热疗在骨肉瘤治疗的应用

王建军,潘 佳,李艳华,程传耀,周 芳

河南大学淮河医院 肿瘤科，河南 开封 475000

热疗在骨肉瘤治疗的应用

王建军,潘 佳,李艳华,程传耀,周 芳

河南大学淮河医院 肿瘤科，河南 开封 475000

热疗对骨肉瘤治疗的机制主要包括：诱导肿瘤细胞凋亡、直接导致死亡和提高对肿瘤免疫；从临床与体外实验方面说明热疗对骨肉瘤治疗作用；热疗与化疗协同应用；热灌注化疗在临床方面的应用。

骨肉瘤;热疗;耐药

骨肉瘤是发生在骨的恶性肿瘤，多发生在青少年，发生部位多见于长管状骨的干垢端，是青少年致死致残率较高的疾病。随着治疗方法的进步，骨肉瘤的预后已经有很大改善，但是寻找一种既能有效杀死局部病灶肿瘤细胞又能最大化保留肢体关节功能的治疗方法，一直是骨肿瘤研究的热点和难点。热疗在胃肠道恶性肿瘤中的应用，有了较好的效果。由于骨肉瘤的肿瘤发生部位及肿瘤治疗要求特点，我们对热疗在骨肉瘤治疗机制及方法上进行了总结。

1 热疗杀伤肿瘤细胞的机理

1.1 热疗加速肿瘤细胞的凋亡

高热可以抑制 DNA、RNA 及蛋白质的合成。 高热可以损害细胞膜的正常功能，使细胞膜的通透性发生改变，引起蛋白外溢，核染色质结构发生改变，导致癌细胞的死亡。Hou等[1]对骨肉瘤细胞株热疗引起的凋亡进行了深刻入研究，得出以下结论：高温诱导的细胞凋亡引起线粒体功能障碍，高温降低了线粒体膜电位，并增加了细胞色素C从线粒体到细胞质的释放；热疗还大幅增加Bax表达，降低Bcl-2的表达，引起Bcl-2/Bax比值的增大，促进细胞凋亡；热疗触发caspase的激活和诱导骨肉瘤细胞凋亡；热疗诱导活性氧的积累促进细胞凋亡；热疗引起了一些内质网应激标志物(细胞内钙离子)水平升高，内质网应激的未折叠或错误折叠的蛋白质积累，可损伤细胞。受到各种刺激，未折叠或错误折叠蛋白积累触发内质网应激的发作，而过多的内质网应激触发细胞死亡。

1.2 对肿瘤血管的影响

肿瘤的血管、血流状态与正常组织显著不同，由于肿瘤组织血管生长畸形、结构紊乱，毛细血管受压并有血窦形成，受热后成为一个热储器，致使热疗时肿瘤部位温度高于邻近正常组织 3～5 ℃。这种选择性加热现象导致温度差，保证了肿瘤局部加热到 40～43 ℃ 时能大量杀灭肿瘤细胞而又不损伤正常组织细胞，产生选择性杀灭肿瘤的热疗效果。Neprina等[2]研究提示，对于下肢的骨与软组织恶性肿瘤进行热疗，热疗温度为43 ℃，肿瘤体积缩小，患者痛疼症状减轻。动物实验提示，周围正常组织，骨组织的光镜下结构未见明显改变。Shimose等[3]的研究中，62例患者均接受新辅助治疗，包括热疗(42～45 ℃，60 min)、柔红霉素30～50 mg/m2，6次输注；温热治疗结束后，伽玛刀治疗，20～36 Gy ，其次是手术治疗。手术病理提示：主要大、中血管血栓形成的微循环瘀滞，血管内膜内皮细胞损伤和坏死，血管壁的变化主要出现在肿瘤中心区。肿瘤周边部位，肿瘤血管受损范围从10.6%到61.7%，平均29.7%；在肿瘤大部坏死部位，肿瘤血管损坏34.5%～72%(平均49.46%)，血管损坏主要表现血管瘀滞、血栓形成；10例骨肉瘤组织坏死100%的病例，平均无血管56.05%。在对照组中，2.85%～73.4%(平均21.69%)的血管对微循环有损害。研究表明，热疗还通过抑制肿瘤源性的血管内皮生长因子及其产物的表达，阻碍肿瘤血管内皮细胞增生及细胞外基质的再塑，抑制肿瘤生长及转移。

