腫瘤電場治療在神經(jīng)膠質(zhì)瘤治療中的研究進展

李琳 劉超 邵將 郭巖松 溫稀超 曾昭穆 鄭克彬

河北大學(xué)附屬醫(yī)院1神經(jīng)外科，2中心實驗室（河北保定 071000）

神經(jīng)膠質(zhì)瘤多為浸潤性生長，難以做到全部切除。目前，神經(jīng)膠質(zhì)瘤的治療多主張綜合治療，但預(yù)后仍欠佳。腫瘤電場治療（TTFields）是一種利用低強度（1～3 V/cm）、中頻率（100～300 kHz）的交變電場在局部區(qū)域內(nèi)抗腫瘤的新型治療方法。2004年KIRSON 等［1］首次提出TTFields可用于腫瘤治療，2007年TTFields通過歐盟CE認證，2011年4月美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準TTFields用于復(fù)發(fā)膠質(zhì)母細胞瘤的治療，2015年10月被FDA批準用于新診斷膠質(zhì)母細胞瘤的治療。美國國家綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）推薦TTFields用于神經(jīng)膠質(zhì)瘤的治療。我國《腦膠質(zhì)瘤診療規(guī)范（2018年版）》也推薦腫瘤電場治療用于新發(fā)膠質(zhì)母細胞瘤（1級證據(jù)）和復(fù)發(fā)高級別腦膠質(zhì)瘤（2級證據(jù)）的治療［2］。TTFields是十年來唯一獲批并且納入NCCN指南的創(chuàng)新療法。2020年5月14日國家藥品監(jiān)督管理局批準了Novocure公司生產(chǎn)的TTFields產(chǎn)品，該產(chǎn)品適用于22歲及以上經(jīng)組織病理學(xué)或影像學(xué)診斷的復(fù)發(fā)性幕上膠質(zhì)母細胞瘤及新診斷的幕上膠質(zhì)母細胞瘤。目前研究顯示TTFields安全且有效［3］。本文就TTFields在神經(jīng)膠質(zhì)瘤治療中的抗腫瘤機制、臨床治療中的優(yōu)勢及副作用、適用人群等方面進行了系統(tǒng)概述。

1 TTFields的概念及電生理學(xué)原理

TTFields是一種非侵入性抗腫瘤的方法。它通過低強度、中頻率的交變電場來干擾腫瘤細胞的活動，從而達到在局部區(qū)域內(nèi)抗腫瘤的目的，這一作用并不對靜止期的細胞產(chǎn)生影響。在非均勻交變電場中，離子會向場強更高的地方移動，極性分子會出現(xiàn)介電泳現(xiàn)象。分裂細胞內(nèi)部電場是非均勻的，它誘導(dǎo)將所有離子和極性分子都推向卵裂溝處，TTFields可使細胞內(nèi)物質(zhì)向中間聚集，最終導(dǎo)致細胞崩潰死亡。

2 TTFields的抗腫瘤作用機制

2.1 抑制有絲分裂 TTFields只影響增殖細胞的有絲分裂過程，而非增殖細胞不受其影響。TTFields通過對細胞內(nèi)極性大分子的作用，使有絲分裂中期的微管蛋白定位出現(xiàn)異常，導(dǎo)致紡錘體微管的組裝和分解過程障礙，從而干擾染色體的排列和分離過程，最終導(dǎo)致細胞染色體分離異常形成微核和細胞死亡［4-5］。另外，TTFields還可以使處于分裂期的細胞質(zhì)中的細胞器發(fā)生極化，使其在很短時間內(nèi)在卵裂溝內(nèi)堆積起來，干擾細胞質(zhì)的分裂，導(dǎo)致質(zhì)膜收縮、不穩(wěn)定和質(zhì)膜泡的形成，最終導(dǎo)致有絲分裂產(chǎn)生異常的子細胞和細胞凋亡［1，6］。

