浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院 浙江省生物電磁學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 生物物理與醫(yī)學(xué)工程研究組，浙江 杭州 310058

引言

不可逆電穿孔（Irreversible Electroporation，IRE）是一種具有超短脈沖持續(xù)時(shí)間和高電場強(qiáng)度治療腫瘤的新技術(shù)[1-2]。腫瘤物理治療主要有放射治療、射頻消融[3]、微波消融[4]、光熱療法[5]、激光消融[6]、冷凍治療[7]等，IRE為除上述之外的另一種癌癥物理治療方法[8]，其可使治療區(qū)域內(nèi)細(xì)胞形成IRE，有效破壞癌細(xì)胞[9]。在腫瘤物理消融治療中，血管和膽道內(nèi)皮細(xì)胞等細(xì)胞成分也將受到不同程度的不可逆損傷。然而，構(gòu)成這些血管和膽管結(jié)構(gòu)的細(xì)胞外基質(zhì)可以保存其結(jié)構(gòu)和功能的完整性，有助于組織的快速再生[10]。這使得IRE在理論上成為了一種安全的治療選擇，治療膽管和內(nèi)臟血管附近的腫瘤。本研究回顧了現(xiàn)有的臨床數(shù)據(jù)，描述IRE的一般應(yīng)用，分別討論IRE在肝癌、胰腺癌和前列腺癌治療中的應(yīng)用。

1 不可逆電穿孔

1.1 工作原理

電脈沖通過在細(xì)胞膜中形成新生孔洞，以可逆或不可逆的方式滲透組織[11]。其中可逆電穿孔是在脈沖電場作用下在細(xì)胞膜上形成的一種瞬態(tài)親水孔[12]。電脈沖引起了膜滲透性的變化的現(xiàn)象首先由Neumann等[13]發(fā)現(xiàn)。電穿孔的電脈沖劑量較小，只能導(dǎo)致細(xì)胞膜發(fā)生暫時(shí)的可逆性電擊穿，撤銷電場后，細(xì)胞膜逐漸恢復(fù)原來的形態(tài)，細(xì)胞仍然存活。例如，在一種新的癌癥治療方法中局部施加的脈沖電場可增強(qiáng)細(xì)胞膜的通透性，從而使化療藥物在細(xì)胞內(nèi)更多的積累，從而導(dǎo)致局部進(jìn)行性壞死[14-16]。此外，脈沖電場可以通過誘導(dǎo)電穿孔來破壞血腦屏障，從而增加細(xì)胞外通道的通透性[17-18]。

IRE是指在高壓脈沖電場作用下，細(xì)胞膜產(chǎn)生了不可逆的孔洞的現(xiàn)象[19]。IRE是隨著電脈沖劑量增加，細(xì)胞膜出現(xiàn)不可恢復(fù)的破裂導(dǎo)致細(xì)胞死亡[20-21]。這些電流的爆發(fā)可以通過破壞細(xì)胞壁的電勢而穿透細(xì)胞膜，或者“穿孔”，如果稍微延長使用時(shí)間，就會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)腫瘤細(xì)胞不可逆的電穿孔[22-23]。

1.2 臨床使用技術(shù)

在手術(shù)之前，評(píng)估腫瘤的確切大小和幾何形狀，以確定探針的數(shù)量和配置。盡管創(chuàng)建消融區(qū)域至少需要2個(gè)探針，但通常需要多個(gè)探針來徹底消融腫瘤，包括在所有方向上至少5 mm的無瘤邊緣。IRE需要在全身麻醉下進(jìn)行。完全肌肉放松是強(qiáng)制性的，以抵消由于電脈沖的傳遞而對(duì)骨骼肌的刺激，并防止肌肉收縮后電極針的移動(dòng)。在脈沖輸送之前，應(yīng)通過確認(rèn)完全肌肉松弛。建議將患者連接到外部除顫器，以便在發(fā)生室性心律失常時(shí)進(jìn)行快速干預(yù)?？梢栽陂_腹手術(shù)中使用術(shù)中超聲或經(jīng)皮使用對(duì)比增強(qiáng)計(jì)算機(jī)斷層掃描或超聲引導(dǎo)進(jìn)行內(nèi)鏡檢查。對(duì)于計(jì)算機(jī)斷層掃描引導(dǎo)的方法，建議進(jìn)行計(jì)算機(jī)斷層透視檢查，以便了解針電極、目標(biāo)病變及其周圍結(jié)構(gòu)。探針應(yīng)相互平行插入，以促進(jìn)均勻的能量輸送。

