沖擊波用于輔助骨肉瘤治療的新研究

鄧鵬飛 祁寶昌 于鐵成 張偉強 武彤秋 邊 勇 孫大輝

(吉林大學白求恩第一醫院創傷骨科，吉林 長春 130021)

骨肉瘤是最常見的骨原發性惡性腫瘤，惡性程度高，致死率及致殘率高，發病率約為0.1/10萬，主要發生于10～20歲的青少年。在1970年之前，骨肉瘤主要采取截肢手術，其5年生存率為10％-20％〔1〕。近年來隨著術前術后化療、保肢手術的開展，患者5年生存率達到80％〔1〕，這與Rosen等〔2〕發現的術前術后規范化化療密不可分。但大劑量化療藥物存在副作用。研究發現，適度劑量的沖擊波可以增加細胞膜的通透性，從而為難以通過骨肉瘤細胞膜的化療藥物提供了有力的條件，進而可以在相同療效的情況下減少化療藥物的用量，從而減少化療帶來的副作用。這為骨肉瘤的治療帶來了新的希望。

1 截肢治療

回顧1970年以前，對于骨肉瘤的治療醫學工作者主要選取截肢的治療方式，不僅對患者生理上是一個巨大的創傷，而且對患者心理上也是一個沉重的打擊。截肢后患者5年生存率也只有10％～20％〔1〕，而且術后還會出現骨肉瘤原位復發、肺部轉移、殘端感染以及難以愈合等并發癥。

2 化學治療

骨肉瘤的最早化療始于20世紀60年代，當時Rosen等〔2〕將甲氨蝶呤(MTX)、四氫葉酸等藥物用于骨肉瘤的輔助化療(術后化療)。此后各國各機構證明術后化療確實能提高患者生存率，主要是能消滅肺部微小轉移灶及延緩肺部轉移灶出現的時間。隨著術后輔助化療及外科手術的進展，使得患者保肢成為可能。在等待假肢制作的2～3個月，為了防止耽誤患者病情進展，Rosen于1982年提出了新輔助化療方案，即在患者等待制作假肢期間進行術前化療。新輔助化療作為骨肉瘤治療史上重要里程碑，主要意義在于：①術前充分的化療不僅可以消滅肺內微小轉移灶，也為保肢手術提供一個更加安全的腫瘤邊緣切除，從而減少局部復發，而且邊緣切除范圍減少可保留更多肌肉，術后患肢功能可更多的保留。②對切除下來的腫瘤組織進行壞死率測定，壞死率在90％以上表明腫瘤細胞對術前化療反應良好，預后較好，低于90％表示腫瘤細胞對化療反應不良，預后較差。這可為指導術后化療及判斷預后提供依據。對反應良好的患者術后可以繼續術前化療方案，反應不佳者可以適當調整化療方案或是調整化療劑量，即術后拯救化療。經過20多年來臨床實踐研究證明，《新輔助化療概念》的骨肉瘤大劑量綜合化療，使骨肉瘤患者的五年生存率從以前的20％提高到80％左右。

雖然化療的出現在骨肉瘤的治療上起到了舉足輕重的貢獻，使患者生存期延長，但化療仍然有很多弊端。化療藥物有很多副作用，如順鉑(DDP)的主要副作用是腎毒性及嘔吐，MTX的主要副作用是腎毒性和骨髓抑制，異環磷酰胺(IFO)的主要副作用是出血性膀胱炎及腎毒性，阿霉素(ADM)對心臟有毒性而需要監測心電圖。有的患者因為難以耐受化療藥物的副作用而減少化療劑量甚至是放棄化療。由于化療抵抗的產生和化療藥物的不良反應，25％～50％的患者后期會出現轉移和局部復發，嚴重影響化療效果，常導致最終的死亡。化療常作為手術前后的輔助治療方式，很少作為單一的治療方式。

3 保肢治療

隨著術前術后化療和骨肉瘤外科手術切除的進展，使得骨肉瘤保肢手術得以開展。骨肉瘤的治愈率為60％～70％，90％以上的患者可實行保肢治療〔3〕。術前化療可使腫瘤組織縮小，發熱減輕，臨近關節活動度增加，組織學上可使腫瘤組織血管減少，腫瘤組織與正常組織的邊界變得明顯。術后化療可以消滅肺部微小轉移灶，降低原發灶復發率。腫瘤邊緣切除可以盡最大可能切除原發灶減少局部復發。這所有的進步都有利于骨肉瘤的保肢手術的順利進行。

保肢術會不會影響患者的生存率是大家對保肢術最為關心的一個問題。英國伯明翰皇家骨科醫院骨腫瘤治療中心自1977年以來共收治365例骨肉瘤，其中僅61例截肢。與同一時間以截肢為主的另一家醫院比較結果顯示，同一化療方案的保肢與截肢組之間生存率無顯著性差異。美國Quill報告100例保肢術的3年生存率為80％，法國Pelepine 240例保肢術3年生存率為77％〔5〕。這說明保肢并不影響患者的生存率，而保肢手術還可以提高患者患肢的功能，提高患者生活質量。

