腫瘤熱療的研究進展

張佳慧，秦麗娟

針對腫瘤的治療手段有很多，但目前最基本也是最主要的方法仍是手術(shù)、放療和化療。探索新的、毒副作用小的治療方法，或者在目前治療方法的基礎(chǔ)上增加一些輔助手段，進而提高療效，減輕毒副作應(yīng)，是目前腫瘤治療亟待解決的問題。

1 腫瘤熱療

腫瘤熱療是一種利用物理能量使人體全身或局部加熱，使腫瘤組織溫度上升到有效治療溫度，并維持一定時間，利用正常組織和腫瘤組織對溫度耐受力的差異，達到既能殺滅腫瘤組織，又不損傷正常組織的治療方法。利用發(fā)熱的方法治療腫瘤，迄今已有100多年的歷史［1］。近20年來，隨著臨床熱療設(shè)備的不斷革新和技術(shù)的不斷發(fā)展，熱療也較普遍地應(yīng)用于臨床，從而關(guān)于腫瘤熱療的研究也逐漸被研究者所重視。目前，應(yīng)用于臨床的熱療方法有很多，根據(jù)治療部位的不同，腫瘤熱療可分為全身熱療、局部熱療和區(qū)域熱療等;局部熱療根據(jù)治療儀器設(shè)備的不同分為超聲熱療、微波熱療、射頻熱療和內(nèi)生場熱療等;熱療還可以根據(jù)介入方式的不同分為腔內(nèi)熱療、組織間熱療、熱灌注熱療和單純外照射熱療等。

2 熱療治療腫瘤的機制

2.1 腫瘤選擇性治療效應(yīng) 腫瘤組織內(nèi)的血管、血流與正常組織顯著不同，具體表現(xiàn)為:(1)腫瘤血管豐富，但扭曲擴張、雜亂無章，血流阻力大，容易形成血栓、閉塞。(2)腫瘤的毛細血管壁由單層內(nèi)皮細胞和缺乏彈性基膜的外膜構(gòu)成，較脆弱，在高熱、壓力增高時容易破裂。(3)血管內(nèi)皮間隙大，部分由腫瘤細胞襯附，細胞增生突向管腔引起阻塞。(4)腫瘤毛細血管形成大量竇狀隙，儲存大量血液，形成巨大血庫。(5)腫瘤血管神經(jīng)感受器不健全，對溫度敏感性差。由于以上特點，腫瘤組織的血流量只有鄰近正常組織血流量的1%～15%，腫瘤越大，血流量越低。在高熱作用下，腫瘤周圍的正常組織血管擴張，血流加快，有良好的血液循環(huán)，散熱快，溫度升高慢;而在腫瘤組織內(nèi)血流緩慢，阻力大，散熱困難，熱量容易積聚，溫度升高快，成為1個巨大的儲熱庫，兩者溫差可達5～10℃，腫瘤中心溫度一般比腫瘤周邊高1～1.5℃ 以上。研究表明，當(dāng)腫瘤鄰近組織加熱至41.5℃ 時，腫瘤的溫度可達到43 ～48℃［2－3］。

2.2 對腫瘤細胞的殺傷作用 一般情況下，加熱溫度為42～43℃，腫瘤細胞在2h以上就可以被有效地殺傷，而正常細胞在溫度超過44℃時仍未見損傷。熱作用不僅可以對腫瘤細胞產(chǎn)生直接的殺傷致死效應(yīng)，還可以誘發(fā)腫瘤細胞發(fā)生凋亡。在熱療研究領(lǐng)域有“臨界溫度”的概念。目前研究發(fā)現(xiàn)，臨界溫度隨細胞的種類以及基因特征的不同而有一定差異，大多數(shù)細胞的臨界溫度通常在42.5～43℃，在臨界溫度以上主要引起細胞凝固性壞死，而在臨界溫度以下則產(chǎn)生熱誘導(dǎo)的細胞凋亡。其中對腫瘤細胞的直接殺傷作用與高熱所致的細胞膜、細胞骨架損傷及抑制細胞DNA、RNA的合成有關(guān)。高熱可引起細胞膜蛋白損傷，出現(xiàn)膜脂流動性發(fā)生改變，最后導(dǎo)致膜的結(jié)構(gòu)、功能發(fā)生改變［4］。Hilger等［5］通過細胞和動物研究發(fā)現(xiàn)，在溫度、DNA損傷和細胞生存三者之間有著密切的聯(lián)系，約為45%～96%。熱處理4min后，腫瘤細胞的單鏈和雙鏈DNA會發(fā)生不同程度的斷裂，據(jù)此認(rèn)為，可能是由于存在溫度閾值而引發(fā)了DNA不可逆性損傷，最終導(dǎo)致細胞死亡。Vertrees等［6］研究報道稱，43℃熱處理3h后，BZR－T33肺癌細胞株TRAIL、TNF和Fas－L水平顯著增高，并通過激活細胞膜的TNF家族死亡受體途徑誘導(dǎo)細胞凋亡。