1.3 提高机体免疫力

肿瘤发生、侵袭及转移取决于机体免疫功能状态。局部热疗可以提高机体的免疫力。可溶性白细胞介素-2(IL-2)受体是重要免疫封闭因子，正常情况下IL-2与细胞膜上的IL-2受体结合后启动IL-2受体阳性免疫细胞的增殖活化，抑制肿瘤细胞的分裂生长。白细胞介素-6 (AIL-6)是一种多功能的细胞因子，主要来源于单核巨噬细胞，部分来自于T细胞、B细胞和血管内皮细胞，在机体防御机制中起重要的作用。Nakano等[4]研究发现，通过对79例骨恶性肿瘤热疗，热疗后检测细胞亚群、L-2、可溶性IL-2R，发现热疗后机体免疫状态好转。Kubista等[5]在研究热疗与自然杀伤细胞与骨肉瘤的关系中得出：热处理会影响其敏感性自然杀伤细胞(NK细胞)介导的溶解，把富集分离纯度为85%～97%的NK细胞,在42.5 ℃，90 min与骨肉瘤细胞株共培养，与对未加热细胞株杀伤溶解率分别为3.1%～13.7% 、16.9%～27.9% (P=0.021)。研究结果表明热疗增加骨HSP72表达和NK细胞介导的杀伤敏感性。

1.4 热休克蛋白

热休克蛋白是生物受到环境中物理、化学、生物、精神等刺激时发生应激反应而合成的蛋白质。加热可以提高热休克蛋白的表达。热休克蛋白种类有HSP 100家族 、HSP 90家族、HSP70家族、HSP 60家族、小分子量HSP家族。Uozaki等[6]通过60例骨肉瘤临床患者的术前活检病理检查与手术后病理检查，进行预后分析发现，HSP 72的表达与预后不良有关。Trieb等[7]研究了45例骨肉瘤临床病例，经过新辅助化疗，检测热休克蛋白与组织反应之间的关系，在良性和恶性骨肿瘤细胞质均发现Hsp60表达，在骨肉瘤细胞中的表达量增加；HSP 72表达显著升高在骨肉瘤(17%，45%，38%)与非恶性骨肿瘤相比(1%，34%，2.9%；P<001)。HSP72阳性的骨肉瘤患者比HSP 72阴性的患者新辅助化疗的反应更好(P<001)，共表达HSP 60的患者，与肿瘤大小相关(P<0.005)；免疫组化标记HSP 72表达似乎是一个骨肉瘤的预测因子，它的表达与对新辅助化疗反应较好有关。Trieb[8]另外研究了三株骨肉瘤细胞株，42 ℃作用3个细胞系测试，HSP 70的表达被发现在一个时间依赖性的上调；这项研究的结果表明热休克对人骨肉瘤细胞有抑制作用。

2 对骨肉瘤临床常用热疗的方法

2.1 热疗与化疗的协同作用

热疗与化疗药物可发挥协同抗肿瘤作用。对于特定的化疗药物而言，化疗与热疗的协同机制有一定的特殊性，但总而言之，可有以下共性机制:①热疗促进药物进入肿瘤细胞。药物在肿瘤细胞内达到一定有效药物浓度是发挥作用的前提。细胞通常可以通过药泵将药物泵出细胞外，保护细胞免受损伤。热疗可以促进药物通过细胞膜，进人细胞。②热疗促进药物诱发肿瘤细胞凋亡。很多化疗药物可以通过不同机制最终诱发细胞凋亡，热疗可以促进这一进程。③热疗易在肿瘤组织中心部位达到较高的温度，中心部位酸性环境下热疗更易诱发肿瘤细胞凋亡。肿瘤周边部位血供较多，化疗药物容易到达，对周边部位化疗具有优势。因此，热疗与化疗联合可覆盖肿瘤病灶的全部。Wan等[9]用体外实验验证了，骨肉瘤OS-732细胞系在不同温度处理后，顺铂和43 ℃的顺铂作用1 h，细胞凋亡率56.47%，发现随着温度升高有升高的趋势。说明热疗联合顺铂对骨肉瘤细胞株增强细胞毒性和诱导细胞凋亡，通过热化疗能提高肿瘤治疗效果。Takemoto等[10]用在动物实验骨肉瘤模型上对多种药物进行了热化疗实验，实验温度41.5 ℃，时间30 min，得出结论：烷化剂在高温下可能是多种肿瘤的首选药物。Debes等[11]在儿科常见肿瘤进行热化疗的体外实验，认为不同肿瘤细胞对不同的热反应是不同的，对不同的化疗药物反应也是不同的，对药物的联合反应也是不一样的。

