声动力疗法促肿瘤细胞凋亡的研究进展

邱建涛(综述)，吕洪光(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院，哈尔滨 150001)

声动力疗法促肿瘤细胞凋亡的研究进展

邱建涛△(综述)，吕洪光※(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院，哈尔滨 150001)

肿瘤是危害人类健康的主要疾病之一，近年来，人们发现诱导肿瘤细胞凋亡是更加理想的肿瘤治疗方法。声动力疗法是一种以超声和声敏剂的协同作用为基础的治疗肿瘤的新方法。声动力疗法能够改变细胞的膜结构，破坏细胞骨架以及改变细胞膜电位，导致线粒体膜受损和钙离子通道发生变化，并且上调Bax、细胞色素C、caspase-3、caspase-9的表达，从而促进肿瘤细胞凋亡。

声动力疗法;肿瘤;凋亡

肿瘤是危害人类健康和生命的主要疾病之一，且发病率有逐年增高的趋势。迄今为止，人类对肿瘤的研究已有上百年的历史，但是到现在还没有找到彻底攻克恶性肿瘤的办法，其治疗依然局限于手术、放疗、化疗这三种主要方法。能否找到一种更为理想的肿瘤治疗新方法成为人们关注的焦点。近年来，以超声和声敏剂的协同作用为基础的声动力疗法日益受到重视，尽管它当前尚处于实验研究阶段，但是很多研究表明声动力可以很好地促进肿瘤细胞凋亡，已显示出良好的临床应用前景。

1 声动力疗法简介

声动力疗法是近年来出现的极具潜力的肿瘤治疗新方法。它是指由超声激活能在肿瘤组织中积聚，并且可长时间潴留的药物(声敏剂)，主要是光敏类物质(如血卟啉衍生物等)并产生协同效应，杀伤肿瘤细胞的作用［1-3］。声动力疗法的前提和基础是光动力疗法(photodynamic therapy)。1978年美国学者Dougherty等［4］首次发现并报道激光可激活血卟啉及其衍生物，从而产生明显的抗肿瘤作用，并将其称为光动力疗法。其基本原理是特定波长的激光，能够激活在肿瘤组织内富集并潴留的光敏类药物，引发一系列光化学反应，产生细胞毒性物质，起到杀伤肿瘤细胞的作用。然而光动力疗法仍存在缺陷，最明显的则是由于激光的组织穿透能力差，无法对深部组织的肿瘤产生作用，大大局限了它的治疗范围。能否找到一种可选择性作用于深部肿瘤的治疗方法成为人们关注的焦点。1989年，日本学者Umemura等［5］在实验中发现超声也可激活光敏剂血卟啉并杀伤肿瘤细胞，由此他认为这是一种声敏作用，并在国际超声会议上提出声动力疗法的概念。由于超声对生物组织有较好的穿透能力，能够到达深部组织，并且可以直接聚焦到肿瘤所在区域而后激活声敏剂产生抗肿瘤作用，因此声动力疗法能够选择性地杀死肿瘤细胞，减少对正常组织的损伤，与传统的放疗、化疗等肿瘤治疗方式相比，具有选择性好、不良反应小的优点。

2 细胞凋亡与肿瘤治疗

传统的放疗、化疗在杀伤肿瘤细胞的同时也极大地损害了正常细胞，并且直接使大量肿瘤细胞坏死，导致局部乃至全身产生严重的炎性反应，患者的不良反应很大。近年来，人们逐渐认识到诱导肿瘤细胞凋亡是更加理想的肿瘤治疗方法［6-7］，因为细胞凋亡不同于细胞坏死，后者出现细胞膜消失、细胞溶解、线粒体肿胀、染色体固缩，以及引起周围活组织炎性反应等病理变化，而细胞凋亡也称程序性细胞死亡［8］，这种死亡过程不发生线粒体、细胞膜及溶酶体破裂，没有内容物外溢，因此不会引起炎性反应。由此可见，通过诱导肿瘤细胞凋亡的方法治疗肿瘤可以极大地减轻炎性反应，从而减小对患者的不良反应。令人欣喜的是，近年的研究表明，声动力疗法可以很好地诱导多种肿瘤细胞凋亡。

3 声动力促肿瘤细胞凋亡的研究进展

自声动力疗法提出之后，大量的实验证实声动力对多种肿瘤细胞有杀伤作用，并研究了其可能的相关机制，Liu等［9］于2002年首次发现声动力在直接杀伤肿瘤细胞的同时可能诱导其凋亡。他们将S180腹水瘤细胞接种于小鼠腹腔，1周后将小鼠随机分为四组：空白组、单纯超声组、单纯血卟啉组及超声加血卟啉组，经过相应的处理后进行细胞形态结构观察，在光镜下即可观察到超声加血卟啉组的细胞出现了凋亡形态学特征，包括泡状突起，核物质凝集等。在PI/HO双染荧光显微镜观察下也可以很明显地看到超声加血卟啉组细胞出现了早期凋亡及晚期凋亡的染色特征，而其他三组并没有表现出这些变化。随后他们再次进行了相似的实验［10］，并且发现声动力组细胞结构发生了变化，细胞色素C氧化酶活性的改变，这些都是造成细胞凋亡的重要因素，由此他们提出超声激活血卟啉杀伤肿瘤细胞可能存在细胞凋亡模式，虽然其诱导凋亡的具体分子生物学机制及相关凋亡通路未予涉及，但是在声动力诱导肿瘤细胞凋亡的研究方面迈出了创新性的一步。