然而，隨著保肢手術的開展，又出現一系列新的問題。如骨的截斷平面的選取，通常在距髓腔病變最邊緣外4～6 cm處，骨肉瘤病變范圍廣者，報告顯示截骨長度一般在15～30 cm，平均達23 cm長；骨肉瘤周圍組織的切除范圍，理想情況下要進行根治性邊緣切除，從而減少局部骨肉瘤的復發，然而就需要有豐富經驗的醫生進行手術；近期出現皮膚壞死和軟組織感染，遠期出現局部骨肉瘤的復發；截肢術后假體的選取以及術后假肢的松動斷裂等。行保肢術后患者的5年生存率仍只有80％，如何改善保肢患者術后患肢功能及提高生存率，這需要我們不懈的研究探索。

4 沖擊波用于治療骨肉瘤的展望

無論是單純截肢還是化療或是保肢治療，顯然骨肉瘤的治療并不是單一一種治療方式所能奏效的，這就需要尋找更多新的輔助治療方案來綜合治療骨肉瘤，來增加骨肉瘤患者5年生存率。雖然骨肉瘤的治療經歷了從單純截肢到現在以外科手術徹底切除腫瘤組織，術后輔以化療的保肢的主要治療方式，患者的生存率得到極大地提高，但患者的5年生存率仍只有80％〔1〕。化療方法的出現改變了骨肉瘤的治療方式，局部腫瘤病灶清除術輔助術后規范化化療大大提高了患者的生存率，同時也改善了患者生活質量，同時也可以緩解患者的心理負擔。目前大劑量MTX、DDP、IFO和多柔比星是骨肉瘤化療中最常用的藥物〔5，6〕。然而，盡管化療方案的研究不斷在繼續，骨轉移復發的骨肉瘤患者預后非常差，甚至采用了高劑量化療，患者3年生存率也只有12％〔7〕。化療本身就會帶來很多并發癥，例如嚴重的粒細胞和血小板下降及由此可能引起的嚴重感染。高劑量化療對人體的正常生理功能會更為不利，很多病人往往難以承受這一負面影響〔8〕。如何增加骨肉瘤細胞對化療藥物的敏感性，提高骨肉瘤患者的生存率，同時不增加化療藥物劑量，從而減少高劑量化療帶來的副作用，是臨床工作者所面臨的實際問題。沖擊波為解決這個問題帶來了希望。

沖擊波是壓力急劇變化的產物，在短短的幾納秒內達到壓力的最大值，形成急劇上升的正相壓力波，產生具有很強張力的空化效應。研究發現，沖擊波可增加細胞膜的通透性，引起細胞外的大分子物質進入細胞內〔9～11〕。同時也可促使細胞內的ATP向細胞外釋放，釋放到細胞外的高濃度ATP會引起細胞功能改變。體外實驗顯示，沖擊波可協同化療藥物，促進細胞凋亡〔11，12〕。這提示可用沖擊波輔助化療藥物治療腫瘤。能量密度為0.18 mJ/mm2，作用次數低于500次的沖擊波，對Jurkat細胞活性影響沒有統計學意義，并引起Jurkat細胞內的ATP向外釋放〔13〕，進入細胞外的ATP，通過細胞膜上的P2X7受體，使細胞內的p38MAPK激酶磷酸化，引起細胞功能的改變。細胞外的ATP除了作為細胞的能量來源外，還是細胞功能的主要調節因子〔14〕。生理狀態下細胞外ATP濃度維持在一個較低的水平，但是當其濃度超過生理水平時，ATP與其代謝物會進一步和細胞表面的相應核苷酸受體(P2嘌呤受體)結合，引起細胞生理功能發生變化〔15〕。細胞膜的核苷酸受體被命名為P2嘌呤受體，幾乎分布于所有哺乳動物細胞表面，分為兩種亞族：①與G蛋白相耦聯的P2Y受體，②P2X受體是配體依賴性的陽離子通道〔14〕。體外實驗發現，大量人骨肉瘤細胞表面功能性表達P2X7受體〔16〕，細胞外高濃度的ATP反復或長期刺激P2X7受體，可引起人骨肉瘤細胞凋亡〔14〕。簡而言之，當細胞表面的P2X7受體被激活時，會引起陽離子通道開放，產生瞬間電流，這是P2X受體家族的共同特性〔17〕。然而，當P2X7受體反復的或長期的被細胞外ATP激活時，細胞表面就會形成無選擇的孔，產生持續的電流〔17〕。這些細胞表面的微孔，可讓分子量900 Da的有機或無機分子通過〔17〕。這些無選擇性的微孔最終會引起細胞質向細胞外釋放，導致細胞凋亡〔17〕。細胞凋亡與細胞壞死不同，細胞凋亡不是一件被動的過程，而是主動過程，它涉及一系列基因的激活、表達以及調控等〔18〕。骨肉瘤的發生機制和凋亡的調控失調是密切相關的〔18〕。因此有理由相信，沖擊波可通過增加細胞膜的通透性，引起骨肉瘤細胞內的ATP向外釋放，激活細胞表面的P2X7受體，促進骨肉瘤細胞凋亡；另一方面，沖擊波可定向增加化療藥物進入細胞內，增進骨肉瘤細胞凋亡。這樣將為如何增加骨肉瘤細胞對化療藥物的敏感性、減少化療藥物用量、增進實體性腫瘤靶向治療效果提供一種新的手段和理論依據。這為骨肉瘤的治療帶來了新的希望。