2.2 誘導(dǎo)細胞凋亡和增強免疫反應(yīng) TTFields的抗有絲分裂作用導(dǎo)致異常的非整倍體細胞形成，這些細胞在隨后的階段中會凋亡［7-8］。研究表明TTFields通過阻斷同源重組修復(fù)，從而減弱了DNA損傷修復(fù)。TTFields已被證明可以下調(diào)BRCA和FA通路基因，這些基因與復(fù)制應(yīng)激增加和雙鏈斷裂形成增加相關(guān)［9］。TTFields被認為可以阻止PI3K/Akt/mTORC1信號通路對自噬的抑制作用，通過TTFields治療導(dǎo)致自噬激活增加［10-11］。但是，TTFields作用下的自噬是作為細胞存活信號還是作為細胞死亡信號，還需要進一步研究來確定。另外，TTFields激活的細胞死亡類型可能是有條件的，這項條件可以幫助確定最有可能從自噬抑制作用中受益的患者群體［12］。TTFields產(chǎn)生的微核會釋放出細胞質(zhì)中的雙鏈DNA，從而導(dǎo)致先天免疫的激活、促炎因子和趨化因子的釋放以及Ⅰ型干擾素反應(yīng)途徑的激活等，進而誘發(fā)免疫原性細胞死亡［13］。研究表明TTFields通過樹突狀細胞招募和成熟促進免疫原性細胞死亡，最終導(dǎo)致腫瘤部位CD4+和CD8+T細胞積累增加［14］。因此，TTFields聯(lián)合抗PD-1治療可以增強樹突狀細胞浸潤和巨噬細胞PD-L1的表達，進而增強抗腫瘤免疫［13］。

2.3 抑制腫瘤細胞轉(zhuǎn)移 腫瘤細胞比普通細胞具有更高的膜流動性，運動和變形能力增強，導(dǎo)致腫瘤細胞黏附、轉(zhuǎn)移等生物學(xué)行為的發(fā)生［15］。外加交變電場可以影響細胞膜的跨膜電位。研究顯示TTFields通過NF-κB、MAPK和PI3K/Akt信號通路抑制腫瘤細胞轉(zhuǎn)移［16］。同時，TTFields可以異常調(diào)節(jié)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)基因來抑制細胞遷移和侵襲，TTFields通過下調(diào)VEGF、HIF1-α、MMP2和MMP9來抑制血管生成［17］。因此，TTFields可以通過誘導(dǎo)更粘附的細胞表型來抑制細胞轉(zhuǎn)移和侵襲，通過細胞骨架結(jié)構(gòu)和與上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)的蛋白的失調(diào)來降低腫瘤細胞轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的可能性。

2.4 影響細胞膜的通透性及血腦屏障的完整性 TTFields可以誘導(dǎo)癌細胞出現(xiàn)膜孔，而不能誘導(dǎo)正常人成纖維細胞出現(xiàn)膜孔，這說明TTFields可以增加腫瘤細胞的膜通透性，而對正常細胞無影響［18］。生物熒光成像顯示TTFields處理后的膠質(zhì)瘤細胞可以增加對熒光素的吸收作用，掃描電鏡顯示出膜孔的數(shù)量和大小都有增加。另外，TTFields通過短暫的干擾緊密連接蛋白的定位，從而干擾血腦屏障的完整性［19］。這可能解釋了EF-14試驗中TTFields聯(lián)合化療藥物使患者生存期顯著改善。因此，TTFields與化療藥物聯(lián)合應(yīng)用可以發(fā)揮協(xié)同作用。

3 TTFields在神經(jīng)膠質(zhì)瘤臨床治療中的優(yōu)勢之處

3.1 與單獨應(yīng)用化療藥物相比 TTFields具有影響細胞膜通透性及血腦屏障完整性的作用，可以促進化療藥物到達腫瘤細胞進而發(fā)揮作用［20-21］。2017年在美國醫(yī)學(xué)會雜志上發(fā)表的一項隨機臨床試驗表明，與單獨應(yīng)用標準的替莫唑胺（temozolomide，TMZ）維持療法相比，將TTFields添加到標準的TMZ維持療法中，可提高新診斷的膠質(zhì)母細胞瘤患者的無進展生存期（progression free survival，PFS）和總生存期（overall survival，OS）［22］。另外，在EF-14Ⅲ期臨床試驗的亞組分析中，將TTFields+TMZ聯(lián)合治療組與TMZ單獨治療組患者相比，比較兩組的PFS和OS與其之間的相關(guān)性，結(jié)果表明當患者治療時間超過50%時，PFS和OS均有顯著改善［23］。在TTFields+TMZ聯(lián)合治療的患者健康及生活質(zhì)量的研究中，表明除了皮膚瘙癢這項由傳感器陣列導(dǎo)致的預(yù)期不良后果外，治療組與對照組在健康相關(guān)的生活質(zhì)量方面無明顯差異，即TTFields+TMZ聯(lián)合治療對患者的健康和生活質(zhì)量幾乎沒有影響。綜合以上可知，TTFields+TMZ聯(lián)合治療的患者的預(yù)后較單獨應(yīng)用化療藥物有顯著改善，同時沒有影響患者的生存質(zhì)量［24］。