1.3 IRE優(yōu)勢

可逆電穿孔技術(shù)是一種非熱破壞細(xì)胞的技術(shù)[19,24-25]，可在誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的同時(shí)將有害的熱效應(yīng)降至最低。相比于其他消融手段，IRE消融技術(shù)的優(yōu)勢是可應(yīng)用于敏感結(jié)構(gòu)附近，例如應(yīng)用于鄰近大血管的腫瘤治療[26]，也可使有膽管和肝血管的肝門得以保留[27-29]。對(duì)于癌癥的理想局部治療方法是只破壞癌細(xì)胞，但同時(shí)保留或至少限制對(duì)周圍重要結(jié)構(gòu)的損傷。

2 肝癌治療

中心位置的肝病變由于靠近主膽管和門靜脈，不適合切除或熱消融。由于IRE能夠保存這些結(jié)構(gòu)，其被認(rèn)為是一種合適的消融手段[30]。

一項(xiàng)對(duì)129名患者（227 個(gè)腫瘤）的肝IRE安全性的系統(tǒng)評(píng)估中顯示，總體并發(fā)癥發(fā)生率為16%[25]。目前尚未有與肝癌IRE治療相關(guān)的死亡的報(bào)道。穿刺相關(guān)并發(fā)癥（如氣胸和出血）很少遇到。施加的電場可能導(dǎo)致心律失常，但心臟門控大大降低了這種風(fēng)險(xiǎn)。Deodhar等[31]的研究發(fā)現(xiàn)，即使將針電極放置在心肌內(nèi)，當(dāng)電脈沖與R波同步傳遞時(shí)，也沒有看到持久的心律失常。很少發(fā)生血管相關(guān)的并發(fā)癥（如門靜脈血栓形成）。也有研究表明，在電穿孔過程中，產(chǎn)生的熱量是不可忽略的[32]，尤其是在電極針周圍[33]。有研究顯示，肝IRE后的膽管發(fā)生損傷，可能是由于與其中一根針電極直接接觸而引起膽管熱凝固所致[34]。因此，為避免損傷熱敏結(jié)構(gòu)，建議針電極放置在距離膽管或大血管至少5mm處[33]。

Cheng等[35]進(jìn)行了6位患者的研究，得出100%的有效率。Bhutiani等[36]進(jìn)行了30位患者的研究，得出97%的有效率。Niessen等[37]進(jìn)行了34位患者的研究，得出74.8%的有效率。由于肝IRE的異質(zhì)性，目前文獻(xiàn)中肝IRE的療效結(jié)果具有差異，肝癌療效的現(xiàn)有數(shù)據(jù)概述，見表1。

表1 肝癌治療有效性

3 胰腺癌治療

胰腺癌是最具侵襲性的癌癥之一，總體5年生存率<5%[46]。胰腺癌經(jīng)IRE后經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)與胃腸道相關(guān)的并發(fā)癥，如惡心、嘔吐、腹瀉、胃排空延遲、食欲不振、攝入量減少和腹痛。潰瘍、穿孔或出血也有報(bào)道[47-49]。Scheffer等[50]報(bào)道，IRE后90 d內(nèi)無患者死亡?？傮w而言，25名患者中有10名出現(xiàn)了23次不良事件。6名患者出現(xiàn)胃腸道并發(fā)癥。兩名患者需要臨時(shí)鼻胃引流和放置鼻空腸飼管。兩名患者在術(shù)后1 d淀粉酶和脂肪酶水平顯著升高，內(nèi)鏡逆行胰膽管造影術(shù)顯示壺腹區(qū)腫脹。一名患者出現(xiàn)膽管炎和感染的膽道瘤，需要經(jīng)皮引流和經(jīng)皮經(jīng)肝膽管造影術(shù)引流。

