武志慧，曲妮娜，曹小麗

1 濱州醫(yī)學院醫(yī)學影像學院，山東煙臺264003；2 煙臺毓璜頂醫(yī)院超聲醫(yī)學科

惡性腫瘤是一種嚴重威脅人類健康的常見病和多發(fā)病。根據(jù)WHO下屬的國際癌癥研究機構發(fā)布的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全球新增惡性腫瘤病例約1 930萬例，死亡病例約1 000萬例［1］。手術、化療和放療是惡性腫瘤傳統(tǒng)的治療手段，盡管這些治療手段不斷進步，但其療效并未達到同等程度的預期，在臨床上仍存在一系列問題，如手術治療創(chuàng)傷大，放化療全身毒性作用明顯，并且大多數(shù)化療藥物缺乏靶向性和特異性、易產(chǎn)生獲得性多藥耐藥等。因此，尋找療效高、副作用小且靶向性強的治療方法一直是眾多研究者所關注的問題。精準診療集合了現(xiàn)代科技手段與傳統(tǒng)醫(yī)學方法，科學地認識人體機能與疾病本質，系統(tǒng)地優(yōu)化人類疾病防治和健康促進原理與實踐，是以高效、安全、經(jīng)濟為特點的新型健康醫(yī)療服務范式。精準醫(yī)療能夠在疾病早期精準診斷，從而有針對性地選擇相應的治療方式或藥物，最終實現(xiàn)腫瘤的精準治療和療效評估［2］。超聲分子探針作為一種兼具超聲成像和治療的新型診療劑，它既可提高腫瘤診斷的準確度和靈敏度，又能作為目的基因或藥物載體發(fā)揮超聲靶向遞送作用，在低強度超聲作用下產(chǎn)生一系列生物學效應，從而介導藥物遞送、基因轉染、組織屏障開放、免疫治療等，為精準治療打下堅實基礎，實現(xiàn)腫瘤早期診斷、靶向治療和療效評價于一體的“一站式精準診療”模式。本文結合文獻就超聲分子探針在腫瘤精準治療中的應用進展作一綜述。

1.聲分子探針發(fā)展歷程及其作用機制

超聲分子探針是一類能夠顯著增強超聲背向散射強度的化學試劑，這一技術將超聲診斷帶入分子影像學研究領域，在腫瘤精準診療中扮演重要角色。然而，超聲微泡造影劑作為最初的超聲分子探針，無法透過血管壁有效聚集在腫瘤組織內(nèi)部（“大不過”），存在一定局限性。之后發(fā)展出現(xiàn)的靶向納泡，雖然能夠使大分子顆粒輕易穿透疏松的腫瘤血管到達腫瘤組織［3］，但因其粒徑小于1 000 nm，相應的超聲回波信號也大大降低（“小不強”）。近年來，兼具兩者優(yōu)點的相變型超聲分子探針應運而生，以液態(tài)氟碳納米顆粒最具代表性。液態(tài)氟碳納米顆粒由脂質殼和液核組成，納米粒徑可使分子探針通過“高滲透長滯留”效應滲透到靶組織，隨后在一定能量的超聲輻照下，液核汽化形成微泡，實現(xiàn)“大可過，小可強”，不僅可改善靶組織的成像效果，還可將負載藥物釋放到靶區(qū)，有效提高局部藥物濃度，從而殺滅腫瘤細胞［4］。超聲分子探針的載藥方式主要包括三種：①將藥物封裝在探針殼膜內(nèi)部；②藥物通過靜電作用或生物素-親和素連接裝載在殼上［5］；③通過配體-受體相互作用將藥物封裝成納米材料連接到探針外殼。此外，多功能分子探針還可聯(lián)合遞送兩種或多種藥物，從而達到抗腫瘤藥物聯(lián)合治療的目的。

