超声治疗前列腺癌的免疫效应

徐卫平(综述),申 锷,胡 兵※(审校)

(1.上海交通大学附属第六人民医院超声医学科/上海超声医学研究所，上海 200233；2.上海瑞金医院集团闵行区中心医院超声科，上海 201199)

前列腺癌是欧美国家男性泌尿生殖系统最常见恶性肿瘤之一，肿瘤病死率居第二位[1]。近年来，高脂饮食、人口老龄化等是前列腺癌高发的原因，我国前列腺癌的增长势头迅猛。传统的治疗方法包括手术、放疗、化疗、内分泌治疗，但效果不能令人满意，迫切需要更安全有效的治疗方法。随着超声技术的飞速发展，超声在前列腺癌的诊断中发挥了巨大的作用，近年来超声作为非侵入性微创的治疗手段，在前列腺癌治疗中的作用也成为研究的热点。离体和在体的试验均表明，超声可杀灭肿瘤细胞，破坏肿瘤组织，降低肿瘤微血管密度，抑制肿瘤血管生长及组织增殖[2-4]。许多研究表明，超声治疗前列腺癌的机制主要是热效应和空化效应，还能诱发机体的免疫反应，这对杀灭残留癌细胞将起到一定的作用[2,5-6]。本文通过阐明超声治疗前列腺癌与免疫反应的关系，以进一步提高超声治疗前列腺癌的价值。

1 高强度聚焦超声

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)目前已应用于临床，是超声治疗肿瘤的一种微创方法。HIFU利用压电晶体发射超声波，将能量聚集在靶组织上，致其凝固性坏死(靶区焦点温度瞬间可达65～100 ℃)，从而达到原位灭活肿瘤的目的，对靶区周围正常组织没有显著影响。

20世纪50年代，科学家们提出用HIFU从体外对患者进行无创性手术治疗的设想，随后的数十年内人们对HIFU的组织效应进行了大量的研究，并深入开展了一系列HIFU治疗肿瘤的试验及临床研究，结果表明，HIFU技术可用于治疗子宫肌瘤、乳腺癌、恶性骨肿瘤、软组织肉瘤、肝癌、胰腺癌以及前列腺癌等[7]。自Foster等[8]将HIFU首次用于治疗前列腺癌以来，众多学者从不同的方面进行研究，已经取得了可喜的成绩。HIFU治疗局限性前列腺癌有较好的控制率，特别可用于第一次治疗失败或治疗后复发的病例[9-10]。随着研究的深入，人们惊奇地发现，HIFU治疗前列腺癌后，随着原发灶愈合，转移灶也自行消退，复发率也显著降低，提示HIFU治疗肿瘤可以增强机体的抗肿瘤免疫反应，诱发宿主细胞的主动免疫[11-12]。

研究表明，HIFU治疗前列腺癌引起聚焦区靶细胞坏死，而周围亚致死区T淋巴细胞及其亚群、细胞因子(如白细胞介素2、干扰素γ、肿瘤坏死因子α)等显著增多，说明HIFU改变了前列腺癌组织的抗原性，增强了系统的抗肿瘤免疫[13]。树突状细胞是目前所知功能最强的抗原呈递细胞，它能高效地摄取、加工处理和抗原呈递，未成熟树突状细胞具有较强的迁移能力，成熟树突状细胞能有效激活初始型T细胞，处于启动、调控、并维持免疫应答的中心环节。Liu等[14]研究显示，HIFU治疗前列腺癌可促进原位树突状细胞的激活；HIFU治疗前列腺癌时用稀疏扫描的方式比密集扫描方式能更有效地增强树突状细胞渗透入肿瘤组织并促进树突状细胞的成熟；HIFU治疗前列腺癌可通过激活树突状细胞增强机体免疫反应而达到抗肿瘤作用。陈照阳等[15]采用经直肠HIFU对32例前列腺癌患者进行治疗，观察治疗后患者近期外周血T淋巴细胞及其亚群和辅助性T细胞因子的变化，发现外周血CD4+T细胞数量百分比及CD4+/CD8+比值显著升高，细胞因子白细胞介素2、干扰素γ水平显著增高，白细胞介素4、白细胞介素10水平显著降低，说明经直肠HIFU治疗前列腺癌可以在近期内改善患者机体免疫功能。由此可见，HIFU治疗前列腺癌不仅在聚焦区能原位灭活癌组织，而且能增强机体的免疫应答，提高整体治疗效果。

2 超声微泡造影剂

超声微泡造影剂由气体核心及包封气体的壳膜材料构成，由于其直径为微米级甚至纳米级，可以顺利通过肺循环到达全身组织器官，微泡的特殊生物特性决定它不仅是一种良好的超声显像对比剂，而且是一种重要的药物递送及基因转染载体，开创了无创超声诊断和治疗的新领域[16]。

