超聲與腫瘤化療協同作用的研究進展

董 揚 綜述，黎友倫，徐 莉 審校

（重慶醫科大學附屬第一醫院呼吸內科 400016）

化療是治療侵襲性、轉移性晚期腫瘤的主要手段，然而多藥耐藥的產生是惡性腫瘤患者化療治療失敗的重要原因之一。統計表明，90%以上的腫瘤患者死因都與多藥耐藥有關，甚至有些新藥剛用于臨床就發現耐藥。因此增強腫瘤對抗癌藥物的敏感性成為亟待解決的重要課題。一些化合物、反義寡核苷酸、細胞因子在體外實驗中已經得到證實具有改善腫瘤藥物抗性的作用，但由于嚴重的藥物毒性使其從體外實驗應用到臨床尚有一段距離［1］。目前，已有很多研究集中于尋找新的藥物分子增加腫瘤對抗癌藥物的敏感性，然而發展非藥物的治療方式也成為新的研究方向。由于超聲波的非侵入性、無創性和可控性等優點使其在協同腫瘤化療方面備受關注。

1 超聲協同腫瘤化療的研究進展

運用超聲協同抗癌藥物治療腫瘤的想法已經存在數十年了，早在1976年，Kremkau等［2］報道了超聲增強氮芥對于小鼠白血病的細胞毒性。然而一直到了20世紀90年代，研究者發現超聲能增加細胞膜的通透性，從而增加細胞內化學藥物濃度，從此超聲協同化療才得到比較系統的研究。到目前為止國內外學者進行了大量研究證明超聲與多種抗腫瘤藥物具有協同作用，體外細胞實驗和動物實驗表明超聲波和抗腫瘤藥物的協同作用遠大于單用化療藥物［3］。目前已經得到證實與超聲具有協同作用的化療藥物有阿霉素、5-氟尿嘧啶、阿糖胞苷、絲裂霉素、地吖醌、博萊霉素、環磷酰胺、氮芥等［4］。目前，關于超聲同順鉑的協同作用存在爭議。早先Saad和Hahn［5］的研究認為超聲和順鉑不存在協同關系，但是此后Takada等［6］研究證實超聲在頻率28kHz，聲壓分別在28、33、42kPa時能夠不同程度增加順鉑對于HeLa細胞的細胞毒作用。近年也有研究報道提出超聲可以增強順鉑對耐藥性卵巢癌細胞DNA的損傷效應，從而達到增強腫瘤耐藥細胞株對順鉑敏感性的作用［7］。

隨著納米技術的發展，近年還出現了用超聲微泡（microbubbles）作為藥物載體進行腫瘤靶向治療的研究。超聲微泡也稱為超聲造影劑（ultrasound contrast agents，UCA），由Gramiak和Shah等在1968年發現，其用于靶向治療腫瘤主要是利用微泡在超聲介導下的空化效應。所謂空化效應是指液體中存在的微小氣泡（空化核）在超聲場負壓相半周期迅速膨脹，而在正壓相半周期又急劇收縮直至內爆［8］。超聲微泡在血液循環中具有較好的穩定性，將超聲微泡作為抗腫瘤藥物的載體，再用超聲波作用于靶器官使其在特定組織釋放藥物，從而達到靶向治療腫瘤的目的。Lentacker等［9］用自制的負荷阿霉素藥物的脂質體微泡進行體外實驗，結果表明，與對照組相比，脂質體微泡使藥物阿霉素能夠在超聲的介導之下有選擇的釋放，減少阿霉素引起的對非靶組織的細胞毒作用。Pitt等［10］用負荷藥物的脂質體協同超聲治療小鼠腫瘤的體內實驗也進一步證實超聲微泡技術有望成為治療腫瘤的新方法。該治療方法具有的非侵入性、靶向性等優點使其具有廣闊的發展前景。

2 超聲增強腫瘤化療的作用機制

超聲波是一種頻率高于20kHz，在介質中傳播的一種機械波。超聲波具有衰減系數小、幾乎能穿透人體任何組織、可控性等特點。超聲波作用于腫瘤細胞主要與其機械、空化、熱和聲化學效應有關［11］。然而不同類型、不同劑量的超聲對于不同組織、不同細胞表現的生物學效應也會不同［12］。超聲的生物學效應在與抗腫瘤藥物的協同作用中具體有如下幾種表現形式。

2.1 增加細胞內藥物濃度 超聲增加細胞內藥物濃度主要通過兩個途徑：（1）增加細胞膜對抗腫瘤藥物的通透性，使細胞內藥物聚集量增加；（2）降低或滅活細胞膜表面的ATPase活性，從而抑制藥物外排。Yu等［13］實驗證實低強度超聲能夠增加阿霉素對于卵巢腫瘤細胞的細胞毒性，經超聲協同阿霉素處理的腫瘤細胞存活率與其他對照組相比顯著下降，而研究者認為該結果主要與超聲增加了細胞內藥物濃度有關。Matthews等［14］研究證實，超聲能夠影響細胞膜表面的ATPase活性，從而導致ATP能量依賴性藥物外排泵減少對細胞內藥物的外排作用。

