何曉梁，瞿凡，賴芋州，劉嬙霖，田超

646000 四川 瀘州，西南醫(yī)科大學(xué) 臨床醫(yī)學(xué)院（何曉梁、瞿凡、田超）；611731 成都，電子科技大學(xué) 臨床醫(yī)學(xué)院（賴芋州）；601132 成都，成都中醫(yī)藥大學(xué) 臨床醫(yī)學(xué)院（劉嬙霖）

20世紀(jì)30年代，有研究者就提出了硼中子俘獲治療（boron neutron capture therapy，BNCT）來(lái)治療癌癥的觀點(diǎn)，它可以選擇性地破壞癌細(xì)胞，同時(shí)保留正常組織。作為一種潛在有用的癌癥治療工具，BNCT在多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、腦膜瘤、復(fù)發(fā)性頭頸癌、皮膚黑色素瘤等治療中表現(xiàn)出極大優(yōu)勢(shì)。基于此，有研究者將BNCT用于乳腺癌的治療中。相較于單一放療，硼藥靶向癌細(xì)胞再通過放療極大降低了放療過程中的能量損失以及患者副反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的治療。本文將圍繞BNCT在乳腺癌中的應(yīng)用首次作重點(diǎn)闡述，以此來(lái)探討乳腺癌新的治療方向。

1 BNCT的原理及發(fā)展?fàn)顩r

BNCT是一種結(jié)合中子輻照和靶向藥物的二元放射治療方式。中子源裝置是完成BNCT的重要組成部分。它的基本原理是利用熱中子與非放射性的10B發(fā)生中子俘獲反應(yīng)，釋放出兩個(gè)高傳能線密度的粒子—α粒子（約150 keV/μm）和7Li粒子（175 keV/μm），這些粒子在組織中的射程與細(xì)胞直徑相似，約為5 ～ 9μm。在熱中子照射情況下，α和7Li粒子的殺傷作用僅限于攝取10B藥物的細(xì)胞及其緊鄰細(xì)胞，對(duì)周圍正常組織的輻射損傷較?。?］。BNCT目前在中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤如腦膠質(zhì)瘤［2-3］、頭頸部惡性腫瘤［4］以及惡性黑色素瘤［5-6］治療中都取得了令人欣喜的結(jié)果。早在1936年，有研究者就提出了在癌癥治療中使用中子俘獲反應(yīng)的想法［7］，1940年Kruger首次報(bào)道了BNCT的體外腫瘤實(shí)驗(yàn)，1951年美國(guó)麻省總醫(yī)院開展了第1例BNCT臨床實(shí)驗(yàn)。1989年Mishima等［8］第一次將BNCT應(yīng)用于人淺表組織的黑色素瘤治療。BNCT的基礎(chǔ)研究和臨床研究主要集中在日本和歐美。日本在2020年3月批準(zhǔn)了BNCT用于治療不能手術(shù)切除的或者局部復(fù)發(fā)性頭頸癌，標(biāo)志著BNCT正式成為臨床上治療腫瘤的手段之一［9］。當(dāng)前，BNCT正處在高速發(fā)展的窗口期。我國(guó)在BNCT的研究上也投入了大量人力、物力并取得了顯著進(jìn)步。2018年，中科院高能所在廣東東莞建成了我國(guó)首臺(tái)散裂中子源；2019年12月，BNCT實(shí)驗(yàn)裝置首次打靶成功獲得中子束流；2020年國(guó)內(nèi)首座BNCT治療中心在廣東東莞落成。廈門弘愛醫(yī)院也已落成全球單體最大的加速器型BNCT腫瘤治療中心。這將進(jìn)一步推動(dòng)BNCT成為腫瘤一線治療手段的步伐。