微泡可装载免疫治疗药物，从而使癌细胞成为更好的免疫靶子。通过微泡将编码肿瘤相关抗原的基因转导到肿瘤细胞内表达，可提高肿瘤的免疫原性，从而增强宿主抗肿瘤的免疫应答。Haag等[17]研究表明，微泡包裹人雄激素受体反义寡核苷酸能靶向治疗前列腺癌。De Temmerman等[18]研究小组发现，微泡包裹信使RNA复合物能充当合适、安全、有效的树突状细胞转染工具，启动机体细胞免疫，从而实现免疫治疗目的。微泡表面可结合补体，与配体特异性相互作用，通过体液免疫提高机体免疫原性[19]。

微泡在超声波辐射的触发下，不断地压缩和膨胀，当声能达到一定强度时，可导致微泡破裂，微泡破裂可以降低超声空化效应阈值，增强空化效应，这种空化效应既可使肿瘤细胞因膜的活动性加强而使肿瘤抗原暴露出来，同时也使细胞质和细胞核内的抗原呈现于细胞表面，这就改变了肿瘤组织的免疫原性，加强了机体对肿瘤组织的免疫反应[8,10]。由于空化作用伴随发生的冲击波、射流对细胞的作用，使细胞膜通透性增加，大分子物质可以进入细胞，这种现象称为“声孔效应”。声孔效应是“超声增强药物传递”和“超声基因疗法”的重要物理基础。声孔效应可以促进免疫细胞因子进入肿瘤组织内，调控免疫平衡。Zolochevska等[20]发现,声孔效应能促进白细胞介素27调控前列腺癌细胞的生长。

3 低频超声

低频超声一般是指频率范围在20～1000 kHz的声波，具有在组织中易穿透、衰减低、声能吸收少等特点，临床上在溶栓、骨关节病、软组织损伤以及抗感染和炎症等疾病的治疗中有较为肯定的作用。近年来低频超声在肿瘤治疗中的研究不断深入，它可以增加细胞膜通透性，诱导肿瘤细胞凋亡，抑制肿瘤细胞增殖。低频超声与化疗药物联合应用可提高化疗药物的敏感性，低频超声与微泡造影剂合用，可以通过增强空化效应等栓塞肿瘤血供，或以靶向释放药物或基因的方式治疗肿瘤，因此低频率、低功率超声联合微泡抑制肿瘤作用成为研究热点[21]。上海交通大学附属第六人民医院超声科前期研究表明，低频超声联合微泡能显著促进前列腺癌细胞凋亡，降低肿瘤微血管密度，抑制裸鼠人前列腺癌皮下移植瘤的生长[4]。

早在20世纪90年代，Khodareva等[22]就发现低频超声能刺激免疫记忆细胞，产生特异性的免疫应答。Tezel等[23]通过经皮局部应用破伤风类毒素后发现，低频超声可激活皮下免疫细胞，特别是郎格汉斯细胞，抗原呈递，迁徙到局部淋巴结，引起免疫系统应答反应。Dahlan等[24]也发现低频超声是皮下免疫反应产生的佐剂。由此可见，低频超声具有免疫刺激效应。

Scarponi等[25]在研究低频率、低功率超声(42 kHz，0.15 W/cm2)对离体培养的人角质细胞和树突状细胞的活性及免疫功能的作用时发现，低频率、低功率超声并没有影响角质细胞细胞外信号调节激酶活性、细胞存活率、黏附分子的表达以及免疫调控因子的释放，也没有改变树突状细胞膜表型、细胞因子属性以及抗原呈递能力；当低频率超声功率增加到5 W/cm2时，不但增加了角质细胞和树突状细胞凋亡率，还能促进角质细胞释放白细胞介素，激活细胞外信号调节激酶以及树突状细胞CD40的表达，可见5 W/cm2的低频超声能改变离体角质细胞及树突状细胞的免疫功能。

4 小 结

超声治疗前列腺癌是一种无创性的理想方法，在杀死肿瘤细胞的同时直接或间接增强机体的免疫反应。HIFU已应用于临床，大量治疗结果表明，HIFU治疗后可刺激机体免疫系统，对人体免疫反应产生一定的促进作用。微泡可装载免疫药物或免疫基因，特异性结合靶细胞，提高机体免疫应答；微泡也可以通过降低低频超声空化阈值，增加细胞膜通透性，调控免疫平衡，增强低频超声的免疫作用。目前对于HIFU治疗前列腺癌及其免疫反应的研究比较深刻而透彻，而对于低频率超声联合微泡对前列腺癌及其免疫反应的研究较少，为今后进一步的研究指明了方向。

[1] Jemal A,Siegel R,Ward E,etal.Cancer statistics,2006[J].CA Cancer J Clin,2006,56(2):106-130.

[2] Van Leenders GJ,Beerlage HP,Ruijter ET,etal.Histopathological changes associated with high intensity focused ultrasound(HIFU) treatment for localised adenocarcinoma of the prostate[J].J Clin Pathol,2000,53(5):391-394.