超聲分子探針除了自身的巨大優(yōu)勢外，與低強度超聲聯(lián)合還能產(chǎn)生一系列生物學效應，發(fā)揮超聲靶向遞送作用。空化效應是超聲靶向遞送的重要機制之一。當超聲在介質中傳播時，其內(nèi)的微小空化核發(fā)生振蕩、膨脹和塌陷等一系列動力學過程，由此產(chǎn)生的微射流和剪切力會破壞空化核周圍的血管壁和細胞膜［6］。超聲分子探針作為人造空化核進入機體后可顯著增強這一效應。在適當強度超聲作用下，細胞膜電位發(fā)生變化，增強了自身內(nèi)吞作用，從而促進藥物攝取，同時導致內(nèi)皮細胞之間的縫隙連接打開，在細胞膜上形成瞬時微孔，這一現(xiàn)象被稱為聲孔效應。在不損害組織生理屏障和防御機制的情況下，聲孔效應引起的細胞膜滲透是可逆的，細胞膜通常在幾秒鐘內(nèi)即可恢復至其原始構象［7］。當超聲強度超過空化閾值時，空化核產(chǎn)生的沖擊波和瞬時剪切力對細胞產(chǎn)生強烈沖擊和熱效應，導致細胞膜結構改變和破壞，形成永久開放小孔。當相變型納米顆粒受到超聲刺激時，液核內(nèi)部壓力降低，可迅速發(fā)生規(guī)律的蒸發(fā)、膨脹，形成比原來液滴大5～6倍的微氣泡，這一過程被稱為聲學液滴蒸發(fā)［8］。相較于傳統(tǒng)微泡載體，聲學液滴蒸發(fā)的穿透力和穩(wěn)定性更強，能夠通過腫瘤微環(huán)境的“高滲透長滯留”效應將裝載藥物遞送到腫瘤組織，使藥物在靶組織內(nèi)積聚，進而提高治療效果。

2.聲分子探針在腫瘤精準治療中的應用

超聲分子探針具有非侵入性和靶向性優(yōu)點。低強度超聲能夠改變細胞膜的結構，增加其通透性。兩者聯(lián)合能夠介導治療藥物在腫瘤靶區(qū)特異性釋放、血腦屏障開放，還能夠使超聲分子探針作為載體和免疫增強劑攜載目的基因進行基因轉染，介導腫瘤基因治療和免疫治療，在腫瘤精準治療中發(fā)揮重要作用。

2.1.導藥物遞送 在化療中存在腫瘤部位藥物利用率低和毒副作用大等不足。超聲分子探針在低強度超聲輻照下與低劑量藥物聯(lián)合應用，能夠使藥物穿過腫瘤組織的血管壁間隙，到達腫瘤細胞內(nèi)部，從而增加藥物的靶向利用率和細胞毒性，同時還減少了藥物全身毒副作用并提高對化療的耐受性。ZHANG等［9］通過cRGD肽和cCLT1肽分別靶向選擇整合素和纖維連接蛋白，將其修飾在包封紫杉醇的微泡上形成雙靶向PTX-RCMBs，與低強度超聲聯(lián)合能夠增強腫瘤血管的通透性，顯著增加紫杉醇在腫瘤組織的釋放，從而抑制腫瘤生長。有研究發(fā)現(xiàn)，缺氧會阻礙腫瘤細胞的藥物攝取并降低化療藥物的細胞毒性，從而導致缺氧誘導性耐藥［10］。YANG等［11］研究表明，負載混合氣體的脂質微泡（O2∶C3F8為5∶1）聯(lián)合低強度超聲可將乳腺腫瘤中的氧分壓提高近6倍，從而顯著改善腫瘤缺氧微環(huán)境，抑制腫瘤生長。因此，低強度超聲聯(lián)合脂質微泡不僅能增強抗腫瘤藥物的靶向釋放，還能調節(jié)腫瘤缺氧微環(huán)境，抵抗腫瘤細胞的耐藥性。

2.2.導血腦屏障開放 血腦屏障是大腦中的一種天然屏障，可防止病毒、炎癥因子和免疫細胞等進入腦實質。通常血腦屏障僅允許小于400 Da的營養(yǎng)素和脂溶性分子通過，而大分子和水溶性分子無法通過，這會阻礙藥物進入顱內(nèi)，限制頗內(nèi)腫瘤的藥物治療效果。低強度超聲是一種可控的實現(xiàn)血腦屏障開放的有效方法，在超聲分子探針定位下具有提高顱內(nèi)局部藥物濃度的能力。超聲靶向給藥技術通過聲孔效應擴大血腦屏障中內(nèi)皮細胞之間的縫隙，以促進藥物高效靶向運輸至顱內(nèi)病灶區(qū)域，實現(xiàn)局部無損傷、可逆性的血腦屏障開放，而且不會引起嚴重的神經(jīng)元損傷［12］。ZHANG等［13］研究表明，與單獨用藥相比，裝載紫杉醇的微泡經(jīng)過超聲介導，滲透至大腦中的藥物劑量可提高3～5倍。YAN等［14］將姜黃素包封在脂質PLGA-NBs核內(nèi)，聯(lián)合低強度超聲可打開血腦屏障，增加姜黃素滲透至病變腦組織，從而顯著提高療效。

