TTFields治療腦膠質瘤的實驗研究和臨床應用進展

楊建凱，楊吉鵬(綜述)，焦保華(審校)

(河北醫科大學第二醫院神經外科, 河北 石家莊 050000)

腫瘤治療電場(tumor treating fields，TTFields)是近些年來新出現的一種嶄新的腫瘤治療手段，其原理是使用中頻低強度電場有效阻斷腫瘤細胞有絲分裂，抑制腫瘤細胞增殖，殺傷腫瘤細胞；同時TTFields與化療藥物具有一定的協同作用，可增強腫瘤細胞對化療藥物的敏感性。目前多項體內外實驗均已證實TTFields對于腦膠質瘤具有強大的臨床治療作用，并經美國食品藥品監督管理局(Food and Drug Administration，FDA)批準應用于復發膠質母細胞瘤和初診膠質母細胞瘤的治療[1]。現總結近10余年來TTFields的研究成果，系統闡述TTFields在抗腫瘤方面的作用機制、動物腫瘤生長抑制實驗、治療腦膠質瘤的臨床實驗進展及其應用前景，并進行綜述。

1 TTFields抗腫瘤方面的作用機制

TTFields是通過向腫瘤區域輸送中頻低強度電場、協同傳統治療方法以達到更好治療效果的新療法，但其中具體的作用機制尚未完全清楚。之前，主流觀點認為TTFields是新型的抗腫瘤有絲分裂治療模式，當使用特殊的低強度(1～3 V/cm)和中頻(≤200 kHz)電場，腫瘤細胞在有絲分裂過程中被破壞，不同的癌細胞系需調節為其特定的頻率，而靜止的細胞不受影響[2]；隨后有研究證實TTFields在細胞分裂時阻止細胞增殖和破壞細胞，前者表現為干擾有絲分裂紡錘體的正確形成，后者導致有絲分裂細胞迅速解體，這2種效應都是頻率相關、與特定場對分裂單元內電荷和偶極子施加的計算定向力一致[3]。

最近的研究表明，TTFields可以改變細胞膜的結構，從而改變細胞膜的通透性，進而提高化療藥物的滲透率，以達到更好的治療療效[4]。此機制可通過增加TTFields暴露的生物發光劑或細胞膜膜結合劑(如葡聚糖-FITC)來間接反映膜通透性的改變，之后通過掃描電子顯微鏡直觀觀察。有進一步研究表明，TTFields暴露導致細胞膜上生物發光和膜孔的改變，在交替電場停止24 h后得到恢復，從而證明其導致的膜通透性改變是可逆的，這使之前有關TTFields與其它因素的相協同作用得到更好的解釋，對膠質母細胞瘤和其他癌癥聯合治療方案的設計具有深遠意義，并對這些此類疾病治療規范的制定有顯著影響。Shteingauz等[5]研究發現，TTFields誘導自噬上調依賴于腺嘌呤核糖核苷酸(adenosine monophosphate,AMP)激活蛋白激酶的激活，AMP激活蛋白激酶或自噬相關蛋白7的缺失抑制自噬上調，也抑制對TTFields治療敏感的細胞，這表明癌細胞利用自噬作為對TTFields的抵抗機制。有研究結果表明，自噬的激活有助于TTFields介導的體外或體內抗多形性膠質母細胞瘤(glioblastoma multiforme，GBM)活性，TTFields治療可上調幾種自噬相關基因并誘導細胞形態學改變，其誘導的GBM自噬與通過雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)/p70S6K途徑降低Akt2表達相關[6]。

