刘羽阳｜肿瘤电场治疗抗肿瘤机制的研究进展

【引用本文】刘羽阳，吴浩，刘嘉霖，等．肿瘤电场治疗抗肿瘤机制的研究进展[J]．中华外科杂志，2021，59（6）：558-560．

肿瘤电场治疗抗肿瘤机制的研究进展

刘羽阳

｛解放军医学院｝

吴浩　刘嘉霖　陈凌

｛解放军总医院第一医学中心神经外科｝

美国食品药品监督管理局（food and drug administration，FDA）分别于2011年和2015年批准肿瘤电场治疗（tumor treating fields，TTFields）用于复发和新诊断的胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）患者的治疗。GBM是最常见且恶性程度最高的原发性颅内肿瘤，占全部颅内原发恶性肿瘤的45.2%，5年生存率仅4.7%［1］。采用手术+同步放化疗+替莫唑胺（temozolomide，TMZ）的标准疗法，胶质母细胞瘤患者的中位生存期约14.6个月［2］，中位无进展生存期（median progression-free survival，mPFS）为7~10个月，肿瘤复发率近100%［3］。GBM治疗方案更新缓慢，TTFields是十年来唯一获批且纳入NCCN指南的创新疗法。标准治疗联合TTFields突破性地将患者中位总生存期延长至20.9个月［4］。作为一种非侵入性的安全有效的抗GBM新疗法，TTFields将中等频率（200 kHz）、低强度（1~3 V/cm）的交变电场施加于GBM细胞，起到破坏肿瘤细胞有丝分裂、使细胞周期停滞和诱导细胞凋亡的作用［5］。2019年1月，TTFields在中国香港被批准上市。

一、TTFields的经典抗肿瘤机制

TTFields是一种抗有丝分裂的微创治疗方法，其主要作用于肿瘤细胞有丝分裂的以下两个阶段：（1）分裂中期-后期：TTFields阻碍微管的组装过程，导致高电荷微管蛋白亚基沿外部施加的电场方向排列，使正常的聚合过程被破坏，染色单体无法移向两极；（2）分裂后期-末期：呈沙漏状态的细胞形成了非均匀电场，电荷和偶极子将向最高场强的区域移动，这个过程称为介电泳效应；电场在处于分裂状态的细胞颈部汇聚，由此产生的不均匀电场将细胞内的带电大分子和细胞器推向细胞的颈部，使细胞结构破坏并导致细胞死亡［5, 6］。此外。TTFields可能使肿瘤细胞产生异常的非整倍体子细胞，这些子代细胞可能凋亡或继续分裂而持续受到TTFields的攻击［7］。TTFields具有局部施放模式和抗有丝分裂作用，毒性较低［8］，可以与DNA损伤剂及其他抗肿瘤方法联合应用［6，9］。

二、TTFields抗肿瘤的免疫学机制

近年来，GBM相关的免疫检查点疗法、嵌合抗原受体T细胞疗法、溶瘤病毒和疫苗均取得了不同程度的进展，从免疫学层面进一步揭示TTFields抗肿瘤机制成为研究热点。有研究结果表明，TTFields引起的细胞损伤促进了免疫反应，可激活机体抗肿瘤免疫。Voloshin等［10］发现使用TTFields处理小鼠肺癌细胞，能够引起网钙蛋白聚集到细胞表面，高迁移率族蛋白B1和细胞内三磷酸腺苷分泌增加，上述指标均为细胞发生免疫原性死亡的标志性特征，可能产生全身的抗肿瘤免疫反应，该研究提示TTFields可介导细胞免疫原性死亡的关键事件。此外，该研究团队还发现TTFields能够引起树突状细胞吞噬、成熟及白细胞的募集，上述结果为TTFields联合免疫治疗提供了有力的实验基础。

三、TTFields抗肿瘤的分子生物学机制

越来越多研究结果证实TTFields存在分子层面的抗肿瘤机制。Karanam等［9］发现，TTFields能够下调FA信号转导通路的基因表达，从而抑制DNA的复制，最终导致细胞死亡；且TTFields可减少DNA新合成链的长度，并增加R-Loop的形成。此外，TTFields通过下调BRCA和FANC基因表达，使DNA复制叉暂停出现错误和崩解，增加DNA单链和双链损伤，从而破坏肿瘤细胞DNA复制和修复。上述研究结果表明，TTFields可延迟放疗、化疗等造成的肿瘤细胞DNA损伤的修复，起到协同抗肿瘤作用。

四、TTFields诱导细胞膜和血脑屏障通透性可逆升高

多项研究结果表明，TTFields+TMZ可延长GBM患者的总体生存期［11, 12］，然而尚且无法解释TTFields与抗肿瘤药物如何协同作用。Chang等［13］使用TTFields对U87-MG细胞株进行实验干预后发现细胞膜上的小孔数量和大小均较对照组增加，且此改变在50~200 kHz的范围内是可逆的，提示TTFields以可逆的方式影响细胞膜的渗透性，增加药物进入细胞的剂量，从而产生与抗肿瘤药物的协同效应。此外，TTFields可以提高5-氨基酮戊酸、原卟啉Ⅸ在肿瘤细胞中的聚集，可在手术中更好地标记肿瘤边界。

