超聲介導腫瘤免疫治療的研究進展

林曉紅 李 攀

惡性腫瘤的傳統(tǒng)治療手段包括手術、化療及放療等，近年來新型的靶向治療在腫瘤治療方面也取得了重大進展。然而，復發(fā)、轉移和耐藥性仍然是惡性腫瘤治療的主要障礙。免疫療法是一種新興的腫瘤治療方法，由于其在惡性腫瘤治療中的有效性，越來越受到臨床醫(yī)師和科學家的關注。2013年免疫抗癌療法被評為年度“十大科技突破”之首［1］。然而在免疫治療取得良好的臨床效果的同時，患者的反應率仍較低（＜20%），免疫療法引起的全身免疫激活常導致嚴重的毒性［2］。此外，腫瘤細胞具有免疫逃逸的特性，能通過調節(jié)免疫細胞、“免疫檢查點”通路等多種機制逃避免疫系統(tǒng)的識別，下調機體的免疫功能［3］。因此迫切需要找到一種持久有效、安全的腫瘤免疫治療新策略。

超聲可以提高機體對腫瘤的免疫應答，加強腫瘤免疫治療的效果。高強度聚焦超聲（high-intensity focused ultrasound，HIFU）以“局部”消融介導“全身性”免疫應答。超聲靶向微泡破壞技術（ultrasound-targeted microbubble destruction，UTMD）可介導腫瘤相關抗原、基因等免疫調節(jié)佐劑高效靶向傳遞到腫瘤細胞或免疫細胞，增強機體的全身免疫應答。由此可見將消融和免疫調節(jié)佐劑結合具有廣闊的前景，在消融的基礎上進一步增加機體的免疫應答可以克服免疫耐受，并誘導樹突狀細胞（dendritic cells，DC）和T 細胞的活化［4］，同時提供免疫記憶的保護，有效防止腫瘤的復發(fā)與轉移。本文擬對超聲介導腫瘤免疫治療的研究進展進行綜述，并討論其應用潛力及面臨的挑戰(zhàn)。

一、腫瘤的免疫治療原理

免疫治療是一種激活自身抗腫瘤免疫反應，直接攻擊腫瘤細胞而不損傷正常細胞的腫瘤治療方法。目前腫瘤免疫治療主要包括：免疫檢查點阻斷、腫瘤過繼免疫治療、腫瘤特異性疫苗、非特異性的免疫刺激劑。腫瘤的有效免疫反應需要3 個步驟［5］：①DC 捕獲抗原，通過一個“成熟信號”激活對抗原的免疫；②DC 將抗原呈遞給淋巴結組織中的T 細胞使其活化；③被激活的T 細胞在腫瘤組織中浸潤，保持活性并殺死癌細胞。免疫治療可以在這個復雜的免疫系統(tǒng)的任何環(huán)節(jié)發(fā)揮作用。

二、超聲在腫瘤免疫治療中的應用

1.HIFU腫瘤消融及免疫

（1）HIFU 腫瘤消融：HIFU 消融以一種微創(chuàng)的方式破壞腫瘤組織，導致腫瘤組織凝固性壞死。其應用多元素超聲換能器，定位在體外或腔內，產生聚焦于小區(qū)域的高強度超聲束。當超聲光束向聚焦區(qū)移動時，聲波的收斂導致能量密度增加。在聚焦區(qū)，能量被組織吸收，在數(shù)秒鐘內溫度升高至60℃～85℃。當溫度高于55℃維持時間1 s 以上即可使組織凝固壞死和細胞死亡。大量動物實驗和臨床研究［6-7］表明，HIFU 技術應用于靶向治療多種惡性實體腫瘤有效、安全和可行，已廣泛用于子宮肌瘤和前列腺、乳腺、肝臟、腎臟、骨、腦腫瘤的治療中。

（2）HIFU 腫瘤消融增強免疫治療：臨床前研究［8-13］已證實HIFU 不僅能直接殺傷腫瘤組織，還能有效促進機體的抗腫瘤免疫反應。熊慧等［8］應用HIFU 治療大鼠原位卵巢癌，實驗結果提示HIFU 組大鼠卵巢組織發(fā)生顯著形態(tài)學變化，血漿中CD4++T 細胞較對照組顯著增高，CD8++T 細胞較對照組顯著降低，輔助/抑制T 細胞比值（CD4+/CD8+）較對照組提高，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05），證實了HIFU 具有抑制腫瘤生長的作用，可能與增強機體免疫功能有關。HIFU 可以通過下調miR-134，增加外周血IFN-γ和TNF-α，增強機體抗腫瘤免疫反應［9］。HIFU 激活的免疫細胞過繼轉移同樣具有很好的療效，Ran等［10］應用HIFU處理H22荷瘤小鼠，將其脾臟中獲得的T細胞過繼轉移到新的H22 荷瘤小鼠體內，與對照組和假手術組比較，HIFU激活的淋巴細胞顯著抑制了體內腫瘤的生長和進展。

