不可逆電穿孔治療肝臟惡性腫瘤的研究進展

趙建軍 張業(yè)繁 茅 銳 李騰雁 趙 宏 畢新宇 李智宇 黃 振 魏哲文 蔡建強

原發(fā)性肝癌是全球范圍內(nèi)常見的惡性腫瘤之一，是我國排名第4位的最常見惡性腫瘤及第3位的腫瘤致死病因[1]。局部消融治療能使因各種原因不適于手術(shù)切除的肝癌患者獲得治療的機會，部分患者甚至可取得與手術(shù)切除相同或更好的治療效果[2～4]。常見的熱消融手段如射頻消融(radiofrequency ablation, RFA)、微波消融(microwave ablation, MWA)等具有創(chuàng)傷小、臨床效果確切等優(yōu)點，因此局部熱消融治療在肝癌中的應(yīng)用受到廣泛認可[5]。然而，RFA和MWA等在消融過程中產(chǎn)生的高溫對周圍組織造成無差別的廣泛破壞，損傷消融區(qū)域內(nèi)的管道系統(tǒng)和神經(jīng)等重要組織，同時還存在著血液循環(huán)引起的“熱沉效應(yīng)”，使得熱消融治療在臨近血管和(或)膽管的腫瘤中應(yīng)用受到很大限制[6,7]。

不可逆電穿孔(irreversible electroporation, IRE)是非熱消融治療，通過電極之間的陡脈沖直流電使細胞膜產(chǎn)生納米級的不可逆孔徑，所以這項技術(shù)又被稱為納米刀(nano knife)，高壓脈沖使電極之間的細胞發(fā)生凋亡但不損失結(jié)締組織、彈性纖維和膠原纖維，細胞凋亡后產(chǎn)生的細胞碎片被吞噬細胞吞噬[8]。IRE消融治療使腫瘤細胞發(fā)生凋亡但不會損傷臨近的神經(jīng)、血管和膽管，由于其消融不依靠高溫殺傷腫瘤細胞，故不會產(chǎn)生“熱沉效應(yīng)”[9,10]。 因此，IRE消融技術(shù)在治療特殊部位肝癌中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。本文將對IRE治療臨近血管和(或)膽管惡性腫瘤的臨床和基礎(chǔ)研究進展進行闡述，總結(jié)IRE的適應(yīng)證范圍、優(yōu)勢與局限性以及未來發(fā)展趨勢。

一、基礎(chǔ)研究進展

多項動物實驗研究表明肝臟組織在IRE消融后90min～2h開始出現(xiàn)細胞凋亡跡象，并一直持續(xù)至消融后24h，肝臟消融區(qū)域內(nèi)組織開始被纖維組織替代[11～13]。利用裸鼠皮下移植瘤模型，有研究者通過免疫組化和MRI觀察IRE消融后腫瘤組織隨時間的變化，結(jié)果顯示消融區(qū)域邊緣活細胞在消融后24h凋亡率達到峰值[14]。消融后24h血管未見明顯變化，消融后7天動脈中膜血管平滑肌細胞數(shù)量明顯減少，中膜最內(nèi)層可見凋亡細胞，中膜逐漸被成纖維細胞和纖維化的膠原組織所取代[13]。雖然IRE消融區(qū)域內(nèi)血管結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但是并不影響周圍組織血供情況，表明IRE消融可以起到保護血管作用。Chen 等[15]對小鼠和豬的肝臟進行IRE消融，消融區(qū)域內(nèi)細胞發(fā)生凋亡，從而導(dǎo)致巨噬細胞浸潤進一步殺滅腫瘤，同時分泌IL-4、IL-12、IFN-γ等細胞因子增多刺激產(chǎn)生局部和全身免疫反應(yīng)，利于宿主生存。Choi等[16]在實驗豬模型上觀察IRE對肝門膽管的影響，研究發(fā)現(xiàn)當電極不接觸膽管且距離膽管≥3mm時能夠避免膽管損傷和狹窄，并且電極位置在膽管同側(cè)時膽管發(fā)生損傷的概率明顯低于電極在膽管兩側(cè)，電極與膽管和腫瘤的相對位置對于IRE消融的有效性和安全性至關(guān)重要。一種新型的高頻IRE系統(tǒng)在實驗豬模型上進行了研究，結(jié)果表明該系統(tǒng)不受血管和膽管位置的影響，對組織可進行快速重復(fù)消融且對電極附近的內(nèi)皮細胞損傷較小，高頻IRE在臨床應(yīng)用的可行性和對長期生存預(yù)后的影響尚需進一步研究[17]。

