TTFields治疗脑胶质瘤的实验研究和临床应用进展

杨建凯，杨吉鹏(综述)，焦保华(审校)

(河北医科大学第二医院神经外科, 河北 石家庄 050000)

肿瘤治疗电场(tumor treating fields，TTFields)是近些年来新出现的一种崭新的肿瘤治疗手段，其原理是使用中频低强度电场有效阻断肿瘤细胞有丝分裂，抑制肿瘤细胞增殖，杀伤肿瘤细胞；同时TTFields与化疗药物具有一定的协同作用，可增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。目前多项体内外实验均已证实TTFields对于脑胶质瘤具有强大的临床治疗作用，并经美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration，FDA)批准应用于复发胶质母细胞瘤和初诊胶质母细胞瘤的治疗[1]。现总结近10余年来TTFields的研究成果，系统阐述TTFields在抗肿瘤方面的作用机制、动物肿瘤生长抑制实验、治疗脑胶质瘤的临床实验进展及其应用前景，并进行综述。

1 TTFields抗肿瘤方面的作用机制

TTFields是通过向肿瘤区域输送中频低强度电场、协同传统治疗方法以达到更好治疗效果的新疗法，但其中具体的作用机制尚未完全清楚。之前，主流观点认为TTFields是新型的抗肿瘤有丝分裂治疗模式，当使用特殊的低强度(1～3 V/cm)和中频(≤200 kHz)电场，肿瘤细胞在有丝分裂过程中被破坏，不同的癌细胞系需调节为其特定的频率，而静止的细胞不受影响[2]；随后有研究证实TTFields在细胞分裂时阻止细胞增殖和破坏细胞，前者表现为干扰有丝分裂纺锤体的正确形成，后者导致有丝分裂细胞迅速解体，这2种效应都是频率相关、与特定场对分裂单元内电荷和偶极子施加的计算定向力一致[3]。

最近的研究表明，TTFields可以改变细胞膜的结构，从而改变细胞膜的通透性，进而提高化疗药物的渗透率，以达到更好的治疗疗效[4]。此机制可通过增加TTFields暴露的生物发光剂或细胞膜膜结合剂(如葡聚糖-FITC)来间接反映膜通透性的改变，之后通过扫描电子显微镜直观观察。有进一步研究表明，TTFields暴露导致细胞膜上生物发光和膜孔的改变，在交替电场停止24 h后得到恢复，从而证明其导致的膜通透性改变是可逆的，这使之前有关TTFields与其它因素的相协同作用得到更好的解释，对胶质母细胞瘤和其他癌症联合治疗方案的设计具有深远意义，并对这些此类疾病治疗规范的制定有显著影响。Shteingauz等[5]研究发现，TTFields诱导自噬上调依赖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关蛋白7的缺失抑制自噬上调，也抑制对TTFields治疗敏感的细胞，这表明癌细胞利用自噬作为对TTFields的抵抗机制。有研究结果表明，自噬的激活有助于TTFields介导的体外或体内抗多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme，GBM)活性，TTFields治疗可上调几种自噬相关基因并诱导细胞形态学改变，其诱导的GBM自噬与通过雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)/p70S6K途径降低Akt2表达相关[6]。

研究表明TTFields对多种恶性肿瘤细胞系，如人神经胶质瘤U87细胞、人乳腺癌MDA231细胞、人恶黑Patrieia细胞等，均有明显的抗肿瘤增殖作用[3]。TTFields以细胞系依赖的方式刺激Ca2+进入，使细胞停止于有丝分裂的G或S期，伴有线粒体内膜电位破坏和DNA降解，导致克隆细胞生存率下降[7]。在非小细胞肺癌细胞系中，TTFields通过下调乳腺癌1号基因信号和降低DNA双链断裂修复能力，引发对电离辐射的条件易感性[8]。总之，多项报道均证实，TTFields以场强度和频率依赖的方式减少不同胶质瘤细胞株的增殖，且具有电场换相时间的依赖性。

2 TTFields的动物肿瘤生长抑制实验

TTFields的早期动物实验表明，中频低场强交变电场对多种肿瘤细胞增殖具有抑制作用，其机制与电场的作用频率、强度、时间、方向和肿瘤细胞的类型相关。Kirson等[9]描述了通过植入电极应用TTfields对小鼠皮内恶性黑色素瘤的影响，采用不同频率的单向TTfield治疗小鼠5 d，肿瘤大小较对照组减小，增加TTfields方向的数量也明显抑制肿瘤生长。Kirson等[9]同时比较了Fischer大鼠颅内接种胶质瘤细胞实验，外用几何匹配电极加温度治疗6 d，表明最佳抑制频率为200 kHz，电压为2 V/cm。对TTfields在健康动物的安全性研究表明，对新西兰兔子的胸部施加TTfields，在整个暴露期间和暴露后，心率或节律没有变化。为了测试慢性TTfields的安全性，在新西兰兔子的头部或胸部使用TTfields，经过1个月的随访，所有动物都被杀死，检查主要器官的样本，所有动物均未发现治疗相关毒性。随后在小鼠、豚鼠、兔、犬、恒河猴等的动物模型实验证实，同样可看到TTFields能够抑制肿瘤生长、减少病灶的转移和扩散的作用[10-11]。

3 TTFields治疗脑胶质瘤的临床实验进展

Stupp等[12]研究结果表明TTFields治疗脑胶质瘤肿瘤有效性、安全性较单纯化疗高，其治疗后严重并发症也较少。由于TTFields单独治疗与替莫唑胺化疗拥有相同的治疗效果，且没有严重的肝肾和神经系统不良反应，美国FDA于2011年4月批准了TTF用于治疗复发的胶质母细胞瘤。

