不可逆電穿孔技術在肝癌消融治療中的應用

許 敏， 許丹霞， 蔣天安

肝癌是目前我國第五位常見惡性腫瘤及第二位腫瘤致死病因，嚴重威脅人民的生命健康［1］。盡管手術切除是肝癌治療的首選方法，但因大部分患者合并有肝硬化或在確診時已達中晚期， 僅20%～30%的患者能夠獲得手術切除的機會［2］。

近年來，局部消融治療得到廣泛應用，其憑借微創(chuàng)、局部療效確切和禁忌證少等優(yōu)勢使許多不能手術或不耐受手術的患者得到有效治療。目前常用的局部消融方法為熱消融，包括RFA 和MWA 等［3-4］。盡管上述方法各具優(yōu)勢，但難以避免消融過程中產生的高溫，在殺傷腫瘤的同時損傷消融區(qū)域內的血管、膽管、胰管或神經等重要組織，同時還由于血液循環(huán)引起的熱沉效應，使得熱消融在鄰近重要結構的腫瘤中應用受限［5-6］。

不可逆電穿孔（irreversible electroporation，IRE）是一種新興的非熱消融治療方法，現(xiàn)已逐步應用于臨床。 目前研究顯示，IRE 安全有效，能夠很好地克服熱消融技術的不足，在肝癌，尤其是鄰近血管或膽管等特殊部位的肝癌治療中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢［7-9］。

1 IRE 作用機制及優(yōu)勢

20 世紀50 年代有學者發(fā)現(xiàn)， 脈沖電場作用下細胞膜的脂質雙分子層重新排列，形成納米級親水性孔道，被稱為電穿孔。 根據外加電場撤消后，細胞膜能否恢復到正常生理狀態(tài)，電穿孔分為可逆性電穿孔（reversible electroporation，RE）和IRE［10］。RE 被應用于輔助化療藥物或基因藥物進入細胞，是電化學療法和基因電轉染技術的理論基礎［11］。 IRE 是在RE 的基礎上發(fā)展而來，通過提高電能量，在細胞膜上形成不可恢復的微孔，微孔形成增加了離子及大分子物質的通透性，使細胞滲透壓發(fā)生改變，進而破壞細胞內外平衡，導致細胞水腫或凋亡［12］。

2005 年，Davalos 等［13］首次驗證了IRE 作為消融方法的有效性，并提出其有望成為腫瘤治療的有力武器，隨后越來越多的基礎實驗與臨床試驗證實了這一觀點?，F(xiàn)有研究結果顯示，IRE 作為一種新型非熱消融技術，具有以下優(yōu)勢：①IRE 作用于細胞膜脂質雙分子層，而構成血管、胰膽管和神經的骨架成分可得以保留，保證了治療后正常組織的快速恢復［14］；②IRE 不依靠溫度殺傷腫瘤細胞，故療效不受熱沉效應影響，提高了血管、膽管周圍腫瘤的完全消融率［15］；③IRE 工作原理為誘導細胞凋亡而非蛋白質變性壞死，可更好地保留腫瘤抗原，激活宿主抗腫瘤免疫，IRE 結合免疫治療有望提高患者的遠期療效［16-17］。

2 IRE 治療肝癌的有效性和安全性

自從IRE 作為一種新型腫瘤局部治療方式被提出后， 一系列的實驗研究對肝臟IRE 消融參數、是否損傷血管和膽道、消融前后影像學表現(xiàn)及免疫反應等領域進行了探索。2005 年，Miller 等［18］利用脈沖電場消融HepG2 人肝癌細胞株，結果表明體外采用1 500 V/cm 電場強度、300 μs 脈沖寬度和10 個脈沖的消融參數可以完全滅活肝癌細胞。Lee 等［19］通過掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，IRE 消融后肝細胞膜上產生了納米級微孔（80～490 nm），且術后24 h 微孔大小仍保持不變，證實了IRE 可誘導肝細胞產生不可逆性穿孔。Guo 等［20］通過構建S-D 大鼠肝癌模型并行IRE 治療發(fā)現(xiàn)，術后15 d MRI 提示病灶體積明顯縮小，病理檢查發(fā)現(xiàn)9 只大鼠實現(xiàn)腫瘤完全滅活，剩余1 只大鼠僅殘留＜5% 的腫瘤細胞， 從病理學層面證實了IRE 治療的有效性。Lee 等［21］對16 頭豬進行超聲引導下IRE 治療，發(fā)現(xiàn)IRE 消融區(qū)域與正常肝組織分界清晰，膽管和血管保留完整，消融區(qū)域末端脫氧核苷酸轉移酶dUTP 缺口末端標記（TUNEL）和BCL-2 癌蛋白染色呈陽性， 顯示凋亡過程參與了由IRE 引起的細胞死亡。