二、臨床研究進展

近年來，隨著IRE消融技術(shù)在肝癌治療中廣泛開展，國內(nèi)外研究者更加關(guān)注IRE治療特殊部位肝惡性腫瘤的有效性和安全性并進行了深入的研究，取得了較好的觀察和評估結(jié)果。國內(nèi)一項研究表明IRE治療肝門部肝癌的完全消融率和局部復(fù)發(fā)率均與外科手術(shù)效果接近，研究者在超聲引導(dǎo)下經(jīng)皮穿刺或腹腔鏡或開腹對位于主要膽管及門靜脈旁0.5cm內(nèi)的腫瘤病灶進行消融，腫瘤直徑1.0～4.4cm，平均直徑為2.2cm，電極針尖暴露2cm，電極之間針距2cm，術(shù)后平均隨訪22 個月統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)消融區(qū)域鄰近的血管、膽管、膽囊或胃腸道均未出現(xiàn)損傷或相關(guān)并發(fā)癥，完全消融率為91.4%，局部復(fù)發(fā)率僅為6.2%[18]。此項研究中，作者在消融后直接拔除電極針，未對針道進行消融，隨訪亦未提及針道轉(zhuǎn)移情況。Distelmaier等[19]對29例肝癌患者共43個腫瘤病灶(8個原發(fā)灶和35個轉(zhuǎn)移灶)進行CT引導(dǎo)下經(jīng)皮IRE消融治療，腫瘤直徑為6.40±11.39ml，腫瘤病灶均臨近肝靜脈主干和(或)門靜脈分支且距離0.5cm內(nèi)，電極針尖暴露中位值1.5cm(1～2cm)，電極之間針距中位值2cm(1.0～2.5cm)，平均隨訪24個月，研究結(jié)果表明腫瘤完全消融率為93%(40/43)，所有臨近腫瘤的周圍血管均保持良好灌注，在40個完全消融的腫瘤病灶中只有2個腫瘤出現(xiàn)病灶內(nèi)復(fù)發(fā)，但有11個病灶出現(xiàn)針道播種轉(zhuǎn)移，針道轉(zhuǎn)移率為26%(11/43)[20]。本研究中IRE針道種植轉(zhuǎn)移率明顯高于射頻消融，一方面可能與IRE電極數(shù)目多有關(guān)，當腫瘤較大，電極較多時，電極接觸到腫瘤的概率增加；另一方面可能是針道消融方式不同導(dǎo)致腫瘤播散。目前，IRE針道播種轉(zhuǎn)移尚不明確，是否對針道進行消融以及選擇逐步消融進針還是逐步退針消融仍存在分歧，需要更多的臨床研究證據(jù)。IRE參數(shù)標準是電極之間距離≤2.5cm，當腫瘤最大徑≤2.5cm時，理論上電極不會穿刺到腫瘤組織，故不會發(fā)生針道轉(zhuǎn)移，無須對針道進行消融以免損傷正常肝組織；當腫瘤最大徑>2.5cm，電極有可能穿刺進入腫瘤病灶，發(fā)生針道轉(zhuǎn)移的概率大大增加，此時應(yīng)對針道消融防止種植轉(zhuǎn)移發(fā)生。此外，消融前腫瘤穿刺活檢是IRE獲得病理的唯一途徑，最新研究表明肝癌穿刺活檢針道種植轉(zhuǎn)移率為0.23%[21]。雖然穿刺針道轉(zhuǎn)移率很低，但無瘤原則下應(yīng)該對穿刺針道進行消融，確保IRE消融的有效性。