2.3 對腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的影響 Nagashima等［7］選擇有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移傾向的口腔鱗狀癌蒼鼠進行研究，采用43℃局部熱處理2次，40min/次，分別于14、17、21、28d后檢測其頸部淋巴結(jié)，發(fā)現(xiàn)熱作用組的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移率為36.4%，對照組為65%，表明局部熱處理抑制了腫瘤的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。腫瘤細胞的浸潤、轉(zhuǎn)移是一個多階段、多步驟的復(fù)雜過程。首先癌細胞脫離原發(fā)瘤黏附于細胞外基質(zhì)，然后降解細胞外基質(zhì)并進行移動。Liotta將此復(fù)雜的過程概括為三步假說，即癌細胞的黏附、降解和移動。黏附分子是一類介導(dǎo)細胞與細胞、細胞與細胞外基質(zhì)間黏附作用的膜表面糖蛋白。腫瘤細胞黏附分子表達下降使癌細胞的黏附力降低，從而使癌細胞易于從腫瘤組織中脫落，脫落的癌細胞要進入血液循環(huán)必須分泌蛋白水解酶，進而降解并穿越細胞外基質(zhì)屏障?；|(zhì)金屬蛋白酶家族和尿激酶型纖溶酶原激活物系統(tǒng)等目前研究較為廣泛。癌細胞從一部位遷移到另一部位必須具有運動能力，其運動方式與白細胞相似，細胞外間質(zhì)等不同作用物作用于腫瘤細胞，促使其移動并穿越不同的微環(huán)境。近來分子生物學(xué)研究顯示，熱處理可干涉腫瘤轉(zhuǎn)移的多個環(huán)節(jié)。Hsieh等［8］采用流式細胞術(shù)和West－elTl雜交方法研究加熱對胃癌SC－M1細胞黏附分子的影響，結(jié)果表明，加熱42.5℃處理60min后細胞所表達的E－鈣黏素、B－整合素和細胞間黏附分子顯著增多。熱作用同樣可以抑制腫瘤細胞產(chǎn)生大量的蛋白水解酶，降解細胞外基質(zhì)，降低腫瘤細胞遷移力。Sawaji等［9］報道指出，42℃加熱人纖維肉瘤HT21080細胞株可以從基因轉(zhuǎn)錄水平抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的產(chǎn)生，并抑制其對膠原酶前體的激活。Fukao等［10］觀察人纖維肉瘤HT21020、高轉(zhuǎn)移性腺癌HAL28、惡性黑色素瘤Bowes及骨肉瘤NY細胞在43℃熱處理120min后的生存率和蛋白水解作用時發(fā)現(xiàn)，熱處理可顯著降低HT21080、HAL28細胞的尿激酶型纖溶酶原激活物受體表達，從而減少尿激酶型纖溶酶原激活物在細胞表面的結(jié)合位點，降低對基質(zhì)的降解，抑制腫瘤細胞的侵襲轉(zhuǎn)移。

