不可逆電穿孔技術(shù)在肝癌消融治療中的應(yīng)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(yán)重威脅人民的生命健康［1］。盡管手術(shù)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(shí)已達(dá)中晚期， 僅20%～30%的患者能夠獲得手術(shù)切除的機(jī)會(huì)［2］。

近年來，局部消融治療得到廣泛應(yīng)用，其憑借微創(chuàng)、局部療效確切和禁忌證少等優(yōu)勢(shì)使許多不能手術(shù)或不耐受手術(shù)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(shì)，但難以避免消融過程中產(chǎn)生的高溫，在殺傷腫瘤的同時(shí)損傷消融區(qū)域內(nèi)的血管、膽管、胰管或神經(jīng)等重要組織，同時(shí)還由于血液循環(huán)引起的熱沉效應(yīng)，使得熱消融在鄰近重要結(jié)構(gòu)的腫瘤中應(yīng)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(yīng)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(shù)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(dú)特優(yōu)勢(shì)［7-9］。

1 IRE 作用機(jī)制及優(yōu)勢(shì)

20 世紀(jì)50 年代有學(xué)者發(fā)現(xiàn)， 脈沖電場(chǎng)作用下細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層重新排列，形成納米級(jí)親水性孔道，被稱為電穿孔。 根據(jù)外加電場(chǎng)撤消后，細(xì)胞膜能否恢復(fù)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(yīng)用于輔助化療藥物或基因藥物進(jìn)入細(xì)胞，是電化學(xué)療法和基因電轉(zhuǎn)染技術(shù)的理論基礎(chǔ)［11］。 IRE 是在RE 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，通過提高電能量，在細(xì)胞膜上形成不可恢復(fù)的微孔，微孔形成增加了離子及大分子物質(zhì)的通透性，使細(xì)胞滲透壓發(fā)生改變，進(jìn)而破壞細(xì)胞內(nèi)外平衡，導(dǎo)致細(xì)胞水腫或凋亡［12］。

2005 年，Davalos 等［13］首次驗(yàn)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(chǔ)實(shí)驗(yàn)與臨床試驗(yàn)證實(shí)了這一觀點(diǎn)?，F(xiàn)有研究結(jié)果顯示，IRE 作為一種新型非熱消融技術(shù)，具有以下優(yōu)勢(shì)：①IRE 作用于細(xì)胞膜脂質(zhì)雙分子層，而構(gòu)成血管、胰膽管和神經(jīng)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(fù)［14］；②IRE 不依靠溫度殺傷腫瘤細(xì)胞，故療效不受熱沉效應(yīng)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(dǎo)細(xì)胞凋亡而非蛋白質(zhì)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(jié)合免疫治療有望提高患者的遠(yuǎn)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(shí)驗(yàn)研究對(duì)肝臟IRE 消融參數(shù)、是否損傷血管和膽道、消融前后影像學(xué)表現(xiàn)及免疫反應(yīng)等領(lǐng)域進(jìn)行了探索。2005 年，Miller 等［18］利用脈沖電場(chǎng)消融HepG2 人肝癌細(xì)胞株，結(jié)果表明體外采用1 500 V/cm 電場(chǎng)強(qiáng)度、300 μs 脈沖寬度和10 個(gè)脈沖的消融參數(shù)可以完全滅活肝癌細(xì)胞。Lee 等［19］通過掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，IRE 消融后肝細(xì)胞膜上產(chǎn)生了納米級(jí)微孔（80～490 nm），且術(shù)后24 h 微孔大小仍保持不變，證實(shí)了IRE 可誘導(dǎo)肝細(xì)胞產(chǎn)生不可逆性穿孔。Guo 等［20］通過構(gòu)建S-D 大鼠肝癌模型并行IRE 治療發(fā)現(xiàn)，術(shù)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(shí)現(xiàn)腫瘤完全滅活，剩余1 只大鼠僅殘留＜5% 的腫瘤細(xì)胞， 從病理學(xué)層面證實(shí)了IRE 治療的有效性。Lee 等［21］對(duì)16 頭豬進(jìn)行超聲引導(dǎo)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(zhuǎn)移酶dUTP 缺口末端標(biāo)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(xì)胞死亡。

