫瘤細胞,化療可以提高腦膠質(zhì)瘤患者的無進展生存期和總體生存期[9]，治療腦膠質(zhì)瘤的常規(guī)藥物有替莫唑胺和貝伐單抗，其中替莫唑胺可跨越血腦屏障[10]。低級別腦膠質(zhì)瘤的化療也未達成一致意見。高級別腦膠質(zhì)瘤藥物治療方面，在2005年確立了以TMZ同步放療為基礎(chǔ)的Stupp方案，并成為膠質(zhì)母細胞瘤(GBM)的標準治療模式。

盡管過去的幾十年里在診斷和治療方面取得了明顯的進步，卻依舊缺乏有效靶分子治療方案[11]，以及醫(yī)護一體護理模式的應(yīng)用可提高膠質(zhì)瘤患者術(shù)后生存質(zhì)量并降低術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率[12]，但膠質(zhì)瘤患者的臨床預(yù)后仍然不理想，膠質(zhì)母細胞瘤患者的中位生存期僅約14個月[13]，尋找有效的治療方案是膠質(zhì)瘤診療的必然趨勢。TTF作為新穎、安全的腦膠質(zhì)瘤治療手段，首先于國外臨床中應(yīng)用，2011年和2015年FDA分別批準TTF用于復(fù)發(fā)GBM和新診斷GBM的患者治療，并且201 7年版美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)(NCCN)指南[14]將Stupp方案聯(lián)合TTF作為新診斷GBM的術(shù)后治療推薦(I類證據(jù))。2019年3月發(fā)布的中國腦膠質(zhì)瘤診療規(guī)范中較以往相應(yīng)指南首次將TTF寫入診療方案中[4]，TTF成為除手術(shù)切除和放化療之外的膠質(zhì)瘤治療方式，并將在腦膠質(zhì)瘤的治療中發(fā)揮重要作用。

2 TTF的作用機制

醫(yī)學(xué)中使用的電場包括直流電場以及交流電場，而TTF是一種中間頻率(10～1 000 kHz)的交流電場。交流電場的頻率及強度可決定其生物學(xué)作用，低頻率(小于10 kHz)及高頻率(高于1 000 kHz)交變電場被發(fā)現(xiàn)有相應(yīng)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用[15]，頻率小于1 kHz的電場可以引起神經(jīng)、肌肉、心臟等組織細胞膜的去極化，引起一系列的電生理反應(yīng)，低頻電場促進骨骼生長及骨折的愈合；高頻交流電場可導(dǎo)致組織加熱和細胞膜破裂，在透熱或消融技術(shù)中得到應(yīng)用。中頻交流電在過去被普遍認為不具有顯著的生物學(xué)效應(yīng)[16]，但KIRSON等[17]在2004年腫瘤細胞與黑色素瘤動物模型與電場的一項研究中，提示中頻電場具有腫瘤細胞生長抑制作用，并被稱為TTF。

細胞的有絲分裂需要胞內(nèi)物質(zhì)在不均勻電場作用下發(fā)生移動，遺傳物質(zhì)向細胞兩極運動，TTF可減弱該種運動是其具有抑制腫瘤生長作用的基礎(chǔ)。細胞包含離子和極性帶電分子，例如蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)DNA等。非分裂細胞中的電場往往是均勻強度電場，電場力不引起離子及極性帶電分子的運動或僅引起輕微運動，表現(xiàn)形式為在均勻電場中離子傾向于自由流動，極性帶電分子調(diào)整電軸，使極性分子電軸與電場線方向同向，而非運動[18]。分裂細胞中的電場為非均勻電場，可引起極性帶電分子朝向更高場強方向移動，不均勻電場引起極性分子向更高場強移動的過程稱為“介電電泳”[19]，例如遺傳物質(zhì)在分裂中期向細胞兩極的運動。但在TTF作用為外加電場時，由于TTF頻率足夠高，極性帶電分子向細胞兩極的運動強度減弱，致使分裂中期的遺傳物質(zhì)不能成功向細胞兩極運動，阻礙細胞分裂過程，因此TTF對有絲分裂旺盛的腫瘤細胞具有明顯的作用，導(dǎo)致細胞凋亡，而對正常的組織細胞作用不明顯[17]。有研究也表明TTF對腫瘤細胞的抑制作用也可能與其他機制有關(guān)：(1)TTF通過擾亂紡錘體微管蛋白排列和干擾胞質(zhì)分裂來阻止有絲分裂并導(dǎo)致細胞死亡[20]；(2)TTF可干擾特殊蛋白來導(dǎo)致細胞膜破裂并阻止有絲分裂，特殊蛋白包括有絲分裂蛋白2、6、7[21]，處于TTF中的腫瘤細胞在有絲分裂的中期及后期時，存在細胞不可逆的細胞膜破裂，導(dǎo)致細胞的有絲分裂停止并死亡。