2 中子源

中子源裝置一直是阻礙BNCT發(fā)展的重要因素之一［10］。目前可用于BNCT治療腫瘤的中子源主要有反應(yīng)堆中子源和基于加速器的中子源兩種。絕大多數(shù)基礎(chǔ)及臨床研究均選擇能夠提供足夠中子通量的核反應(yīng)堆作為中子來(lái)源。截止到2019年底，全球仍然活躍的BNCT反應(yīng)堆包括日本KURR、中國(guó)臺(tái)灣THOR、阿根廷RA-6、北京IHNI及波蘭MARIA反應(yīng)堆 ，其中KURR與THOR均已到運(yùn)行年限而停運(yùn)?？紤]到核反應(yīng)堆造價(jià)高以及安全性等因素，反應(yīng)堆BNCT設(shè)施將逐步退出舞臺(tái)。BNCT所用中子源需滿足兩個(gè)條件: 射束開口的中子通量必須大于109n·cm-2·s-1；中子必須有足夠高的能量以穿透腫瘤組織。近年來(lái)，加速器驅(qū)動(dòng)中子源的發(fā)展開啟了BNCT技術(shù)蓬勃發(fā)展的新局面。用于BNCT治療的加速器主要有回旋加速器、電磁直線加速器、靜電直線加速器三種。這種中子源利用質(zhì)子加速器出射的質(zhì)子和低原子序數(shù)物質(zhì)反應(yīng)得到中子。其安裝簡(jiǎn)便、運(yùn)行維護(hù)成本低、占地面積小、安全穩(wěn)定，適合醫(yī)院應(yīng)用。目前，日本、中國(guó)、芬蘭、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)都在積極推進(jìn)加速器硼中子治療（accelerated based BNCT， AB-BNCT） 裝置的研究與建設(shè)［11-12］。TAE生命科學(xué)（Foothill Ranch，CA，USA）正在開發(fā)他們自己的小型加速器，更方便BNCT的實(shí)施。俄羅斯計(jì)劃與布德科爾核物理研究所合作建造了一種新型的粒子加速器 —— 真空絕緣的串聯(lián)加速器。同時(shí)，在日本和芬蘭，基于AB-BNCT的臨床試驗(yàn)也正在積極開展中［13-14］，如果臨床試驗(yàn)成功，BNCT無(wú)疑將在臨床應(yīng)用和發(fā)展方面展現(xiàn)出巨大前景。

3 硼遞送劑

硼遞送劑能否被腫瘤特異攝取直接決定了BNCT的治療效果。20世紀(jì)50年代，硼酸及其衍生物首次應(yīng)用于臨床試驗(yàn)，但這些是基本的化合物，不僅缺乏腫瘤靶向性，還有一定的生物毒性，導(dǎo)致人體產(chǎn)生急性放射副反應(yīng)，最終以失敗告終。1968年，日本神經(jīng)外科醫(yī)師畠中坦教授使用硫基十二硼烷二納鹽（sodium mercaptoundecahydro-closo-dodecaborate ，BSH）藥物進(jìn)行了日本首例 BNCT臨床治療研究［15］。1987年，日本神戶大學(xué)的三島豊教授首次使用（L）-4-二羥基硼基苯丙氨酸（L-boronophenylalanine，BPA）進(jìn)行皮膚黑色素瘤的BNCT臨床試驗(yàn)［16］，開啟了BPA靶向藥品在 BNCT上的應(yīng)用。目前被FDA批準(zhǔn)用于臨床研究的 BNCT藥物僅有BSH和BPA，其中BPA于2020年3月在日本獲批上市，這是全球首個(gè)獲批上市的BNCT臨床藥物。硼遞送劑須滿足：（1）與腫瘤細(xì)胞結(jié)合特異性高；（2）每個(gè)腫瘤細(xì)胞內(nèi)至少聚集109個(gè)10B原子或每克腫瘤組織中至少含20μg10B原子；（3）對(duì)正常組織無(wú)毒性，且在正常組織及血液中快速代謝而在腫瘤細(xì)胞滯留較長(zhǎng)時(shí)間；（4）腫瘤組織與正常組織硼濃度比值 ＞ 3～4∶1。在腫瘤周圍的正常組織細(xì)胞中的氫和氮也可發(fā)生中子俘獲反應(yīng)，只有當(dāng)腫瘤組織硼濃度顯著高于正常組織，才能在最大限度殺死腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，盡可能降低對(duì)周圍正常組織損傷。即使當(dāng)前新型硼攜帶劑包括卟啉類、氨基酸類、核苷酸類、樹枝狀大分子硼攜帶劑、單克隆抗體類硼攜帶劑、脂質(zhì)體、納米微粒等都不能完全符合上述條件。

為了更好地將10B送到腫瘤細(xì)胞中，還需研制更新的硼藥運(yùn)載工具和保護(hù)措施，比如給含硼多肽鍍一層膜，利用脂質(zhì)體把大量的10B包裹起來(lái)防止它在被吸收前發(fā)生水解；為了增加親腫瘤效果，給硼藥分子嫁接上靶向特定腫瘤受體的配體如上皮生長(zhǎng)因子受體［17］和葉酸受體以及利用仙臺(tái)病毒的外殼來(lái)包裹硼-10等。在給藥方式上研究者們也在逐步摸索，Capuani等［18-19］研究在體外C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞或體內(nèi)動(dòng)物模型腫瘤中使用L-DOPA預(yù)處理后，可顯著提高腫瘤細(xì)胞中的硼含量，Barth等［20-21］研究設(shè)計(jì)經(jīng)頸動(dòng)脈灌注高滲性甘露醇溶液以暫時(shí)滲透性開放血-腦脊液屏障以提高神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞中的硼含量。但這些研究尚未進(jìn)入臨床階段，目前只有BPA和BSH可以在臨床中使用。研發(fā)將足量的硼遞送到腫瘤細(xì)胞并能長(zhǎng)期滯留的新型硼藥仍是BNCT技術(shù)發(fā)展與療效提升的一個(gè)熱點(diǎn)問題。