在大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)IRE 可用于肝癌治療的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高療效，科學(xué)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(dú)IRE 相比，IRE治療后即刻進(jìn)行藥物洗脫微球栓塞（DEB-TACE）可產(chǎn)生更大的消融體積，提高局部療效。 Tam 等［23］發(fā)現(xiàn)IRE 可導(dǎo)致納米金顆粒沉積在腫瘤細(xì)胞內(nèi)以及腫瘤周圍區(qū)域， 實(shí)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(fēng)險(xiǎn)。Fang 等［24］利用3D 肝腫瘤模型來探索RFA 預(yù)熱對(duì)IRE 消融的增強(qiáng)作用， 結(jié)果顯示與單獨(dú)IRE 相比，使用RFA 預(yù)熱可增大IRE 消融體積，降低殺滅腫瘤電場(chǎng)閾值強(qiáng)度，該聯(lián)合方法有望用于毗鄰重要器官的大腫瘤。

在實(shí)驗(yàn)研究取得滿意結(jié)果的基礎(chǔ)上， 關(guān)于IRE臨床應(yīng)用的探索也從未停止腳步。 2009 年， 美國Angio Dynamics 公司研制出首臺(tái)IRE 消融設(shè)備Nanoknife（納 米 刀）， 2012 年4 月FDA 正 式 批 準(zhǔn)Nanoknife 應(yīng)用于臨床。 2015 年6 月，我國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)Nanoknife 應(yīng)用于肝臟和胰腺腫瘤的消融治療［25］。 近年來，隨著IRE 技術(shù)應(yīng)用逐漸廣泛，國內(nèi)外多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)IRE 治療肝癌的有效性和安全性進(jìn)行了深入研究，取得了較好的觀測(cè)和評(píng)估結(jié)果。

選擇合適的患者是實(shí)現(xiàn)安全有效治療的關(guān)鍵。IRE 推薦用于治療直徑≤5 cm 的單發(fā)病灶；多發(fā)病灶數(shù)量≤3 個(gè)，最大徑線≤3 cm。 IRE 可用于肝細(xì)胞癌、肝轉(zhuǎn)移瘤和膽管細(xì)胞癌等多種病理類型的肝腫瘤治療，對(duì)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(shù)或熱消融治療的肝腫瘤尤其適用。 根據(jù)2020 頒布的改良Delphi《肝腫瘤IRE 專家共識(shí)》，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(zhuǎn)復(fù)除顫器、充血性心力衰竭（NYHA Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)）、血小板＜50×103/μL 或INR＞1.7［26］。

2012 年，Kingham 等［27］報(bào) 道 對(duì)28 例 患 者 共65 個(gè)肝癌病灶（距離肝靜脈或門靜脈主干1 cm 以內(nèi)）進(jìn)行IRE 消融，腫瘤直徑0.5～5 cm，中位隨訪時(shí)間6 個(gè)月，結(jié)果表明腫瘤完全消融率達(dá)98.1%，局部復(fù)發(fā)率為5.7%， 僅1 例出現(xiàn)術(shù)中心律不齊，1 例出現(xiàn)門靜脈血栓， 無嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生。 2013 年，Cannon 等［28］對(duì)鄰近重要結(jié)構(gòu)肝癌IRE 消融的有效性和安全性進(jìn)行了前瞻性多中心研究，結(jié)果顯示44例患者在術(shù)后3、6 和12 個(gè)月的局部無復(fù)發(fā)生存率分別為97.4%、94.6%和59.5%，術(shù)后有5 例患者出現(xiàn)輕微不良反應(yīng)，30 d 內(nèi)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(fù)發(fā)率與外科切除手術(shù)相近，術(shù)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(guān)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(duì)象為鄰近血管、膽管、膈肌、胃腸道或肝門等重要結(jié)構(gòu)的肝癌患者，在這些外科手術(shù)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(jié)果顯示， 不僅對(duì)于特殊部位的肝癌，對(duì)于那些肝儲(chǔ)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(duì)55 例Child-Pugh B 級(jí)肝硬化背景下肝癌患者進(jìn)行了MWA 或IRE 消融治療， 結(jié)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(shí)間更短。 Martin 等［31］對(duì)26 例進(jìn)展型膽管細(xì)胞癌患者在經(jīng)皮肝膽管引流術(shù)后行IRE消融，手術(shù)成功率達(dá)96%，在隨訪時(shí)間內(nèi)，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(jìn)展型膽管細(xì)胞癌伴梗阻性黃疸患者的梗阻癥狀，提高患者生活質(zhì)量。Cannon 等［32］對(duì)5 例中晚期肝癌患者進(jìn)行了IRE 治療，IRE 術(shù)后47～264 d 患者行肝移植手術(shù)， 中位隨訪時(shí)間為403 d，4 例患者存活且無復(fù)發(fā)，1 例患者在IRE 術(shù)后297 d 后因移植相關(guān)并發(fā)癥死亡，表明IRE 有望為高風(fēng)險(xiǎn)肝癌患者的肝移植爭取更多時(shí)間。

