氬氦刀冷凍消融治療腦膠質瘤的現狀與展望

李 鵬 李文良 孫增峰 綜述 郭 志 審校

腦膠質瘤是最常見的中樞神經系統原發性腫瘤，長久以來缺乏有效的治療手段。特別是高級別惡性膠質瘤呈彌漫浸潤性生長，邊界不清，具有發病率、復發率、死亡率高和治愈率低的“三高一低”特點，中位生存期僅1年左右。氬氦刀冷凍消融作為一種日趨成熟的技術可對多種良、惡性實體腫瘤施行精確治療并取得滿意的療效，如前列腺癌、胰腺癌、肝癌、肺癌等［1］，在膠質瘤治療中的應用也成為研究熱點。

1 氬氦刀治療膠質瘤的背景

早在19世紀有對冷凍治療的描述，現代的冷凍治療理念應溯源至20世紀40年代，由此開始了對冷凍損傷機制的研究。20世紀60年代發現冷凍可以直接導致細胞損傷，解凍過程可以導致血管阻塞，并且發明了可以自動控溫的液氮冷凍設備，首次將冷凍和立體定向技術結合用于丘腦切開以治療帕金森病，隨后應用于切除腦內的良、惡性腫瘤［2］。近年美國Endocare公司研制成功了一種新型超低溫介入冷熱消融氬氦微創靶向治療技術（Endocare CryocareTMSurgical System，簡稱氬氦刀）。氬氦刀克服了液氮的缺點，能更好的控制降溫速度、保護正常組織和減少并發癥，在全世界各地醫院廣泛使用。

2 氬氦刀治療膠質瘤的機理及相關基礎研究

經大量的病理學研究證實，膠質瘤組織經超低溫冷凍消融治療后，呈現一個與冰球形狀相符的不可逆的充血、水腫、出血、變性和凝固性壞死過程。

2.1 冷凍治療直接導致腫瘤的壞死與凋亡

在膠質瘤冷凍中心區可觀察到大片非特異性壞死區，冷凍壞死區和存活膠質瘤細胞之間出現清晰凋亡過渡帶，此帶中凋亡細胞呈彌漫性分布。細胞凋亡在冷凍后6 h開始出現并進行性增強，24～48 h達峰值，4 d后出現第二個高峰［3］。

2.2 冷凍治療引起腫瘤局部微循環的變化

冷凍早期局部血管收縮，血流減少，隨著溫度降至-40～-100℃時，微動脈和微靜脈內冰晶形成，血流停滯，加重組織缺氧、壞死。復溫過程中，組織溫度升至0℃以上時循環逐漸恢復，伴隨著血管擴張和通透性增加，局部出現逐漸加重的水腫反應。復溫后約30～45 min，微循環血栓形成，血流停滯，由此引起的壞死范圍會大于冰球形成的范圍，0～20℃內的腫瘤細胞也會受累［4］。冷凍一般不會損傷直徑＞350 μm的大血管。

血管內皮生長因子（VEGF）是影響血管生成的重要因素，冷凍后由于內皮細胞破壞、致癌基因表達下調，會使VEGF蛋白表達水平下降，于2～3 d達最低水平。隨后血流停滯所致的缺血、缺氧會上調VEGF基因的表達，引起腫瘤毛細血管的新生，微血管數量逐漸升高［5］。

2.3 冷凍治療調節機體抗腫瘤免疫機制

冷凍可以使宿主的免疫系統對經冷凍治療的腫瘤組織更敏感。冷凍后病灶邊緣仍未被完全破壞或處于亞死亡狀態的腫瘤組織可以通過免疫調節作用致死［6］。

超低溫冷凍治療上調抗腫瘤免疫的機制主要包括：1）冷凍治療可以使T淋巴細胞增殖，提高CD3+、CD4+、CD8+和NK細胞水平，白細胞介素-2（interleukin-2，IL-2）、可溶性白介素2受體（soluble interleukin 2 receptor，SIL-2R）亦明顯增高，激活T淋巴細胞的功能。2）腫瘤細胞反復凍融，細胞破裂、細胞膜溶解，促使細胞內和處于遮蔽狀態的抗原釋放，進一步刺激機體的免疫系統產生相關的抗體，并由補體啟動特異性免疫反應對腫瘤細胞產生殺傷作用。3）腫瘤細胞的壞死，使腫瘤誘導產生免疫抑制因子的來源被清除，腫瘤免疫抑制狀態解除。