研究表明TTFields對多種惡性腫瘤細胞系，如人神經膠質瘤U87細胞、人乳腺癌MDA231細胞、人惡黑Patrieia細胞等，均有明顯的抗腫瘤增殖作用[3]。TTFields以細胞系依賴的方式刺激Ca2+進入，使細胞停止于有絲分裂的G或S期，伴有線粒體內膜電位破壞和DNA降解，導致克隆細胞生存率下降[7]。在非小細胞肺癌細胞系中，TTFields通過下調乳腺癌1號基因信號和降低DNA雙鏈斷裂修復能力，引發對電離輻射的條件易感性[8]。總之，多項報道均證實，TTFields以場強度和頻率依賴的方式減少不同膠質瘤細胞株的增殖，且具有電場換相時間的依賴性。

2 TTFields的動物腫瘤生長抑制實驗

TTFields的早期動物實驗表明，中頻低場強交變電場對多種腫瘤細胞增殖具有抑制作用，其機制與電場的作用頻率、強度、時間、方向和腫瘤細胞的類型相關。Kirson等[9]描述了通過植入電極應用TTfields對小鼠皮內惡性黑色素瘤的影響，采用不同頻率的單向TTfield治療小鼠5 d，腫瘤大小較對照組減小，增加TTfields方向的數量也明顯抑制腫瘤生長。Kirson等[9]同時比較了Fischer大鼠顱內接種膠質瘤細胞實驗，外用幾何匹配電極加溫度治療6 d，表明最佳抑制頻率為200 kHz，電壓為2 V/cm。對TTfields在健康動物的安全性研究表明，對新西蘭兔子的胸部施加TTfields，在整個暴露期間和暴露后，心率或節律沒有變化。為了測試慢性TTfields的安全性，在新西蘭兔子的頭部或胸部使用TTfields，經過1個月的隨訪，所有動物都被殺死，檢查主要器官的樣本，所有動物均未發現治療相關毒性。隨后在小鼠、豚鼠、兔、犬、恒河猴等的動物模型實驗證實，同樣可看到TTFields能夠抑制腫瘤生長、減少病灶的轉移和擴散的作用[10-11]。

3 TTFields治療腦膠質瘤的臨床實驗進展

Stupp等[12]研究結果表明TTFields治療腦膠質瘤腫瘤有效性、安全性較單純化療高，其治療后嚴重并發癥也較少。由于TTFields單獨治療與替莫唑胺化療擁有相同的治療效果，且沒有嚴重的肝腎和神經系統不良反應，美國FDA于2011年4月批準了TTF用于治療復發的膠質母細胞瘤。

前瞻性隨機3期臨床試驗(EF-14)評估TTFields在新診斷的膠質母細胞瘤初始治療中的應用，研究評估了TTFields聯合替莫唑胺化療，對新診斷的膠質母細胞瘤患者的無進展生存期和總生存期的影響。該研究為隨機、開放性臨床試驗，結果顯示TTFields聯合替莫唑胺化療組較單一替莫唑胺化療組的中位無進展生存期和中位總生存期顯著延長，此結果使FDA 2015年10月批準電場療法聯合替莫唑胺用于治療新診斷的膠質母細胞瘤。隨后2017年研究結果得出的結論是，在術后標準化放化療的膠質母細胞瘤患者隨機臨床試驗的最后階段， 采用TTFields聯合替莫唑胺化療，與單一替莫唑胺化療相比，前者的無進展生存期和總生存期獲得顯著改善[13]。

2017年有報道第1例兒童膠質母細胞瘤成功接受TTFields治療的病例，表明TTFields在阻止此患兒兒童膠質母細胞瘤復發方面發揮了重要作用，且沒有明顯的不良反應[14]。Green等[15]報告了5例高級別膠質瘤患兒接受TTFields治療聯合化療和(或)放射治療的可行性，其中2例在第2次復發時開始TTFields治療，出現腫瘤進展；2例在放射治療后預先接受TTFields治療，均顯示出部分反應；1例在第1次復發時接受治療，也顯示出部分反應。所有5例患者均能很好地耐受TTFields，而無限制治療的毒性反應。