目前，IRE消融有效性的評估主要依賴術(shù)后CT或MRI觀察消融范圍、腫瘤壞死情況以及管道系統(tǒng)完整性，隨訪時間通常為1周、1個月、3個月、6個月、1年。術(shù)中超聲或即刻超聲造影可以及時觀察消融效果，以便調(diào)整消融參數(shù)。IRE消融病灶30min后術(shù)中超聲顯示消融區(qū)域內(nèi)無細胞結(jié)構(gòu)肝組織，表明消融區(qū)域內(nèi)已無存活的腫瘤細胞。Stutter等[22]對58例肝細胞肝癌患者共75個腫瘤病灶進行IRE消融治療，其中47個腫瘤病灶位于肝門部，腫瘤直徑0.6～9.0cm,中位值為2.4cm；中位隨訪時間9個月發(fā)現(xiàn)92%(69/75)的腫瘤病灶達到完全消融，并且主膽管及肝血管結(jié)構(gòu)無附帶損傷，研究發(fā)現(xiàn)甲胎蛋白與消融后的無進展生存期具有相關(guān)性，這表明甲胎蛋白可以作為預(yù)測患者IRE消融治療預(yù)后的指標。ctDNA包含腫瘤基因組概況的全面信息，包括單核苷酸變異、拷貝數(shù)變異和表觀遺傳變異等，以ctDNA(circular tumor DNA)為生物學(xué)標志物的液體活檢技術(shù)是評估肝癌患者預(yù)后風(fēng)險的重要手段，ctDNA是預(yù)測IRE治療的患者復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的潛在標志物，用以指導(dǎo)患者進行術(shù)后輔助治療，但目前尚缺乏與IRE相關(guān)的ctDNA研究[23,24]。

在有關(guān)IRE并發(fā)癥的研究中，Dollinger等[25]研究發(fā)現(xiàn)，9.9%消融區(qū)域內(nèi)或鄰近的靜脈在術(shù)后3天出現(xiàn)血栓或狹窄，但是平均隨訪5.7個月后僅有不到5%的靜脈依然存在血栓或狹窄。這表明IRE消融鄰近的靜脈不受IRE消融過程的影響，幾乎不會發(fā)生血栓或狹窄。該作者的另一項研究發(fā)現(xiàn)IRE消融區(qū)域內(nèi)或鄰近的膽管損傷發(fā)生率達27.3%，肝門部膽管損傷和其他位置膽管損傷的發(fā)生率無明顯差別，但是隨著時間推移，損傷的膽管都恢復(fù)正常[26]。雖然IRE消融不產(chǎn)生熱沉效應(yīng)，但是由于電壓、脈沖長度、電極間距等因素的影響，電極針尖產(chǎn)生熱量并擴散到四周，當電極放置不平行時溫度分布不均勻，溫度集中在電極間距最小的區(qū)域，熱損傷膽管可導(dǎo)致膽管狹窄，進而可導(dǎo)致膽汁淤積、感染和肝萎縮，而血管的熱損傷可導(dǎo)致暫時性或永久性的血管血栓形成[27,28]。

通常情況下，IRE不適用于體內(nèi)金屬置入物靠近腫瘤的患者。一方面，金屬置入物會影響電場分布導(dǎo)致腫瘤消融區(qū)域改變，影響消融效果；另一方面，電流通過金屬置入物時產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致組織熱損傷。研究者們對此不斷進行研究發(fā)現(xiàn)，IRE不會對金屬置入物進行明顯地直接加熱，但會導(dǎo)致電極周圍溫度升高并且消融區(qū)域殘留有活組織。因此，儀器制造商規(guī)定消融區(qū)存在金屬置入物是IRE的絕對禁忌，這就導(dǎo)致前期使用金屬支架的肝門部膽管癌患者無法選擇IRE治療。但是，Melenhorst等[29]報道1例IRE成功治療姑息性金屬支架置入后肝門部膽管癌無法切除的患者，術(shù)后1年無局部腫瘤進展或轉(zhuǎn)移且未發(fā)現(xiàn)支架相關(guān)并發(fā)癥，可能原因是金屬電導(dǎo)率增加使得消融區(qū)域更完整，高溫可以殺滅腫瘤細胞并增強局部免疫反應(yīng)，但當金屬支架延伸至十二指腸時，局部產(chǎn)熱可能會損傷到十二指腸腸壁，應(yīng)避免使用IRE。目前，臨床對此仍然存在爭議，其安全性和有效性仍需要進一步研究。