2.3.導腫瘤基因治療 基因治療是一種通過改變個體的基因表達來治療疾病的方法，可為腫瘤提供全新的治療策略。腫瘤基因治療可將治療性基因轉染至腫瘤細胞，也可使用病毒或非病毒載體傳遞基因選擇性沉默癌基因。病毒載體轉染效率高，但其安全性是臨床試驗的主要障礙。非病毒載體的脂質體轉染不存在免疫原性問題，但其靶向性差和穩(wěn)定性欠佳［15］。超聲分子探針能夠精確且無創(chuàng)地將治療性遺傳物質（如寡核苷酸和質粒DNA）遞送至靶位點，從而提高轉染效率并限制非靶向轉染。

2.3.1.因轉染 超聲分子探針介導的基因治療具有低免疫原性、非侵襲性、靶器官高度特異性等特點。低強度超聲通過聲孔效應使局部毛細血管和鄰近組織細胞膜產(chǎn)生一過性小孔，細胞膜的通透性增加，介導攜帶特定基因的超聲分子探針內(nèi)吞，從而改善基因的轉染和表達，提高基因治療的靶向性。因此，超聲分子探針介導的靶向遞送是一種安全高效的新型基因轉染技術。LIU等［16］研究表明，與單獨使用專制的納米液滴相比，使用超聲與納米液滴聯(lián)合轉染DKK-2基因可獲得較高的轉染效率，從而抑制前列腺癌生長。WANG等［17］提出將miR-122封裝到納米顆粒中，經(jīng)超聲輻照組腫瘤組織miR-122表達比未經(jīng)超聲輻照組高7.9倍，轉染效率顯著提高。ZHAO等［18］設計了多功能FOXA1卟啉微泡，通過低強度超聲輻照后顯著增加了MCF-7細胞中siRNA的轉染效率和卟啉的攝取率，有效抑制雌激素依賴性乳腺癌細胞增殖。

2.3.2.NA干擾 RNA干擾是通過阻礙特定基因的轉錄或翻譯來抑制基因的表達。血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、生存素（Survivin）均與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有關，是RNA干擾的首選靶點。向腫瘤中遞送siRNA能夠靶向抑制mRNA并下調其蛋白表達，但裸siRNA的細胞攝取較差，容易被血清中的核糖核酸酶降解。超聲分子探針包裹裸siRNA聯(lián)合低強度超聲通過空化效應能夠顯著提高其轉染效率，高效靶向抑制促癌基因的表達，是一種高效的基因沉默方法。SU等［19］制備了攜載PDLIM5 siRNA的新型陽離子脂質納泡，與低強度超聲聯(lián)合轉染PDLIM5 siRNA，可顯著增加腫瘤組織siRNA攝取，達到更佳的基因沉默效果，從而顯著抑制腫瘤生長。ZHANG等［20］構建LHRHa靶向微泡和Survivin基因的shRNA重組質粒，聯(lián)合低強度超聲介導shRNA轉染以抑制Survivin基因表達，可有效提高細胞凋亡率和細胞增殖抑制率。

2.4.導腫瘤免疫治療 在腫瘤微環(huán)境中，細胞通過不同方式逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)視并抑制機體免疫系統(tǒng)，從而介導腫瘤免疫逃逸。腫瘤免疫治療是通過腫瘤疫苗、單克隆抗體、細胞因子、免疫細胞等主動或被動方法，刺激機體免疫系統(tǒng)選擇性地攻擊和對抗腫瘤細胞，從而抑制或消除腫瘤細胞。免疫療法包括主動免疫療法和被動免疫療法。主動免疫療法主要刺激自身免疫系統(tǒng)消除腫瘤細胞，而被動免疫療法則是向機體輸注外源性免疫效應物質，由這些外源性免疫效應物質發(fā)揮抗腫瘤作用。傳統(tǒng)免疫治療通常采取靜脈注射，存在靶向性差且治療有效率低等問題，而超聲與分子探針聯(lián)合應用可顯著提升免疫治療效果。

