腫瘤熱化療的基礎(chǔ)研究與臨床

1、腫瘤熱化療的基礎(chǔ)與臨床研究進(jìn)展劉寶瑞 劉寶瑞，男性，1963年出生， 南京大學(xué)教授、博士研究生導(dǎo)師。研究方向：腫瘤靶向治療新技術(shù)。 錢(qián)曉萍 綜述（南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院腫瘤科 南京 210008）摘要：系統(tǒng)介紹腫瘤熱化療的原理和化療藥物與熱療的協(xié)同效應(yīng)，以及惡性腫瘤熱化療臨床應(yīng)用進(jìn)展。關(guān)鍵詞：腫瘤；熱療；化療中圖分類號(hào)：1概述熱療（hyperthermia）是通過(guò)加熱使腫瘤組織的溫度達(dá)到4044C，引起腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)受阻與死亡的一種治療方式。熱療通常與放療、化療聯(lián)合應(yīng)用，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。熱療的臨床應(yīng)用始于二十世紀(jì)八十年代，主要是熱療單獨(dú)或與放療聯(lián)合治療惡性腫瘤。最近十余年來(lái)，新的抗腫瘤藥物不斷

2、應(yīng)用于腫瘤治療，顯著提高了內(nèi)科腫瘤治療效果。同時(shí)不斷有研究發(fā)現(xiàn)，有些化療藥物與熱療聯(lián)合具有顯著的協(xié)同作用。在我國(guó)，從事熱療的人員以放療工作者居多。近年來(lái)，隨著大型設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，一些從事化療的醫(yī)師開(kāi)始涉足熱療領(lǐng)域，熱化療的聯(lián)合應(yīng)用成了腫瘤治療的一個(gè)新方式。本文對(duì)國(guó)外熱化療的基礎(chǔ)研究進(jìn)展與臨床應(yīng)用情況予以系統(tǒng)介紹。2 熱化療的基本原理2.1熱療對(duì)腫瘤細(xì)胞的抑制作用1：（1）形態(tài)異常，血管扭曲雜亂，血流阻力大，隨著腫瘤的增大，血管受壓，容易形成血栓和閉塞。（2）腫瘤組織的毛細(xì)血管壁由單層內(nèi)皮細(xì)胞和缺乏彈性基膜的外膜組成，在高熱、壓力增高的情況下脆弱易破裂。（3）血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙大，部分由腫瘤細(xì)胞襯覆

3、，細(xì)胞增生向管腔內(nèi)突起引起阻塞。(4) 腫瘤毛細(xì)血管具有很多竇狀隙，在常溫下就處于開(kāi)放狀態(tài)，溫度升高后血流并沒(méi)有明顯增加。（5）腫瘤血管神經(jīng)感受器不健全，血管對(duì)溫度感受性差。由于以上特點(diǎn)，熱療時(shí)雖然腫瘤和周圍正常組織溫度均有升高，但是正常組織有良好的血液循環(huán)，同時(shí)熱可以使正常組織血管擴(kuò)張、血流加快，且能從分散熱，溫度升高不顯著；而腫瘤組織由于血流緩慢，甚至出現(xiàn)血管閉塞，散熱困難，熱量積聚。有研究證實(shí)腫瘤組織的溫度可以高于正常組織5-10C。此外，熱療還可以抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長(zhǎng)，阻止血管生成。DNA多聚酶、連接酶活性，導(dǎo)致DNA、RNA合成障礙，并以p53依賴和非依賴方式引起細(xì)胞凋亡。腫瘤細(xì)胞

