不可逆电穿孔技术在肝癌消融治疗中的应用

许 敏， 许丹霞， 蒋天安

肝癌是目前我国第五位常见恶性肿瘤及第二位肿瘤致死病因，严重威胁人民的生命健康［1］。尽管手术切除是肝癌治疗的首选方法，但因大部分患者合并有肝硬化或在确诊时已达中晚期， 仅20%～30%的患者能够获得手术切除的机会［2］。

近年来，局部消融治疗得到广泛应用，其凭借微创、局部疗效确切和禁忌证少等优势使许多不能手术或不耐受手术的患者得到有效治疗。目前常用的局部消融方法为热消融，包括RFA 和MWA 等［3-4］。尽管上述方法各具优势，但难以避免消融过程中产生的高温，在杀伤肿瘤的同时损伤消融区域内的血管、胆管、胰管或神经等重要组织，同时还由于血液循环引起的热沉效应，使得热消融在邻近重要结构的肿瘤中应用受限［5-6］。

不可逆电穿孔（irreversible electroporation，IRE）是一种新兴的非热消融治疗方法，现已逐步应用于临床。 目前研究显示，IRE 安全有效，能够很好地克服热消融技术的不足，在肝癌，尤其是邻近血管或胆管等特殊部位的肝癌治疗中展现出独特优势［7-9］。

1 IRE 作用机制及优势

20 世纪50 年代有学者发现， 脉冲电场作用下细胞膜的脂质双分子层重新排列，形成纳米级亲水性孔道，被称为电穿孔。 根据外加电场撤消后，细胞膜能否恢复到正常生理状态，电穿孔分为可逆性电穿孔（reversible electroporation，RE）和IRE［10］。RE 被应用于辅助化疗药物或基因药物进入细胞，是电化学疗法和基因电转染技术的理论基础［11］。 IRE 是在RE 的基础上发展而来，通过提高电能量，在细胞膜上形成不可恢复的微孔，微孔形成增加了离子及大分子物质的通透性，使细胞渗透压发生改变，进而破坏细胞内外平衡，导致细胞水肿或凋亡［12］。

2005 年，Davalos 等［13］首次验证了IRE 作为消融方法的有效性，并提出其有望成为肿瘤治疗的有力武器，随后越来越多的基础实验与临床试验证实了这一观点。现有研究结果显示，IRE 作为一种新型非热消融技术，具有以下优势：①IRE 作用于细胞膜脂质双分子层，而构成血管、胰胆管和神经的骨架成分可得以保留，保证了治疗后正常组织的快速恢复［14］；②IRE 不依靠温度杀伤肿瘤细胞，故疗效不受热沉效应影响，提高了血管、胆管周围肿瘤的完全消融率［15］；③IRE 工作原理为诱导细胞凋亡而非蛋白质变性坏死，可更好地保留肿瘤抗原，激活宿主抗肿瘤免疫，IRE 结合免疫治疗有望提高患者的远期疗效［16-17］。

2 IRE 治疗肝癌的有效性和安全性

自从IRE 作为一种新型肿瘤局部治疗方式被提出后， 一系列的实验研究对肝脏IRE 消融参数、是否损伤血管和胆道、消融前后影像学表现及免疫反应等领域进行了探索。2005 年，Miller 等［18］利用脉冲电场消融HepG2 人肝癌细胞株，结果表明体外采用1 500 V/cm 电场强度、300 μs 脉冲宽度和10 个脉冲的消融参数可以完全灭活肝癌细胞。Lee 等［19］通过扫描电镜发现，IRE 消融后肝细胞膜上产生了纳米级微孔（80～490 nm），且术后24 h 微孔大小仍保持不变，证实了IRE 可诱导肝细胞产生不可逆性穿孔。Guo 等［20］通过构建S-D 大鼠肝癌模型并行IRE 治疗发现，术后15 d MRI 提示病灶体积明显缩小，病理检查发现9 只大鼠实现肿瘤完全灭活，剩余1 只大鼠仅残留＜5% 的肿瘤细胞， 从病理学层面证实了IRE 治疗的有效性。Lee 等［21］对16 头猪进行超声引导下IRE 治疗，发现IRE 消融区域与正常肝组织分界清晰，胆管和血管保留完整，消融区域末端脱氧核苷酸转移酶dUTP 缺口末端标记（TUNEL）和BCL-2 癌蛋白染色呈阳性， 显示凋亡过程参与了由IRE 引起的细胞死亡。