在驗(yàn)證IRE 治療肝癌有效性的同時(shí)，不少學(xué)者也在探索影響IRE 療效的相關(guān)因素。 Niessen 等［33］研究發(fā)現(xiàn)，病灶大小與病理分型和局部復(fù)發(fā)率獨(dú)立相關(guān)，病灶直徑＞5 cm 和膽管細(xì)胞癌或轉(zhuǎn)移癌復(fù)發(fā)率較高；而病灶與肝動(dòng)脈、肝靜脈、門靜脈和膽管的距離與局部復(fù)發(fā)率無明顯相關(guān)； 長期隨訪研究顯示，病灶直徑＜3 cm 或少于2 個(gè)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(jí)患者生存期明顯長于Child-Pugh B /C 級(jí)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(gè)IRE消融過程應(yīng)在同步心電監(jiān)護(hù)下進(jìn)行，控制電脈沖在心動(dòng)周期的不應(yīng)期施加［34］。 IRE 消融后3.4%～46%患者會(huì)出現(xiàn)術(shù)后疼痛， 但僅個(gè)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(dāng)電極針放置不平行時(shí)， 電極針間溫度會(huì)集中在電極間距較小的區(qū)域，產(chǎn)生的熱量有可能損傷膽管或血管，導(dǎo)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(shù)后2 周一般會(huì)恢復(fù)到術(shù)前基線水平［36］。

3 總結(jié)與展望

IRE 是一種治療肝癌安全有效的消融技術(shù)，但依然有一系列問題有待解決： ①IRE 消融產(chǎn)生的直流電刺激會(huì)引起肌肉不自主強(qiáng)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(shù)中安全，增加了手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)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(chǎn)生頻率高達(dá)500 KHz 以上的交替極性脈沖，更均勻地將細(xì)胞誘導(dǎo)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(yīng)用前景［37-38］。 ②IRE 多針治療時(shí)需平行布針，電極距離保持穩(wěn)定，操作技術(shù)難度較大，對(duì)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(zhǔn)和微創(chuàng)。 ③IRE 治療參數(shù)繁多， 協(xié)同不好容易導(dǎo)致療效不佳和產(chǎn)熱等副作用，因而需要對(duì)不同治療參數(shù)與消融療效之間的量效關(guān)系進(jìn)行深入研究，同時(shí)開發(fā)智能化的模型算法和導(dǎo)航系統(tǒng)，為IRE 消融治療保駕護(hù)航。

綜上，IRE 憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，已成為傳統(tǒng)熱消融或手術(shù)無法治療的困難部位肝癌和肝儲(chǔ)備功能較差患者的重要治療手段。 相信隨著新型治療設(shè)備的研發(fā)、 治療參數(shù)的優(yōu)化以及遠(yuǎn)期臨床試驗(yàn)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。