HIFU 消融術后誘導機體的免疫應答在臨床研究中也得到了證實。吳發(fā)偉等［11］對30 例轉移性肝癌患者進行HIFU 治療，術后HIFU 組CD3+、CD4+、NK 細胞的百分率明顯升高，CD8+細胞的百分率明顯降低，證實HIFU 治療能夠影響CD4+/CD8+。HIFU 治療還可以促進血清中Th2 細胞因子IL-6 和IL-10 分泌［12］。鐘國成等［13］研究發(fā)現(xiàn)經HIFU處理后的癌細胞抗原能增強DC、T細胞對自身癌細胞的殺傷率，改善患者免疫狀態(tài)，增強患者的抗腫瘤應答。

HIFU 介導全身性免疫應答的可能機制為：①HIFU 治療后腫瘤碎片仍在原位，可作為免疫系統(tǒng)的抗原，形成原位疫苗，能夠刺激包括T 細胞和細胞因子在內的全身免疫反應［14］；②HIFU 消融減小了腫瘤負荷，患者機體的免疫功能得以恢復；③HIFU 能夠誘導熱休克蛋白產生，刺激機體免疫系統(tǒng)［15］；④HIFU 治療會引起Th1 型反應，導致細胞免疫的顯著變化，增強DC細胞和細胞毒性淋巴細胞的活性；⑤HIFU治療能夠平衡腫瘤微環(huán)境中腫瘤誘導的免疫抑制作用［16］。這些效應使HIFU廣泛應用于臨床治療多種惡性實體腫瘤且效果較好。

2.UTMD技術增強腫瘤的免疫治療

UTMD 技術是指在特定部位發(fā)射不同聲強的超聲波，當超聲強度足夠大時血流中的微泡發(fā)生破裂，通過產生微射流、沖擊波使周圍的血管壁或細胞表面出現(xiàn)可逆或不可逆的穿孔，使血管內皮屏障損傷，進而增強血管或細胞膜通透性，增加細胞的內吞作用，最終增加外源性物質到達特定部位的劑量，從而發(fā)揮相應的生物學效應。UTMD 技術是一種無創(chuàng)靶向藥物和基因遞送技術，其在腫瘤組織免疫調節(jié)物質遞送中的應用越來越受到人們的關注，具有廣闊的發(fā)展前景。UTMD 技術還可以暫時的誘導打開血腦屏障，而不造成腦損傷或炎癥，具有靶向中樞神經系統(tǒng)免疫治療的潛力［17］。UTMD 技術作為一種增強腫瘤疫苗、抗體、細胞因子等免疫調節(jié)佐劑傳遞的工具得到了廣泛應用，增強了免疫治療效果。

（1）腫瘤疫苗：UTMD 觸發(fā)的基因轉染技術可以改善癌癥疫苗接種的效果。Dewitte 等［18］聯(lián)合微泡及超聲將從腫瘤細胞中提取的抗原注入DC 中，觀察DC 對小鼠肺轉移模型的治療效果，結果表明其對黑色素瘤肺轉移有顯著抑制作用。UTMD 技術不僅可以有效抑制腫瘤生長，還可以降低誘導凋亡所需的藥物劑量［19］，從而減輕全身毒副作用。

（2）免疫檢查點抑制劑：UTMD 可促進免疫檢查點抑制劑的傳遞，增加其靶向性。研究［20］發(fā)現(xiàn)，與單一治療相比，UTMD+抗PD-1治療可顯著增強抑制腫瘤生長的能力并提高動物的存活率，能增強免疫檢查點抑制劑治療的抗腫瘤作用。貝伐株單克隆抗體是一種靶向血管內皮生長因子和腫瘤新生血管形成的藥物，具有抑制血管內皮生長因子的生物學功能的作用。Liu等［21］報道將超聲、微泡和MRI監(jiān)測相結合，可增強抗血管生成貝伐株單克隆抗體進入中樞神經系統(tǒng)。