4 BNCT在乳腺癌中的相關(guān)研究

根據(jù)世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)發(fā)布2020年全球最新癌癥負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)顯示，乳腺癌發(fā)病率已經(jīng)超過肺癌，位居首位［22］。當(dāng)前BNCT在乳腺癌中的研究仍主要集中在高效硼遞送劑的研發(fā)，圍繞BPA、BSH優(yōu)化給藥模式和給藥方式［23］。

4.1 納米材料作為硼遞送劑的研發(fā)

納米結(jié)構(gòu)化合物因其光學(xué)，機(jī)械和化學(xué)特征以及操縱和調(diào)節(jié)復(fù)雜生物過程的可能性而脫穎而 出［24］。 Li等［25］驗(yàn)證了氮化硼納米顆粒（boron nitride nanoparticles ，BNNPs）在三陰性乳腺癌治療中的有效性。BNNP 被一種相變?nèi)芫福╬hase-transitioned lysozyme，PTL）包裹形成PTL@BNNP，可保護(hù)BNNP在血液循環(huán)過程中不被水解，富集在三陰性乳腺癌細(xì)胞胞質(zhì)中，俘獲治療后可通過維生素C觸發(fā)降解，同時(shí)螯合放射性同位素離子用于PET成像。包被的BNNP在保持良好的腫瘤與非腫瘤比率的同時(shí)顯示出較高的腫瘤硼累積。經(jīng)小鼠尾靜脈注射PTL@BNNPs后24小時(shí)腫瘤攝取量為6.18%±2.18% ID/g。含硼量在腫瘤與血液、腫瘤與肌肉和腫瘤與脂肪的比率分別高達(dá)2.71±0.96、8.32±1.07 和 5.96±0.37，這至少與BPA、BSH的比率相等，甚至更好。作為一種納米級(jí)含硼藥物，PTL@BNNPs 有效改善了小分子含硼藥物硼含量低、靶向性差的不足。同時(shí)，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，攜帶4T1細(xì)胞的小鼠注射PTL@BNNPs后24小時(shí)經(jīng)中子照射后顯示，與空白組相比，腫瘤生長(zhǎng)至少延遲10天，照射后第21天PTL@ BNNPs小鼠的腫瘤體積（325±71）mm3遠(yuǎn)低于空白組 （1485±205）mm3，PTL@BNNPs+中子組小鼠存活時(shí)間比其它組（包括空白組、僅PTL@BNNPs組和僅中子照射組）延長(zhǎng)。對(duì)小鼠解剖后的主要器官進(jìn)行蘇木精-伊紅染色（H&E）也未顯示出明顯組織學(xué)異常。該策略不僅利用BNNP的高硼含量抑制殺死腫瘤細(xì)胞，還成功地對(duì)BNNP進(jìn)行了按需降解，避免了納米顆粒長(zhǎng)期累積造成的潛在毒性，有望成為BNCT治療的有效載體。

納米級(jí)共價(jià)有機(jī)聚合物也具有高效硼載荷能力。Shi等［26］制備了一種新型碳硼烷負(fù)載納米共價(jià)有機(jī)聚合物（carborane-loaded nanoscale covalent organic polymers，BCOPs）。通過改進(jìn)得到BCOP-5T經(jīng)1，2-二硬脂酰-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-［氨基（聚乙二醇）］（DSPE-PEG）功能化形成穩(wěn)定的水相納米顆粒。在加入中子輻照后，4T1乳腺癌荷瘤小鼠表現(xiàn)出顯著的腫瘤抑制作用。同時(shí)未觀察到明顯的物理組織損傷和異常行為，表明硼輸送是成功的，并且具有腫瘤選擇性。通過調(diào)整給藥頻率，可有效改善腫瘤細(xì)胞對(duì)硼的攝取，試驗(yàn)得出三次單獨(dú)注射的腫瘤硼濃度為（84.93±2.68）ppm明顯高于單次注射（55.24±2.13）ppm，三次單獨(dú)注射的腫瘤與肌肉、腫瘤與血液的比率分別為25.20±3.41、7.46±0.66明顯優(yōu)于單次注射瘤肌比1.46±0.76和瘤血比0.81±0.44。經(jīng)DSPE-BCOP-5T輸注和中子輻射后的腫瘤生長(zhǎng)率低于其他組，存活時(shí)間顯著延長(zhǎng)。經(jīng)H&E染色分析試驗(yàn)器官?zèng)]有明顯的病理?yè)p傷或變化。這表明DSPE-BCOP-5T可以作為一種有前途的疏水性藥物載體。Heide等［27］介紹了一種名為右手螺旋線圈納米管的非傳統(tǒng)藥物遞送裝置，可以有效攝取o-碳硼烷C2B10H12，并將其輸送到腫瘤細(xì)胞中用于BNCT。但目前尚未有在乳腺癌中的相關(guān)研究。

