分子超聲及聲動力治療在乳腺癌診療中的應(yīng)用研究

沈振宇，張盛敏，錢雪琛

根據(jù)2020 世界衛(wèi)生組織關(guān)于癌癥的統(tǒng)計，乳腺癌已成為全球發(fā)病人數(shù)最多的惡性腫瘤[1]。在乳腺癌治療過程中，常規(guī)治療面臨許多挑戰(zhàn)，如乳腺癌特異性不足、藥物無法進(jìn)入轉(zhuǎn)移部位、腫瘤微環(huán)境水平耐藥及藥物物理化學(xué)特性不理想等[2]。隨著分子超聲及納米材料技術(shù)的發(fā)展，上述這些挑戰(zhàn)可以通過納米藥物的特性獲得一定的改善，因此分子超聲在乳腺癌治療中的應(yīng)用也越來越被重視。

1 分子超聲的概述

超聲分子成像是將目的分子特異性抗體或配體連接到超聲對比劑表面構(gòu)筑靶向?qū)Ρ葎蛊渲鲃咏Y(jié)合到目的區(qū)，進(jìn)行特異性的超聲分子成像。分子超聲的機(jī)制之一是空化效應(yīng)。當(dāng)聲壓幅值達(dá)一定程度后，微泡可以在短時間內(nèi)坍塌崩潰，從而產(chǎn)生沖擊波、局部高溫和高壓及自由基[3-4]。

納米技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)的進(jìn)步極大豐富了研究者們構(gòu)建多功能納米微泡的能力，這些納米顆粒將靶向診斷和治療功能結(jié)合在一個納米尺度的復(fù)合物中，使其在癌癥的成像診斷及靶向治療中的應(yīng)用越來越廣泛。與傳統(tǒng)的藥物相比，納米制劑的優(yōu)勢在于更好的靶向性、通透性，較長的循壞半衰期及腫瘤的高通透性和滯留效應(yīng)（EPR）等[5-6]。EPR 效應(yīng)即大分子物質(zhì)如蛋白、脂質(zhì)體、納米復(fù)合物，在實(shí)體腫瘤中表現(xiàn)出增強(qiáng)或選擇性積累[7-8]。

分子探針材料的選擇是多樣的，例如納米級脂質(zhì)體、金屬納米粒子、納米聚合物（如PLGA 粒子）及液態(tài)氟碳納米粒等。通過調(diào)整納米粒子和涂層材料的物理特性，藥物、基因或者其他物質(zhì)可以加入到納米顆粒中。納米粒子進(jìn)入預(yù)定地點(diǎn)破裂、坍塌，局部釋放治療劑，進(jìn)行超聲介導(dǎo)的靶向物質(zhì)遞送治療。此外，納米粒可以通過靶向腫瘤免疫微環(huán)境（TME）的主要成分來改變TME 的免疫抑制環(huán)境。聲動力治療（SDT）通過超聲激發(fā)產(chǎn)生活性氧（ROS）和改變腫瘤的TME來殺滅癌細(xì)胞。納米粒子作為聲敏劑可以增加SDT的治療效果和精準(zhǔn)度[4]，這使得SDT和納米粒子在超聲下具有很好的結(jié)合性。

2 納米粒子與分子超聲結(jié)合應(yīng)用

2.1 納米粒子與靶向化療 分子超聲與化療藥物（如阿霉素、紫杉醇等）的結(jié)合可以增加化療藥物對于乳腺癌的定點(diǎn)治療作用[9]。有研究發(fā)現(xiàn)，紫杉醇與CXC趨化因子受體4（CXCR4）結(jié)合在納米微泡上可以增加化療的效果，具有特異性結(jié)合乳腺癌細(xì)胞，抑制腫瘤細(xì)胞增殖的能力[10]。