[3] Sibille A,Prat F,Chapelon JY,etal.Extracorporeal ablation of liver tissue by high-intensity focused ultrasound[J].Oncology,1993,50(5):375-379.

[4] 王宇,张吉臻,刁雪红,等.低频超声辐照联合微泡抑制裸鼠人前列腺癌移植瘤的实验研究[J/CD].中华医学超声杂志:电子版,2011,8(5):940-949.

[5] Man YG,Gardner WA.Focal degeneration of basal cells and the resultant auto-immunoreactions:a novel mechanism for prostate tumor progression and invasion[J].Med Hypotheses,2008,70(2):387-408.

[6] Finley DS,Pouliot F,Shuch B,etal.Ultrasound-based combination therapy:potential in urologic cancer[J].Expert Rev Anticancer Ther,2011,11(1):107-113.

[7] 周永昌,郭万学.超声医学[M].5版.北京：科学技术文献出版社,2006.

[8] Foster RS,Bihrle R,Sanghvi NT,etal.High-intensity focused ultrasound in the treatment of prostatic disease[J].Eur Urol,1993,23 Suppl 1:29-33.

[9] Keshavarzi A,Vaezy S,Noble ML,etal.Treatment of uterine leiomyosarcoma in a xenograft nude mouse model using high-intensity focused ultrasound:a potential treatment modality for recurrent pelvic disease[J].Gynecol Oncol,2002,86(3):344-350.

[10] Uchida T,Sanghvi NT,Gardner TA,etal.Transrectal high-intensity focused ultrasound for treatment of patients with stage T1b-2n0m0 localized prostate cancer:a preliminary report[J].Urology,2002,59(3):394-398.

[11] Rosberger DF,Coleman DJ,Silverman R,etal.Immunomodulation in choroidal melanoma:reversal of inverted CD4/CD8ratios following treatment with ultrasonic hyperthermia[J].Biotechnol Ther,1994,5(1/2):59-68.

[12] Wu F,Wang ZB,Lu P,etal.Activated anti-tumor immunity in cancer patients after high intensity focused ultrasound ablation[J].Ultrasound Med Biol,2004,30(9):1217-1222.

[13] Kramer G,Steiner GE,Gröbl M,etal.Response to sublethal heat treatment of prostatic tumor cells and of prostatic tumor infiltrating T-cells[J].Prostate,2004,58(2):109-120.

[14] Liu F,Hu Z,Qiu L,etal.Boosting high-intensity focused ultrasound-induced anti-tumor immunity using a sparse-scan strategy that can more effectively promote dendritic cell maturation[J].J Transl Med,2010,8:7.

[15] 陈照阳,吕军,胡卫列,等.高强度聚焦超声治疗对前列腺癌患者机体免疫功能的影响[J].广东医学,2008,29(5):783-785.

[16] Tinkov S,Bekeredjian R,Winter G,etal.Microbubbles as ultrasound triggered drug carriers[J].J Pharm Sci,2009,98(6):1935-1961.

[17] Haag P,Frauscherb F,Gradl J,etal.Microbubble-enhanced ultrasound to deliver an antisense oligodeoxynucleotide targeting the human androgen receptor into prostate tumours[J].J Steroid Biochem Mol Biol,2006,102(1/5):103-113.

[18] De Temmerman ML,Dewitte H,Vandenbroucke RE,etal.mRNA-Lipoplex loaded microbubble contrast agents for ultrasound-assisted transfection of dendritic cells[J].Biomaterials,2011,32(34):9128-9135.

[19] Chen CC,Borden MA.The role of poly(ethylene glycol) brush architecture in complement activation on targeted microbubble surfaces[J].Biomaterials,2011,32(27):6579-6587.

[20] Zolochevska O,Xia X,Williams BJ,etal.Sonoporation delivery of interleukin-27 gene therapy efficiently reduces prostate Ttumor cell growth in vivo[J].Hum Gene Ther,2011,22(12):1537-1550.

[21] 董虹美,王志刚.低频超声在肿瘤治疗中的研究进展[J].临床超声医学杂志,2009,11(9):616-618.

[22] Khodareva SA,Siziakina LP.The role of macrophages in mediating the immunostimulating effects of low-frequency ultrasound[J].Zh Mikrobiol Epidemiol Immunobiol,1991(1):70-71.

[23] Tezel A,Paliwal S,Shen Z,etal.Low-frequency ultrasound as a transcutaneous immunization adjuvant[J].Vaccine,2005,23(29):3800-3807.

[24] Dahlan AH,Alpar HO,Stickings P,etal.Transcutaneous immunisation assisted by low-frequency ultrasound[J].Int J Pharm,2009,368(1/2):123-128.

[25] Scarponi C,Nasorri F,Pavani F,etal.Low-frequency low-intensity ultrasounds do not influence the survival and immune functions of cultured keratinocytes and dendritic cells[J].J Biomed Biotechnol,2009,2009:193260.