超聲和微泡在心血管疾病治療中的應用進展

王曉妤　　關麗娜

新疆醫科大學第一附屬醫院心臟超聲診斷科，新疆烏魯木齊　830011

超聲和微泡在心血管疾病治療中的應用進展

王曉妤關麗娜

新疆醫科大學第一附屬醫院心臟超聲診斷科，新疆烏魯木齊830011

超聲和微泡聯合應用降低了超聲的空化閾值，提高了超聲的成像能力，尤其是各種靶向微泡的出現使得經超聲介導的診斷和治療更加精細、準確、高效。近年來超聲溶栓已從實驗室研究走向了臨床應用，因其無創、便捷和確切的療效逐漸引起臨床的重視。靶向微泡不但能與靶組織緊密結合，增強靶組織的超聲成像，更可以攜帶藥物或基因至靶組織，通過超聲微泡定向爆破技術定向釋放，使目的基因在靶組織中穩定表達，因此，該技術在心血管疾病的治療中具有極大的潛在價值。

超聲；微泡；超聲溶栓；基因傳遞；心血管系統

［Abstract］Application of ultrasound combined with microbubbles reduced the ultrasonic cavitation threshold and improve the effect of the ultrasound imaging.As the research and development of various targeted microbubbles，the diagnosis and treatment of ultrasound became more precise，accurate and efficient.In recent years，sonothrombolysis has already been applied in clinical practice out of laboratory research and got great attention for its non-invasive，convenient and precise effect.Targetmicrobubbles can not only be closely combined with target tissue，enhance the ultrasound imaging，but also can deliver drug or gene to the target tissues.By combined with UTMD，target gene can stably express in the target tissue.Therefore，ithas great potential value in the treatment of cardiovascular diseases.

［Key words］Ultrasound；Microbubbles；Sonothrombolysis；Gene delivery；Cardiovascular diseases

超聲微泡是由生物相容性良好的大分子材料包裹無毒惰性氣體制成，可增強超聲的背向散射，提高組織顯影能力。通過在微泡表面連接靶向配體，如抗體、肽、激素、碳水化合物等，微泡便可與靶向受體緊密結合。這一特性使超聲分子成像成為可能的同時，還在疾病的治療方面擁有巨大的應用前景。

1　超聲微泡

超聲微泡是一種內含惰性氣體，外殼為脂質、蛋白質或高分子聚合物的藥物［1］。常見的氟碳氣體微泡粒徑通常在1～8μm，但不同材質的微泡粒徑不盡相同，目前報道較多的納米級氟烷乳劑粒徑為200～300 nm。也有研究顯示微泡的粒徑會隨著時間的推移發生變化，如Definity微泡在配制后的3 h內，粒徑會由3μm縮小至0.98μm。不同的測量方法也會對微泡粒徑的測量結果產生影響，如準彈性光散射測量系統對亞微米級的微泡更敏感，而光阻法的測量系統則更適用于粒徑大于微米的微泡測量。值得注意的是，當微泡粒徑大于10μm時容易產生不良反應，因此微泡的大小是保證其安全性的重要前提。

微泡在接受不同頻率的超聲照射時會發生穩態空化或慣性空化［2］，產生聲孔效應。這些效應會導致細胞膜的通透性增加，內皮細胞間隙增寬及微血管的破裂，利于包裹在微泡內部的基因或藥物定向釋放到靶細胞內，從而顯著增加局部濃度，達到治療的目的［3］。但過強的空化效應會釋放大量的能量，從而導致不良的生物效應甚至細胞的死亡。

目前微泡可運載的藥物種類非常豐富，這要歸功于Klibanov等［4］首次將載藥的脂質微泡用于UTMD中。微球對藥物的承載能力則明顯高于微泡［5］，通過在微球內部填充氣體或藥物，微球同樣可具備聲學特性并產生空化效應［6］。Sirsi等［7］通過在微泡膜上增加陽離子聚合物（如聚乙烯亞胺）來增加微泡對遺傳物質的運載能力，證明了聯合超聲微泡定向爆破（UTMD）時可運載更多遺傳物質或基因藥物。基因或藥物還可被包裹在納米顆粒中連在微泡表面，這種納米粒微泡也被應用在核醫學或核磁共振成像中［8］。

2　超聲溶栓

血栓形成是心血管疾病所致死亡的最重要的獨立危險因素，快速恢復血流供應是改善結局的首要措施。微泡聯合超聲溶栓可無創的快速溶解血栓并恢復血流供應。雖然單獨應用診斷超聲照射血栓可產生一定的溶栓效果，但這種效果在聯合使用微泡時被明顯提高［9］，這是由于高能量超聲脈沖引發微泡的瞬態空化，增強了超聲溶栓的作用。

心肌梗死患者即使接受了血管成形術的患者仍有可能存在一定范圍內的冠狀動脈微循環無復流，而超聲溶栓有一定概率使無復流的冠脈微循環恢復血流供應［10］。為了證實這一現象，有學者用豬的冠脈血栓栓塞模型進行聯合微泡的超聲溶栓實驗，有力地證明了即使在心外膜循環未恢復的前提下，聯合微泡的超聲溶栓仍能有效地恢復心肌血流供應，減小心梗面積［11］。這一研究被荷蘭的Otto Kamp及其同事演化為一項臨床隨機實驗研究，在10名心梗患者行血管成形術前給予超聲溶栓，實驗結果表明術前超聲溶栓并不會增加球囊血管成形術的治療時間，而且術前超聲溶栓是安全的。