2.2 納米粒子與光熱治療 光熱治療（PDT）是近年來腫瘤微創(chuàng)治療的熱點(diǎn)，由于光的穿透性有限，只適用于乳腺癌等淺表性腫瘤，且光熱材料在腫瘤組織的積蓄度不夠也是一大問題。納米光熱粒子與分子超聲的結(jié)合，可以增加光熱材料在靶腫瘤組織的集聚。Shen 等[11]制備了一種新型多功能納米氣泡作為分子靶向超聲對比劑，用于準(zhǔn)確診斷和輔助治療，其將葉酸和IR-780 碘化物合成在納米微泡上，IR-780 碘化物可用于PDT，吸收局部光，誘導(dǎo)熱，也可作為癌癥治療的光活性材料，但其水溶性差，在腫瘤中的濃度低，通過改造后可以增加IR-780 碘化物在腫瘤中的濃度，在特定波長紅外光誘發(fā)下進(jìn)行光熱治療。在動物實(shí)驗(yàn)組證實(shí)，該方法不僅提高IR-780 碘化物的輸送，而且降低其毒性。IR-780 通過靶向微泡在腫瘤部位積累，導(dǎo)致癌細(xì)胞凋亡，紅外輻射后靶區(qū)域的腫瘤體積減小。

2.3 納米粒子與基因治療 基因治療將外源性遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移到宿主體內(nèi)，調(diào)節(jié)特定細(xì)胞的基因表達(dá)，是多種疾病，特別是腫瘤的潛在治療策略[12]。超聲靶向破壞微泡（UTMD）在基因傳遞方面具有很大的潛力。超聲輻照下，在微泡的振蕩和破壞的過程中，產(chǎn)生沖擊波和負(fù)壓可逆地打開血-腫瘤屏障，提高細(xì)胞膜通透性，UTMD 與攜帶基因的納米顆粒結(jié)合可以通過增加納米顆粒在特定區(qū)域的聚集來獲得更好的基因傳遞效率[13-15]。Du等[16]將質(zhì)粒DNA（pDNA）包裹在磁性介孔二氧化硅納米顆粒（M-MSNs）的孔中。此外，攜帶目的基因的M-MSNs也被加載到脂質(zhì)微氣泡中，制作出具有良好的生物相容性、DNA 結(jié)合穩(wěn)定性、超聲成像性能和磁響應(yīng)性。最終提高pDNA 的傳遞效率，可以無創(chuàng)地促進(jìn)腫瘤基因的導(dǎo)入。

2.4 納米粒子與SDT

2.4.1 納米粒子作為聲敏劑 SDT是一種很有前途的非侵入性治療方式。與PDT 相比，SDT 具有更深的組織穿透、高精度、更少的副作用和良好的患者依從性等優(yōu)勢[17]。聲敏劑指的是可以增強(qiáng)超聲的細(xì)胞毒性作用的化合物，隨著納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了納米顆粒超聲增敏劑的發(fā)展，其可提高SDT療效、結(jié)合親和力和靶向特異性[18-19]。SDT過程中除了超聲空化產(chǎn)生自由基和單線態(tài)氧外，機(jī)械壓力會對細(xì)胞和組織造成損傷，聲化學(xué)效應(yīng)也通過SDT 在細(xì)胞中發(fā)揮重要作用。空化產(chǎn)生的能量可以激活聲敏劑，按一定的順序產(chǎn)生ROS和自由基。隨著足夠的ROS 和自由基的產(chǎn)生，一系列的生物事件可以被激活，包括DNA碎片、細(xì)胞骨架收縮和染色質(zhì)凝結(jié)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。Huang 等[18]利用聚乳酸共乙醇酸（PLGA）構(gòu)建了一個PLGA負(fù)載的多功能葉酸靶向治療納米復(fù)合物（FHMPNPs），當(dāng)FHMPNPs 暴露于一定強(qiáng)度的超聲后，基于FHMPNPs 的超聲增敏效應(yīng)產(chǎn)生大量的ROS。體外細(xì)胞水平的評估和體內(nèi)腫瘤異種移植實(shí)驗(yàn)都確定了FA配體介導(dǎo)的活性靶向，對腫瘤細(xì)胞具有高特異性。與非靶向NPs 相比，它在腫瘤區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了FHMPNPs的大量積累。此外，基于ROS 的生成，對腫瘤的治療效果也被評估并證明是有效的。張茜等[20]通過制備聚乳酸/羥基乙酸共聚物（PLGA）包載聲敏劑二氫卟吩（Ce6）和全氟戊烷（PFP）的相變型納米粒來作為聲敏劑，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)檢測其能抑制4T1乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。