在大量實驗證實IRE 可用于肝癌治療的基礎上，為進一步提高療效，科學家們開始探索IRE 聯(lián)合治療的方法。 Isfort 等［22］發(fā)現(xiàn)與單獨IRE 相比，IRE治療后即刻進行藥物洗脫微球栓塞（DEB-TACE）可產生更大的消融體積，提高局部療效。 Tam 等［23］發(fā)現(xiàn)IRE 可導致納米金顆粒沉積在腫瘤細胞內以及腫瘤周圍區(qū)域， 實現(xiàn)治療區(qū)域覆蓋腫瘤及其邊緣，兩種方法聯(lián)合可有效降低IRE 治療后殘留的風險。Fang 等［24］利用3D 肝腫瘤模型來探索RFA 預熱對IRE 消融的增強作用， 結果顯示與單獨IRE 相比，使用RFA 預熱可增大IRE 消融體積，降低殺滅腫瘤電場閾值強度，該聯(lián)合方法有望用于毗鄰重要器官的大腫瘤。

在實驗研究取得滿意結果的基礎上， 關于IRE臨床應用的探索也從未停止腳步。 2009 年， 美國Angio Dynamics 公司研制出首臺IRE 消融設備Nanoknife（納 米 刀）， 2012 年4 月FDA 正 式 批 準Nanoknife 應用于臨床。 2015 年6 月，我國食品藥品監(jiān)督管理局批準Nanoknife 應用于肝臟和胰腺腫瘤的消融治療［25］。 近年來，隨著IRE 技術應用逐漸廣泛，國內外多家醫(yī)療機構對IRE 治療肝癌的有效性和安全性進行了深入研究，取得了較好的觀測和評估結果。

選擇合適的患者是實現(xiàn)安全有效治療的關鍵。IRE 推薦用于治療直徑≤5 cm 的單發(fā)病灶；多發(fā)病灶數量≤3 個，最大徑線≤3 cm。 IRE 可用于肝細胞癌、肝轉移瘤和膽管細胞癌等多種病理類型的肝腫瘤治療，對于鄰近大血管、肝門、膽囊、胃腸道或膈肌等困難部位， 不適于手術或熱消融治療的肝腫瘤尤其適用。 根據2020 頒布的改良Delphi《肝腫瘤IRE 專家共識》，IRE 的禁忌證包括： 腫瘤最大徑＞5 cm、室性心律失常、安裝植入型心律轉復除顫器、充血性心力衰竭（NYHA Ⅲ級和Ⅳ級）、血小板＜50×103/μL 或INR＞1.7［26］。

2012 年，Kingham 等［27］報 道 對28 例 患 者 共65 個肝癌病灶（距離肝靜脈或門靜脈主干1 cm 以內）進行IRE 消融，腫瘤直徑0.5～5 cm，中位隨訪時間6 個月，結果表明腫瘤完全消融率達98.1%，局部復發(fā)率為5.7%， 僅1 例出現(xiàn)術中心律不齊，1 例出現(xiàn)門靜脈血栓， 無嚴重并發(fā)癥發(fā)生。 2013 年，Cannon 等［28］對鄰近重要結構肝癌IRE 消融的有效性和安全性進行了前瞻性多中心研究，結果顯示44例患者在術后3、6 和12 個月的局部無復發(fā)生存率分別為97.4%、94.6%和59.5%，術后有5 例患者出現(xiàn)輕微不良反應，30 d 內均可自行緩解。黃凱文［29］研究發(fā)現(xiàn)，IRE 治療肝門部肝癌的完全消融率和局部復發(fā)率與外科切除手術相近，術后隨訪未發(fā)現(xiàn)消融區(qū)域鄰近管道系統(tǒng)損傷的相關并發(fā)癥。 IRE 用于肝癌治療的臨床研究得到廣泛開展，其主要的受試對象為鄰近血管、膽管、膈肌、胃腸道或肝門等重要結構的肝癌患者，在這些外科手術和傳統(tǒng)熱消融治療困難部位的肝癌中展現(xiàn)出良好的療效。