2.4 提高機體免疫功能 免疫系統(tǒng)對于熱刺激特別敏感，熱療可有效刺激先天和后天免疫反應(yīng)對抗腫瘤，其中機體免疫功能的改變對腫瘤的局部控制、腫瘤復(fù)發(fā)和遠期生存有著重要影響。研究表明，不同的溫度可產(chǎn)生不同的免疫調(diào)節(jié)作用。首先，當(dāng)患者發(fā)熱達39～40℃時可調(diào)控包括抗原呈遞細胞、T細胞和自然殺傷細胞的活性;其次，熱休克溫度 (41～43℃)可以增加腫瘤細胞的免疫原性;再者，細胞毒性溫度 (＞43℃)可以產(chǎn)生抗原誘導(dǎo)的抗腫瘤免疫反應(yīng)［11］。

2.5 協(xié)同放療 熱療聯(lián)合放療治療惡性腫瘤使療效增加甚至倍增，具有優(yōu)勢互補的協(xié)同和相乘作用，提高腫瘤治療的局部控制率。熱療與放療有協(xié)同和增敏作用，主要機制為:(1)放療主要殺傷處于M期的細胞及腫瘤周邊的富含氧細胞，而熱療主要作用于S期細胞和腫瘤中心的乏氧細胞;(2)熱療能抑制或延緩腫瘤細胞損傷后DNA雙鏈的修復(fù);(3)熱療能增加瘤體內(nèi)的氧分壓，從而提高腫瘤細胞對放射線的敏感性，所以放療與熱療聯(lián)合，殺傷腫瘤的作用增強［12］。Zolzer等［13］利用流式細胞術(shù)在對人黑色素瘤細胞的體外增殖研究中發(fā)現(xiàn)，放療聯(lián)合熱作用能夠明顯延長細胞周期中C階段的時間，從而導(dǎo)致更多的腫瘤細胞凋亡。

2.6 協(xié)同化療 迄今已經(jīng)證實熱療可與多種化療藥物發(fā)揮協(xié)同作用，有關(guān)熱作用的研究很多，無論是細胞培養(yǎng)、動物模型還是臨床應(yīng)用方面均有大量文獻報道。其發(fā)揮作用的機制可能有以下幾點:(1)熱作用改變了毛細血管的血流灌注，使原來藥物劑量達不到的部位藥物濃度增加;(2)熱作用破壞腫瘤細胞的穩(wěn)定性，增加細胞膜的通透性，使藥物容易進入細胞內(nèi)，從而增加細胞內(nèi)的藥物濃度。而在分子水平研究上，熱增敏是基于加熱使組織蛋白發(fā)生變性和聚集，從而抑制腫瘤細胞對化療藥物所引發(fā)損傷的DNA的修復(fù)［14］。

3 熱療與HSP70的關(guān)系

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)“熱休克后”，人膠質(zhì)瘤細胞的HSP70蛋白及mRNA表達明顯增高。以往的實驗研究結(jié)果也證實“腫瘤組織有較高的HSP70表達”，但引起HSP70表達上升的確切機制尚不清楚。已知HSP70在正常組織細胞中起著蛋白質(zhì)折疊、裝配等作用，在應(yīng)激的情況下保護細胞免受損傷。很多研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤細胞內(nèi)表達的HSP70無論其表達量多少，都保護腫瘤細胞免受殺傷。腫瘤細胞受熱后高表達HSP70是其自我保護機制之一，HSP70可抑制細胞凋亡，HSP70的高表達增強了腫瘤細胞抗凋亡能力，使細胞的生長抑制效應(yīng)和死亡減弱［15］。