2.4.1.瘤疫苗免疫治療 腫瘤疫苗免疫治療是向機體輸入抗原性腫瘤疫苗，通過觸發(fā)機體自身免疫系統(tǒng)，刺激產(chǎn)生特異性抗腫瘤免疫，從而達到控制和殺傷腫瘤細胞的目的。樹突狀細胞（DC）疫苗和DNA疫苗是最常見的腫瘤疫苗。DC能夠高效地攝取、加工和呈遞抗原，促進抗原特異性T細胞免疫應答。DEWITTE等［21］設計了一種載有腫瘤抗原和免疫抑制劑TriMix mRNA的微泡，并與低強度超聲聯(lián)合觸發(fā)DC轉染，誘導抗原特異性T細胞產(chǎn)生，能夠引起抗原表達細胞死亡。DNA疫苗利用外源性腫瘤相關基因編碼腫瘤抗原，從而激活免疫反應，具有良好的穩(wěn)定性和安全性。YOSHIDA等［22］使用甘露糖修飾基因載體和載阿霉素的聚乙二醇修飾脂質體微泡聯(lián)合低強度超聲觀察DNA疫苗的抗腫瘤效果，發(fā)現(xiàn)該方法能夠顯著提高抗原提呈細胞的轉染效率，特異性激活細胞毒性T淋巴細胞，從而提高治療效果。

2.4.2.克隆抗體免疫治療 單克隆抗體是僅針對某一特定抗原表位的抗體，通過阻斷特定分子靶點治療腫瘤。例如，曲妥珠單抗是一種重組人源化單克隆抗體，能夠降低HER2陽性乳腺癌的復發(fā)風險，顯著延長患者生存時間，但其全身毒副作用明顯。KOBUS等［23］將來自乳腺癌腦轉移瘤的HER2陽性細胞接種至裸鼠腦內(nèi)，應用超聲聯(lián)合微泡介導血腦屏障開放，可增加曲妥珠單抗和培妥單抗在腦腫瘤中的積累，顯著抑制乳腺癌腦轉移瘤生長。

2.4.3.繼免疫治療 過繼免疫治療是取自體淋巴細胞經(jīng)體外激活、增殖后再輸回體內(nèi)，以殺傷或清除體內(nèi)腫瘤細胞。NK細胞是目前常用的過繼細胞之一，可對腫瘤細胞產(chǎn)生天然免疫反應，但傳統(tǒng)方法將大量過繼細胞回輸時會引起發(fā)熱、過敏反應等副作用。ALKINS等［24］研究表明，超聲微泡介導的NK細胞能夠靶向至腫瘤部位，對腫瘤細胞產(chǎn)生更強的細胞毒性，從而延緩腫瘤生長，提高荷瘤大鼠生存期。

2.4.4.胞因子免疫治療 細胞因子免疫治療是將細胞因子高濃度輸送至目標靶區(qū)，以誘導強有力的抗腫瘤免疫反應。細胞因子主要調節(jié)免疫反應和炎癥反應。IL-12在觸發(fā)抗腫瘤免疫反應和建立抗宿主腫瘤復發(fā)的長期免疫記憶方面效果顯著，但其劑量受全身免疫毒性的限制。CHEN等［25］研究報道，超聲靶向微泡可誘導血腦屏障開放，促使IL-12向大腦遞送，激活局部免疫反應，從而增強其抗腫瘤作用。

綜上所述，超聲分子探針能夠向腫瘤細胞高效靶向遞送治療性物質，通過低強度超聲的空化效應增強腫瘤細胞的通透性，提高抗腫瘤物質的轉染效率，介導腫瘤靶向治療和免疫治療，促進腫瘤精準診療水平飛速提升。但在臨床應用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如可控性、可重復性，并且靶向性和穩(wěn)定性也有待于進一步提高。相信隨著分子影像學的進一步發(fā)展和超聲分子探針性能的不斷改善，超聲分子探針在腫瘤精準治療中將發(fā)揮更大作用，有望成為新型的臨床治療手段。