3 TTF的基礎(chǔ)實驗研究進展

3.1 體外實驗方面 2004年KIRSON等[17]首次發(fā)現(xiàn)低強度、中等頻率的電場能夠?qū)w外培養(yǎng)的腫瘤細胞增殖產(chǎn)生抑制作用，并且該種抑制作用在電場處理后可持續(xù)72 h，電場處理后腫瘤細胞的顯微鏡分析顯示有絲分裂紡錘體的解聚/再聚合受損，導(dǎo)致非典型有絲分裂和細胞破壞。GILADI等[22]證明，使用TTF治療胰腺腫瘤，腫瘤的總體大小無增加，這與有絲分裂周期的中斷和滲透停滯必需的細胞骨架元素的潛在失調(diào)有關(guān)；更重要的是，他們發(fā)現(xiàn)TTF治療的胰腺癌細胞比未治療的胰腺癌細胞克隆性更低，這反映了TTF處理后的腫瘤細胞無法產(chǎn)生新的克隆譜系，可能是由于非整倍體分裂與進一步的有絲分裂不相容造成的。這些發(fā)現(xiàn)進一步得到了Giladi的支持，論證了TTF對微管失調(diào)形成紡錘體裝置的破壞作用[23]。治療電場處理后的腫瘤細胞更容易受脫氧核糖聚合酶抑制劑和離子電離輻射的影響[24]。將TTF與常規(guī)化療(紫杉醇、阿霉素、環(huán)磷酰胺)聯(lián)合應(yīng)用，建立劑量-反應(yīng)曲線，隨著藥物濃度的增加，細胞增殖能力下降，TTF聯(lián)合化療使劑量-反應(yīng)曲線向左平移，說明較低劑量的化療藥物在存在TTF的情況下能夠達到高劑量化療藥物相同的生長抑制作用[25]。TTF的應(yīng)用并不影響外周血中T細胞和膠質(zhì)瘤浸潤的T細胞發(fā)揮免疫功能，這為生物免疫治療聯(lián)合TTF治療膠質(zhì)瘤提供參考[26]。

3.2 體內(nèi)實驗方面 KIRSON等[17]同樣首次將TTF應(yīng)用于活體模型并探究其作為治療方法的可能性，在接種有黑色素瘤小鼠模型中發(fā)現(xiàn)TTF可使腫瘤大小減少47%(P=0.001)。隨后TTF擴展應(yīng)用于肺癌、胰腺癌及腦部腫瘤的動物模型實驗研究[18,23-24,27]。在一項患有黑色素瘤轉(zhuǎn)移至肺部的兔子實驗中，TTF可延長生存期，中位生存期由對照組的57 d延長到TTF組的75 d[28]。另一項荷瘤兔在體的研究中，紫杉醇組抑制腫瘤生長的有效率為15%，TTF組為53%，紫杉醇及TTF聯(lián)合組為69%，有效率差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，證明TTF對藥物抑制腫瘤生長存在增敏效應(yīng)[25]。在一項TTF與多重耐藥腫瘤的實驗表明，TTF可降低腫瘤耐藥性，但并不是通過改變藥物轉(zhuǎn)運過程，而是通過對腫瘤細胞骨架、微管及線粒體的破壞作用來實現(xiàn)[29]。