5 展 望

骨肉瘤的治療已成為一種綜合治療方式，現階段主要采取術前術后化療加上腫瘤邊緣徹底切除，采用生物假體或人工金屬假體進行功能重建，現在骨肉瘤患者的5年生存率較之前得到極大的提高，并且患肢的功能得到最大程度的保留。近年來骨肉瘤的免疫治療、基因治療、靶向治療等領域的基礎研究取得了很大成就，但更多更有效果的治療骨肉瘤的研究仍需要不斷探索，而沖擊波用于輔助治療骨肉瘤會為骨肉瘤的綜合治療帶來新的希望。

6 參考文獻

1Wittig JC，Bickels J，Priebat D，etal.Osteosarcoma：a multidisciplina approach to diagnosis and treatment〔J〕.Am Fam Physician，2002;65(6)：1123-32.

2Rosen G,Marcove RC,Caparros B.etal.Primary osteogenic sarcoma：the rationale for preoperative chemotherapy and delayed surgery〔J〕.Cancer,1979;43(6)：2163-77.

3Picci P.Osteosarcoma(Osteogenic sarcoma)〔J〕.Orphanet J Rare Dis,2007;2(1)：6.

4Delepine N,Delepine G,Desbois JC,etal.Results of multiolisciplinary limb salvage in 240 comsecutive sarcomas〔J〕.Biomed Pharmacother,1990;44(4)：217-24.

5Meyers PA，Schwartz CL，Krailo MD，etal.Osteosarcoma：the addition of muramyl tripeptide to chemotherapy improves overall survival：a report from the Children′s Oncology Group〔J〕.J Clin Oncol，2008;26(4)：633-8.

6Longhi A，Ferrari S，Bacci G，etal.Long-term follow-up of patients with doxorubicin-induced cardiac toxicity after chemotherapy for osteosarcoma〔J〕.Anticancer Drugs，2007;18(6)：737-44.

7Dutour A，Decouvelaere AV，Monteil J，etal.18F-FDG PET SUVmax correlates with osteosarcoma histologic response to neoadjuvant chemotherapy：preclinical evaluation in an orthotopic rat model〔J〕.J Nucl Med,2009;50(9)：1533-40.

8Sukhotnik I，Shteinberg D，Ben S，etal.Effect of transforming growth factor-alpha on enterocyte apoptosis is correlated with EGF receptor expression along the villus-crypt axis during methotrexate-induced intestinal mucositis in a rat〔J〕.Apoptosis,2008;13(11)：1344-55.

9于鐵成，鄭學清，徐莘香.沖擊波原理和生物學作用〔J〕.中華創傷骨科雜志,2003;5(3)：247-50.

10Delius M.Twenty years of shoch wave research at the Institute for Surgical Research〔J〕.Eur Surg Res,2002;34(1-2)：30-6.

11Canaparo R，serpe L，Catalano MG，etal.High energy shock waves(HESW) for sonodynamic therapy：effects on HT-29 human colon cancer cells〔J〕.Anticancer Res,2006;26(5A)：3337-42.

12Catalano MG，Costantino L，Fortunati N，etal.High energy shock waves activate 5′-aminolevulinic Acid and increase permeability to Paclitaxel：antitumor effects of a new combined treatment on anaplastic thyroid cancer cells〔J〕.Thyroid,2007;17(2)：91-9.

13Yu T，Junger WG，Yuan C，etal.Shockwaves increase T-cell proliferation and IL-2 expression through ATP release，P2X7 receptors，and FAK activation〔J〕.Am J Physiol Cell Physiol,2010;298(3)：C457-64.

14Grol MW，Panupinthu N，Korcok J，etal.Expression，signaling，and function of P2X7 receptors in bone〔J〕.Purinergic Signal,2009;5(2)：205-21.

15Yang D，Elner SG，Clark AJ，etal.Activation of P2X receptors induces apoptosis in human retinal pigment epithelium〔J〕.Invest Ophthalmol Vis Sci,2010.

16Gartland A，Hipskind RA，Gallagher JA，etal.Expression of a P2X7 receptor by a subpopulation of human osteoblasts〔J〕.J Bone Miner Res,2001;16(5)：846-56.

17Gunosewoyo H，Coster MJ，Kassiou M.Molecular probes for P2X7 receptor studies〔J〕.Curr Med Chem,2007;14(14)：1505-23.

18Patino-Garcia A，Zalacain M，Folio C，etal.Profiling of chemonaive osteosarcoma and paired-normal cells identifies EBF2 as a mediator of osteoprotegerin inhibition to tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand-induced apoptosis〔J〕.Clin Cancer Res,2009;15(16)：5082-91.