有關靶向藥物與TTFields聯合治療膠質母細胞瘤的實驗研究目前不多。索拉非尼是抗增殖和凋亡的藥物，被用作膠質母細胞瘤的一線治療藥物，在和TTFields聯合治療時可使膠質母細胞瘤細胞對TTFields敏感，機制是通過生成活性氧物種加速細胞凋亡[16]。采用TTFields的分割治療方案，在保持療效的同時可以縮短治療時間。臨床研究顯示，TTFields對腫瘤細胞的影響在3～12 h/d的治療時間內高于正常細胞，但在24 h/d的治療時間內差異變得很小[17]。相比化療、放療引起的不良反應，其不良反應小更易讓患者接受，故其應用前景較大。

4 TTFields的臨床不良反應

應用TTFields最常見的不良反應是電極片接觸部位的皮膚不良反應，但所有的皮膚不良反應都是可逆的。其他不良反應包括頭痛(3%)、肌肉抽搐(1%)、全身乏力(2%)、跌倒(1%)。Kirson等[9]報道膠質母細胞瘤患者因腫瘤細胞放電導致出現癲癇部分性發作，在連續服用抗癲癇藥后發現肝功能下降，但全血細胞計數、凝血功能和電解質等生化指標未見異常。TTFields長期治療后，消化系統及血液系統的毒性反應發生率僅為4%和3%，感染的發生率不足4%，遠低于常規化療患者。故TTFields治療的最主要不良反應是皮膚局部反應，這也是導致膠質母細胞瘤患者接收TTFields治療依從性降低的主要原因，因此加強TTFields治療期間的預防，積極對癥處理及降低皮膚不良反應的發生率是我國下一步推廣TTFields治療的重點[18]。

TTFields治療期間皮膚不良反應的預防措施主要包括：①推薦使用電動剃刀剃頭，降低皮膚割傷風險；②剃頭后使用刺激性小的洗發水進行清洗；③黏貼及去除電極前后需洗手并清潔頭皮。其治療措施主要包括：①局部發生皮炎時推薦涂抹糖皮質激素；②由于大部分藥膏中含油脂成分，故殘留在頭皮上的藥膏務必用生理鹽水清洗干凈，并保持干燥，否則會影響皮膚與電極的接觸效果，干擾TTFields發揮作用；③當皮膚出現感染時，推薦應用抗生素，可選用莫匹羅星軟膏、多黏菌素B軟膏，不推薦使用含新霉素的軟膏，以免誘發接觸性皮炎。

5 TTFields治療腦膠質瘤的前景

TTFields已被證實在腫瘤細胞分裂時阻止細胞增殖和破壞細胞，越來越多的證據表明其可通過刺激腫瘤微環境中的免疫反應發揮作用[19]。與細胞毒性化學療法等其他治療方式相比，TTFields療法的優點包括其無創性和提高生活質量。TTFields與替莫唑胺等化療藥物的聯合使用提高了膠質母細胞瘤對化療的敏感性，但是并未發現疊加的肝腎或神經系統毒性反應。2018年12月，我國國家衛健委《腦膠質瘤診療規范》(2018年版)在治療中推薦TTFields用于新發膠質母細胞瘤和高復發級別腦膠質瘤。目前研究顯示其安全有效，推薦用于新發膠質母細胞瘤(1級證據)和復發高級別腦膠質瘤的治療(2級證據)。

膠質母細胞瘤盡管有一線化療藥物(如替莫唑胺等)治療，但幾乎所有患者均會很快經歷腫瘤的復發，膠質母細胞瘤平均進展時間為6～11個月，預后不佳。TTFields是非常有前景的腫瘤治療手段，不光針對腦腫瘤，對卵巢癌、肺癌、乳腺癌、胰腺癌均有效，以不良反應低、臨床效果佳的特征正式寫入了最新美國國立綜合癌癥網絡指南中。未來的研究應建立與其它現有抗癌方法的最佳組合，這可能為腦膠質瘤患者提供額外的生存獲益。而且，目前其臨床費用較高，期望在不久的將來可以降低價格，納入保險，為更多患者帶來新的希望。