4 展望

目前熱療在臨床上有一定的應(yīng)用并顯示出良好的效果，但仍然不成熟。隨著研究的深入進行，熱療在其機制、療效、減少后遺癥等方面一定會有更大的突破。當(dāng)然，研制出更加先進的設(shè)備也是熱療發(fā)揮更佳治療效果所必不可少的。當(dāng)然我們也可以看出，雖然腫瘤熱療在一定范圍內(nèi)得到開展并顯示出良好效果，但是熱療在目前還難于與腫瘤治療的其他手段如手術(shù)、放療、化療、生物治療等相提并論，它只能作為一種很重要的輔助治療手段來應(yīng)用［16］。究其原因可能在于醫(yī)學(xué)專業(yè)人士在這一方面的關(guān)注度還遠不及對傳統(tǒng)治療手段的重視。因此，關(guān)注熱療，開展相關(guān)分子生物學(xué)機制的研究，如熱誘導(dǎo)的腫瘤微環(huán)境的改變、誘導(dǎo)熱休克蛋白的表達、凋亡的誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、耐藥性調(diào)控以及與放、化療的協(xié)同作用等，同時，開展大規(guī)模隨機對照臨床研究，并且在儀器設(shè)備研發(fā)方面增加投入，這些對于熱療更好地應(yīng)用于臨床都是非常重要的。

1 Hasday JD，F(xiàn)airchild KD，Shanhohz C.The role of fever in the infected host［J］.Microbes Infect，2000，2(15):1891 －1904.

2 Vaupel P.Tumor microenvironmental physiology and its implications for radiation oncology［J］.Semin Radiat Oncol，2004，14(3):198 －206.

3 張建綱.腫瘤熱療的歷史和現(xiàn)狀 ［J］.腫瘤研究與臨床，2003，15(5):50－53.

4 Hildebrandt B，Wust P，Ahlers O，et al.The cellular and mo1ecular basis of hyperthermia ［J］.Crit Rev Oncol Hematol，2002，43(1):33－56.

5 Hilger I，Rapp A，Greulich KO，et al.Assessment of DNA damage in target tumor ceils after thermoablation in mice ［J］.Radio1ogy，2005，237(2):500－506.

6 Vertrees RA，Das GC，Coscio AM，et al.A mechanism of hyperthermia－induced apoptosis in ras－transformed lung cells［J］.Mol Carcinog，2005，44(2):111－121.

7 Nagashima K，Takagi R，Hoshina H.Effect of local hyperhermia on metastases in oral squamous cell carcinoma［J］.Int J Oral Maxillofae Surg，2002，31(1):84－89.

8 Hsieh MC，Wu CW，Wu LH，et al.Heat shock and cytokines modulate the expression of adhesion molecules on different human gastriccancer cell lines［J］.Int J Cancer，1996，67(5):690 －694.

9 Sawai Y，Sato T，Seiki M，et al.Heat shock－mediated transient increase in intracellular 3'，5'－cyclic AMP results in tumor specific suppression of membrane type 1－matrix metalloproteinase production and progelatinase A activation ［J］.Clin Exp Metastasis，2000，18(2):131－138.

10 Fukao H，Ikeda M，Ichikawa T，et al.Effect of hyperthermia on the viability and the fibrinolytic potential of human cancer cell lines ［J］.Clin Chim Acta，2000，296(1/2):17－33.

11 Zhang HG，Mehta K，Cohen P，et al.Hyperthermia on immune regulation:a temperature'S story ［J］.Cancer Lett，2008，271(2):191－204.

12 Li G，Mitsumori M，Ogura M，et al.Local hyperthermia combined with external irradiation for regional recurrent breast earcinoma ［J］.Int J Clin Oncol，2004，9(3):179 －183.

13 Zolzer F，Streffer C.G2－phase delays after irradiation and/or heat treatment as assessed by two－parameter flow cytometry［J］.Radiat Res，2001，155(1 Pt 1):50 －56.

14 Song CW，Park HJ，Lee CK，et al.Implications of increased tumor blood flow and oxygenation caused by mild temperature hyperthetmia in tumor treatment［J］.Int J Hyperthermia，2005，21(8):761 －767.

15 陸海軍，郭春寶，金先慶，等.熱休克對人膠質(zhì)瘤熱休克蛋白70表達水平的影響［J］.腫瘤防治雜志，2005，12(21):1606－1608.

16 張力，龔明玉，李毅學(xué)，等.放療聯(lián)合熱療誘導(dǎo)肝癌HepG2細胞凋亡及其與Bcl－2和Bax蛋白表達關(guān)系的研究［J］.中國全科醫(yī)學(xué)，2011，14(2):627.