微波消融治療腫瘤免疫效應研究進程范文

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【摘要】微波消融治療腫瘤是指用特定頻率的電磁波來殺滅腫瘤的治療方法。微波消融適用于多種組織類型的腫瘤，具有受血流影響小、消融范圍廣、臨床療效好等優點。微波消融不僅是一種簡單通過熱效應殺滅腫瘤的手段，其產生的免疫效應在殺滅腫瘤過程中也起到了重要的作用。本文總結微波消融引起的不同類型的免疫效應，并展望微波消融聯合免疫治療在腫瘤治療中的發展前景。

【關鍵詞】微波消融；腫瘤；免疫效應；免疫治療

近年來，微波消融技術在局部腫瘤的治療中取得了良好療效，目前該技術已應用于肝［1］、腎［2］、肺［3］、胰腺［4］、骨［5］、乳腺［6］等多種組織的腫瘤治療中。微波消融治療與常規手術切除不同之處在于，腫瘤組織經微波消融后發生凝固性壞死且留在體內，而周圍正常組織極少或幾乎不受損傷。微波消融不僅可以通過產生熱效應直接殺滅腫瘤，而且還能產生正向免疫刺激效應。1996年NAKAYAMA等用微波（43℃，15min）消融治療小鼠黑色素瘤之后發現，小鼠腫瘤被成功抑制，生存期延長，而且在局部組織中發現T細胞和自然殺傷（NK）細胞浸潤，首次提出微波消融腫瘤可能會產生免疫刺激效應［7］。DONG等［8］報道肝癌微波消融術后患者的生存率提高，復發率降低，且生存率與消融局部T細胞、NK、巨噬細胞的浸潤程度呈正相關，證明了腫瘤微波消融的正相免疫刺激效應。近年來，國內外有陸續有研究報道微波消融治療腫瘤的同時使機體產生了免疫效應［9-10］，這些免疫效應對腫瘤的殺滅起到了一定的促進作用，這意味著微波消融不僅是一種單純依靠熱效應殺滅腫瘤的手段，而且經消融后的腫瘤組織還可以激發機體免疫系統產生正向免疫效應，臨床研究及應用潛力巨大。但目前對這類免疫效應的研究仍然缺乏系統歸納及總結。明確微波消融引發機體免疫效應的機制，對該術式的臨床應用以及推廣具有重要價值。本文將對微波消融治療腫瘤后機體免疫功能的變化進行綜述，并探討微波消融聯合免疫治療在腫瘤治療中的前景。

1微波消融腫瘤的基本原理

微波消融采用介于紅外線和無線電波之間頻率（900~2450MHz）的電磁波［11］，由于該頻率接近水的共振頻率且水分子是極性分子，因此當微波作用于水分子時會使其產生劇烈振動并以2~5億次每秒的速度翻轉，通過水分子劇烈運動產生相互摩擦，從而產生熱量［12］；其他極性分子（如碳水化合物、蛋白質等）也因類似原理產生熱量［13］；所產生的熱量可形成以微波天線為中心，直徑為2.0~3.0cm的高溫區［14］并作用于目標組織，引發腫瘤組織凝固、壞死和其他一系列的生物學效應。由于微波不依靠電流或組織傳導，消融中心區域的溫度可以迅速達到100℃以上，使消融區域組織壞死。但由于消融區域大，消融速度快，因此要嚴格控制消融條件，以防止過度治療破壞腫瘤周圍正常組織。

