医药学论文：肿瘤热疗的生物学机制

【摘要】 热疗作为治疗肿瘤的一种重要手段目前已越来越引起人们的关注，本文就肿瘤热疗所涉及到的生物学机制如肿瘤血管血供、ph值、肿瘤细胞形态、细胞凋亡、细胞周期、机体免疫及HSP、P53、Bcl-2分子等方面的改变作一简要综述。

 

　　【关键词】 热疗； 细胞凋亡； 免疫； HSP

 

自从1866年德国医生Busch首先报道1例经病理证实的面部肉瘤，因2次高热感染丹毒后肿瘤消失病人存活以来，有关热疗治疗肿瘤的报道屡见不鲜，尤其是在过去的20年间，随着基础研究的深入，热疗这一古老的疗法得到了迅速发展，目前肿瘤热疗在临床上已得到较广泛的应用，并显出良好的疗效［1，2］，人们对热疗的生物学机制也有了更深入的认识。本文就此作一综述。

 

　　1 热疗对肿瘤细胞的直接杀伤作用

 

　　1.1 细胞膜及细胞骨架破坏

 

　　细胞膜是热疗的靶器官，受热后细胞膜的流动性和通透性增加，导致细胞内环境发生变化以及妨碍经膜转运蛋白和细胞表面受体的功能，而且肿瘤细胞膜的胆固醇含量较正常细胞低，膜流动性较强，故对热疗更为敏感。热疗还可导致细胞骨架损伤，引起细胞内Ca2＋浓度升高，主要表现为对细胞形态、有丝分裂器、细胞核及其核仁等的破坏。

 

　　1.2 细胞器功能受损

 

　　高热时，许多细胞器功能受损，如线粒体结构破坏、粗面内质网脱颗粒，溶酶体活性升高，影响了肿瘤细胞内的代谢，使细胞内呼吸受抑制，进一步促细胞死亡。

 

　　1.3 细胞蛋白及核酸合成受抑

 

　　高温能抑制肿瘤细胞的DNA、RNA的合成，使聚合酶失活、染色体畸变，在细胞死亡之前细胞内难以进行大分子的合成，故使细胞难以修复，但RNA和蛋白合成在热疗停止后可较快的恢复，DNA合成则长时间受抑制［3］。热疗还可损伤与DNA结合的染色体蛋白，引起核基质内变性蛋白的聚集，进而影响了包括DNA复制、转录、修复及hnRNA处理等的分子功能。

 

　　1.4 诱导肿瘤细胞凋亡

 

　　热疗可通过以上所述的细胞毒作用，并通过加强凋亡相关基因的表达，以p53依赖和非依赖方式诱导细胞凋亡。大量体外实验证明，42℃～45℃高温可促使多种肿瘤细胞凋亡［4］。Takau等研究发现热疗诱导细胞凋亡的出现总是伴随Ｇ1期细胞下降，故推测热疗诱导的肿瘤细胞凋亡出现在细胞周期的Ｇ1期。

 

　　1.5 细胞周期阻滞

 

　　多项研究示热疗可引起细胞周期阻滞［5，6］，热疗后DNA聚合酶解聚，使DNA和RNA合成受抑，核分裂减少，同时热疗可诱导野生型p53、p21等的表达，进一步抑制多种周期素一细胞周期依赖激酶复合物的激酶活性，从而引起G1期阻滞，抑制细胞周期进展。

 

　　2 热疗对肿瘤细胞的间接杀伤作用

 

　　2.1 对肿瘤血管血流影响

 

　　肿瘤内的血管、血流与正常组织显著不同，有以下特点［7］：(1)血管丰富，但形态异常，血管扭曲杂乱，血流阻力大，随着肿瘤的增大，血管受压，容易形成血栓和闭塞。肿瘤生长速度大于血管增生速度，导致肿瘤中心组织缺血坏死。(2)肿瘤组织的毛细血管壁由单层内皮细胞和缺乏弹性基膜的外膜组成，在高热、压力增高的情况下脆弱易破裂。(3)血管内皮细胞间隙大，部分由肿瘤细胞衬覆，细胞增生向管腔内突起引起阻塞。(4)肿瘤毛细血管具有很多血窦，在常温下就处于开放状态，温度升高后血流并没有明显增加。(5)肿瘤血管神经感受器不健全，血管对热感受性差。上述特点致使肿瘤血流速度缓慢，血流量低，常为邻近正常组织的10％左右，热疗时正常组织有良好的血液循环，并能充分散热，温度升高不显著；而肿瘤组织则散热困难，热量聚集，致使温度显著升高。研究证实肿瘤组织的温度可以高于正常组织5℃～10℃，而且肿瘤中心的温度高于其周边的温度，不均匀度达1℃～15℃以上，保证了局部高热能杀灭肿瘤细胞，而且热疗后肿瘤组织血供更加减少导致氧分压进一步降低，严重影响了肿瘤组织的正常代谢，导致酸性产物大量蓄积，肿瘤内pH值降低。而低氧、低营养和低pH状态是增加细胞对热敏感的良好环境，使肿瘤细胞更易被杀灭［9］。
另外，热疗可抑制肿瘤源性的血管内皮生长因子(VEGF)及其产物的表达，从而阻碍肿瘤血管内皮增生及细胞外基质的再塑形，抑制肿瘤生长及转移。Sawaji等［8］对体外培养的HT-1080细胞在42℃加热4 h并在37℃孵育24 h后，发现VEGF(VEGFl21、VEGFl68、VEGFl89)及其产物均下降。另外对肿瘤病人进行42℃的全身热疗，发现血清VEGF亦下降。