2005年，刘全宏等［11］利用超声激活血卟啉衍生物作用于艾氏腹水肿瘤细胞，探索声动力诱导肿瘤细胞凋亡的可能机制。他们用免疫细胞化学法检测了3种促细胞凋亡蛋白的改变，包括Bax、细胞色素C、caspase-3，同时检测了细胞内超氧化物歧化酶以及脂质过氧化物的活性，结果显示声动力组的3种蛋白表达均明显高于其他各组，并且声动力组的超氧化物歧化酶活性显著降低，脂质过氧化水平明显升高。根据以上结果首先明确了声动力可以促进艾氏腹水瘤细胞凋亡，而后通过对结果的归纳、分析，他们提出超声激活血卟啉衍生物诱导艾氏腹水瘤细胞凋亡与线粒体途径有关，而细胞内自由基的大量堆积很可能是启动细胞凋亡的信号之一。此实验不仅揭示了声动力诱导肿瘤细胞凋亡的现象，而且初步从分子生物学水平探索了其内在可能存在的机制和联系，最后得到了一个较为合理的结论，对更加深入地认识声动力促肿瘤细胞凋亡起到了承前启后的作用。

随后，Vykhodtseva等［12］为了明确声动力引起的细胞损伤主要是坏死还是凋亡而开展了一项实验。他们用聚焦超声结合造影微泡对兔脑进行处理，磁共振成像检查发现处理后的兔脑形成了一块损伤区域，将受损区域取材行DNA断裂的原位末端标记法法检测，发现凋亡细胞数目与坏死细胞数目之比＞6∶1，并且他们先前的实验［13］已经证实单纯超声处理兔脑引起的损伤主要是细胞坏死而非凋亡。在此之前虽然发现声动力可以引起细胞损伤并有细胞凋亡的存在，但并不明确细胞凋亡是否占主导地位，通过此实验，人们初步认识到声动力引起的细胞损伤主要是凋亡，它使得声动力疗法应用于临床的前景变得更加明亮。

Li等［14］于2008年以超声激活血啉甲醚作用于C6胶质瘤细胞的方法研究声动力。他们用流式细胞技术检测细胞凋亡，结果显示声动力组细胞凋亡率达到38%，远高于其他各组。他们还发现血啉甲醚介导的声动力可以影响细胞周期，经声动力处理的胶质瘤细胞S期比例升高，同时G0/G1期、G2/M期比例下降，这提示声动力处理可使C6胶质瘤细胞滞留于S期到G2期，从而影响其增殖。此实验用流式细胞技术检测凋亡并得到了细胞周期的变化，这让人们对声动力诱导肿瘤细胞凋亡有了更深层次的认识。

次年，Dai等［15］同样用超声激活血啉甲醚作用于C6胶质瘤细胞的方法研究声动力促凋亡的作用，流式细胞技术检测凋亡结果显示声动力组细胞凋亡率显著高于其他各组，随后他们用Western-blot法检测了凋亡相关蛋白的变化情况，包括 Bcl-2、Bax、caspase-9、caspase-3、Fas、FasL。结果显示相比于其他各组，声动力组 Bcl-2、FasL 表达减少，Bax、caspase-9、caspase-3 表达增加，Fas表达没有变化，通过以上结果得知，Fas、FasL这两种外源性凋亡通路相关蛋白与声动力促C6胶质瘤细胞凋亡无关。由此他们指出声动力的促凋亡作用更加倾向于通过内源性通路来发挥作用。

Harada等［16］以黑素瘤细胞为对象进行研究，包括体内实验和体外实验，结果显示二氧化钛介导的声动力疗法都能明显促进黑素瘤细胞的凋亡。Xiang等［17］和Zhao等［18］分别以卵巢癌细胞和白血病细胞为实验对象进行声动力的研究，也都得到了类似的结果。同年Li等［19］在用声动力处理鼠神经胶质瘤细胞时发现，经过声动力处理后细胞内钙离子浓度明显升高。Jin等［20］利用原子动力显微镜观察以血啉甲醚介导的声动力疗法对鼻咽癌细胞的作用，结果显示相比于其他各组，声动力组的细胞凋亡率明显升高，他们观察到细胞的膜结构和细胞骨架都遭到破坏并且细胞膜电位也发生改变，导致线粒体膜受损和钙离子通道发生变化，最终推断这些变化导致了细胞凋亡。

4 结语

自“声动力疗法”这一概念提出，经各国专家学者大量实验论证，已明确其拥有良好的抗肿瘤作用，且具有选择性好、不良反应小的特点，现普遍认为声动力疗法是一种极具临床应用前景的肿瘤治疗新方法。尤其值得关注的是近年来开展的对声动力促肿瘤细胞凋亡的研究工作，从发现这一现象到在分子生物学水平探索其机制和原理，取得了不菲的成绩。但是，到目前为止，在声动力促细胞凋亡这一领域尚未有更加深入的研究，且其明确、精细的机制还未被阐述，因此依然任重道远。然而，有理由相信，在广大科研工作者的不懈努力下，声动力促肿瘤细胞凋亡的明确机制终会得以揭示，而声动力疗法也终将给广大肿瘤患者带来福音。

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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 编辑：潘雪