微波消融治疗肿瘤免疫效应研究进程范文

【摘要】微波消融治疗肿瘤是指用特定频率的电磁波来杀灭肿瘤的治疗方法。微波消融适用于多种组织类型的肿瘤，具有受血流影响小、消融范围广、临床疗效好等优点。微波消融不仅是一种简单通过热效应杀灭肿瘤的手段，其产生的免疫效应在杀灭肿瘤过程中也起到了重要的作用。本文总结微波消融引起的不同类型的免疫效应，并展望微波消融联合免疫治疗在肿瘤治疗中的发展前景。

【关键词】微波消融；肿瘤；免疫效应；免疫治疗

近年来，微波消融技术在局部肿瘤的治疗中取得了良好疗效，目前该技术已应用于肝［1］、肾［2］、肺［3］、胰腺［4］、骨［5］、乳腺［6］等多种组织的肿瘤治疗中。微波消融治疗与常规手术切除不同之处在于，肿瘤组织经微波消融后发生凝固性坏死且留在体内，而周围正常组织极少或几乎不受损伤。微波消融不仅可以通过产生热效应直接杀灭肿瘤，而且还能产生正向免疫刺激效应。1996年NAKAYAMA等用微波（43℃，15min）消融治疗小鼠黑色素瘤之后发现，小鼠肿瘤被成功抑制，生存期延长，而且在局部组织中发现T细胞和自然杀伤（NK）细胞浸润，首次提出微波消融肿瘤可能会产生免疫刺激效应［7］。DONG等［8］报道肝癌微波消融术后患者的生存率提高，复发率降低，且生存率与消融局部T细胞、NK、巨噬细胞的浸润程度呈正相关，证明了肿瘤微波消融的正相免疫刺激效应。近年来，国内外有陆续有研究报道微波消融治疗肿瘤的同时使机体产生了免疫效应［9-10］，这些免疫效应对肿瘤的杀灭起到了一定的促进作用，这意味着微波消融不仅是一种单纯依靠热效应杀灭肿瘤的手段，而且经消融后的肿瘤组织还可以激发机体免疫系统产生正向免疫效应，临床研究及应用潜力巨大。但目前对这类免疫效应的研究仍然缺乏系统归纳及总结。明确微波消融引发机体免疫效应的机制，对该术式的临床应用以及推广具有重要价值。本文将对微波消融治疗肿瘤后机体免疫功能的变化进行综述，并探讨微波消融联合免疫治疗在肿瘤治疗中的前景。

1微波消融肿瘤的基本原理

微波消融采用介于红外线和无线电波之间频率（900~2450MHz）的电磁波［11］，由于该频率接近水的共振频率且水分子是极性分子，因此当微波作用于水分子时会使其产生剧烈振动并以2~5亿次每秒的速度翻转，通过水分子剧烈运动产生相互摩擦，从而产生热量［12］；其他极性分子（如碳水化合物、蛋白质等）也因类似原理产生热量［13］；所产生的热量可形成以微波天线为中心，直径为2.0~3.0cm的高温区［14］并作用于目标组织，引发肿瘤组织凝固、坏死和其他一系列的生物学效应。由于微波不依靠电流或组织传导，消融中心区域的温度可以迅速达到100℃以上，使消融区域组织坏死。但由于消融区域大，消融速度快，因此要严格控制消融条件，以防止过度治疗破坏肿瘤周围正常组织。

2微波消融对肿瘤微环境的影响

研究表明轻中度高热（38~42℃）能使肿瘤细胞凋亡，肿瘤微环境也随之发生改变［15］。肿瘤微环境成分复杂，由多种细胞和蛋白质组成，它既为肿瘤生长提供有利条件，同时也具有内分泌功能［16］，分泌大量的生长因子和细胞因子［17-18］。微波消融治疗在肿瘤原位灭活的同时，能够在一定程度上改变肿瘤微环境，研究显示［19］微波消融治疗非小细胞肺癌术后第1、3天，第1个月患者血清血管内皮生长因子（VEGF）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）较术前降低，研究发现NO及其限速酶iNOS与肿瘤生长关系密切，肿瘤细胞释放到肿瘤微环境的NO能够促进肿瘤的生长，而VEGF能促进肿瘤血管生长。微波消融术后肿瘤微环境中VEGF、iNOS浓度降低，进一步抑制了肿瘤的生长。此外，部分研究表明［20］微波消融术还能增强抗原提呈细胞（APC），T细胞和NK等免疫细胞的活性，增加IL⁃12、IFN⁃γ、TNF⁃α等正向免疫因子的含量，从而提高肿瘤放疗和化疗疗效［21］。增强机体抗肿瘤功能［22-23］，对机体的免疫状态具有正向调节作用。