4.2 脂質(zhì)體作為硼遞送劑的研發(fā)

脂質(zhì)體作為硼運(yùn)載工具通過增強(qiáng)滲透性和滯留效應(yīng)在大多數(shù)腫瘤中被動(dòng)累積。Kueffer等［28-29］使用富含硼的脂質(zhì)體作為遞送系統(tǒng)，提供兩種硼簇化合物，K［nido-7-CH3（CH2）15-7，8-C2B9H11］（MAC）和 Na3［1-（2’-B10H9）-2-NH3B10H8］（TAC）。它們攜帶高硼有效載荷，還具有高水溶性和極低的毒性。在給患有EMT6乳腺腫瘤的小鼠單次注射200μL脂質(zhì)體（注射劑量為342μg硼，每克體重17μg10B）化合物48小時(shí)后，腫瘤/血硼比率（2.76∶1）達(dá)到最高。雙次注射方案即200μL脂質(zhì)體注射（每次注射371μg硼，每克體重18.6μg10B）間隔24小時(shí)，腫瘤中硼清除延遲導(dǎo)致腫瘤組織中的硼水平達(dá)到峰值時(shí)間在第一次注射54小時(shí)后，硼濃度為每克腫瘤 67.8μg10B。腫瘤/血液硼比為 1.88∶1。到達(dá)96小時(shí)時(shí)，比率達(dá)到最高為 5.66∶1。與單次注射相比，雙次注射方案在所有組織中獲得了更高的硼峰值濃度。研究者以雙注射方案為例，將54小時(shí)的時(shí)間點(diǎn)作為最合適輻射研究，通過改變中子照射持續(xù)時(shí)間進(jìn)行研究。單次30分鐘照射時(shí)，BNCT組治療小鼠在第14天腫瘤體積僅增加了424%，純中子照射的小鼠腫瘤體積增加了737%，對(duì)照組（既不注射也不照射）小鼠的腫瘤體積增加了1 551%。間隔7天施行兩輪 BNCT照射后14天，腫瘤體積僅增加 186%；到了21天，增長(zhǎng)也只有297%。圍繞TAC和MAC改進(jìn)給藥方式以及改變中子輻照時(shí)間驗(yàn)證了BNCT在乳腺癌小鼠模型治療中的可行性，為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了新思路。

Khan等［30］也驗(yàn)證了富硼脂質(zhì)體制劑可提供高效載荷。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一組EMT-6荷瘤小鼠接受中子輻射，另一組不接受輻射，只接受脂質(zhì)體進(jìn)行生物分布，富硼脂質(zhì)體全身給藥后54小時(shí)，腫瘤/血硼比為10∶1。BNCT顯著抑制了EMT-6小鼠的腫瘤生長(zhǎng)，抑制的顯著點(diǎn)開始于第15天（P = 0.04），并持續(xù)增加，直到研究結(jié)束于22天（P = 0.001）。在給藥方式上直接注射富硼脂質(zhì)體的腫瘤在caspase活性方面的初始輻射效應(yīng)高于全身注射富硼脂質(zhì)體的腫瘤，直接瘤內(nèi)注射富硼脂質(zhì)體的總體腫瘤抑制率低于接受全身給藥的小鼠。這可能是腫瘤內(nèi)硼的輸送產(chǎn)生急性效應(yīng)。全身注射富硼脂質(zhì)體對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的長(zhǎng)期影響更高，這可能是由于免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)產(chǎn)生長(zhǎng)期效應(yīng)。但BNCT誘導(dǎo)產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)有待進(jìn)一步研究。

4.3 其他載體作為硼遞送劑的研發(fā)