3.2 與單獨應(yīng)用放射治療相比 研究顯示TTFields具有放射增敏作用，可以增加放療對腫瘤細胞的殺傷作用［8-9，25］。TTFields與放射治療聯(lián)合應(yīng)用雖然會增加皮膚的不良反應(yīng)，但不會增加放射治療的毒性反應(yīng)［26-28］。研究報告表明同時進行保留頭皮放化療的TTFields是一種可行且耐受性良好的治療方案，毒性有限［29］。另外，2020年，Novocure公司開啟了EF-32Ⅳ期全球臨床試驗，該實驗組將在腫瘤切除手術(shù)之后，術(shù)后放療之時就開始使用TTFields療法，旨在評估與標準治療方案在TMZ維持治療之時使用TTFields療法相比，較早階段使用TTFields療法能否改善患者臨床結(jié)局。該研究主要終點是患者OS，預(yù)計完成時間在2024年8月。

3.3 與免疫靶向治療相比 TTFields可以通過抑制紡錘體纖維的形成來破壞細胞有絲分裂。紡錘體組裝檢查點（spindle assembly checkpoint，SAC）抑制劑IN-3與TTFields聯(lián)合使用可以對SAC關(guān)鍵調(diào)節(jié)物單極紡錘體蛋白激酶1（MPS1）激酶進行抑制，從而導(dǎo)致異常的染色體分離，多核和最終的細胞死亡，可協(xié)同增加細胞凋亡以及細胞周期阻滯的速率［30］。索拉非尼作為一種多激酶抑制劑，可以抑制腫瘤細胞存活、促進凋亡、影響細胞周期調(diào)節(jié)、抑制腫瘤細胞侵襲和抑制血管生成。有實驗研究表明將索拉非尼與TTFields聯(lián)合應(yīng)用治療，索拉非尼可以作為TTFields治療的致敏劑，顯著提高TTFields的治療效率［31］。但是，兩者聯(lián)合治療是否對正常組織有保護作用還需要繼續(xù)探索。未來，TTFields將成為優(yōu)化神經(jīng)膠質(zhì)瘤治療策略的關(guān)鍵。

4 TTFields副作用與處理措施

目前研究發(fā)現(xiàn)TTFields治療最常見的副作用為電極貼片處皮膚的損傷，主要表現(xiàn)為局部的皮疹、水泡、潰瘍等［32］。皮膚的損傷大多數(shù)可以通過涂抹皮質(zhì)類固醇軟膏或移動電極貼片進行處理，一般不會導(dǎo)致嚴重的不可逆性損傷。治療過程中如果出現(xiàn)皮膚損傷加重的情況可以請皮膚科醫(yī)生協(xié)助處理。為了預(yù)防和減少TTFields治療過程中的不良反應(yīng)，醫(yī)護人員在給患者貼電極貼片時要做好充分的頭部皮膚準備，操作動作要輕柔，定期更換電極貼片時在治療范圍內(nèi)可以稍移動一些距離從而給皮膚一個自我修復(fù)的時期。另外，Novocure公司也開發(fā)了裝有高密度傳感器陣列的新型設(shè)備，新的設(shè)備有望減少皮膚發(fā)熱，從而能夠提高TTFields的治療強度以改善患者預(yù)后，同時保證安全性。值得一提的是，目前TTFields的費用高達每月2.1萬美元，這對許多腫瘤患者來說都是難以負擔(dān)的，如果未來能夠探索多種支付方式，降低治療費用，那這項治療方法將會惠及更多的患者。