目前研究結果顯示， 不僅對于特殊部位的肝癌，對于那些肝儲備功能受損的肝癌患者，IRE 也是一種微創(chuàng)和有效的治療選擇。Bhutiani 等［30］對55 例Child-Pugh B 級肝硬化背景下肝癌患者進行了MWA 或IRE 消融治療， 結果顯示兩者完全消融率無明顯差異，但接受IRE 治療患者比MWA 患者耐受性更好，住院時間更短。 Martin 等［31］對26 例進展型膽管細胞癌患者在經皮肝膽管引流術后行IRE消融，手術成功率達96%，在隨訪時間內，IRE 組全部患者均不需要行膽道引流，避免了因膽道引流引起的感染或閉塞等并發(fā)癥，表明IRE 可有效改善進展型膽管細胞癌伴梗阻性黃疸患者的梗阻癥狀，提高患者生活質量。Cannon 等［32］對5 例中晚期肝癌患者進行了IRE 治療，IRE 術后47～264 d 患者行肝移植手術， 中位隨訪時間為403 d，4 例患者存活且無復發(fā)，1 例患者在IRE 術后297 d 后因移植相關并發(fā)癥死亡，表明IRE 有望為高風險肝癌患者的肝移植爭取更多時間。

在驗證IRE 治療肝癌有效性的同時，不少學者也在探索影響IRE 療效的相關因素。 Niessen 等［33］研究發(fā)現(xiàn)，病灶大小與病理分型和局部復發(fā)率獨立相關，病灶直徑＞5 cm 和膽管細胞癌或轉移癌復發(fā)率較高；而病灶與肝動脈、肝靜脈、門靜脈和膽管的距離與局部復發(fā)率無明顯相關； 長期隨訪研究顯示，病灶直徑＜3 cm 或少于2 個的患者比具有較大或較多病灶的患者生存期更長，Child-Pugh A 級患者生存期明顯長于Child-Pugh B /C 級肝硬化患者。

IRE 消融并發(fā)癥包括心律失常、腹痛、出血、膽管損傷、感染和血栓等。 心律失常常發(fā)生在距離心臟較近的腫瘤，為了避免心律失常的發(fā)生，整個IRE消融過程應在同步心電監(jiān)護下進行，控制電脈沖在心動周期的不應期施加［34］。 IRE 消融后3.4%～46%患者會出現(xiàn)術后疼痛， 但僅個別患者需要大劑量靜脈注射嗎啡， 其余僅需觀察或使用簡單的止痛藥［25］。 盡管IRE 為非熱消融，但當電極針放置不平行時， 電極針間溫度會集中在電極間距較小的區(qū)域，產生的熱量有可能損傷膽管或血管，導致膽管狹窄或血管血栓形成［35］。IRE 后ALT、AST 和總膽紅素水平升高，在IRE 術后2 周一般會恢復到術前基線水平［36］。

3 總結與展望

IRE 是一種治療肝癌安全有效的消融技術，但依然有一系列問題有待解決： ①IRE 消融產生的直流電刺激會引起肌肉不自主強烈收縮，引起患者疼痛及電極針移位，故需要充分的全身麻醉和使用肌肉松弛劑來保障術中安全，增加了手術的風險和復雜程度。 近些年研究發(fā)現(xiàn)，高頻不可逆電脈沖（highfrequency irreversible electroporation，H-FIRE）通過產生頻率高達500 KHz 以上的交替極性脈沖，更均勻地將細胞誘導跨膜電位提高到模擬電穿孔閾值，在減少肌肉收縮和高效滅瘤方面展現(xiàn)了良好的應用前景［37-38］。 ②IRE 多針治療時需平行布針，電極距離保持穩(wěn)定，操作技術難度較大，對穿刺者水平要求高， 因此需要研發(fā)更便捷的電極針及固定裝置，從而保障治療過程的精準和微創(chuàng)。 ③IRE 治療參數繁多， 協(xié)同不好容易導致療效不佳和產熱等副作用，因而需要對不同治療參數與消融療效之間的量效關系進行深入研究，同時開發(fā)智能化的模型算法和導航系統(tǒng)，為IRE 消融治療保駕護航。

綜上，IRE 憑借其獨特的優(yōu)勢，已成為傳統(tǒng)熱消融或手術無法治療的困難部位肝癌和肝儲備功能較差患者的重要治療手段。 相信隨著新型治療設備的研發(fā)、 治療參數的優(yōu)化以及遠期臨床試驗的論證，IRE 在肝癌的局部治療中將發(fā)揮越來越重要的作用。