高强度聚焦超声（HIFU）与肿瘤治疗
超声治疗学是一门新兴学科,特别是它在肿瘤治疗方面的卓越效果,它必将象超声诊断学一样很快发展壮大。高强度聚焦超声（High intensity focused ultrasound,HIFU）是新近进入临床的一种肿瘤无创治疗的新技术，主要利用超声波良好的方向性、组织穿透性及可聚焦性，将超声波汇聚于靶区组织，使超声束在体内靶区部位聚焦，0.5～1秒使焦域处的组织温升达到65℃以上和空化效应，使靶区蛋白质变性引起生物组织发生凝固性坏死，而达到治疗肿瘤的目的。，因而在肿瘤的局部治疗中展现出重要地位。
HIFU能有效地破坏局部肿瘤组织，抑制其生长，延长荷瘤动物的生存时间。HIFU切除肿瘤组织，是按照肿瘤外科的原则进行的，是一种具有广泛临床应用前景的无创性肿瘤治疗技术，其治疗特点正好与当今肿瘤治疗的发展趋势相吻合，正受到广泛的关注和重视。
在超声治疗方面，Fry等最早在二十世纪50年代开始用HIFU技术对某些神经系统性疾病进行实验治疗研究。结果表明，超声波束可以在机体内选定深度产生一个良好的高强度区域，在此焦域内组织可发生坏死，而对其邻近的组织不产生损伤。
超声治疗学真正用于临床肿瘤治疗还是在上世纪90年代前后。大量的临床肿瘤病例超声治疗结果表明该方法疗效肯定，安全，可靠。手术无创并可进行治疗过程的全程实时监控,是肿瘤治疗的一个全新领域。
转自丁香园
近年来众多的研究表明，肿瘤常规治疗手段手术、放疗、化疗常存在“肿瘤祛除后效应”和损害机体免疫功能等问题。肿瘤热疗这一古老而又新兴的治疗手段由于其具有别于其它常规治疗手段的机制，从而越来越显示了其在肿瘤治疗中的地位。本文综述了肿瘤热疗基础理论的一些研究进展，并探讨了肿瘤热疗临床应用中存在的问题。
肿瘤热疗是指用各种方法提高全身和/或肿瘤组织(局部)的温度，利用热作用及其继发效应来治疗恶性肿瘤。这是一个大家既熟悉又陌生的名词。熟悉它因为几千年来，在古代，古希腊、埃及、中国和日本都有使用热水浴治疗各种疾病的记载。众所周知，感染性疾病在发热后机体会产生免疫。直到在抗生素诞生，热疗一直是治疗各种感染性疾病的常用方法。奥地利医生Jauregg曾给一些病人接种疟疾患者的血液，造成其疟疾感染，诱发高热，用以治疗中枢神经系统的梅毒感染，后来此方法成为当时治疗中枢神经系统梅毒感染的标准疗法，挽救了不少患者的生命。Jauregg也因此而获得1927年度诺贝尔医学及生理学奖。上世纪初用Coley毒素注射使肿瘤患者发热对部分患者起了治疗作用。回顾医学史记载肿瘤自然消退的病例常发生于细菌感染高热之后。肿瘤热疗又是一个陌生的词汇，在众多教科书中很少见到它。但经历了默默无闻的百余年的发展，它已经走上舞台成为一门值得关注的肿瘤治疗方法。近年来热疗基础研究更新了许多概念，填补了一些空白，热疗与免疫、热疗与热休克蛋白（Hsp）等细胞素的产生、肿瘤特异性抗原等之间的关系正在不断被揭示。传统的肿瘤热疗只作为放化疗增敏剂的概念已被打破。
1 肿瘤治疗潜在的问题
1.1 原发肿瘤手术切除后微转移瘤生长加速
早在1965年，Thomford等（1）首次对205例肺转移瘤切除，但可导致某些病情恶化。另外发现一些患者首次切除肺原发肿瘤后，转移瘤很快出现。Li(2)等证实，肿瘤可直接产生血管抑素，手术切除肿瘤后血液中的血管抑素迅速消失。原发肿瘤灶可抑制其转移灶的生长，这种抑制作用随者原发肿瘤灶的祛除而消失。原发肿瘤切除后，其转移肿瘤灶内的血管生成增加，肿瘤细胞生长指数提高，肿瘤细胞凋亡减少。Sckell等（3）应用PC-3前列腺癌细胞也证实原发肿瘤灶可抑制其远处转移灶的生长，而且这种抑制作用会随着原发肿瘤灶的增大而增强，手术祛除原发肿瘤后可使这种抑制作用逆转。
1.2 原发肿瘤放疗后转移瘤生长加速