4、生長(zhǎng)較快，癌細(xì)胞普遍處于慢性缺氧的酸性環(huán)境中。在酸性環(huán)境下熱療對(duì)誘發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡、擾亂細(xì)胞周期也十分有利。2.2熱療與化療的協(xié)同作用熱療與化療藥物可發(fā)揮協(xié)同抗腫瘤作用。對(duì)于特定的化療藥物而言，化療與熱療的協(xié)同的機(jī)理有一定的特殊性，但統(tǒng)而言之，可有以下共性機(jī)理2：（1）熱療促進(jìn)藥物進(jìn)入腫瘤細(xì)胞。藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)達(dá)到一定有效藥物濃度是發(fā)揮作用的前提。細(xì)胞通?？梢酝ㄟ^(guò)藥泵將藥物泵出細(xì)胞外，保護(hù)細(xì)胞免受損傷。熱療可以促進(jìn)藥物通過(guò)細(xì)胞膜，進(jìn)入細(xì)胞。（2）熱療促進(jìn)藥物誘發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡。很多化療藥物可以通過(guò)不同機(jī)理最終誘發(fā)細(xì)胞調(diào)亡，熱靠可以促進(jìn)這一進(jìn)程。（3）熱療易在腫瘤組織中心部位達(dá)到較高的溫度，中心部位

5、酸性環(huán)境下熱療更易誘發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡。腫瘤周邊部位血供較多，化療藥物容易到達(dá)，對(duì)周邊部位化療具有優(yōu)勢(shì)。因此，熱療與化療聯(lián)合可覆蓋腫瘤病灶的全部。關(guān)于腫瘤熱化療的研究可分為體外實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究三個(gè)過(guò)程，不同的文獻(xiàn)由于采用的細(xì)胞系和實(shí)驗(yàn)條件不同，研究結(jié)果不盡相同。迄今已經(jīng)證實(shí)可與熱療發(fā)揮協(xié)同作用的藥物見(jiàn)表1。順鉑是最早發(fā)現(xiàn)與熱療有協(xié)同作用的藥物之一，該藥通過(guò)與DNA結(jié)合引起內(nèi)部或DNA之間交連和/或DNA與蛋白質(zhì)之間交連，發(fā)揮細(xì)胞毒作用。熱療可以促進(jìn)DNA與鉑的結(jié)合，并可使藥物到達(dá)細(xì)胞內(nèi)的濃度增加，還可以抑制順鉑作用后細(xì)胞對(duì)DNA的修復(fù)過(guò)程。對(duì)于順鉑耐藥的腫瘤細(xì)胞，熱療也能夠增加細(xì)胞內(nèi)藥物的

6、濃度，有助于克服耐藥。順鉑在4143C發(fā)揮與熱療的協(xié)同效應(yīng)較為理想?？ㄣK和草酸鉑與熱療聯(lián)合，細(xì)胞毒性也有所增加3,4。足葉乙甙（VP-16）和替尼鉑甙（VM-26）是拓?fù)洚悩?gòu)酶II抑制劑。研究表明，VP-16與熱療同步進(jìn)行，協(xié)同作用不明顯；但是在43C1小時(shí)結(jié)束后312小時(shí)，拓?fù)洚悩?gòu)酶II含量與活性明顯增強(qiáng)，此時(shí)給予VP-16可發(fā)揮顯著的協(xié)同效果。VP-16可以使細(xì)胞周期阻滯于G2+M期，熱療可以明顯促進(jìn)這一過(guò)程。熱療對(duì)VM-26的細(xì)胞毒性也有增強(qiáng)作用5,6。Table 1. Antercancer drugs that show enhanced cytotoxicity with hype

7、rthermiaClassification Anticancer drugAlkylating agents Lomustine CyclophosphamideAntineoplastic antibiotics Mitomycin C Epirubicin AdriamycinPltinum compound Cisplatin Carboplatin OxaliplatinTaxine PaclitaxelPyrimidine analogue GemcitabineVinca alkaloide VinblastineTopoisomerase I inhibitors Campto