3　靶向微泡

通過在微泡的脂質外殼中加入多聚物隔離臂，如聚乙二醇（EPG）與靶向配體相連，就使微泡具有了與目標細胞靶向結合的能力［12］。靶向微泡的表面上可連接成千上萬個配體，同時連接多種指向同一目標的配體可明顯增加微泡與靶標連接的緊密性［13］。如靶向定位到VEG-FR2受體的微泡（BR-55）所含的脂肽具有一個異源二聚體肽，可同時定位于VEG-FR2受體的兩個不同抗原表位。通過非競爭性結合兩個不同的位點，該靶向微泡即使在高剪切力的作用下仍能與靶標緊密結合。雖然BR-55目前主要用于腫瘤新生血管成像，但作為VEG-FR2的靶向介質，其在心臟疾病的血管重構和對易損斑塊的成像方面也有廣闊的應用前景。

靶向微泡還可用于超聲溶栓［14］。首先，微泡可作為分子探針用于血栓的診斷和定位；其次，通過將微泡直接黏附在血栓上，可使大量空化核更有效地集中在血栓附近，從而增強超聲的空化效能，大幅提升溶栓效果。Xie等［15］應用豬的血栓栓塞模型證實了血小板靶向微泡的早期冠脈再通效果明顯優于非靶向微泡。同時，血栓靶向微泡可降低超聲溶栓所需的能量水平，減少由高能超聲所致的不良生物學效應。Hua等［16］的研究顯示，靶向微泡的內部亦可包封t-PA。如果血栓靶向微泡可將溶栓藥物直接遞送至血栓附近，并通過UTMD使藥物發揮作用，那么這將是一種全新的革命性血栓治療方法。

隨著精準醫療的發展，許多心血管疾病可通過內皮細胞上的抗原進行評估。見表1。

表1　超聲分子成像的靶向目標

Davidson等［17］的研究就在小鼠的心肌缺血模型中應用P-選擇素與重組YSPSL抗體的靶向微泡進行缺血損傷記憶成像，并利用靶向微泡對局部缺血后心肌組織中P-選擇素的表達進行了探測和定量分析。結果顯示P-選擇素靶向微泡對組織缺血的評價具有高度的敏感性。

4　基因與藥物的傳遞

傳統的基因傳遞通常以病毒為載體，該傳送體系能高效地傳送基因藥物并使其高水平的表達，但其所含的免疫原性可引起過敏反應，同時逆轉錄病毒還存在潛在的致癌風險。這些局限性都使微泡成為替代病毒遞送基因藥物的又一選擇。

隨著UTMD被越來越多的學者用于心血管系統基因藥物的傳遞，用微泡來傳遞基因和藥物的研究也越發深入。將基因藥物結合在微泡上與單獨使用微泡相比，前者更加高效［18］。Fujii等［19］使用載基因微泡治療小鼠的心肌梗死，證實通過載基因微泡聯合UTMD可增加心臟干細胞移植的成功率以及心肌修復。Xie等［20］應用靶向配體為細胞黏附因子-1（ICAM-1）和P-選擇素的陽離子微泡轉運DNA，證明在微泡表面連接質粒DNA并不影響微泡與靶向炎癥內皮細胞的黏附，同時，在低機械指數超聲中靶向微泡有明顯優于非靶向微泡的基因傳遞能力。還有其他一系列試驗都證實了UTMD可提高心臟干細胞及內皮干細胞的移植成功率［21-22］。

5　小結與展望

超聲溶栓能夠有效地治療心肌梗死，其中靶向微泡較非靶向微泡擁有更好的超聲溶栓效果。這一技術能夠最低限度甚至非侵入性地提供局部治療，改善危及生命的心血管疾病的最終結局。同時，超聲聯合靶向微泡在基因和藥物的傳遞方面具有巨大的潛能，但這一方法尚需更多的基礎研究予以支持，如基因表達、動物模型、基因治療等。微泡和基因傳遞技術的融合，不僅療效顯著且產生了極大的效益。希望未來能有更多的靶向微泡、基因載體微泡進入到臨床實驗當中。

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App lication of ultrasound and microbubbles in the treatment of cardiovascular diseases

WANG XiaoyuGUAN Li'na
Cardiac Ultrasound Diagnostics Division，the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University，Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830011，China

R714.252

A

1673-7210（2016）09（b）-0026-03

2016-05-20本文編輯：趙魯楓）

新疆維吾爾自治區青年科技創新人才培養工程（2014721047）。

王曉妤（1988.4-），女，新疆醫科大學2015級心臟超聲專業在讀碩士研究生；研究方向：超聲聯合微泡對微循環再栓塞的診斷及治療。

關麗娜（1977.12-），女，博士，副主任醫師，副教授，碩士生導師；研究方向：超聲及微泡的溶栓治療。