2.2 局部热疗对骨肉瘤治疗的影响

微波消融(microwave ablation)是利用频率在300 MHz～300 GHz范围内的电磁波产生的超高频电磁场使生物组织中的极性分子(主要是水分子)发生高频往复振动，摩擦生热。医学中普遍采用的微波频率介于900 MHz～2.45 GHz。同射频消融一样，微波消融也被广泛地应用于骨肿瘤的治疗。不仅有实验探讨了CT引导下经皮穿刺微波消融术治疗髓部骨样骨瘤的可行性，微波消融还被广泛地应用到恶性骨肿瘤的保肢治疗等。Fan[12]用微波热疗体内照射79例恶性肿瘤。随访3 mom至50 mon(平均23 mon)，排除5例在治疗椎体恶性肿瘤的姑息治疗。在74例四肢恶性肿瘤患者中，术后4 mon～2 a发生肺转移12例,病理性骨折8例。单光子发射计算机断层扫描(SPECT)的研究表明，灭活瘤骨段血运重建可以在1 a或1 a以上完成。这些结果表明，使用微波热疗可以被认为是一个确切的治疗方法，这是安全的，耐受性良好。Lu等[13]用新辅助化疗，并术中微波加热恶性骨肿瘤患者。肿瘤位于股骨远端16例，胫骨近端5例，股骨干2例。病理诊断分别为骨肉瘤、软骨肉瘤、平滑肌肉瘤。肿瘤分期为II B型18例，II A 型6例，III B型3例。手术广泛切除软组织肿瘤，保护周围组织免受热损伤的铜网，并在手术中加热肿瘤骨50 ℃ 15 min。随访4～180 mon(平均57 mon)。5 a、10 a生存率分别为70.19%和54.83%。该方法的优点是，保持了肿瘤承重骨的形状和连续性，无需切骨和内固定，容易控制加热处理的时间和温度，有利于骨重建。

2.3 局部灌注热疗对骨肉瘤治疗的影响

将含化疗药物的高热液体体外灌注局部载瘤肢体(hyperthermic isolated regional perfusion，HIRP)的方法理论上具有良好的应用。HIRP作为一种术前辅助治疗，将高热及化疗药物局限于荷瘤肢体，一方而使肿瘤组织血管内的化疗药物浓度显著提高，使之在有限的空间内能够发挥最大的生物学效应，同时显著降低了全身循环中的药物浓度，从而降低了化疗药物的全身毒性反应。另一方而，高热在独立发挥抗癌作用的同时，通过加速肿瘤内血液循环和提高肿瘤细胞膜对化疗药物的渗透性，从而发挥协同抗癌作用。该方法不仅有效地杀死了局部肿瘤细胞，还为随后的外科手术创造了明显且相对缩小的安全切除界限，提高了保肢手术的安全性和成功率。一些实验采用将顺铂或肿瘤坏死因子及多柔比星加入高热灌注液的方法治疗下肢肿瘤，获得了良好的临床效果。Nakano等用顺铂灌注下肢肿瘤20例，13例术后病理显示，温热灌注化疗后，肿瘤坏死率超过90%(III级或IV级)，主要表现肿瘤的坏死纤维化及硬化。van Ginkel等[14]用顺铂热灌注了四肢肿瘤，2例病理完全缓解，1例坏死率大于90%，1例无反应，虽然病例数较少，但取得了较好的效果。一些临床实验报道显示出该方法的可行性和有效性，但也有一些实验未能予以验证，对其疗效提出了质疑。因此，多中心的前瞻性随机对照研究有待进一步证实其临床价值。且局部高热疗法仍然存在一些并发症，如化疗药物外渗引起皮肤坏死、血管毒性反应及筋膜间室综合征等，尚需进一步改善和克服。目前，该方法在临床实际应用中受到很大的限制，在国内外肿瘤治疗中心也极少采用。

[1] Hou C H, Lin F L, Hou S M, et al. Hyperthermia induces apoptosis through endoplasmic reticulum and reactive oxygen species in humanosteosarcoma cells[J]. Int J Mol Sci, 2014,15(10):17380-17395.