4 TTF的臨床研究進展

4.1 已完成的臨床研究 2009年NOVOCURE的一項名為EF-14臨床實驗中，采用TTF聯(lián)合化學(xué)藥物治療新診斷膠質(zhì)瘤患者，對照組單純采用化療方案，實驗組為TTF聯(lián)合化學(xué)藥物治療，患者入組前均已行手術(shù)治療，且兩分組之間全切與次全切情況無異質(zhì)性，初步結(jié)果表明實驗組提高無進展生存期(HR 0.62，98.7%CI 0.43～0.89，P=0.001)和總體生存期(HR0.74，CI 0.56～0.98，P=0.03)[30]。另外，TTF治療組并沒有表現(xiàn)出明顯的細胞毒性以及該種治療是可耐受的[31-32]。該實驗最終的結(jié)果表明，TTF聯(lián)合組與單組使用替莫唑胺組相比，無進展生存期分別為6.3個月和4.0個月，中位中體生存期為20.9個月和16.0個月(P=0.001)[33]。EF-14實驗證明TTF可以增強化療藥物的治療效果。

在一項針對復(fù)發(fā)性膠質(zhì)瘤的臨床3期EF-11(n=120)實驗中[30]，實驗對象均為膠質(zhì)母細胞瘤復(fù)發(fā)者，有些患者是第三次復(fù)發(fā)。實驗組采用TTF治療，對照組采用最適合患者的化學(xué)治療方案，實驗結(jié)果顯示對照組中位生存期6.0個月，TTF組中位生存期為6.6個月(P=0.27)；對照組與實驗組的疾病無進展期分別為2.1個月和2.2個月(P=0.13)。EF-11實驗還顯示TTF治療副作用小及存在的不適主要是由電極片接觸皮膚所致的過敏反應(yīng)。綜合上述，EF-11結(jié)果顯示TTF與化學(xué)藥物相比，在復(fù)發(fā)膠質(zhì)母細胞瘤患者中具有同等治療效果，但TTF所致的副作用卻更小。

在具有非甲基化MGMT啟動子的膠質(zhì)瘤患者中，替莫唑胺因其耐藥而不被認為是最優(yōu)治療選擇[4]。CLARK等[33]最近的一項研究有效地證明了TTF在甲基化和非甲基化腫瘤細胞中的效用。因此，對于MGMT啟動子未甲基化的患者，放療后應(yīng)用TTF應(yīng)該是有效的，但值得注意的是，腫瘤細胞可能對TTF產(chǎn)生一定的耐受性或抵抗性。

4.2 正在進行的臨床實驗 以“tumor treating field”“glioblastoma”等為關(guān)鍵詞，截止2020年6月20日在國際臨床試驗網(wǎng)(ClinicalTrials.Gov)數(shù)據(jù)庫可查詢到已登記的實驗共有29項，其中18項是研究TTF治療膠質(zhì)瘤的實驗，1項還未開始招募患者，11項處于正在招募實驗對象階段，2項正在進行，3項已經(jīng)完成，1項撤銷。在15項尚未結(jié)束的實驗研究中，6項研究主要涉及放化療與TTF在膠質(zhì)瘤中的療效對比分析，2項關(guān)于TTF在膠質(zhì)瘤患者中的臨床護理及生活質(zhì)量分析，1項為TTF治療膠質(zhì)瘤患者后的影像學(xué)反應(yīng)的研究，同樣還有值得關(guān)注的3項實驗，這3項實驗研究免疫治療藥物貝伐單抗聯(lián)合TTF治療膠質(zhì)瘤的有效性分析。貝伐單抗作為膠質(zhì)瘤的可備選方案[34]，如若實驗結(jié)果可達預(yù)期結(jié)果，將擴寬貝伐單抗的適用范圍，提高對膠質(zhì)瘤患者的治療有效性。