血脑屏障（blood brain barrier，BBB）可在一定程度上阻碍治疗药物进入中枢神经系统，从而降低药物疗效。2019年美国神经肿瘤年会上有学者报告用100 kHZ的TTFields对大鼠进行72 h治疗，血管对埃文斯蓝等染料通透性显著提高，血管结构变得分散，治疗结束96 h后，BBB通透性升高的现象消失。该研究结果提示，TTFields能够可逆性提高血脑屏障通透性，使直接向大脑中递送药物成为可能。

五、TTFields联合其他疗法的探索

TTFields目前被批准用于TMZ维持治疗阶段，患者应先完成手术和放疗［14］。Karanam等［9］的研究结果显示，放疗前使用TTFields可增加放疗对肿瘤细胞的杀伤作用。延长TTFields的使用时间能增加肿瘤细胞对于顺铂的敏感性，并且增加肿瘤细胞对腺苷二磷酸核糖聚合酶抑制剂（poly ADP-ribose polymerase inhibitor，PARPi）和PARPi联合放疗的敏感性。

除与放疗联合，诸多TTFields与药物联合治疗的相关研究正在进行。Voloshin等［10］利用LLC细胞移植的小鼠模型探讨TTFields联合程序性死亡受体1（programmed cell death protein 1，PD-1）抑制剂的抗肿瘤效果，结果显示与单药治疗组和对照组相比，联合治疗组抑制肿瘤生长更为明显；进一步对试验动物体内相关免疫细胞的程序性死亡受体配体1（programmed cell death protein-ligand 1，PD-L1）表达量进行分析，结果显示联合治疗组中CD45阳性细胞、巨噬细胞及树突状细胞的PD-L1表达均明显高于对照组，提示TTFields联合PD-1可引起细胞的获得性免疫反应。该研究也在一定程度上解释了TTFields的迟发性抗肿瘤现象。

Lazaridis等［15］开展的应用TTFields联合洛莫司汀和TMZ治疗新诊断GBM患者的研究中，16例患者中位治疗时间为11周，TTFields治疗的中位使用时间达到总治疗时间的83%，中位无进展生存期为20个月，7例患者出现3级及以上的血液毒性反应，4例患者出现肝脏毒性，6例患者出现轻度接触性皮炎，与EF-14研究中52%患者出现轻度接触性皮炎相近。2019年美国神经肿瘤年会上，Fallah等报告了有关复发GBM患者应用TTFields和贝伐单抗（bevacizumab，BEV）联合治疗的安全性和有效性研究，共入组25例患者，BEV给药剂量为每2周静脉滴注10 mg/kg，同时接受TTFields>18 h/d，中位随访时间6个月，结果显示患者中位总体生存期为9.9个月，12例（48%）患者出现Ⅰ级皮肤不良反应，出现高血压1级和2级的患者分别为7例（28%）和8例（32%）。上述结果表明，联合用药方案具有良好的安全性和有效性，但仍需要更长的随访时间和更大样本量对该疗法进行治疗相关毒性和有效性评估。

六、TTFields在其他肿瘤中的应用

2019年TTFields被FDA批准用于治疗恶性胸膜间皮瘤［16］。在中枢神经系统肿瘤中，越来越多的瘤种正在进行TTFields相关研究，如低级别胶质瘤、高级别胶质瘤、非典型或间变脑膜瘤［14］和中枢神经系统淋巴瘤等。相关研究还在非小细胞肺癌［11］、胰腺癌［17］、卵巢癌［18］、转移癌［14］等多种肿瘤中开展，均取得了突破性进展，不同瘤种特异性治疗频率、时间和场强等参数将不断被揭示，从而进一步丰富TTFields应用领域，为广大患者带来福音。

七、展望

目前研究结果提示TTFields治疗GBM的最佳频率为200 kHz［5］，但仍缺少不同人群最适宜频率的相关研究。不同种族的患者频率是否相同，肿瘤复发后最适频率是否发生变化等诸多问题有待深入研究。此外，对现有装置产生的交变电场能否进一步优化，增加交变电场作用角度、电极片个数以及改变电场交替激活模式能否提高抗肿瘤效应等问题的深入探索，对TTFields进一步迈向个体化、精准化治疗领域至关重要。

目前已有多项研究结果表明，位于室管膜下区（subventricular zones，SVZ）的神经元前体细胞（neural progenitor cell，NPC）与GBM术后复发密切相关，对于该区域的处理存在争议［19, 20］。Lok等［21］的研究结果表明，TTFields的场强在脑室壁周围较高，于侧脑室额角和侧脑室枕角处的场强最高，恰与NPC所在位置部分重合，TTFields的抗肿瘤效应与SVZ及其内聚集的NPC的相关性有待于深入探索。

参考文献

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