Li等［7］研究表明膠質瘤經氬氦刀冷凍治療后CD3+、CD4+細胞明顯升高，抑制性CD8+細胞增多，而CD4+與CD8+比值相對上調，表明氬氦冷凍治療可上調機體抗腫瘤免疫功能。前列腺癌動物模型中，冷凍后細胞免疫及體液免疫功能均增強，IL-12、IFN-α等顯著升高，NK細胞活力明顯上升，并能觀察到對腫瘤抗原的攻擊，而且抗腫瘤免疫可以使轉移灶縮小［8］。對乳腺癌動物模型的研究發現，冷凍治療后6周由于腫瘤免疫增強的作用仍能使腫瘤繼續縮小［9］。

3 氬氦刀治療膠質瘤的臨床應用

自20世紀60年代就有用冷凍療法治療難治性膠質瘤的報道，但因難以較好的控制降溫速度、冷凍范圍、容易出現并發癥等缺陷，限制了該療法的應用。氬氦刀則克服了上述缺點，成為膠質瘤治療的一種新方法。目前氬氦刀仍僅作為手術治療的輔助手段，腫瘤經冷凍消融后減少術中出血便于手術切除，提高了手術的安全性，減少術后并發癥。但目前尚無確切證據表明術中氬氦刀冷凍輔助治療可以降低術后復發率、延長生存期。

Maroon等［10］報道氬氦刀治療顱內、脊髓及眶內腫瘤71例，其中64例顱內腫瘤患者冷凍較好行輔助手術切除，有效摧毀了殘留的腫瘤組織，患者得到較好的短期預后。牛軍等［11］報道12例氬氦刀輔助開放手術切除較大的顱內腫瘤，全切11例，術中出血極少。劉健等［12］報道8例Ⅱ～Ⅳ級膠質瘤患者術中在氬氦刀輔助下達到腫瘤鏡下全切，術中及術后未見不良反應及神經功能缺失。張世忠等［13］報道1例直徑4.5 cm的顳葉膠質瘤行鉆顱立體定向冷凍消融治療，術后未見水腫等嚴重并發癥。

膠質瘤生長于腦實質內，腫瘤多與功能區相毗鄰，如何既有效的控制腫瘤，又避免出現嚴重腦水腫、功能缺失等并發癥，是治療過程中的重點問題。術中運用影像、溫度監控技術對冰球及冷凍周圍區域進行實時監控是必不可少的。目前術中常采用的方法有測溫探針、超聲、CT、MRI等。

CT和MRI引導下氬氦刀冷凍消融為膠質瘤的治療開辟了新的途徑，術中CT和MRI可清晰地顯示病變的范圍，實時監控冷凍消融形成的冰球大小［14］。MRI對冰球的實時監測更優于CT，冷凍過程中的實際壞死范圍與MRI監測圖像接近。由于細胞在0～20℃不能被完全消滅，所以實際壞死的范圍會稍小于影像學觀察的預期范圍［15］。另外CT、MRI均可提供三維圖像，MRI還可通過恰當的模擬軟件預測并繪制等溫線，術前MRI功能成像還可識別腦皮質功能區。對于病灶較小或難以耐受開放性手術的患者，可以選擇CT及MRI引導下微創氬氦刀冷凍消融治療，一般可在局部麻醉下進行，腫瘤消融較為徹底，術后患者恢復快，明顯提高了患者生存質量。

郝曉偉等［16］報道在螺旋CT引導下經局部麻醉下鉆顱進行冷凍消融治療15例膠質瘤及顱內轉移瘤，降低了手術風險，術后未見嚴重并發癥，但其遠期療效尚有待觀察。Li等［17］報道6例囊性轉移瘤在MRI監控下行微創冷凍治療，2例術后出現短時的高顱壓癥狀，3～7 d觀察到腫瘤縮小，縮小持續6周以上。吳立華等［18］報道1例動態MRI監測下氬氦刀微創治療顱內膠質瘤，定位精確，未見不良反應。