3微波消融治疗肿瘤对淋巴细胞免疫功能的影响

微波消融术中，细胞膜脂质层的流动性因高温而增强，从而使肿瘤抗原暴露几率增加或特异性肿瘤抗原决定簇发生改变，肿瘤的抗原性也随之增强，这有利于机体产生抗体和补体与肿瘤抗原结合，促进机体内抗原提呈细胞（APC）摄取后递呈给CTL发挥杀灭肿瘤的作用［24］。细胞毒性温度下（>43℃）的热疗能直接导致肿瘤细胞死亡，释放肿瘤内部抗原诱导机体正向肿瘤免疫反应。而原有的肿瘤抗原决定簇的空间结构发生改变，二者都可被机体免疫系统识别成为新的抗原。因此，经灭活的肿瘤细胞没有了肿瘤的活性而只保留了抗原性，从而形成“瘤苗”［26］，机体产生的抗体和补体与“瘤苗”结合，能诱导特异性细胞毒性T细胞（CTL）的增殖和分化，增强机体细胞免疫功能［27］。淋巴细胞浸润入微波消融后的肿瘤组织可能不仅是一种纯粹的炎症反应，而是由消融后的坏死组织引起的一个积极的抗肿瘤的免疫反应。研究报道显示［8］在对有多个结节的肝癌患者的其中一个结节进行微波消融后，在未经微波消融的结节标本中检测到广泛浸润的免疫细胞，包括T淋巴细胞、自然杀伤细胞（NK）细胞和巨噬细胞，而且免疫细胞体积变大。这表明对肝癌进行微波消融引起的免疫反应对远处未治疗的肿瘤存在一定影响，其原因可能是在治疗和未治疗的肿瘤组织中存在相似的抗原，会诱导相同的细胞免疫应答。研究还发现，微波消融治疗肝癌后免疫细胞浸润数量随时间变化。HAN等［28］连续动态观察肝癌患者微波治疗前及治疗后30d内T淋巴细胞及亚群的变化，结果发现治疗前后CD20+含量无明显差异；而CD68+数量较术前升高且在术后第3天达到最高值，CD3+、CD45RO+、CD56+在术后17d达到峰值。电子显微镜观察显示，治疗后T淋巴细胞和巨噬细胞内的粗面内质网数量，以及巨噬细胞内的次级溶酶体数量均较治疗前明显增多，说明这些免疫细胞的功能明显增强［29］。

4微波消融治疗肿瘤对机体免疫因子的影响

肿瘤细胞自身能分泌抑制性免疫因子，热消融治疗后肿瘤组织凝固性坏死，从而降低了肿瘤微环境或整个机体中肿瘤细胞分泌免疫抑制因子的水平，使机体的免疫系统能正常地识别和杀灭肿瘤组织。例如，可溶性白细胞介素2受体（sIL⁃2R）是一种由肿瘤细胞分泌的细胞因子，它能中和活化T淋巴细胞分泌的IL⁃2，起到封闭因子的作用，降低肿瘤患者机体的IL⁃2水平。相关研究报道显示多种热消融方式（包括微波和射频消融）治疗后患者的sIL⁃2R与热消融前对比显著降低［30］。抗肿瘤细胞因子在肿瘤发生、发展过程中起重要作用，而微波消融对肿瘤细胞因子也会产生影响。例如，IL⁃2促使T细胞增殖及产生细胞因子，其中，干扰素γ（IFN⁃γ）可直接抑制肿瘤细胞增殖；肿瘤坏死因子α（TNF⁃α）可直接杀伤肿瘤细胞，并抑制血管内皮细胞迁移从而间接抑制肿瘤细胞的增殖；IL⁃12可诱导机体产生IFN⁃γ，IFN⁃γ可通过强化肿瘤细胞的免疫原性而发挥抗肿瘤作用。GAR⁃DINI等［31］报道，辅助性T淋巴细胞在整个肝癌免疫过程中处于核心位置，IL⁃12、干扰素γ（IFN⁃γ）、和肿瘤坏死因子α（TNF⁃α）主要由辅助T细胞1（Th1）细胞分泌，IL⁃4和IL⁃10主要由辅助T细胞2（Th2）细胞分泌，机体Th2细胞因子表达下降时称为Th1/Th2型偏移，而Th1细胞因子表达下降时称为Th2/Th1型偏移。Th1/Th2型偏移时，IL⁃12、IFN⁃γ、和TNF⁃α发挥主要抗肿瘤作用。Th2/Th1型偏移时，IL⁃4和IL⁃10发挥主要抗肿瘤作用［32］。血清转化生长因子β1（TGF⁃β1）属于表皮生长因子（EGF）家族中的成员，通过与肿瘤细胞上EGF受体结合后发挥其生物效应，能够引起细胞内某些原癌基因转录因子激活。肿瘤微环境中，TGF⁃β1由多种细胞（包括肿瘤细胞，免疫细胞，纤维母细胞等基质细胞）分泌，其主要功能是促进上皮细胞间叶化转变/间叶细胞上皮化转变（EMT/MET），抑制中晚期肿瘤细胞凋亡，从而促进肿瘤细胞增殖，同时也有较强的促血管生成作用［33］。人类肝癌细胞由于负反馈机制失调能够分泌大量的TGF⁃β1，TGF⁃β1通过调节肝癌组织相关血管内皮细胞生长，抑制机体的多种抗肿瘤免疫效应，是肿瘤细胞逃逸机体免疫系统的监视与杀伤的一个重要机制，在肿瘤发生过程中起着关键性作用。微波消融治疗肿瘤后机体免疫状态在一定程度上得到改善，是微波消融导致TGF⁃β1等体液因子出现一系列的变化。BEDOSSA等［34］在研究中发现，微波消融一周后TGF⁃β1明显低于治疗前的水平。曹兴国等［35］在研究原发性肝癌患者微波消融治疗前后肿瘤TGF⁃β1的变化时发现，与微波消融前比较，微波消融后2周患者TGF⁃β1浓度显著下降。而TGF⁃β1浓度的下降能在一定程度上解除肿瘤的免疫抑制效应。