5 TTFields適用人群

5.1 新診斷的神經(jīng)膠質(zhì)瘤 一項隨機Ⅲ期臨床試驗（EF-14）招募了單獨應(yīng)用TMZ的患者和接受TTFields+TMZ聯(lián)合應(yīng)用的患者［22］。該研究的主要終點是PFS，次要終點是OS，還有進一步的探索性終點，包括6個月的PFS、生活質(zhì)量和認知功能。結(jié)果顯示TTFields+TMZ顯著增加新診斷的GBM患者的PFS和OS。這項試驗進行兩年之后，接受TTFields+TMZ治療的患者中有43%仍然存活，而單獨應(yīng)用TMZ治療的患者只有29%存活。TTFields+TMZ并沒有影響生活質(zhì)量或增加嚴重不良事件的發(fā)生率。而后，根據(jù)EF-14試驗的結(jié)果，F(xiàn)DA批準TTFields+TMZ用于最大切除和完成標準放療和化療后新診斷的GBM的治療。

5.2 復(fù)發(fā)性神經(jīng)膠質(zhì)瘤 目前神經(jīng)膠質(zhì)瘤的治療難點在于易復(fù)發(fā)，如何治療復(fù)發(fā)性神經(jīng)膠質(zhì)瘤仍是臨床醫(yī)生面對的重大挑戰(zhàn)且目前尚無標準治療方案。若復(fù)發(fā)的病變處于非功能區(qū)，可以考慮再次進行手術(shù)治療。據(jù)報道，TTFields應(yīng)用于復(fù)發(fā)性神經(jīng)膠質(zhì)瘤已取得了一定程度上的成效及認可［32-34］。10例復(fù)發(fā)性膠質(zhì)母細胞瘤患者在未給予輔助化療的前提下首次接受TTFields，與對照組相比，患者的6個月PFS率有所提高［35］。EF-11研究表明應(yīng)用TMZ化療方案與TTFields治療復(fù)發(fā)性神經(jīng)膠質(zhì)瘤在療效方面無明顯差異，但兩者所產(chǎn)生的治療相關(guān)不良反應(yīng)不同，TTFields導(dǎo)致的不良反應(yīng)更小，更具治療優(yōu)勢。

5.3 兒童神經(jīng)膠質(zhì)瘤 兒童群體的特殊性使得兒童神經(jīng)膠質(zhì)瘤需要危害較小的抗癌療法。一項正在進行的臨床前研究表明，TTFields可能對兒童膠質(zhì)母細胞瘤、髓母細胞瘤和室管膜瘤有效［36］。但是，目前僅有有限的病例報告表明，TTFields應(yīng)用于兒童神經(jīng)膠質(zhì)瘤可能是安全的［37-39］。目前，一項多中心試驗（NCT03033992）正在進行中，該研究的現(xiàn)已有結(jié)果表明TTFields在兒童幕上高級別復(fù)發(fā)性膠質(zhì)瘤和室管膜瘤患者中以最小毒性為標準來判定是具有可行性的。因此，使用TTFields治療兒童神經(jīng)膠質(zhì)瘤的研究是一個應(yīng)該優(yōu)先考慮的研究方向。

6 總結(jié)與展望

TTFields是一項非侵入性治療手段，它通過低強度、中頻率的交變電場來影響細胞的有絲分裂、細胞凋亡、機體免疫機制、細胞轉(zhuǎn)移、細胞膜通透性以及血腦屏障等。相比于傳統(tǒng)的手術(shù)治療、放化療，TTFields只作用于局部腫瘤部位，可以減少對全身正常組織的影響。研究表明TTFields與放化療以及免疫靶向治療聯(lián)合應(yīng)用較傳統(tǒng)標準治療而言，可以提高了患者的PFS和OS。但患者皮膚損傷、外貌引起的心理負擔(dān)、治療依從性以及設(shè)備費用等成為TTFields得以廣泛應(yīng)用的額外障礙。鑒于TTFields的作用機制，應(yīng)該積極開展抑制FA通路基因與TTFields聯(lián)合應(yīng)用的研究，因為該通路與TMZ治療的耐藥性有關(guān)，將為TMZ治療耐藥的患者帶來新的希望。同時，未來的研究也應(yīng)致力于檢測預(yù)測性生物標記物，從而幫助確定哪些患者最有可能從TTFields治療中受益。