 

　　2.2 对pH值影响

 

　　高温抑制了肿瘤细胞的呼吸，导致无氧糖酵解增加而使乳酸浓度增加，致pH降低，pH降低促进溶酶体数量增多、活性升高，从而加速肿瘤细胞的自我消化和死亡过程。pH降低又使琥珀酸脱氢酶(SDH)、DNA聚合酶b、DNA修复酶等酶系活性降低，进而抑制DNA、RNA和蛋白合成，同时也使细胞膜结构不稳定，小分子蛋白外溢，最后导致癌细胞凋亡或死亡。同时研究也发现，低pH环境有助于热疗引发的癌细胞凋亡和对癌细胞周期的干扰，有明显增加热疗杀灭癌细胞的作用［9］，使其更不耐受高温，它最显著的增敏温度为42℃～42.5℃。活体肿瘤比体外肿瘤敏感，大肿瘤较小肿瘤敏感，肿瘤中心较肿瘤周边敏感。Engin K等研究示pH值与肿瘤的完全缓解率(CR)呈显著负相关：pH值介于6.00～6.80时，CR=100%；pH值介于7.21～7.52时，CR=50%，P=0.002。Toshio等［10］用耐酸的人上颌部癌细胞 (IMC-3-PH)，在pH值6.8时，44℃加热后48h测定，癌细胞凋亡增加约54％；而在pH值7.4时为24％。

 

　　2.3 对机体免疫的影响

 

　　研究显示热疗能激发机体免疫，引起自身抗肿瘤作用，并抑制肿瘤的转移。即使是局部热疗，也有这样的作用，而且不论对原发灶还是对转移灶热疗均能产生免疫刺激，导致局部及远处病灶的消亡［11］，此即肿瘤热疗的异位效应(abscopal effect)。热疗可增强NK细胞、Ｔ淋巴细胞和巨噬细胞的活性及免疫能力并促进IL-6、IL-8、TNF等细胞因子的合成［12］。全身热疗（WBH）还可以促进肿瘤组织内细胞粘附分子-1(ICAM-1)的表达，增加淋巴因子活化的杀伤细胞(LAK)的反应。
热疗可能通过以下机制发挥作用：(1)局部热疗直接破坏肿瘤组织，消除了体内肿瘤细胞产生的多种免疫抑制因子(如封闭因子、巨噬细胞移动抑制因子等)的来源，使机体恢复对肿瘤的免疫应答反应；(2)热疗后肿瘤细胞变性、坏死的分解产物被机体吸收，作为一种抗原刺激机体的免疫系统产生抗肿瘤免疫；(3)局部热疗是一种物理性损伤因素，会引起非特异性炎症反应，炎症反应可通过IL-1等可溶性细胞因子诱导免疫反应；(4)肿瘤的免疫原性低下是肿瘤免疫逃逸的原因之一。研究表明热疗不会使靶区内所有抗原消失，且高温能够增加膜脂流动性，使细胞膜脂质中的抗原流动性增加，积聚在细胞膜表面，有利于抗体、补体与抗原结合。高温也能阻止抗原抗体复合物脱落，使免疫效应对靶细胞发挥细胞毒作用；(5)细胞表面负电荷高是癌细胞的重要特性之一。癌细胞表面负电荷的增加，可导致细胞接触抑制消失，从而促进癌细胞的增殖和转移。适度的加温可使癌细胞表面负电荷不可逆降低，能使癌细胞增殖减慢，转移减少，并且有助于免疫细胞接触而吞噬癌细胞；(6)还有学者认为热疗可以刺激细胞因子的生成，通过细胞因子网络的调节作用，增强机体免疫力。近年来研究发现热疗不仅可以使肿瘤细胞凋亡，而且促使肿瘤细胞产生大量的HSP，而HSP又与提高机体的免疫功能密切相关［13］（具体见HSP中所述）。总之，热疗改变了肿瘤细胞的免疫原性，使机体的监视系统得以认识，改变了抗原性的肿瘤细胞，从而引发免疫反应，起到杀伤肿瘤的作用。