2.2 增強細胞凋亡 細胞凋亡是機體維持自身平衡的一種基本生理機制，惡性腫瘤的發生往往與細胞凋亡機制失常有關。目前，對于超聲誘導細胞凋亡的機制不清，盡管研究者認為超聲增加細胞內抗腫瘤藥物濃度是增強腫瘤細胞凋亡的重要原因，但是也有研究證實在超聲的單獨作用下也能增加細胞凋亡。Ashush等［15］研究發現，應用超聲波輻照淋巴瘤細胞系HL-60、K562和U973，發現輻照30s后細胞質濃縮、核碎裂、凋亡小體形成，研究認為超聲主要通過細胞膜和DNA損傷誘導細胞凋亡，而不依賴P53介導。也有研究發現，一定劑量的高強度聚焦超聲可通過影響肺癌細胞株A549增殖和凋亡相關基因（P53、FAS、BAX及 HSP70）表達，阻止細胞于 G0／G1期，抑制細胞增殖和集落形成，誘導細胞凋亡［16］。還有研究者證明超聲可能通過線粒體-caspase途徑誘導細胞凋亡［17］。可見目前對于超聲誘導細胞凋亡的機制還不清楚，尚待進一步研究。

2.3 增加細胞對藥物的敏感性 Yu等［13］在低頻超聲增強阿霉素對人卵巢癌3AO細胞系的細胞毒性實驗中，設計了3個組別：（1）ADM 組（對照組）；（2）ADM＋US組（先給予藥物處理，再給予超聲照射）；（3）US＋ADM組（先給予超聲照射再給予藥物處理）。結果顯示：（1）ADM＋US組與US＋ADM組細胞存活率均明顯低于對照組；（2）ADM＋US組細胞內藥物濃度顯著增加，差異有統計學意義，而US＋ADM組細胞內藥物濃度并未明顯增加。該實驗證明，超聲協同抗癌藥物的作用機制除了增加細胞內藥物濃度之外，還存在其他作用機制，作者推測，預先給予超聲照射使得細胞對阿霉素的敏感性增加，從而達到增加抗腫瘤藥物細胞毒性的作用。

2.4 逆轉細胞對抗癌藥物的耐藥性 腫瘤細胞多藥耐藥的產生主要和MDR相關膜糖蛋白的缺失或過表達相關。P-糖蛋白、多藥耐藥相關蛋白、肺耐藥蛋白，這些膜蛋白能夠調節藥物攝入，從而影響細胞內藥物積蓄。翟寶進等［18］在HIFU（high intensity focused ultrasound）逆轉人肝癌細胞HepG2／ADM多藥耐藥的實驗研究中證實頻率0.8MHz、焦域聲強460W／cm2的超聲連續照射5s，能夠通過下調HepG2／ADM細胞P－gp的表達活性，使耐藥細胞內ADM濃度增加88%，從而部分逆轉HepG2／ADM細胞的耐藥性。并且進一步的體內研究證實，超聲波和超聲波聯合阿霉素能有效治療多藥耐藥裸鼠移植瘤，使細胞中mdr1mRNA、MRP mRNA和LRP mRNA表達水平降低，蛋白P－gp、MRP和LRP合成下降，從而抑制腫瘤生長，使其存活期延長［19］。最新研究也證實超聲能夠通過降低蛋白P－gp、MRP及其mRNA的表達并且增加Bax蛋白表達，從而逆轉HepG2／ADM細胞的多藥耐藥［20］。

3 超聲協同腫瘤化療的發展前景

超聲協同腫瘤化療是一種新型的治療腫瘤手段，并且在多項實驗中已得到證實。然而超聲波協同化療增強藥物療效甚至于逆轉腫瘤多藥耐藥的作用機制目前還不清楚，其可能是通過多種生物學效應共同作用來達到協同化療的效果。需要在今后的研究中進一步探討其機制。雖然有報道顯示熱療和電脈沖場也有增強抗腫瘤藥物療效的作用，但是由于超聲具有強穿透性、強方向性、可控性等優點而在治療腫瘤方面具有一定優勢。尤其是近年超聲微泡的出現及其不斷深入的研究也給腫瘤的靶向治療帶來新的希望。

但是目前超聲協同腫瘤化療的應用也存在很多問題，例如不同類型、不同劑量的超聲對于不同組織、不同細胞表現的生物學效應會不同，以至于很難對其進行治療標準的量化。目前體內研究較少，其安全性需要進一步的研究，因此要將其應用于臨床還有一段距離。

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