8、thecin Irinotecan(CPT-11)Topoisomerase I I inhibitors Etoposide (VP-16) Teniposide (VM-26)喜樹(shù)堿、羥基喜樹(shù)堿及其衍生物是拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制劑。早在1980年我國(guó)學(xué)者就研究發(fā)現(xiàn)喜樹(shù)堿與熱療聯(lián)合應(yīng)用對(duì)人食管癌細(xì)胞生長(zhǎng)有協(xié)同作用。腫瘤細(xì)胞單獨(dú)接受熱療或喜樹(shù)堿治療，細(xì)胞生長(zhǎng)在一段時(shí)間內(nèi)受阻，但是經(jīng)過(guò)大約15天生長(zhǎng)又開(kāi)始活躍起來(lái)。兩者聯(lián)合則細(xì)胞喪失恢復(fù)增殖能力。羥基喜樹(shù)堿衍生物（CPT-11）是近年開(kāi)發(fā)的抗腫瘤新藥，對(duì)大腸癌和肺癌等腫瘤治療有效。對(duì)該藥與熱療的研究也有文獻(xiàn)報(bào)道，發(fā)現(xiàn)在低濃度（5ug/ml）下熱療可發(fā)揮

9、增效作用，高濃度（50ug/ml）則相反7。臨床上有采用低劑量CPT-11聯(lián)合熱療取得理想效果的報(bào)道8。健擇是新一代抗代謝藥，在體內(nèi)經(jīng)過(guò)核苷激酶的作用轉(zhuǎn)化為活性二磷酸及三磷酸核苷而發(fā)揮作用。主要作用于DNA合成期，在一定條件下，可阻止細(xì)胞有G1期向S期進(jìn)展。目前，該藥已廣泛用于乳腺癌、肺癌、胰腺癌等腫瘤的腫瘤的治療。近年來(lái)，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，健擇與熱療同時(shí)進(jìn)行，熱療能夠干擾健擇的活性轉(zhuǎn)化，抑制健擇的細(xì)胞毒性；但是，健擇與腫瘤細(xì)胞接觸4小時(shí)后，間隔20小時(shí)再給予熱療43C 1小時(shí)，藥物的細(xì)胞毒性可明顯增加。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，當(dāng)健擇應(yīng)用48小時(shí)后給予熱療，能夠延遲腫瘤生長(zhǎng)9。 紫杉醇通過(guò)干擾有絲分裂抑制

10、細(xì)胞生長(zhǎng)，是肺癌、乳腺癌、卵巢癌和胃癌等腫瘤常用藥物。近年發(fā)現(xiàn)低劑量紫杉醇還有明顯的抗血管生成作用。有關(guān)該藥與熱療聯(lián)合應(yīng)用的體外研究，不同文獻(xiàn)因采用腫瘤細(xì)胞不同，結(jié)果差別較大。研究發(fā)現(xiàn)，熱療對(duì)紫杉醇抑制肺癌細(xì)胞生長(zhǎng)可增效5100倍，對(duì)小鼠乳腺癌FM3A的抑制也有明顯的協(xié)同作用，但是對(duì)乳腺癌MCF-7細(xì)胞及SW1573、L-929等細(xì)胞無(wú)協(xié)同效果10-12。目前，動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果均支持紫杉醇與熱療有明顯的協(xié)同作用。Cividalli 等13對(duì)小鼠乳腺癌模型研究了不同組合紫杉醇、表阿霉素與熱療聯(lián)合對(duì)腫瘤的治療效果，證實(shí)紫杉醇聯(lián)合熱療與紫杉醇、表阿霉素聯(lián)合熱療對(duì)腫瘤抑制效果最佳，兩者之間無(wú)顯著差異，

11、但均明顯優(yōu)于紫杉醇單用或紫杉醇聯(lián)合表阿霉素的效果。說(shuō)明紫杉醇聯(lián)合熱療的潛力最大。長(zhǎng)春花堿主要通過(guò)抑制微管蛋白的聚合抑制細(xì)胞分裂，對(duì)RNA合成及細(xì)胞膜也有干擾。近年研究表明長(zhǎng)春花堿不僅對(duì)腫瘤細(xì)胞有抑制作用，對(duì)新生腫瘤血管也有明顯的抑制效果。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)春花堿單獨(dú)應(yīng)用時(shí)腫瘤內(nèi)血流量受到影響，但腫瘤生長(zhǎng)速度未受影響，與熱療聯(lián)合后導(dǎo)致大量腫瘤血管損傷，腫瘤生長(zhǎng)明顯延遲14。Monge等15在小鼠乳腺癌模型上比較了6種常用化療藥物與熱療的相互作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱療對(duì)環(huán)磷酰胺和絲裂霉素單藥細(xì)胞毒性的增強(qiáng)效果最明顯，優(yōu)于阿霉素、氟脲嘧啶、甲氨喋呤和長(zhǎng)春新堿。在小鼠纖維肉瘤模型的聯(lián)合化療中，熱療對(duì)環(huán)磷酰胺聯(lián)合

