超声微泡在肿瘤分子成像和治疗中的应用研究

欧阳紫兰 综述，邱丽华，高 志 审校

（重庆医科大学附属口腔医院口腔颌面外科／重庆市口腔疾病与生物医学研究中心 400015）

随着现代生物医学工程的不断发展，人类对医学诊断及治疗的技术不断完善，同时对其要求也逐步提高。在超声医学领域，超声微泡（ultrasound microbubbles，UM）是近年来发展速度较快的新型超声造影剂（ultrasound contrast agent，UCA），其实质是一种内含气体的微球，通过改变组织的超声特性提高诊断的灵敏度和特异性，可实现从分子水平对疾病进行精确诊断［1-2］，现已成为超声医学的热门课题。

自1968年有学者首次报道用吲哚菁绿和生理盐水／葡萄糖水制作的小气泡可增强心脏超声显影以来，其研究历史已有40余年，现已用于多种器官造影成像的实验研究［3-4］。此外，UM还被证实是药物和基因的良好、有效载体。载药微泡能显著提高靶部位的药物浓度，减少全身毒副作用；载基因微泡则能明显提高局部组织细胞的基因转染和表达［5-6］。目前，利用UM造影剂对体内组织、器官的微观病变进行分子成像，对疾病诊断、治疗及药物递送系统的深入研究均具有非凡的意义［7-8］。

1 UM概述

近年来，UM因其安全、高效、简便、无创等众多优点，在肿瘤显影与药物、基因治疗等方面展现了巨大的应用潜力及实用价值。随着纳米技术的发展，UM与纳米技术的结合已成为研究热点。纳米级UM穿透性高、稳定性强，具有聚集成像特性，能增加转染效率，为肿瘤诊断及治疗带来新希望和新方向［9-11］。

“空化效应”是其最重要的作用机制，也是液体中高强度超声应用的基础。在超声波作用下，微泡向血管壁移动并黏附，高频声波可使微泡产生不对称的膨胀和收缩，然后破裂、振动，瞬间释放能量，从而使得周围组织细胞受损，细胞壁和细胞膜出现可逆或不可逆的穿孔［12］。研究表明，UM可增加超声辐照时肝癌组织微血管的通透性，而微泡破裂引起的毛细血管破裂则有利于药物载体在靶组织中克服内皮屏障。

2 超声微泡造影及其应用

超声分子成像主要是因为微泡内含气体，利用声波对气体的反射远大于液体及微泡的非线性声学效应显影，进而达到诊断疾病的目的。近年来，应用UM进行肿瘤的超声造影成像（contrast-enhanced ultrasound，CEUS）已成为临床超声诊断方法中不可缺少的一部分［13-14］，UM分子成像技术也备受关注［15］。研究表明［9］，UM造影技术能有效增强多实质器官的二维灰阶显像，提高超声多普勒对血流信号的敏感性，提高肿瘤的分辨率，在肿瘤良、恶性的鉴别诊断上有重大意义。最近，Willmann等［16］利用双靶点靶向UM进行小鼠卵巢癌的显影，结果表明此种微泡能更多地聚集于靶区，增强肿瘤的成像效果，更利于肿瘤的及时诊断。

主动／特异性靶向UM，是经修饰处理后携带具有识别能力的抗体或其他配体的造影剂，可选择性地识别靶点并准确、特异地结合，达到靶向显影、给药治疗的目的。超声介导靶向微泡造影剂相较于普通微泡，能更好地聚集、结合至靶点，避免体内快速稀释，因此超声成像效果好、特异性强。研究表明，当组织处于炎症状态时，常表现为血管内皮细胞表面标志物异常，如P-、E-选择素表达迅速增多等，若能制备相应的抗体或配体，就能使超声微泡更高效地结合至靶点，从而达到无创性评价局部炎症程度的目的。

3 UM在介导药物或基因治疗肿瘤方面的研究应用

超声介导微泡造影剂不仅可以增强肿瘤显像效果，还可以对肿瘤进行靶向治疗。超声介导载基因／药物微泡在超声辐照下产生破裂，增强周围微血管壁和细胞膜的通透性（EPR效应），加强基因／药物传输效率，增强治疗效果，可用于人体多种恶性肿瘤的治疗［17-19］。

3.1 超声介导微泡破坏（UTMD） 研究表明，UTMD能靶向载送有治疗作用的基因或药物，利用“空化效应”提高局部药物浓度及基因转染率，延长药物的半衰期，减少用药量，减轻全身毒副反应，是一种新型的无创性靶向控释技术，现已成为研究热点。有学者将载入脂溶性药物的纳米微泡加入到体外培养的C32黑素瘤细胞中，结合超声辐照，结果实验组细胞胞质内的药物浓度是对照组的2倍。有报道指出，超声照射可使裸露DNA对血管内皮细胞的转染率增强10倍，倘若再联合UM造影剂则转染率可增强至3 000倍。