但立體定向引導下的微創冷凍治療因未切除腫瘤減壓、無法直視下觀察術中情況、缺少減壓窗等原因而存在較高的風險。Song等［19］通過兔顱內VX2腫瘤模型研究發現，治療后急性并發癥致死率高達35%，致死原因主要是冷凍后腦組織的水腫及出血。

4 氬氦刀聯合其他治療方式治療膠質瘤

雖然氬氦刀冷凍消融治療惡性膠質瘤有諸多優勢，但療效仍未令人滿意。如何使氬氦刀在膠質瘤的治療中發揮優勢應是目前冷凍外科及神經外科思考的重點。以冷凍為基礎與手術、放療、化療以及免疫治療等方法聯合使用可能為膠質瘤的治療帶來新希望。

化療藥物品種繁多，作用機制多樣、給藥方式靈活等，使化療與冷凍治療聯合應用有了更為廣泛的發展空間。冷凍與化療兩者間存在互補性：1）作用機制不同：冷凍治療導致細胞的直接死亡（包括壞死和凋亡），化療主要是抑制細胞的增殖。2）作用時相不同：冷凍表現為急性的損傷和遲發的血管生成，化療表現為持續的細胞增殖抑制作用。3）作用部位不同：冷凍主要作用在冷凍腫瘤中心區域，化療對腫瘤邊緣及周圍的細胞更有效。

冷凍與化療可能會存在以下協同作用機制：1）冷凍可使毛細血管的內皮細胞受損，血管通透性增加，利于藥物滲透。2）冷凍后8～15 d瘤周毛細血管密度增加，可能會增加腫瘤局部的藥物濃度。3）預先給予化療藥物，可能會使預先受損的腫瘤細胞對低溫的耐受力下降，提高冷凍的致死溫度，減少臨近組織的損傷。4）化療后腫瘤浸潤的范圍縮小，便于冷凍徹底并控制腫瘤。5）冷凍治療后的免疫增強作用可以減輕化療所導致的免疫功能下降，減輕化療的毒副作用。

冷凍聯合化療的有效性在許多動物實驗中已經得到證實。王輝等［20-21］研究發現，冷凍、化療的聯合應用使凋亡率明顯增加，冷凍能夠提高膠質瘤對5-FU的化療敏感性；26例大腦半球不同部位膠質瘤冷凍切除術中、術后聯合5-FU化療，取得較好的治療效果。Forest等［22］在肺癌小鼠模型研究發現，冷凍聯合長春瑞濱效果優于單純冷凍或化療。Baust等［23］指出，冷凍治療后續貫給予小劑量化療可以增加冷凍周邊區細胞的壞死。冷凍過程中局部使用化療藥物也是一種很有前景的治療手段。Le Pivert等［24］建立了小鼠皮下前列腺癌動物模型，冷凍后局部放置5-FU化療囊，腫瘤生長得到較好的抑制。雖然冷凍聯合化療的優勢已被證實，但最佳的給藥劑量、時機和途徑尚待進一步研究。

體外試驗研究發現冷凍聯合放療同樣具有協同作用和相互的增敏作用［25］。聶舟山等［26］在氬氦刀術后殘余肝癌灶內植入放射性粒子行間質內放療，可以殺滅殘留癌細胞，取得了一定療效。但目前冷凍聯合放療治療膠質瘤的研究尚少。

聯合基因治療也是冷凍治療膠質瘤研究的熱點之一。Jiang等［27］研究發現聯合治療是通過激活凋亡和炎癥反應兩種方式促進細胞死亡。具體機制可能是冷凍上調腫瘤細胞膜表面上腫瘤壞死因子受體（TNFR）的表達以利于更加充分的發揮TNF-α作用，并且可以提高機體對TNF-α毒副作用的耐受力，突出TNF-α的抗腫瘤作用。Huang等［28］應用C6膠質瘤動物模型研究冷凍聯合重組人腫瘤壞死因子-α（rhTNF-α）治療發現，兩者聯合具有協同抗腫瘤作用，聯合治療組腫瘤體積和生存期與其他各組相比有顯著性差異。Goel等［29］報道冷凍聯合THF-α可使前列腺腫瘤明顯縮小，并能提高腫瘤的致死溫度。