12、順鉑的增效作用最顯著，對(duì)環(huán)磷酰胺、順鉑、絲裂霉素三藥聯(lián)合次之16。3 熱化療的臨床研究3.1 食管癌食管癌患者確診后，手術(shù)切除率不超過(guò)50%。日本學(xué)者從八十年代就開(kāi)始研究術(shù)前在放療、化療的基礎(chǔ)上，加用腔內(nèi)熱療以求提高療效。早期研究發(fā)現(xiàn)單純放化組和在此基礎(chǔ)上加用腔內(nèi)熱療的熱放化組比較，患者術(shù)后5年生存率分別是14.7%和43.2%，差異顯著。在隨后的隨機(jī)對(duì)照研究中又證實(shí)熱放化組主觀癥狀的改善和客觀緩解率都高于不含熱療組，3年生存率比對(duì)照組高一倍以上（50.4% vs 24.2%）2。另有資料顯示，136例食管癌患者術(shù)前采用熱放化治療，術(shù)后病理完全緩解率高達(dá)65.4%，5年生存率22.3%，107

13、例術(shù)前接受放化療，術(shù)后病理緩解率50.5%，5年生存率13.7%17。熱療對(duì)于已喪失手術(shù)機(jī)會(huì)的晚期食管癌患者，其癥狀改善和生存期延長(zhǎng)也具有優(yōu)勢(shì)。3.2 胃癌胃癌易發(fā)生腹腔內(nèi)播散轉(zhuǎn)移。腹腔內(nèi)熱化療是最常用的綜合治療方式之一。腹腔化療可以使化療藥物在腔內(nèi)達(dá)到較高濃度，熱療一方面可以增強(qiáng)藥物對(duì)腫瘤組織的穿透力，另一方面對(duì)化療藥物的細(xì)胞毒性有增強(qiáng)效應(yīng)，而對(duì)腹膜沒(méi)有損傷作用。熱化療對(duì)散在的多發(fā)性小的種植病灶效果較好。一項(xiàng)對(duì)141例胃癌的前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究表明，熱化療組腹腔復(fù)發(fā)率只有1.4%（1/71），未接受治療的對(duì)照組卻高達(dá)22.5%（16/70），4年生存率也有明顯差異（76% vs 58%）18。

14、有關(guān)腹腔內(nèi)熱化療的臨床研究很多，國(guó)內(nèi)已有文獻(xiàn)綜述專門(mén)介紹，本文不予重復(fù)。3.3 直腸癌直腸癌由于直腸與鄰近器官連接緊密，淋巴回流復(fù)雜，容易發(fā)生局部浸潤(rùn)與復(fù)發(fā)。目前，對(duì)于直腸癌患者術(shù)前采用熱療聯(lián)合放化療的臨床研究國(guó)外已經(jīng)有多篇報(bào)道。發(fā)現(xiàn)術(shù)前采用熱療聯(lián)合放化療組，5年生存率91.3%，對(duì)照組64.0%，差異顯著。Ohno19分析了大量直腸癌熱療、化療、放療等文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：術(shù)前熱放化治療可以顯著提高手術(shù)切除率，減少局部復(fù)發(fā)，延長(zhǎng)生存期；術(shù)前熱放化治療不增加術(shù)后并發(fā)癥；術(shù)中、術(shù)后加用熱療者局部復(fù)發(fā)率明顯降低；復(fù)發(fā)切除的局部復(fù)發(fā)者，加用熱療更容易達(dá)到縮小病灶、減輕痛苦的目的。熱療用于直腸癌的治療有