2微波消融對腫瘤微環境的影響

研究表明輕中度高熱（38~42℃）能使腫瘤細胞凋亡，腫瘤微環境也隨之發生改變［15］。腫瘤微環境成分復雜，由多種細胞和蛋白質組成，它既為腫瘤生長提供有利條件，同時也具有內分泌功能［16］，分泌大量的生長因子和細胞因子［17-18］。微波消融治療在腫瘤原位滅活的同時，能夠在一定程度上改變腫瘤微環境，研究顯示［19］微波消融治療非小細胞肺癌術后第1、3天，第1個月患者血清血管內皮生長因子（VEGF）、誘導型一氧化氮合酶（iNOS）較術前降低，研究發現NO及其限速酶iNOS與腫瘤生長關系密切，腫瘤細胞釋放到腫瘤微環境的NO能夠促進腫瘤的生長，而VEGF能促進腫瘤血管生長。微波消融術后腫瘤微環境中VEGF、iNOS濃度降低，進一步抑制了腫瘤的生長。此外，部分研究表明［20］微波消融術還能增強抗原提呈細胞（APC），T細胞和NK等免疫細胞的活性，增加IL⁃12、IFN⁃γ、TNF⁃α等正向免疫因子的含量，從而提高腫瘤放療和化療療效［21］。增強機體抗腫瘤功能［22-23］，對機體的免疫狀態具有正向調節作用。

3微波消融治療腫瘤對淋巴細胞免疫功能的影響

微波消融術中，細胞膜脂質層的流動性因高溫而增強，從而使腫瘤抗原暴露幾率增加或特異性腫瘤抗原決定簇發生改變，腫瘤的抗原性也隨之增強，這有利于機體產生抗體和補體與腫瘤抗原結合，促進機體內抗原提呈細胞（APC）攝取后遞呈給CTL發揮殺滅腫瘤的作用［24］。細胞毒性溫度下（>43℃）的熱療能直接導致腫瘤細胞死亡，釋放腫瘤內部抗原誘導機體正向腫瘤免疫反應。而原有的腫瘤抗原決定簇的空間結構發生改變，二者都可被機體免疫系統識別成為新的抗原。因此，經滅活的腫瘤細胞沒有了腫瘤的活性而只保留了抗原性，從而形成“瘤苗”［26］，機體產生的抗體和補體與“瘤苗”結合，能誘導特異性細胞毒性T細胞（CTL）的增殖和分化，增強機體細胞免疫功能［27］。淋巴細胞浸潤入微波消融后的腫瘤組織可能不僅是一種純粹的炎癥反應，而是由消融后的壞死組織引起的一個積極的抗腫瘤的免疫反應。研究報道顯示［8］在對有多個結節的肝癌患者的其中一個結節進行微波消融后，在未經微波消融的結節標本中檢測到廣泛浸潤的免疫細胞，包括T淋巴細胞、自然殺傷細胞（NK）細胞和巨噬細胞，而且免疫細胞體積變大。這表明對肝癌進行微波消融引起的免疫反應對遠處未治療的腫瘤存在一定影響，其原因可能是在治療和未治療的腫瘤組織中存在相似的抗原，會誘導相同的細胞免疫應答。研究還發現，微波消融治療肝癌后免疫細胞浸潤數量隨時間變化。HAN等［28］連續動態觀察肝癌患者微波治療前及治療后30d內T淋巴細胞及亞群的變化，結果發現治療前后CD20+含量無明顯差異；而CD68+數量較術前升高且在術后第3天達到最高值，CD3+、CD45RO+、CD56+在術后17d達到峰值。電子顯微鏡觀察顯示，治療后T淋巴細胞和巨噬細胞內的粗面內質網數量，以及巨噬細胞內的次級溶酶體數量均較治療前明顯增多，說明這些免疫細胞的功能明顯增強［29］。