前瞻性随机3期临床试验(EF-14)评估TTFields在新诊断的胶质母细胞瘤初始治疗中的应用，研究评估了TTFields联合替莫唑胺化疗，对新诊断的胶质母细胞瘤患者的无进展生存期和总生存期的影响。该研究为随机、开放性临床试验，结果显示TTFields联合替莫唑胺化疗组较单一替莫唑胺化疗组的中位无进展生存期和中位总生存期显著延长，此结果使FDA 2015年10月批准电场疗法联合替莫唑胺用于治疗新诊断的胶质母细胞瘤。随后2017年研究结果得出的结论是，在术后标准化放化疗的胶质母细胞瘤患者随机临床试验的最后阶段， 采用TTFields联合替莫唑胺化疗，与单一替莫唑胺化疗相比，前者的无进展生存期和总生存期获得显著改善[13]。

2017年有报道第1例儿童胶质母细胞瘤成功接受TTFields治疗的病例，表明TTFields在阻止此患儿儿童胶质母细胞瘤复发方面发挥了重要作用，且没有明显的不良反应[14]。Green等[15]报告了5例高级别胶质瘤患儿接受TTFields治疗联合化疗和(或)放射治疗的可行性，其中2例在第2次复发时开始TTFields治疗，出现肿瘤进展；2例在放射治疗后预先接受TTFields治疗，均显示出部分反应；1例在第1次复发时接受治疗，也显示出部分反应。所有5例患者均能很好地耐受TTFields，而无限制治疗的毒性反应。

有关靶向药物与TTFields联合治疗胶质母细胞瘤的实验研究目前不多。索拉非尼是抗增殖和凋亡的药物，被用作胶质母细胞瘤的一线治疗药物，在和TTFields联合治疗时可使胶质母细胞瘤细胞对TTFields敏感，机制是通过生成活性氧物种加速细胞凋亡[16]。采用TTFields的分割治疗方案，在保持疗效的同时可以缩短治疗时间。临床研究显示，TTFields对肿瘤细胞的影响在3～12 h/d的治疗时间内高于正常细胞，但在24 h/d的治疗时间内差异变得很小[17]。相比化疗、放疗引起的不良反应，其不良反应小更易让患者接受，故其应用前景较大。

4 TTFields的临床不良反应

应用TTFields最常见的不良反应是电极片接触部位的皮肤不良反应，但所有的皮肤不良反应都是可逆的。其他不良反应包括头痛(3%)、肌肉抽搐(1%)、全身乏力(2%)、跌倒(1%)。Kirson等[9]报道胶质母细胞瘤患者因肿瘤细胞放电导致出现癫痫部分性发作，在连续服用抗癫痫药后发现肝功能下降，但全血细胞计数、凝血功能和电解质等生化指标未见异常。TTFields长期治疗后，消化系统及血液系统的毒性反应发生率仅为4%和3%，感染的发生率不足4%，远低于常规化疗患者。故TTFields治疗的最主要不良反应是皮肤局部反应，这也是导致胶质母细胞瘤患者接收TTFields治疗依从性降低的主要原因，因此加强TTFields治疗期间的预防，积极对症处理及降低皮肤不良反应的发生率是我国下一步推广TTFields治疗的重点[18]。

TTFields治疗期间皮肤不良反应的预防措施主要包括：①推荐使用电动剃刀剃头，降低皮肤割伤风险；②剃头后使用刺激性小的洗发水进行清洗；③黏贴及去除电极前后需洗手并清洁头皮。其治疗措施主要包括：①局部发生皮炎时推荐涂抹糖皮质激素；②由于大部分药膏中含油脂成分，故残留在头皮上的药膏务必用生理盐水清洗干净，并保持干燥，否则会影响皮肤与电极的接触效果，干扰TTFields发挥作用；③当皮肤出现感染时，推荐应用抗生素，可选用莫匹罗星软膏、多黏菌素B软膏，不推荐使用含新霉素的软膏，以免诱发接触性皮炎。

5 TTFields治疗脑胶质瘤的前景

TTFields已被证实在肿瘤细胞分裂时阻止细胞增殖和破坏细胞，越来越多的证据表明其可通过刺激肿瘤微环境中的免疫反应发挥作用[19]。与细胞毒性化学疗法等其他治疗方式相比，TTFields疗法的优点包括其无创性和提高生活质量。TTFields与替莫唑胺等化疗药物的联合使用提高了胶质母细胞瘤对化疗的敏感性，但是并未发现叠加的肝肾或神经系统毒性反应。2018年12月，我国国家卫健委《脑胶质瘤诊疗规范》(2018年版)在治疗中推荐TTFields用于新发胶质母细胞瘤和高复发级别脑胶质瘤。目前研究显示其安全有效，推荐用于新发胶质母细胞瘤(1级证据)和复发高级别脑胶质瘤的治疗(2级证据)。

胶质母细胞瘤尽管有一线化疗药物(如替莫唑胺等)治疗，但几乎所有患者均会很快经历肿瘤的复发，胶质母细胞瘤平均进展时间为6～11个月，预后不佳。TTFields是非常有前景的肿瘤治疗手段，不光针对脑肿瘤，对卵巢癌、肺癌、乳腺癌、胰腺癌均有效，以不良反应低、临床效果佳的特征正式写入了最新美国国立综合癌症网络指南中。未来的研究应建立与其它现有抗癌方法的最佳组合，这可能为脑胶质瘤患者提供额外的生存获益。而且，目前其临床费用较高，期望在不久的将来可以降低价格，纳入保险，为更多患者带来新的希望。