三、臨床應(yīng)用爭議

IRE治療費用昂貴，目前僅推薦用于不適合傳統(tǒng)熱消融的患者。IRE治療對患者身體狀況和適應(yīng)證都要求嚴格，需要患者具備良好的心肺功能，因此必須對患者進行全面術(shù)前檢查和評估，腫瘤位置特殊的患者應(yīng)該進行肝臟三維重建，明確腫瘤與門靜脈主干至三級分支，肝靜脈一、二級分支，膽管一、二級分支之間的位置關(guān)系；IRE適用于治療<3cm 的腫瘤，消融的腫瘤與傳統(tǒng)熱消融相比較小[30]。當電極數(shù)超過兩根時，置針難度大大提升，由于置針難度較高且必須平行布針，要求術(shù)者必須具備較高的布針技術(shù)、扎實的肝臟管道系統(tǒng)解剖知識和豐富的肝臟超聲或CT操作經(jīng)驗。由于第一、二、三肝門的解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，膽管、門靜脈和肝動脈的距離較近，IRE可能產(chǎn)生嚴重的并發(fā)癥包括膽汁漏、膽管狹窄、遲發(fā)性出血以及門靜脈或肝動脈附壁血栓形成等[31]。雖然電場不損傷脈管系統(tǒng)纖維組織，但是可能會破壞血管內(nèi)皮細胞從而導(dǎo)致附壁血栓形成。根據(jù)筆者的臨床實踐經(jīng)驗，當血管被電極穿過或位于電極之間時，大量紅細胞被破壞可能會出現(xiàn)溶血性貧血，可能會出現(xiàn)一過性血尿和血紅蛋白、血小板計數(shù)下降等現(xiàn)象，術(shù)后應(yīng)注意觀察尿液顏色變化并監(jiān)測患者血紅蛋白水平以便及時糾正。這提醒術(shù)者在置針時不能將電極穿刺進入膽管或血管等管道系統(tǒng)，避免產(chǎn)生嚴重的術(shù)后并發(fā)癥。

四、展 望

IRE消融技術(shù)屬于非熱能消融技術(shù)，電場不會產(chǎn)生熱量，但是可以使細胞膜產(chǎn)生納米微孔導(dǎo)致細胞發(fā)生凋亡而非壞死，達到殺滅消融區(qū)域細胞目的，同時具有保留細胞外基質(zhì)、血管、膽管及神經(jīng)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，在治療肝門部及特殊疑難部位惡性腫瘤中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，讓這類患者有了安全有效的治療選擇，是傳統(tǒng)熱消融無法治療臨近血管危險部位肝癌、多腫瘤病灶、嚴重肝硬化的重要補充，最大限度減少正常肝組織損傷，確保術(shù)后恢復(fù)。IRE消融技術(shù)填補了外科手術(shù)和傳統(tǒng)消融治療困難的肝臟腫瘤，因此臨床使用需要醫(yī)生嚴格把握IRE消融適應(yīng)證，發(fā)揮其最大優(yōu)勢。

隨著IRE消融技術(shù)被更多的臨床醫(yī)生熟練掌握，其臨床應(yīng)用價值和療效會進一步提升，在影像學(xué)引導(dǎo)下進行IRE治療，具有以下優(yōu)點：①術(shù)中定位準確，局部消融療效確切，消融邊界清晰；②消融時間短，工作效率高；③消融區(qū)的重要管道組織得以保留，因此消融區(qū)組織結(jié)構(gòu)可以恢復(fù)；④不受熱沉效應(yīng)影響，是傳統(tǒng)熱消融及外科手術(shù)良好的補充；⑤工作電極較細，局部穿刺損傷小，并發(fā)癥發(fā)生率低于傳統(tǒng)熱消融；⑥消融效果評價時間縮短，更加容易評價消融效果；⑦使細胞凋亡而非蛋白質(zhì)變性壞死，可以誘發(fā)免疫反應(yīng)，針對這一特點臨床可以結(jié)合放療或者免疫檢查點抑制劑聯(lián)合使用，改善遠期療效。當然IRE尚有許多未知領(lǐng)域需要探索，是否常規(guī)進行術(shù)前穿刺活檢明確腫瘤性質(zhì)，如果術(shù)前穿刺活檢結(jié)果是膽管細胞癌或混合性肝癌，是否需要進行肝門部淋巴結(jié)清掃，如果需要進行肝門部淋巴結(jié)清掃該如何選擇術(shù)式：先經(jīng)皮消融再開腹清掃或開腹下消融后清掃或腹腔鏡下消融后清掃以及如何避免針道轉(zhuǎn)移，當腫瘤直徑≤3cm時，臨床治療效果是否等同于外科手術(shù)切除或者傳統(tǒng)消融治療效果等，這些問題還需要設(shè)計良好的前瞻性臨床研究來解決。