碳酸酐酶（carbonic anhydrase，CA） IX在乳腺癌及間皮瘤中高表達(dá)［31］，參與調(diào)節(jié)有利于腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和存活的細(xì)胞內(nèi)pH值，同時(shí)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲［32］?；贑AIX抑制劑的新型抗腫瘤療法在臨床上受到了密切關(guān)注。Alberti等［33］設(shè)計(jì)一種磺胺基功能化碳硼烷（sulfonamido-functionalised-carborane，CA-SF）同時(shí)作為CAIX抑制劑和硼遞送劑。為了評(píng)估BNCT結(jié)合CAIX 酶抑制劑能力的治療效果，實(shí)驗(yàn)分為未經(jīng)處理的細(xì)胞和經(jīng)CA-SF處理的細(xì)胞，均經(jīng)熱中子輻照，結(jié)果表明經(jīng)CA-SF處理的細(xì)胞在輻照處理后存活率顯著降低，協(xié)同CA-SF+BNCT 治療明顯優(yōu)于CA-SF單藥治療。協(xié)同毒性作用這一發(fā)現(xiàn)為BNCT與靶向細(xì)胞療法聯(lián)合治療癌癥提供了有力支撐。

據(jù)報(bào)道，已合成的姜黃素類似物五甲草酮-0（PGB-0）對(duì)乳腺癌細(xì)胞具有親和力［34-36］，擁有良好的攝取、微分布、低外排能力，可作為BNCT治療乳腺癌潛在的硼載體。然而這種化合物不溶于水，導(dǎo)致細(xì)胞攝取量低，適用性有限。Susidarti等［37-38］在此基礎(chǔ)上成功開發(fā)了兩種PGB-0-糖配方，即PGB-0-山梨醇（PGB-0-So）和 PGB-0-果糖（PGB-0-F），僅僅降低其溶解度，對(duì)細(xì)胞攝取沒有影響。在Andoh 等［39］研究中提到將果糖與BPA結(jié)合形成果糖復(fù)合物（BPA Fr）用于研究人乳腺癌荷瘤小鼠骨轉(zhuǎn)移的治療效果。試驗(yàn)分BNCT組（BPA Fr給藥后中子照射）、冷對(duì)照組（BPA Fr給藥后無(wú)中子照射）、熱對(duì)照組（給予生理鹽水后中子照射）。給藥1小時(shí)后，腫瘤內(nèi)的硼濃度達(dá)到最高（22.8±5.8） ppm。通過量化BNCT后植入?yún)^(qū)域內(nèi)的生物發(fā)光信號(hào)來(lái)評(píng)估腫瘤生長(zhǎng)的情況。植入13周后，BNCT組的生物發(fā)光信號(hào)與熱對(duì)照組有顯著差異（P ＜ 0.05）。在無(wú)病理性骨折BNCT組中生物發(fā)光信號(hào)隨著時(shí)間推移而減少，骨溶解隨著時(shí)間的推移而減少。植入后8周的無(wú)病理性骨折BNCT組的H&E染色未檢測(cè)到腫瘤細(xì)胞。腫瘤被選擇性地破壞，周圍的正常骨組織沒有受到損害。實(shí)驗(yàn)表明BNCT不僅有助于減小腫瘤體積，而且有助于骨轉(zhuǎn)移部位的骨重建。原因尚不清楚，需要進(jìn)一步研究。

Utomo等［40］將 PGB-0溶解在乙醇中合成五甲草酮-0-醇（PGB-0-ol），表現(xiàn)出比 PGB-0 更高的水溶特性。使得在殺死癌細(xì)胞方面比PGB-0更有效。盡管PGB-0及其衍生物表現(xiàn)出作為硼載體的潛在優(yōu)勢(shì)，但在細(xì)胞攝取、在腫瘤組織中的微觀分布以及細(xì)胞毒性方面未見大量研究數(shù)據(jù)，期待后續(xù)有更多相關(guān)報(bào)道。

5 總 結(jié)

國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的2017年第1號(hào)公告已將BNCT系統(tǒng)及其靶向藥物列入我國(guó)“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。BNCT因其雙靶向精準(zhǔn)定位、治療療程短、發(fā)展性高、生物效應(yīng)殺傷力強(qiáng)、適應(yīng)癥廣成為高效的腫瘤精準(zhǔn)治療方式［41］。但在乳腺癌中的應(yīng)用尚且處于細(xì)胞及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，臨床階段研究較少，發(fā)展緩慢。目前仍需進(jìn)一步深入研究基于加速器型的BNCT系統(tǒng)、硼攜帶劑的藥代動(dòng)力學(xué)、中子能譜的評(píng)價(jià)以及相關(guān)的專業(yè)人才培養(yǎng)等問題，改進(jìn)硼攜帶劑，提升腫瘤/正常組織硼濃度比提升BNCT療效，以期為乳腺癌治療提供新的可能和希望。