聲動力療法促腫瘤細胞凋亡的研究進展

邱建濤(綜述)，呂洪光(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院，哈爾濱 150001)

聲動力療法促腫瘤細胞凋亡的研究進展

邱建濤△(綜述)，呂洪光※(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院，哈爾濱 150001)

腫瘤是危害人類健康的主要疾病之一，近年來，人們發現誘導腫瘤細胞凋亡是更加理想的腫瘤治療方法。聲動力療法是一種以超聲和聲敏劑的協同作用為基礎的治療腫瘤的新方法。聲動力療法能夠改變細胞的膜結構，破壞細胞骨架以及改變細胞膜電位，導致線粒體膜受損和鈣離子通道發生變化，并且上調Bax、細胞色素C、caspase-3、caspase-9的表達，從而促進腫瘤細胞凋亡。

聲動力療法;腫瘤;凋亡

腫瘤是危害人類健康和生命的主要疾病之一，且發病率有逐年增高的趨勢。迄今為止，人類對腫瘤的研究已有上百年的歷史，但是到現在還沒有找到徹底攻克惡性腫瘤的辦法，其治療依然局限于手術、放療、化療這三種主要方法。能否找到一種更為理想的腫瘤治療新方法成為人們關注的焦點。近年來，以超聲和聲敏劑的協同作用為基礎的聲動力療法日益受到重視，盡管它當前尚處于實驗研究階段，但是很多研究表明聲動力可以很好地促進腫瘤細胞凋亡，已顯示出良好的臨床應用前景。

1 聲動力療法簡介

聲動力療法是近年來出現的極具潛力的腫瘤治療新方法。它是指由超聲激活能在腫瘤組織中積聚，并且可長時間潴留的藥物(聲敏劑)，主要是光敏類物質(如血卟啉衍生物等)并產生協同效應，殺傷腫瘤細胞的作用［1-3］。聲動力療法的前提和基礎是光動力療法(photodynamic therapy)。1978年美國學者Dougherty等［4］首次發現并報道激光可激活血卟啉及其衍生物，從而產生明顯的抗腫瘤作用，并將其稱為光動力療法。其基本原理是特定波長的激光，能夠激活在腫瘤組織內富集并潴留的光敏類藥物，引發一系列光化學反應，產生細胞毒性物質，起到殺傷腫瘤細胞的作用。然而光動力療法仍存在缺陷，最明顯的則是由于激光的組織穿透能力差，無法對深部組織的腫瘤產生作用，大大局限了它的治療范圍。能否找到一種可選擇性作用于深部腫瘤的治療方法成為人們關注的焦點。1989年，日本學者Umemura等［5］在實驗中發現超聲也可激活光敏劑血卟啉并殺傷腫瘤細胞，由此他認為這是一種聲敏作用，并在國際超聲會議上提出聲動力療法的概念。由于超聲對生物組織有較好的穿透能力，能夠到達深部組織，并且可以直接聚焦到腫瘤所在區域而后激活聲敏劑產生抗腫瘤作用，因此聲動力療法能夠選擇性地殺死腫瘤細胞，減少對正常組織的損傷，與傳統的放療、化療等腫瘤治療方式相比，具有選擇性好、不良反應小的優點。

2 細胞凋亡與腫瘤治療

傳統的放療、化療在殺傷腫瘤細胞的同時也極大地損害了正常細胞，并且直接使大量腫瘤細胞壞死，導致局部乃至全身產生嚴重的炎性反應，患者的不良反應很大。近年來，人們逐漸認識到誘導腫瘤細胞凋亡是更加理想的腫瘤治療方法［6-7］，因為細胞凋亡不同于細胞壞死，后者出現細胞膜消失、細胞溶解、線粒體腫脹、染色體固縮，以及引起周圍活組織炎性反應等病理變化，而細胞凋亡也稱程序性細胞死亡［8］，這種死亡過程不發生線粒體、細胞膜及溶酶體破裂，沒有內容物外溢，因此不會引起炎性反應。由此可見，通過誘導腫瘤細胞凋亡的方法治療腫瘤可以極大地減輕炎性反應，從而減小對患者的不良反應。令人欣喜的是，近年的研究表明，聲動力療法可以很好地誘導多種腫瘤細胞凋亡。