3.2 UTMD在肿瘤治疗中的应用 超声破坏微泡的过程中会出现相应的生物学效应，可诱导肿瘤细胞凋亡或增强其对治疗的敏感性，在相同辐照条件下，超声波对乳腺癌细胞的杀伤效应与微泡浓度呈正比关系。Aoia等［20］用超声波辐照使微泡破裂，结果将单纯疱疹胸腺激酶基因成功地导入肿瘤细胞中以利于肿瘤治疗。此外，UM联合基因治疗能够改变恶性肿瘤的表型，抑制肿瘤生长，改善局部微环境，增强抗肿瘤系统的功能。

众所周知，肿瘤的生长、发展与血供的好坏有着直接关系，而阻断其毛细血管的形成可导致肿瘤细胞缺血、缺氧，进而促使肿瘤细胞凋亡，抑制其生长、转移。Emoto等［21］指出，将携带TNP470（血管生成抑制剂）的UM定位至肿瘤血管内皮细胞上，再结合超声辐照，其肿瘤治疗效果明显增强。也有学者指出，UM在低频低功率的超声波辐照下，能促使血管内皮细胞破坏，导致血栓形成的活化，进一步引起血管栓塞，限制恶性肿瘤局部的血流，阻断组织供血。Duvshani等［22］将血管发生因子抑制剂输送到前列腺癌细胞内，结合治疗性超声的长时间辐照（20min），可明显抑制癌细胞的扩增并诱导其凋亡。

3.3 UM靶向治疗 UM靶向治疗的研究目前多集中于肿瘤等疾病。UM经修饰处理后结合具有靶向识别能力的抗体或其他配体，并通过各种方式携带药物、基因或细胞因子，然后特异性地结合至靶器官或靶组织并释放，通过UTMD及“空化效应”能有效地增强其治疗效果，并减少毒副作用的发生，是当下超声医学研究的热点之一。Tinkov等［23］将自制载阿霉素的脂质微泡结合超声照射应用于人肾癌细胞系，结果细胞的抗增殖能力比单纯使用阿霉素提高了3倍。

4 舌癌转移淋巴结的超声诊断及治疗

众所周知，舌癌多数为鳞状细胞癌（squamous cell carcinoma，SCC），是人类颌面部发病率最高的恶性肿瘤，且易发生颈部淋巴结及晚期远处转移［24］。舌癌患者一旦发生颈部淋巴结转移，则严重影响肿瘤的预后、TNM分期及治疗方案。目前临床上尚没有满意的诊断和治疗方法，尤其在治疗方面主要以破坏性手术为主，严重影响患者术后的生存质量。

国内外关于舌癌颈部淋巴结的无创定性检查一直备受关注，但关于UM在头颈部恶性肿瘤颈部淋巴结诊断中的应用研究却相对缺乏。在淋巴结的诊断方面，超声造影是临床上最常用的无创性影像学检查方法，经济简便，尤其在区分正常、炎性增生与肿瘤转移淋巴结方面有其独特优势。目前，已有国外报道指出，经皮注射UM可显影肿瘤转移的前哨淋巴结。这为今后研究舌癌颈部淋巴结提供了新思路及影像学基础。

如何维持转移灶内持续有效的药物浓度，一直是治疗口腔癌颈部转移淋巴结的重大课题。随着对超声介导靶向微泡载药物／基因的深入认识，行药物性颈淋巴结清扫的靶向化疗，即将淋巴靶向载抗癌药物／基因微泡运送到转移灶内，以提高局部化疗药物的浓度和持续作用时间，提高基因转染率，已成为肿瘤淋巴结治疗的研究热门。

5 展 望

随着UM作为新型载体可行性研究的逐步深入，UTMD技术增强基因转染及药物浓度机制认识的不断加深，超声介导靶向微泡在肿瘤诊断、治疗领域中的应用亦不断扩展。超声介导基因／药物微泡具有高效、微创、低毒、低免疫原性、可重复使用等突出优点，已成为肿瘤治疗中相当有潜力的新技术。但目前，尚缺乏关于靶向微泡应用于肿瘤诊断及治疗的大型动物模型的研究报道。因此，如何控制微泡的浓度、载药量和超声辐射的各参数，如何确保目标基因／药物在靶点安全、稳定、高效的表达等都是作者需要进一步解决的问题。此外，UTMD技术所产生的生物效应及机械效应对机体组织也会产生一定的不良反应。有报道指出［25］，微泡破坏会引起血管内溶血、局部组织出血以及含气组织与器官损伤等不良反应。另外，UM用于肿瘤诊断与治疗的研究大多还处在实验阶段，而将其实际应用于临床前还需进一步观察并提高其安全性、靶向性及稳定性。

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