4微波消融治療腫瘤對機體免疫因子的影響

腫瘤細胞自身能分泌抑制性免疫因子，熱消融治療后腫瘤組織凝固性壞死，從而降低了腫瘤微環境或整個機體中腫瘤細胞分泌免疫抑制因子的水平，使機體的免疫系統能正常地識別和殺滅腫瘤組織。例如，可溶性白細胞介素2受體（sIL⁃2R）是一種由腫瘤細胞分泌的細胞因子，它能中和活化T淋巴細胞分泌的IL⁃2，起到封閉因子的作用，降低腫瘤患者機體的IL⁃2水平。相關研究報道顯示多種熱消融方式（包括微波和射頻消融）治療后患者的sIL⁃2R與熱消融前對比顯著降低［30］。抗腫瘤細胞因子在腫瘤發生、發展過程中起重要作用，而微波消融對腫瘤細胞因子也會產生影響。例如，IL⁃2促使T細胞增殖及產生細胞因子，其中，干擾素γ（IFN⁃γ）可直接抑制腫瘤細胞增殖；腫瘤壞死因子α（TNF⁃α）可直接殺傷腫瘤細胞，并抑制血管內皮細胞遷移從而間接抑制腫瘤細胞的增殖；IL⁃12可誘導機體產生IFN⁃γ，IFN⁃γ可通過強化腫瘤細胞的免疫原性而發揮抗腫瘤作用。GAR⁃DINI等［31］報道，輔助性T淋巴細胞在整個肝癌免疫過程中處于核心位置，IL⁃12、干擾素γ（IFN⁃γ）、和腫瘤壞死因子α（TNF⁃α）主要由輔助T細胞1（Th1）細胞分泌，IL⁃4和IL⁃10主要由輔助T細胞2（Th2）細胞分泌，機體Th2細胞因子表達下降時稱為Th1/Th2型偏移，而Th1細胞因子表達下降時稱為Th2/Th1型偏移。Th1/Th2型偏移時，IL⁃12、IFN⁃γ、和TNF⁃α發揮主要抗腫瘤作用。Th2/Th1型偏移時，IL⁃4和IL⁃10發揮主要抗腫瘤作用［32］。血清轉化生長因子β1（TGF⁃β1）屬于表皮生長因子（EGF）家族中的成員，通過與腫瘤細胞上EGF受體結合后發揮其生物效應，能夠引起細胞內某些原癌基因轉錄因子激活。腫瘤微環境中，TGF⁃β1由多種細胞（包括腫瘤細胞，免疫細胞，纖維母細胞等基質細胞）分泌，其主要功能是促進上皮細胞間葉化轉變/間葉細胞上皮化轉變（EMT/MET），抑制中晚期腫瘤細胞凋亡，從而促進腫瘤細胞增殖，同時也有較強的促血管生成作用［33］。人類肝癌細胞由于負反饋機制失調能夠分泌大量的TGF⁃β1，TGF⁃β1通過調節肝癌組織相關血管內皮細胞生長，抑制機體的多種抗腫瘤免疫效應，是腫瘤細胞逃逸機體免疫系統的監視與殺傷的一個重要機制，在腫瘤發生過程中起著關鍵性作用。微波消融治療腫瘤后機體免疫狀態在一定程度上得到改善，是微波消融導致TGF⁃β1等體液因子出現一系列的變化。BEDOSSA等［34］在研究中發現，微波消融一周后TGF⁃β1明顯低于治療前的水平。曹興國等［35］在研究原發性肝癌患者微波消融治療前后腫瘤TGF⁃β1的變化時發現，與微波消融前比較，微波消融后2周患者TGF⁃β1濃度顯著下降。而TGF⁃β1濃度的下降能在一定程度上解除腫瘤的免疫抑制效應。