5微波消融治疗肿瘤后机体热休克蛋白的变化

热休克蛋白（HSP）是生物体或离体培养细胞在应激状态下产生的一组特殊的蛋白质，在微波消融热效应和非热效应作用下，肿瘤组织合成HSP。HSP从肿瘤细胞中释放后可以有效激活处于静态的APC，启动机体抗肿瘤免疫反应。另外，HSP能够介导肿瘤抗原的交叉启动［36］。交叉启动是细胞外HSP与肿瘤抗原结合的能力被内在化并呈递给APC上的主要组织相容性复合体Ⅰ类分子（MHCI）类分子，从而有效激活针对肿瘤抗原的CTL的过程。研究显示，HSP不是凋亡中的肿瘤细胞产生的，而是坏死后的肿瘤细胞裂解出来的［37］，而且交叉启动效应也因坏死肿瘤细胞裂解物的产生而增强，而早期凋亡的肿瘤细胞没有这种效应［38］。树突状细胞（DC）是目前发现的体内功能最强的APC［39］，微波消融后“瘤苗”诱导（DC）成熟的能力与肿瘤细胞产生的HSP相关［40］。相关研究报道［40］显示HSP的生成被抑制时，小鼠胸腺瘤细胞裂解物诱导DC成熟的途径也随之被阻断。虽然HSP是坏死的肿瘤细胞裂解后释放出来的，但也有证据表明处于凋亡状态的肾癌、鳞状细胞癌和胰腺癌细胞也可以增强DC的活性，说明HSP的生成方式和功能因癌细胞病理类型的不同而存在差异［41-42］。这些肿瘤特征的差异并不是没有意义的，因为热消融可以根据温度和消融时间来决定肿瘤细胞是坏死还是凋亡来调控HSP的释放。已有研究探讨温度、时间等热消融有关的因素与对肿瘤细胞杀伤之间的关系［43］，在40~42.5℃之间肿瘤细胞数量随消融时间的延长下降不明显，在43~47℃这一温度区间肿瘤细胞数量随消融时间上升呈指数下降。这些因素的综合效应决定肿瘤细胞处于存活、凋亡、还是坏死状态，从而有效调控HSP的释放。

6微波消融治疗肿瘤对机体红细胞免疫功能的影响

红细胞免疫是机体免疫的重要组成部分。主要免疫作用有：（1）清除循环免疫复合物；（2）充当辅助灭活因子促进补体活化，增强吞噬细胞的功能；（3）通过CD58+、CD59+与辅助性T细胞的CD2+粘附激活T淋巴细胞免疫功能，亦能与B细胞作用，促使B细胞增值、分化，产生免疫球蛋白；（4）促进淋巴细胞产生IFN⁃r，促进淋巴细胞转化，使培养液中IgG、IgA的含量增加［44］；（5）对自体和异体抗原具有识别功能，且能储存抗原［45］。WANG等［46］研究表明肝癌患者存在继发性红细胞功能障碍，红细胞免疫复合物花环形成率明显升高，而红细胞补体C3b受体花环形成率明显降低；而在微波消融治疗肿瘤14d后，患者红细胞免疫复合物花环形成率降低至正常水平，说明微波消融后机体红细胞免疫功能得到恢复。7总结及展望微波消融术作为一种治疗肿瘤的热消融方法，具有操作简便、消融彻底等优点，同时也可通过影响肿瘤微环境、淋巴细胞、免疫因子、HSP、红细胞等改善机体的免疫功能，提高机体的抗肿瘤能力。微波消融治疗肿瘤的免疫效应还可以与肿瘤的免疫治疗（包括过继免疫细胞、注射免疫增强剂、免疫检查点阻断等）相结合，实现更好的肿瘤治疗效果。但是，关于微波消融产生免疫效应的机制研究仍未完善，对不同类型及部位的肿瘤免疫效应的差异仍不明确，相关免疫疗法的剂量及用法等方面都需要开展更加深入的研究。总而言之，微波消融引起的多种免疫效应具有广阔的研究与应用前景，这些关于免疫效应机制的研究为肿瘤的临床治疗新方法的探索提供了有价值的参考依据。

作者：陈玲玲1；2林泽枫2；3张余4 单位：1南方医科大学研究生学院，2广州军区广州总医院骨科医院，3广东省矫形技术及植入材料重点实验室4广东省医学科学院/广东省人民医院骨科