綜上所述，氬氦刀作為一種新型、有效的治療手段，逐漸被神經外科醫生重視，大量的基礎和臨床研究已經證實氬氦刀外科輔助治療和立體定向微創介入治療的有效性和可行性。氬氦刀與化療、放療、基因治療等其他治療手段的聯合應用是冷凍治療膠質瘤的未來發展方向，或可為惡性膠質瘤的臨床治療發展帶來新的進步。

1 Tang Y,Yuan ZN,Liu FH,et al.Cryotherapy and cryoimmunotherapy for pancreatic cancer[J].Chin J Clin Oncol,2013,14(39):997-999［.唐 勇,苑占娜,劉鳳華,等.胰腺癌冷凍治療及冷凍免疫[J].中國腫瘤臨床,2012,14(39):997-999.］

2 Gage AA,Baust JG.Cryosurgery for tumors[J].J Am Coll Surg,2007,205(2):342-356.

3 Clarke DM,Robilotto AT,Rhee E,et al.Cryoablation of renal cancer:variables involved in freezing-induced cell death[J].Technol Cancer Res Treat,2007,6(2):69-79.

4 Babaian RJ,Donnelly B,Bahn D,et al.Best practice statement on cryosurgery for the treatment of localized prostate cancer[J].J Urol,2008,180(5):1993-2004.

5 Ohno N,Terada N,Bai Y,et al.Application of cryobiopsy to morphological and immunohistochemical analyses of xenografted human lungcancer tissues and functional blood vessels[J].Cancer,2008,113(5):1068-1079.

6 Sabel MS.Cryo-immunology:a review of the literature and proposed mechanisms for stimulatory versus suppressiveimmune responses[J].Cryobiology,2009,58(1):1-11.

7 Li M,Liu J,Zhang SZ,et al.Cellular immunologic response to primary cryoablation of C6 gliomas in rats[J].Technol Cancer Res Treat,2011,10(1):95-100.

8 Matin SF,Sharma P,Gill IS,et al.Immunological response to renal cryoablation in an in vivo orthotopic renal cell carcinoma murine model[J].J Urol,2010,183(1):333-338.

9 Sabel MS,Su G,Griffith KA,et al.Rate of freeze alters the immunologic response after cryoablation of breast cancer[J].Ann Surg Oncol,2010,17(4):1187-1193.

10 Maroon JC,Onik G,Quigley MR,et al.Cryosurgery re-visited for the removal and destruction of brain,spinal and orbital tumours[J].Neurol Res,1992,14(4):294-302.

11 Niu J,Duan YP,Yu ZB,et al.Cryosurgery of 12 cases intracranial tumors with cryocare surgical system[J].Clini J Med Offic,2003,31(4):63-65［.牛 軍,段云平,于志斌,等.氬氦刀冷凍治療顱內腫瘤12 例[J].臨床軍醫雜志,2003,31(4):63-65.］

12 Liu J,Hong L,Sun YH.Treatment of cerebral gliomas with cryocare surgical system by craniotomy[J].Guizhou Med Journal,2003,27(7):608-610［.劉 健,洪 流,孫業忠.開放性氬氦靶向冷凍治療腦膠質瘤[J].貴州醫藥,2003,27(7):608-610.］

13 Zhang SZ,Zhang JR,Xu RX,et al.Cryosurgery of cerebral gliomas with cryocare surgical system guided by stereotactic technology[J].Chin J Minim Invasive Neurosurg,2000,5(2):103-106［.張世忠,張積仁,徐如祥,等.立體定向引導氬氦刀靶向冷凍治療腦膠質瘤[J].中國微侵襲神經外科雜志,2000,5(2):103-106.]

14 Gangi A,Tsoumakidou G,Abdelli O,et al.Percutaneous MR-guided cryoablation of prostate cancer:initial experience[J].Eur Radiol,2012,22(8):1829-1835.