5 TTF治療膠質(zhì)瘤的局限性

TTF對膠質(zhì)瘤有明確的治療效果，但仍存在局限性以及需要完善的方面：(1)目前相關(guān)研究推薦治療時間每天不少于18 h，更有利于提高臨床療效，但每日治療時間過于長將影響患者治療順從性；并且患者需要長時間攜帶設(shè)備，TTF發(fā)生設(shè)備的體積質(zhì)量及便攜性成為需要解決的問題。(2)目前TTF治療的開展需要患者剃光頭發(fā)，勢必造成部分尤其是女性患者的心理負擔，需要進一步對相應(yīng)接觸部件優(yōu)化，以期減少備皮面積。(3)2016版中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類將病理學(xué)特征和分子生物學(xué)特性共同納入分類標準[35]，后續(xù)研究應(yīng)明確具有特定分子生物學(xué)的腫瘤患者是否具有更高的敏感性和有效性，從而實現(xiàn)以分子特征為基礎(chǔ)的精準醫(yī)療。(4)目前表明TTF聯(lián)合化療與單獨化療相比，并不增加頭痛、焦慮、抑郁、意識障礙、癲癇等副作用發(fā)生率，皮膚過敏發(fā)生率有所上升，可使用相應(yīng)皮膚軟膏減輕過敏癥狀；但電子置入物(腦起搏器、心臟起搏器)的患者使用TTF設(shè)備的安全性仍無相應(yīng)臨床實驗報告，這些患者的使用依舊需要保持謹慎態(tài)度。(5)目前TTF臨床研究對象主要是成年患者，相關(guān)治療參數(shù)也是針對成人所設(shè)定，未有針對兒童患者進行單獨的相關(guān)實驗，因此TTF的強度、頻率以及每天TTF的治療時長在兒童患者是否需要調(diào)整？(6)電場治療效果與電場方向有關(guān)，雙方向電場及三方向電場均比單方向電場抑制腫瘤效果好，電場強度在顱內(nèi)的分布受電阻影響[36]，因此對于提高不同位置的腫瘤的治療效果，仍需利用磁共振成像(MRI)數(shù)據(jù)建立頭顱模型以更好地設(shè)計電場，提高腫瘤位置電場強度，達到更佳治療效果。

6 展望

目前微創(chuàng)手術(shù)[37]的應(yīng)用可提高膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后，以基因和蛋白分子[38]為靶標的治療方式也顯示出巨大的前景，但膠質(zhì)瘤的分子靶向治療和生物免疫治療均處于臨床實驗階段，并且由于膠質(zhì)瘤惡性程度高，具有易復(fù)發(fā)、病死率高等特點，至今尚無令人滿意的治療方案。而TTF作為區(qū)別于傳統(tǒng)治療的一種新穎治療方式，可彌補當前膠質(zhì)瘤治療方案的不足。

廣泛的基礎(chǔ)研究表明，TTF通過干擾阻斷腫瘤細胞的有絲分裂來導(dǎo)致腫瘤細胞死亡；臨床研究結(jié)果顯示，膠質(zhì)瘤術(shù)后患者TTF治療組與膠質(zhì)瘤術(shù)后患者傳統(tǒng)放化療組相比，TTF組可提高無進展生存期和總體生存期，并且顯示出更小的細胞毒性和不良反應(yīng)，這尤其為臨床上不耐受放化療的膠質(zhì)瘤患者提供可靠的輔助治療方式。中國膠質(zhì)瘤診療規(guī)范將TTF納入膠質(zhì)瘤的可行治療方案將會極大推動TTF在臨床中的應(yīng)用，因此，TTF對于提高膠質(zhì)瘤患者的治療水平具有深遠的意義，同時，TTF在膠質(zhì)瘤上令人鼓舞的研究結(jié)果，也可為TTF在治療其他實體腫瘤上提供極具重要意義的參考。