15、巨大潛力。3.4 胰腺癌 胰腺癌發(fā)病時(shí)80%患者已喪失手術(shù)時(shí)機(jī)， 易出現(xiàn)黃疸、疼痛等癥狀，治療十分棘手。Kouloulias20探索了熱療在胰腺癌治療中的作用。他們對(duì)27例IV期胰腺癌患者進(jìn)行化療-改道手術(shù)-放化療模式治療，對(duì)另外10例患者在術(shù)中對(duì)病灶區(qū)域進(jìn)行熱療（4345C），結(jié)果，加用熱療者平均生存期顯著延長(zhǎng)，生活質(zhì)量評(píng)分、疼痛評(píng)分顯著改善，腫瘤標(biāo)志CEA和CA199明顯降低。本文作者采用熱化療模式治療胰腺癌患者，疼痛及腫瘤標(biāo)志物均可獲得改善。3.5 軟組織肉瘤軟組織肉瘤對(duì)放療和化療均不敏感，手術(shù)是唯一公認(rèn)的治療方法。最近，Wendtner21報(bào)道了采用熱化療模式治療內(nèi)臟和后腹膜軟組織肉瘤

16、的結(jié)果。作者以58例高?；颊邽檠芯繉?duì)象，首先給予4個(gè)周期的熱化療，藥物選擇足葉乙甙、異環(huán)磷酰胺和阿霉素，再進(jìn)行手術(shù)切除，術(shù)后給予輔助放化療。結(jié)果經(jīng)影像學(xué)證實(shí)病灶縮小者占33%，術(shù)前接受熱化療有效者，5年局部控制率59%、總生存率60%；熱化療無(wú)效者5年局部控制率0%、總生存率10%，差異顯著。4 腫瘤靶向熱化療溫敏脂質(zhì)體（theromosensitive liposome）介導(dǎo)的腫瘤靶向熱化療是近年腫瘤熱化療的一個(gè)新方向。溫敏脂質(zhì)體是指在高于生理溫度的條件下有效地釋放藥物到靶位的脂質(zhì)體。構(gòu)建脂質(zhì)體的磷脂都有特定的相變溫度（transition temperature, Tm），低于Tm時(shí)脂質(zhì)保

17、持穩(wěn)定，達(dá)到Tm時(shí)磷脂分子由原來(lái)排列緊密的全反式構(gòu)象變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)疏松歪扭構(gòu)象，膜流動(dòng)性和通透性增加，包封的藥物釋放速度增大。通常制備的溫敏脂質(zhì)體可以在41條件下誘發(fā)藥物釋放，但是仍然存在藥物注入體內(nèi)易被單核吞噬系統(tǒng)攝取消除和向病變部位釋放程度差異大等不足。最近，美國(guó)Dewhitst課題組22建立了一種新型溫敏脂質(zhì)體。其特點(diǎn)如下：變相溫度設(shè)在39-40，該溫度在臨床上更易達(dá)到；制備上加入了DSPE-PEG-2000，使脂質(zhì)體可在血循環(huán)中長(zhǎng)時(shí)間存在而避免單核吞噬細(xì)胞的快速攝??；確定了脂質(zhì)體顆粒為100納米時(shí)可使脂質(zhì)體在加熱的腫瘤組織局部能夠最有效穿入并獲最大幅度的藥物釋放。首次證實(shí)這種大小的脂質(zhì)體2-

18、5。因此，該脂質(zhì)體在腫瘤靶向熱化療領(lǐng)域有較大的潛在應(yīng)用價(jià)值。5 小結(jié) 腫瘤熱化療作為腫瘤綜合治療的一種新模式，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)很多醫(yī)院逐漸開(kāi)展起來(lái)。通過(guò)對(duì)腫瘤熱化療基礎(chǔ)研究的不斷深入，結(jié)合國(guó)外熱化療臨床應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)熱化療的臨床設(shè)計(jì)與應(yīng)用將更加規(guī)范與合理，使更多的腫瘤患者從中受益。參考文獻(xiàn)1 van der Zee J. Heating the patient: a promising approach?J Ann Oncol 2002;13(8):1173-842 Takahashi I, Emi Y, Hasuda S, et al. Clincal application of hyp