（3）免疫調節(jié)劑：細胞因子可通過UTMD介導的血腦屏障開放用于腦腫瘤的治療。Chen 等［22］通過小鼠腹膜內注射IL-12，然后應用聚焦超聲和微泡，使原位膠質瘤模型中的IL-12 較未經治療的對照小鼠增加約3倍，而未應用聚焦超聲和微泡的小鼠得到IL-12的比例則增加約2倍，結果證實UTMD 增強了IL-12的傳遞，減緩了腫瘤的進展，提高了小鼠生存率。Sakakima等［23］應用UTMD技術介導質粒DNA編碼IFN-β的傳遞，體外測試顯示IFN-β 表達增加、細胞生存能力明顯降低，對小鼠體內腫瘤生長有明顯的抑制作用。

（4）藥物：UTMD 技術作為一種靶向、無創(chuàng)、高效、新穎的基因或藥物傳遞系統(tǒng)，其微泡作為載體或傳遞增強劑，可有效促進化療藥物的傳遞，提高機體抗腫瘤的作用。李玥等［24］應用超聲聯(lián)合微泡輔助卡鉑抑制體外人肺癌A549 細胞活性，結果發(fā)現(xiàn)，相較于對照組，超聲聯(lián)合微泡可以與卡鉑協(xié)同抑制肺癌細胞活性。Nesbitt 等［25］制備了一種生物素功能化的吉西他濱配體，將該配體與微泡連接，應用UTMD 技術治療小鼠胰腺癌，結果表明腫瘤的生長受到抑制，減輕了吉西他濱系統(tǒng)性給藥的全身毒副作用。

三、應用前景及展望

HIFU 是完全無創(chuàng)消融治療技術的重要進展。HIFU 消融后可介導對腫瘤的特異性免疫，然而在目前的文獻中，消融治療相關的描述以及產生的聲場分類往往缺乏細節(jié)。此外，掌握消融所達到的溫度以及采用更稀疏或更密集的掃描處理方法非常重要。因此標準化的治療描述框架有助于比較不同HIFU設置及其對免疫系統(tǒng)的影響［26］。目前從HIFU 研究中檢索到的數(shù)據(jù)與其他消融技術一致，強調了消融應與免疫調節(jié)佐劑結合以促進抗腫瘤免疫反應，才能產生持久有效的全身免疫。

UTMD 技術作為一種免疫調節(jié)佐劑傳遞的工具得到了廣泛應用，增強了免疫治療效果；但以微泡作為運載工具有兩個主要缺點：首先，微泡體積太大，無法有效地跨越許多障礙；其次，在體內的半衰期很短，使超聲的觸發(fā)能力變差。因此，低細胞毒性、高特異性、持久療效，以及基因、藥物載體良好的生物利用度，是優(yōu)化傳遞技術的臨床挑戰(zhàn)［27］。

總之，超聲介導腫瘤免疫治療具有應用潛力。超聲不僅可以通過HIFU 消融腫瘤誘導機體全身性的抗癌免疫應答，還可利用聲孔效應介導免疫調節(jié)佐劑（抗體、抗原、免疫細胞和疫苗）的靶向傳遞，加強全身性免疫應答。在此基礎上聯(lián)合UTMD 技術產生一系列生理化學反應，使免疫調節(jié)佐劑能穿越屏障（血腦屏障、上皮組織、血腫屏障等），進一步發(fā)揮強而持久的免疫效應。目前這一領域有許多機制尚未完全明確，如下因素有待進一步研究闡明：①HIFU 誘導或增強免疫應答的機制；②尋找最佳的可誘導或增強免疫應答的HIFU消融條件；③研制高生物相容性、體內穩(wěn)定性和腫瘤靶向性的免疫調節(jié)佐劑的載體；④HIFU消融聯(lián)合UTMD技術協(xié)同增強全身性的免疫應答。

因此，展望未來，隨著對HIFU 消融、載體的優(yōu)化、UTMD 技術、HIFU 消融聯(lián)合UTMD 技術等的進一步研究，超聲介導腫瘤免疫治療具有廣闊的應用前景，將HIFU 消融和UTMD 技術結合有望克服免疫耐受，產生持久有效的全身免疫應答，在消除原發(fā)腫瘤的同時，有效防止腫瘤的復發(fā)與轉移。