2.4.2 納米粒子對TEM 的影響 癌細(xì)胞可以利用許多機(jī)制來逃避免疫系統(tǒng)，如逃避免疫細(xì)胞檢測，增加對細(xì)胞死亡途徑的抵抗力或創(chuàng)造一個免疫抑制環(huán)境。免疫檢查點(diǎn)蛋白可以在腫瘤細(xì)胞或免疫細(xì)胞群上表達(dá)，其通過滅活能夠破壞腫瘤的免疫細(xì)胞來抑制免疫反應(yīng)[21-22]。因三陰性乳腺癌（TNBC）的特殊病理類型以及雌激素受體（ER）、孕激素受體（PR）和人表皮生長因子受體2（Her 2）的表達(dá)缺失，靶向治療對其沒有效果，所以當(dāng)前免疫治療是三陰性乳腺癌的研究熱門。納米粒子在特定超聲下的聲動力效應(yīng)與免疫療法的結(jié)合引起了研究者的廣泛興趣[23-24]。SDT 激活聲敏劑后，可以激活多種腫瘤免疫成分，改變腫瘤免疫環(huán)境，SDT 對TEM 會產(chǎn)生多種影響，導(dǎo)致各種免疫成分的活躍，并可能影響免疫抑制點(diǎn)的作用，降低腫瘤的免疫逃逸[20]。目前研究報道納米粒子可以TME的成分，包括樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及腫瘤血管等。此外，納米顆粒可能會影響TME 的異常結(jié)構(gòu)和功能，從而減少耐藥性的發(fā)展，放大化療、放療和光動力治療的效果[25]。Yue 等[26]報道了一種基于整合納米腫瘤增敏劑的無創(chuàng)SDT和檢查點(diǎn)阻斷免疫治療的聯(lián)合腫瘤治療方法，其中脂質(zhì)體作為共封裝超聲增敏劑[血卟啉單甲基醚（HMME）和免疫佐劑（咪喹莫德（R837）]的載體，SDT 與抗pdl1 聯(lián)合誘導(dǎo)抗腫瘤反應(yīng)，不僅可以阻止原發(fā)腫瘤進(jìn)展，還可以防止肺轉(zhuǎn)移。國內(nèi)也有早期研究證實(shí)超聲聯(lián)合二氫卟吩e6 聲動力能夠特異性抑制乳腺癌細(xì)胞生長[27]。Wang 等[28]報道了3 例晚期乳腺癌患者，他們在常規(guī)治療無效的情況下，使用了聲動力和光動力療法聯(lián)合治療（SPDT），所有患者均有顯著的部分或完全反應(yīng)。

3 總結(jié)

分子超聲和SDT 與納米粒子的結(jié)合有助于定點(diǎn)運(yùn)送納米粒子，使藥物、目的基因等更好地進(jìn)入腫瘤組織；也可直接造成細(xì)胞的破壞，組織的損傷；還可通過各種機(jī)制產(chǎn)生活性氧、自由基等各種細(xì)胞毒性物質(zhì)，使細(xì)胞凋亡，或激活腫瘤免疫因子，改變腫瘤免疫微環(huán)境，對腫瘤進(jìn)行免疫治療。然而，在將分子超聲與納米粒子結(jié)合轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐的過程中，還有幾個挑戰(zhàn)要面臨。首先，納米粒子在癌癥免疫治療中的局限性在很大程度上歸因于對腫瘤發(fā)生過程中免疫系統(tǒng)的有限了解。其次，納米藥物的治療效果存在個體差異。考慮到不同腫瘤結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性，不同腫瘤對同一治療的反應(yīng)差異很大。此外，納米聲敏劑使用時，超聲的頻率、強(qiáng)度和照射時間等特定參數(shù)仍需對特定腫瘤進(jìn)行更詳細(xì)的研究。納米粒子和分子超聲結(jié)合在生物醫(yī)學(xué)中的良好表現(xiàn)，吸引了更多與癌癥相關(guān)的前沿交叉學(xué)科的關(guān)注。我們相信，分子超聲及SDT 不久將對癌癥患者的治療產(chǎn)生重大影響。