15 Shyn PB,Oliva MR,Shah SH,et al.MMRI contrast enhancement of malignant liver tumours following successful cryoablation[J].Eur Radiol,2012,22(2):398-403.

16 Hao XW,Zhan YG.Cryosurgery of 15 cases brain tumors with cryocare surgical systemunder guided by CT[J].Chin J Pract Nerv Dis,2008,11(5):115-116［.郝曉偉,趙勇剛.螺旋CT引導下氬氦刀治療腦腫瘤15例[J].中國實用神經疾病雜志,2008,11(5):115-116.］

17 Li C,Wu L,Song J,et al.MR imaging-guided cryoablation of metastatic brain tumours:initial experience in six patients[J].Eur Radiol,2010,20(2):404-409.

18 Wu LH.Minimum invasiveness treatment of intrcranial tumors with interventional MRI guided cryocare surgical system[J].Chin J Minim Invasive Neurosurg,2008,13(2):172-173［.吳立華.磁共振介入氬氦刀微創治療顱內膠質瘤1例[J].中國微侵襲神經外科雜志,2008,13(2):172-173.］

19 Song J,Li C,Wu L,et al.MRI-guided brain tumor cryoablation in a rabbit model[J].J Magn Reson Imaging,2009,29(3):545-551.

20 Wang H,Xu HJ,Qin J.Effect of Cryotherapy and 5-fluorouracil on Apoptosis of G422 Glioma Cells[J].Chin J Cancer,2004,23(4):412-415.［王輝,涂漢軍,秦軍.冷凍聯合5-氟尿嘧啶對G422膠質瘤細胞凋亡的影響[J].癌癥,2004,23(4):412-415.］

21 Wang H,Zhou ZM,Hu JT,et al.Treatment of gliomas by cryosurgery Combined with chemotherapy[J].Chin J Clin Neurosurg,2008,13(3):141-143.［王輝,周章明,胡均濤,等.冷凍切除聯合5-氟尿嘧啶治療腦膠質瘤[J].中國臨床神經外科雜志,2008,13(3):141-143.］

22 Forest V,Peoc'h M,Campos L,et al.Benefit of a combined treatment of cryotherapy and chemotherapy on tumour growth and late cryo-inducedangiogenesis in a non-small-cell lung cancer model[J].Lung Cancer,2006,54(1):79-86.

23 Baust JG,Gage AA,Klossner D,et al.Issues critical to the successful application of cryosurgical ablation of the prostate[J].Technol Cancer Res Treat,2007,6(2):97-109.

24 Le Pivert PJ,Morrison DR,Haddad RS,et al.Percutaneous tumor ablation:microencapsulated echo-guided interstitial chemotherapy combined withcryosurgery increases necrosis in prostate cancer[J].Technol Cancer Res Treat,2009,8(3):207-216.

25 Weight CJ,Kaouk JH,Hegarty NJ,et al.Correlation of radiographic imaging and histopathology following cryoablation and radio frequency ablation forrenal tumors[J].J Urol,2008,179(4):1277-1281.

26 Nie ZS,Feng HS,Wen JY,et al.A clinical study of Argon Helium Cryoablation in the treatment for primary hepatic carcinoma[J].China Cancer,2008,17(5):443-445.［聶舟山,馮華松,溫居一,等.氬氦刀冷凍消融治療原發性肝癌的臨床研究[J].中國腫瘤,2008,17(5):443-445.］

27 Jiang J,Goel R,Iftekhar MA,et al.Tumor necrosis factor-alpha-induced accentuation in cryoinjury:mechanisms in vitro and in vivo[J].Mol Cancer Ther,2008,7(8):2547-2555.

28 Huang KM,Peng M,Feng YQ,et al.Cryosurgery and rhTNF-α play synergistic effects on a rat cortex C6 glioma model[J].Cryobiology,2012,64(1):43-49.

29 Goel R,Swanlund D,Coad J,et al.TNF-alpha-based accentuation in cryoinjury-dose,delivery,and response[J].Mol Cancer Ther,2007,6(7):2039-2047.