在大量实验证实IRE 可用于肝癌治疗的基础上，为进一步提高疗效，科学家们开始探索IRE 联合治疗的方法。 Isfort 等［22］发现与单独IRE 相比，IRE治疗后即刻进行药物洗脱微球栓塞（DEB-TACE）可产生更大的消融体积，提高局部疗效。 Tam 等［23］发现IRE 可导致纳米金颗粒沉积在肿瘤细胞内以及肿瘤周围区域， 实现治疗区域覆盖肿瘤及其边缘，两种方法联合可有效降低IRE 治疗后残留的风险。Fang 等［24］利用3D 肝肿瘤模型来探索RFA 预热对IRE 消融的增强作用， 结果显示与单独IRE 相比，使用RFA 预热可增大IRE 消融体积，降低杀灭肿瘤电场阈值强度，该联合方法有望用于毗邻重要器官的大肿瘤。

在实验研究取得满意结果的基础上， 关于IRE临床应用的探索也从未停止脚步。 2009 年， 美国Angio Dynamics 公司研制出首台IRE 消融设备Nanoknife（纳 米 刀）， 2012 年4 月FDA 正 式 批 准Nanoknife 应用于临床。 2015 年6 月，我国食品药品监督管理局批准Nanoknife 应用于肝脏和胰腺肿瘤的消融治疗［25］。 近年来，随着IRE 技术应用逐渐广泛，国内外多家医疗机构对IRE 治疗肝癌的有效性和安全性进行了深入研究，取得了较好的观测和评估结果。

选择合适的患者是实现安全有效治疗的关键。IRE 推荐用于治疗直径≤5 cm 的单发病灶；多发病灶数量≤3 个，最大径线≤3 cm。 IRE 可用于肝细胞癌、肝转移瘤和胆管细胞癌等多种病理类型的肝肿瘤治疗，对于邻近大血管、肝门、胆囊、胃肠道或膈肌等困难部位， 不适于手术或热消融治疗的肝肿瘤尤其适用。 根据2020 颁布的改良Delphi《肝肿瘤IRE 专家共识》，IRE 的禁忌证包括： 肿瘤最大径＞5 cm、室性心律失常、安装植入型心律转复除颤器、充血性心力衰竭（NYHA Ⅲ级和Ⅳ级）、血小板＜50×103/μL 或INR＞1.7［26］。

2012 年，Kingham 等［27］报 道 对28 例 患 者 共65 个肝癌病灶（距离肝静脉或门静脉主干1 cm 以内）进行IRE 消融，肿瘤直径0.5～5 cm，中位随访时间6 个月，结果表明肿瘤完全消融率达98.1%，局部复发率为5.7%， 仅1 例出现术中心律不齐，1 例出现门静脉血栓， 无严重并发症发生。 2013 年，Cannon 等［28］对邻近重要结构肝癌IRE 消融的有效性和安全性进行了前瞻性多中心研究，结果显示44例患者在术后3、6 和12 个月的局部无复发生存率分别为97.4%、94.6%和59.5%，术后有5 例患者出现轻微不良反应，30 d 内均可自行缓解。黄凯文［29］研究发现，IRE 治疗肝门部肝癌的完全消融率和局部复发率与外科切除手术相近，术后随访未发现消融区域邻近管道系统损伤的相关并发症。 IRE 用于肝癌治疗的临床研究得到广泛开展，其主要的受试对象为邻近血管、胆管、膈肌、胃肠道或肝门等重要结构的肝癌患者，在这些外科手术和传统热消融治疗困难部位的肝癌中展现出良好的疗效。