[2] Neprina G S, Gadalov V P, Panteleeva E S, et al. Effect of hexenal anesthesia and stress due to bronchoscopy on immunity indices in cancer and noncancer patients[J]. Vestn Akad Med Nauk SSSR, 1986,8(6):87-91.

[3] Shimose S, Sugita T, Nitta Y, et al. Effect of thermosensitive liposomal doxorubicin with hyperthermia on primary tumor and lung metastases inhamster osteosarcoma[J]. nt J Oncol, 2001,19(3):585-589.

[4] Takemoto M, Kuroda M, Urano M, et al. The effect of various chemotherapeutic agents given with mild hyperthermia on different types of tumours. International journal of hyperthermia: the official journal of European Society for Hyperthermic Oncology[J]. North American Hyperthermia Group, 2003,19(2):193-203.

[5] Kubista B, Trieb K, Blahovec H, et al. Hyperthermia increases the susceptibility of chondro and osteosarcoma cells to natural killer cell-mediated lysis[J]. Anticancer research, 2002,22 (2A):789-792.

参考文献：

[6] Uozaki H1, Horiuchi H, Ishida T, et al. Overexpression of resistance-related proteins (metallothioneins, glutathione-S-transferase pi, heat shock protein 27, and lung resistance-related protein) in osteosarcoma. Relationship with poor prognosis[J]. Cancer,1997,79(12):2336-2344.

[7] Trieb K, Blahovec H, Kubista B. Effects of hyperthermia on heat shock protein expression, alkaline phosphatase activity and proliferation in human osteosarcoma cells[J]. Cell biochemistry and function, 2007,25(6):669-672.

[8] Trieb K, Lechleitner T, Lang S, et al. Heat shock protein 72 expression in osteosarcomas correlates with good response to neoadjuvant chemotherapy[J]. Hum Pathol,1998,29(10):1050-1055.

[9] Takemoto M, Kuroda M, Urano M, et al. The effect of various chemotherapeutic agents given with mild hyperthermia on different types of tumours. International journal of hyperthermia: the official journal of European Society for Hyperthermic Oncology[J]. North American Hyperthermia Group, 2003,19(2):193-203.

[11] Fan Q, Ma B, Guo A. Treatment of malignant or aggressive bone tumors with microwave induced hyperthermia[J]. Chinese journal of surgery, 1997,35(8):484-487.

[12] Tateishi A, Miki H, Imamura T, et al. Hyperthermic isolated regional perfusion for the treatment of osteosarcoma in the lower extremity[J]. Nakano HAmerican journal of surgery ,1999,178 (1):27-32.

[13] Lu S, Wang J, Hu Y. Microwave heating and neoadjuvant chemotherapy for malignant bone tumor[J]. Chinese journal of surgery,1997,35(4):196-199.

[14] van Ginkel R J, Schraffordt Koops H, de Vries EG, et al. Hyperthermic isolated limb perfusion with cisplatin in four patients with sarcomas of soft tissue and bone[J]. Eur J Surg Oncol,1996,22(5):528-531.

[责任编辑 李武营]

Application of hyperthermia in the treatment of osteosarcoma

WANG Jianjun, PAN Jia, LI Yanhua, CHENG Chuanyao, ZHOU Fang

Oncology Department of Huaihe Hospital, Henan University， Kaifeng 475000, China

The mechanisms of hyperthermia treatment of osteosarcoma are composed of induction of apoptosis of tumor cells, killing tumor cells directly, and increasing immunity to the tumor cells. Through the clinical and in vitro experiments, it has been shown that hot perfusion chemotherapy has a better therapeutic effect on osteosarcoma.

Osteosarcoma; hyperthermia; drug resistance

1672-7606(2016)04-0229-03

2016-10-17

河南省科技攻关项目(162102310394)

王建军(1968-)，男，河南开封人，医学硕士，副教授，从事肿瘤的研究及治疗工作。

R738.1

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