3 聲動力促腫瘤細胞凋亡的研究進展

自聲動力療法提出之后，大量的實驗證實聲動力對多種腫瘤細胞有殺傷作用，并研究了其可能的相關機制，Liu等［9］于2002年首次發現聲動力在直接殺傷腫瘤細胞的同時可能誘導其凋亡。他們將S180腹水瘤細胞接種于小鼠腹腔，1周后將小鼠隨機分為四組：空白組、單純超聲組、單純血卟啉組及超聲加血卟啉組，經過相應的處理后進行細胞形態結構觀察，在光鏡下即可觀察到超聲加血卟啉組的細胞出現了凋亡形態學特征，包括泡狀突起，核物質凝集等。在PI/HO雙染熒光顯微鏡觀察下也可以很明顯地看到超聲加血卟啉組細胞出現了早期凋亡及晚期凋亡的染色特征，而其他三組并沒有表現出這些變化。隨后他們再次進行了相似的實驗［10］，并且發現聲動力組細胞結構發生了變化，細胞色素C氧化酶活性的改變，這些都是造成細胞凋亡的重要因素，由此他們提出超聲激活血卟啉殺傷腫瘤細胞可能存在細胞凋亡模式，雖然其誘導凋亡的具體分子生物學機制及相關凋亡通路未予涉及，但是在聲動力誘導腫瘤細胞凋亡的研究方面邁出了創新性的一步。

2005年，劉全宏等［11］利用超聲激活血卟啉衍生物作用于艾氏腹水腫瘤細胞，探索聲動力誘導腫瘤細胞凋亡的可能機制。他們用免疫細胞化學法檢測了3種促細胞凋亡蛋白的改變，包括Bax、細胞色素C、caspase-3，同時檢測了細胞內超氧化物歧化酶以及脂質過氧化物的活性，結果顯示聲動力組的3種蛋白表達均明顯高于其他各組，并且聲動力組的超氧化物歧化酶活性顯著降低，脂質過氧化水平明顯升高。根據以上結果首先明確了聲動力可以促進艾氏腹水瘤細胞凋亡，而后通過對結果的歸納、分析，他們提出超聲激活血卟啉衍生物誘導艾氏腹水瘤細胞凋亡與線粒體途徑有關，而細胞內自由基的大量堆積很可能是啟動細胞凋亡的信號之一。此實驗不僅揭示了聲動力誘導腫瘤細胞凋亡的現象，而且初步從分子生物學水平探索了其內在可能存在的機制和聯系，最后得到了一個較為合理的結論，對更加深入地認識聲動力促腫瘤細胞凋亡起到了承前啟后的作用。

隨后，Vykhodtseva等［12］為了明確聲動力引起的細胞損傷主要是壞死還是凋亡而開展了一項實驗。他們用聚焦超聲結合造影微泡對兔腦進行處理，磁共振成像檢查發現處理后的兔腦形成了一塊損傷區域，將受損區域取材行DNA斷裂的原位末端標記法法檢測，發現凋亡細胞數目與壞死細胞數目之比＞6∶1，并且他們先前的實驗［13］已經證實單純超聲處理兔腦引起的損傷主要是細胞壞死而非凋亡。在此之前雖然發現聲動力可以引起細胞損傷并有細胞凋亡的存在，但并不明確細胞凋亡是否占主導地位，通過此實驗，人們初步認識到聲動力引起的細胞損傷主要是凋亡，它使得聲動力療法應用于臨床的前景變得更加明亮。