目前研究结果显示， 不仅对于特殊部位的肝癌，对于那些肝储备功能受损的肝癌患者，IRE 也是一种微创和有效的治疗选择。Bhutiani 等［30］对55 例Child-Pugh B 级肝硬化背景下肝癌患者进行了MWA 或IRE 消融治疗， 结果显示两者完全消融率无明显差异，但接受IRE 治疗患者比MWA 患者耐受性更好，住院时间更短。 Martin 等［31］对26 例进展型胆管细胞癌患者在经皮肝胆管引流术后行IRE消融，手术成功率达96%，在随访时间内，IRE 组全部患者均不需要行胆道引流，避免了因胆道引流引起的感染或闭塞等并发症，表明IRE 可有效改善进展型胆管细胞癌伴梗阻性黄疸患者的梗阻症状，提高患者生活质量。Cannon 等［32］对5 例中晚期肝癌患者进行了IRE 治疗，IRE 术后47～264 d 患者行肝移植手术， 中位随访时间为403 d，4 例患者存活且无复发，1 例患者在IRE 术后297 d 后因移植相关并发症死亡，表明IRE 有望为高风险肝癌患者的肝移植争取更多时间。

在验证IRE 治疗肝癌有效性的同时，不少学者也在探索影响IRE 疗效的相关因素。 Niessen 等［33］研究发现，病灶大小与病理分型和局部复发率独立相关，病灶直径＞5 cm 和胆管细胞癌或转移癌复发率较高；而病灶与肝动脉、肝静脉、门静脉和胆管的距离与局部复发率无明显相关； 长期随访研究显示，病灶直径＜3 cm 或少于2 个的患者比具有较大或较多病灶的患者生存期更长，Child-Pugh A 级患者生存期明显长于Child-Pugh B /C 级肝硬化患者。

IRE 消融并发症包括心律失常、腹痛、出血、胆管损伤、感染和血栓等。 心律失常常发生在距离心脏较近的肿瘤，为了避免心律失常的发生，整个IRE消融过程应在同步心电监护下进行，控制电脉冲在心动周期的不应期施加［34］。 IRE 消融后3.4%～46%患者会出现术后疼痛， 但仅个别患者需要大剂量静脉注射吗啡， 其余仅需观察或使用简单的止痛药［25］。 尽管IRE 为非热消融，但当电极针放置不平行时， 电极针间温度会集中在电极间距较小的区域，产生的热量有可能损伤胆管或血管，导致胆管狭窄或血管血栓形成［35］。IRE 后ALT、AST 和总胆红素水平升高，在IRE 术后2 周一般会恢复到术前基线水平［36］。

3 总结与展望

IRE 是一种治疗肝癌安全有效的消融技术，但依然有一系列问题有待解决： ①IRE 消融产生的直流电刺激会引起肌肉不自主强烈收缩，引起患者疼痛及电极针移位，故需要充分的全身麻醉和使用肌肉松弛剂来保障术中安全，增加了手术的风险和复杂程度。 近些年研究发现，高频不可逆电脉冲（highfrequency irreversible electroporation，H-FIRE）通过产生频率高达500 KHz 以上的交替极性脉冲，更均匀地将细胞诱导跨膜电位提高到模拟电穿孔阈值，在减少肌肉收缩和高效灭瘤方面展现了良好的应用前景［37-38］。 ②IRE 多针治疗时需平行布针，电极距离保持稳定，操作技术难度较大，对穿刺者水平要求高， 因此需要研发更便捷的电极针及固定装置，从而保障治疗过程的精准和微创。 ③IRE 治疗参数繁多， 协同不好容易导致疗效不佳和产热等副作用，因而需要对不同治疗参数与消融疗效之间的量效关系进行深入研究，同时开发智能化的模型算法和导航系统，为IRE 消融治疗保驾护航。

综上，IRE 凭借其独特的优势，已成为传统热消融或手术无法治疗的困难部位肝癌和肝储备功能较差患者的重要治疗手段。 相信随着新型治疗设备的研发、 治疗参数的优化以及远期临床试验的论证，IRE 在肝癌的局部治疗中将发挥越来越重要的作用。