Martin等[49]進(jìn)行了包括200名接受IRE治療的局部進(jìn)展的胰腺癌患者的研究，進(jìn)行局部控制（n=150）和切緣強(qiáng)化聯(lián)合切除（n=50），報(bào)告中位總生存期為24.9個(gè)月。目前大多文獻(xiàn)中患者的中位總生存期在10～15個(gè)月左右[48,51-52]。對(duì)所有報(bào)告生存結(jié)果的研究(不包括病例報(bào)告)的概述，見表2[47-48,50-54]。

表2 胰腺癌治療有效性匯總

4 前列腺癌治療

IRE作為前列腺癌的非熱療法已經(jīng)在臨床實(shí)踐中使用了許多年[55]。數(shù)據(jù)支持IRE作為一種可行的治療所有前列腺部分的方法，在生活質(zhì)量影響方面沒有顯著差異[56]。從形式上來說，IRE的風(fēng)險(xiǎn)和迄今為止建立的治療局限性前列腺癌的程序之間沒有根本區(qū)別[57]。Van den Bos等[58]將消融部位描述為比預(yù)期大兩到三倍，并從前列腺囊擴(kuò)散到神經(jīng)血管束，這帶來了壓力性尿失禁和勃起功能障礙的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。Neal等[59]進(jìn)行了IRE對(duì)于前列腺癌的消融研究，輕度血尿是唯一的術(shù)后副作用。組織病理學(xué)結(jié)果顯示，在消融區(qū)內(nèi)沒有存活的前列腺癌細(xì)胞，但發(fā)生了局部組織壞死和炎性浸潤。該治療消融了一定體積的前列腺組織，而沒有損傷鄰近的結(jié)構(gòu)。

IRE對(duì)前列腺腫瘤的消融是有效的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)男性在消融后6個(gè)月進(jìn)行活檢時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)任何殘留癌癥的跡象[60]。IRE消融主要表現(xiàn)為腺結(jié)構(gòu)纖維化、壞死和上皮脫離。消融區(qū)域界限分明，顯示出活組織和非活組織之間的清晰界限[61]。一項(xiàng)研究對(duì)16名患前列腺癌的男性進(jìn)行IRE消融[62]，組織病理學(xué)分析顯示消融區(qū)內(nèi)無殘留腫瘤或活組織。一系列研究都表明IRE可以有效地消融目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的腫瘤。

5 未來與挑戰(zhàn)

在IRE消融研究中，除一個(gè)腫瘤的最大直徑大于3.5 cm外，所有腫瘤均小于3.5 cm[36]。但如果直徑3～4 cm的腫瘤用IRE消融，則完全消融率降低，復(fù)發(fā)的可能性增加[42]。數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在治療缺血再灌注期間，肝組織的異質(zhì)性影響中場分布的均勻性，導(dǎo)致不均勻的細(xì)胞死亡[63]。在垂直于電極的平面中，血管周圍區(qū)域的電場強(qiáng)度增加，但在平行平面中，血管周圍組織的電場強(qiáng)度顯著降低。在肝臟中使用IRE僅限于大于3 cm的腫瘤，且手術(shù)時(shí)間有限。由于兩個(gè)因素加上成本，阻止了IRE成為所有肝腫瘤消融的唯一確定模式。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，放射免疫療法將日益成為大多數(shù)肝癌的消融治療方法[64]。IRE不僅是一種很有前途的外科組織消融技術(shù)，也是一種基因治療技術(shù)。由于IRE消融術(shù)可能會(huì)留下完整的腫瘤抗原，這些發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了腫瘤消融術(shù)的臨床研究，使用免疫刺激質(zhì)粒進(jìn)行局部根除和全身免疫治療的結(jié)合[65]。IRE-同基因NK免疫療法的應(yīng)用是一種新的、有前途的聯(lián)合療法[66]。然而，仍然需要更大的臨床試驗(yàn)來證實(shí)這些結(jié)論。IRE會(huì)引起肌肉收縮，H-FIRE似乎是減輕與傳統(tǒng)IRE脈沖相關(guān)的肌肉收縮的有效技術(shù)[67]。鑒于進(jìn)展速度已成為治療肝臟惡性腫瘤的可行消融技術(shù)，電穿孔可能是未來五年大多數(shù)患者首選的消融治療方法。隨著人們對(duì)IRE潛在應(yīng)用的理解越來越廣泛，技術(shù)越來越進(jìn)步，應(yīng)用也將變得越來越普遍。