Li等［14］于2008年以超聲激活血啉甲醚作用于C6膠質瘤細胞的方法研究聲動力。他們用流式細胞技術檢測細胞凋亡，結果顯示聲動力組細胞凋亡率達到38%，遠高于其他各組。他們還發現血啉甲醚介導的聲動力可以影響細胞周期，經聲動力處理的膠質瘤細胞S期比例升高，同時G0/G1期、G2/M期比例下降，這提示聲動力處理可使C6膠質瘤細胞滯留于S期到G2期，從而影響其增殖。此實驗用流式細胞技術檢測凋亡并得到了細胞周期的變化，這讓人們對聲動力誘導腫瘤細胞凋亡有了更深層次的認識。

次年，Dai等［15］同樣用超聲激活血啉甲醚作用于C6膠質瘤細胞的方法研究聲動力促凋亡的作用，流式細胞技術檢測凋亡結果顯示聲動力組細胞凋亡率顯著高于其他各組，隨后他們用Western-blot法檢測了凋亡相關蛋白的變化情況，包括 Bcl-2、Bax、caspase-9、caspase-3、Fas、FasL。結果顯示相比于其他各組，聲動力組 Bcl-2、FasL 表達減少，Bax、caspase-9、caspase-3 表達增加，Fas表達沒有變化，通過以上結果得知，Fas、FasL這兩種外源性凋亡通路相關蛋白與聲動力促C6膠質瘤細胞凋亡無關。由此他們指出聲動力的促凋亡作用更加傾向于通過內源性通路來發揮作用。

Harada等［16］以黑素瘤細胞為對象進行研究，包括體內實驗和體外實驗，結果顯示二氧化鈦介導的聲動力療法都能明顯促進黑素瘤細胞的凋亡。Xiang等［17］和Zhao等［18］分別以卵巢癌細胞和白血病細胞為實驗對象進行聲動力的研究，也都得到了類似的結果。同年Li等［19］在用聲動力處理鼠神經膠質瘤細胞時發現，經過聲動力處理后細胞內鈣離子濃度明顯升高。Jin等［20］利用原子動力顯微鏡觀察以血啉甲醚介導的聲動力療法對鼻咽癌細胞的作用，結果顯示相比于其他各組，聲動力組的細胞凋亡率明顯升高，他們觀察到細胞的膜結構和細胞骨架都遭到破壞并且細胞膜電位也發生改變，導致線粒體膜受損和鈣離子通道發生變化，最終推斷這些變化導致了細胞凋亡。

4 結語

自“聲動力療法”這一概念提出，經各國專家學者大量實驗論證，已明確其擁有良好的抗腫瘤作用，且具有選擇性好、不良反應小的特點，現普遍認為聲動力療法是一種極具臨床應用前景的腫瘤治療新方法。尤其值得關注的是近年來開展的對聲動力促腫瘤細胞凋亡的研究工作，從發現這一現象到在分子生物學水平探索其機制和原理，取得了不菲的成績。但是，到目前為止，在聲動力促細胞凋亡這一領域尚未有更加深入的研究，且其明確、精細的機制還未被闡述，因此依然任重道遠。然而，有理由相信，在廣大科研工作者的不懈努力下，聲動力促腫瘤細胞凋亡的明確機制終會得以揭示，而聲動力療法也終將給廣大腫瘤患者帶來福音。

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Research Progress of Apoptotic Effect of Sonodynamic Therapy on Tumor Cells

QIU Jian-tao，LV Hong-guang.(Harbin Medical University Affiliated First Hospital，Harbin150001，China)

Tumor is one of the major diseases that endanger human health.In recent years，it was found that inducing tumor cell apoptosis is more ideal tumor treatment.Sonodynamic therapy is a promising new technique for killing tumor cells based on the synergistic interactions of ultrasound and sonosensitizers.Studies have shown that sonodynamic therapy can change the structure of the cell membrane，destroy the cytoskeleton and change the membrane potential which induce mitochondrial membrane damage and calcium channel change.It can also raise the expression of Bax，cytochrome C，caspase-3 and caspase-9，thereby promoting tumor cell apoptosis.

Sonodynamic therapy;Tumor;Apoptosis

R730.5;R445.1

A

1006-2084(2012)13-2070-03

2011-12-16

2012-02-23 編輯：潘雪