5微波消融治療腫瘤后機體熱休克蛋白的變化

熱休克蛋白（HSP）是生物體或離體培養細胞在應激狀態下產生的一組特殊的蛋白質，在微波消融熱效應和非熱效應作用下，腫瘤組織合成HSP。HSP從腫瘤細胞中釋放后可以有效激活處于靜態的APC，啟動機體抗腫瘤免疫反應。另外，HSP能夠介導腫瘤抗原的交叉啟動［36］。交叉啟動是細胞外HSP與腫瘤抗原結合的能力被內在化并呈遞給APC上的主要組織相容性復合體Ⅰ類分子（MHCI）類分子，從而有效激活針對腫瘤抗原的CTL的過程。研究顯示，HSP不是凋亡中的腫瘤細胞產生的，而是壞死后的腫瘤細胞裂解出來的［37］，而且交叉啟動效應也因壞死腫瘤細胞裂解物的產生而增強，而早期凋亡的腫瘤細胞沒有這種效應［38］。樹突狀細胞（DC）是目前發現的體內功能最強的APC［39］，微波消融后“瘤苗”誘導（DC）成熟的能力與腫瘤細胞產生的HSP相關［40］。相關研究報道［40］顯示HSP的生成被抑制時，小鼠胸腺瘤細胞裂解物誘導DC成熟的途徑也隨之被阻斷。雖然HSP是壞死的腫瘤細胞裂解后釋放出來的，但也有證據表明處于凋亡狀態的腎癌、鱗狀細胞癌和胰腺癌細胞也可以增強DC的活性，說明HSP的生成方式和功能因癌細胞病理類型的不同而存在差異［41-42］。這些腫瘤特征的差異并不是沒有意義的，因為熱消融可以根據溫度和消融時間來決定腫瘤細胞是壞死還是凋亡來調控HSP的釋放。已有研究探討溫度、時間等熱消融有關的因素與對腫瘤細胞殺傷之間的關系［43］，在40~42.5℃之間腫瘤細胞數量隨消融時間的延長下降不明顯，在43~47℃這一溫度區間腫瘤細胞數量隨消融時間上升呈指數下降。這些因素的綜合效應決定腫瘤細胞處于存活、凋亡、還是壞死狀態，從而有效調控HSP的釋放。

6微波消融治療腫瘤對機體紅細胞免疫功能的影響

紅細胞免疫是機體免疫的重要組成部分。主要免疫作用有：（1）清除循環免疫復合物；（2）充當輔助滅活因子促進補體活化，增強吞噬細胞的功能；（3）通過CD58+、CD59+與輔助性T細胞的CD2+粘附激活T淋巴細胞免疫功能，亦能與B細胞作用，促使B細胞增值、分化，產生免疫球蛋白；（4）促進淋巴細胞產生IFN⁃r，促進淋巴細胞轉化，使培養液中IgG、IgA的含量增加［44］；（5）對自體和異體抗原具有識別功能，且能儲存抗原［45］。WANG等［46］研究表明肝癌患者存在繼發性紅細胞功能障礙，紅細胞免疫復合物花環形成率明顯升高，而紅細胞補體C3b受體花環形成率明顯降低；而在微波消融治療腫瘤14d后，患者紅細胞免疫復合物花環形成率降低至正常水平，說明微波消融后機體紅細胞免疫功能得到恢復。7總結及展望微波消融術作為一種治療腫瘤的熱消融方法，具有操作簡便、消融徹底等優點，同時也可通過影響腫瘤微環境、淋巴細胞、免疫因子、HSP、紅細胞等改善機體的免疫功能，提高機體的抗腫瘤能力。微波消融治療腫瘤的免疫效應還可以與腫瘤的免疫治療（包括過繼免疫細胞、注射免疫增強劑、免疫檢查點阻斷等）相結合，實現更好的腫瘤治療效果。但是，關于微波消融產生免疫效應的機制研究仍未完善，對不同類型及部位的腫瘤免疫效應的差異仍不明確，相關免疫療法的劑量及用法等方面都需要開展更加深入的研究。總而言之，微波消融引起的多種免疫效應具有廣闊的研究與應用前景，這些關于免疫效應機制的研究為腫瘤的臨床治療新方法的探索提供了有價值的參考依據。

作者：陳玲玲1；2林澤楓2；3張余4 單位：1南方醫科大學研究生學院，2廣州軍區廣州總醫院骨科醫院，3廣東省矯形技術及植入材料重點實驗室4廣東省醫學科學院/廣東省人民醫院骨科