19、erthermia combined with anticancer drugs for the treatment of solid tumorsJ. Surgery 2002; 131(1S):S78-843 Westermann AM, Grosen EA, Katschinski DM, et al. A pilot study of whole body hyperthermia and carboplatin in platinum-resistant ovarian cancerJ. Eur J Cancer 2001;37(9):1111-74 Rietbroek RC, va

20、n de Vaart PJ, Haveman J, et al. Hyperthermia enhances the cytotoxicity and platinum-DNA adduct formation of lobaplatin and oxaliplatin in cultured SW1573 cellsJ.J Cancer Res Clin Oncol 1997;123(1):6-125 Hirohashi Y, Hidaka K, Sato S, et al. Biomodulation by hyperthermia of topoisomeraes II-targetin

21、g drug in human colorectal cancer cellsJ. Jpn J Cancer Res 1995;86(11):1097-1056 Van Heek-Romanowski R, Putter S, Trarbach T, et al. Etoposide toxicity on human neuroblastoma cells in vitro is enhanced by preceeding hyperthermiaJ. Med Pediatr Oncol 2001;36(1):197-87 Kondo T, Ueda K, Kano E. Combined

22、 effects of hyperthermia and CPT-11 on DNA strand breaks in mouse mammary carcinoma FM3A cellsJ. Anticancer Res 1995;15(1):83-68 Nishida Y, Hamaji M, Miyazaki S, et al. Thermo-chemotherapy using low dose CPT-11 in a patient with local recurrence of rectal cancerJ. Gan To Kagaku Ryoho 1999;26(4):549-

23、529 Van Bree C, Beumer C, Rodermond HM, et al. Effectiveness of 2,2difluorodeoxycytidine (Gemcitabine) combined with hyperthermia in rat R-1 rhabdomyosarcoma in vitro and in vivoJ. Int J Hyperthermia 1999;15(6): 549-5610 Schrump DS, Zhai S, Nguyen DM, et al. Pharmacokinetics of paclitaxel administer

24、ed by hyperthermic retrograde isolated lung perfusion techniquesJ. J Thorac Cardiovasc Surg 2002; 123(4): 686-9411 Othman T,Goto S,Lee JB, et al. Hyperthermic enhancement of the apoptotic and antiproliferative activities of paclitaxelJ. Pharmacology 2001;62(4):208-1212 Rietbroek RC, Katschinski DM,

25、Reijers MH, et al. Lack of thermal enhancement for taxanes in vitroJ. Int J Hyperthermia 1997;13(5):525-3313 Cividalli A, Livdi E, Ceciarelli F, et al. Hyperthermia and paclitaxelepirubicin chemotherapy: enhanced cytotoxic effect in a murine mammary adenocarcinomaJ. Int J Hyperthermia 2000; 16(1):61

26、-7114 Eikesdal HP, Bjerkvig R, Dahl O. Vinblastine and hyperthermia target the neovasculature in BT（4）AN rat gliomas: therapeutic implications of the vascular phenotypeJ. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2001; 51(2): 535-4415 Monge OR, Rofstad EK, Kaalhus O. Thermochemotherapy in vivo of a C3H mouse mam

27、mary carcinoma: single fraction heat and drug treatmentJ. Eur J Cancer Clin Oncol 1988;24(10): 1661-916 Matsushita S, Reynolds R, Urano M. Synergism between alkylating agent and cis-platin with moderate local hyperthermia: the effect of multidrug chemotherapy in an animal systemJ.Int J Hyperthermia 1993;9(2):285-9617 Nozoe T, Saeki H, Ito S, et al. Preoperative hyperthermochemoradiotherapy for esophageal carcinomaJ . Surgery 2002;131(1S):S35-818 Fujimoto S, Takahashi M, Mutou T, et al. Successful intraperitoneal hyperthermic chemoperfusion for the prevention of posto