Camphausen（4）的实验已经证实，原发Lewis肺癌细胞（LLC-LM）能产生血管抑素,用放疗方法祛除小鼠局部Lewis肺癌，实验18天后处死小鼠，可观察到其休眠状态的肺转移瘤生长加速。应用纤维肉瘤细胞T241进行同样方法的试验也得到了同样的结论。同样的实验结论也被其他作者证实（5）。众多的研究发现包括鼻咽癌组织在内的多种肿瘤组织及血液中具有VEGF过度表达，有淋巴结转移者要高于无转移者且远处转移者要高于局部转移者，表明VEGF在肿瘤的淋巴和远处转移中起重要作用（6-9）。Gorski等发现放疗可增加肿瘤内的VEGFmRNA的水平（10）,提示这些血管生成促进因子可能在原发瘤对转移瘤的作用中发挥作用。
以上事实表明需要一种新的治疗方法来多方位控制这种“肿瘤祛除后效应”。近年来有关辅助化疗与手术、放疗的综合治疗，对控制微小转移和已存在的转移病变显示了一定的效果，但众所周知，恶性肿瘤即使在得到完全缓解的情况下，机体内仍有104个肿瘤细胞，另外，肿瘤化疗存在一定的毒副作用尤其是对免疫功能的损害，如何消灭这些残留的肿瘤细胞和重建机体的免疫功能从而有效阻断肿瘤的复发转移是目前肿瘤治疗的难题。近年来随着肿瘤热疗物理学、生物学等基础研究的不断深入。肿瘤热疗这一古老而又新兴的治疗手段由于其具有别于其它常规治疗手段的机制，越来越显示了其在肿瘤治疗中的地位。
2 肿瘤热疗基础理论研究的进展
2.1 热疗增强肿瘤化疗的治疗效果
热疗时，扩张肿瘤内部的血管，加速血液循环，增加肿瘤组织内部化疗药的浓度;催化药物与癌细胞DNA的加和反应, 提高化疗疗效；还通过抑制DNA修复和多药耐药性P－糖蛋白的表达，来增加癌细胞对化疗药的敏感性、减少或逆转肿瘤耐药性的发生（11,12）。
2.2 热疗与放疗具有增效和互补作用
处于S期（DNA合成期）的肿瘤细胞对放射治疗抗拒，不易被射线杀灭，而高温对S期细胞的杀灭作用特别明显，从而使热疗和放疗的疗效得到很好的相互补充。肿瘤中心部位的乏氧癌细胞对放疗往往不敏感。全身热疗扩张肿瘤内部血管，促进肿瘤血液循环,降低肿瘤组织乏氧细胞比率，因而可以增强放射治疗的疗效（12）这是大家皆知的。热疗还可以通过阻碍VEGF调节达到增强放疗疗效，这已在小鼠实验中得到证实。
2.3 热疗的骨髓保护作用可减少放化疗毒性
热疗可以刺激外周血粒细胞集落刺激因子（G－CSF）和IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α升高；以及刺激骨髓内粒细胞－单核细胞集落刺激因子（GM－CSF）、IL－3增加。G－CSF、GM－CSF、IL-1β、IL－3、IL-6可以促进骨髓造血干胞的分化成熟，因而全身热疗可以对化疗或放疗引起的骨髓抑制具有保护作用（13）。
2.4 热疗与免疫
热疗刺激免疫系统的功能。热疗时产生的热休克蛋白在细胞坏死时可被释放入血，此时机体免疫系统被全面激活以消除体内肿瘤细胞. 热休克蛋白本身不具有抗原性，但具有1）作为多肽和抗原多肽伴侣。2）通过抗原与抗原递呈细胞（APC）作用3）介导树突状细胞的成熟。如HSP70-多肽既具有特异的免疫原性。gp96-肽复合物免疫小鼠可激发CD8 T淋巴细胞反应。HSP-肽复合物在热疗中产生经MHC-I类分子及巨嗜细胞的加工能为CTL细胞识别而产生特异性免疫[14,15]。这些免疫反应包括：自然杀伤细胞、CD4和CD8细胞的激活，IL-12等细胞因子的释放等等，从而对体内同时存在的肿瘤细胞起到强烈的杀伤作用。同热疗本身既能增强T淋巴细胞、B淋巴细胞以及NK细胞的抗肿瘤活性从而增强机体免疫监视功能（16）。
瘤细胞进入血液循环系统后要面临机体内的各种淋巴细胞的免疫反应，NK细胞作为第一线的免疫反应细胞，不需激活即可发挥非特异性杀伤效应，迅速分泌IFN-γ、IFN-α、IL-2、GM-CSF等，通过这些细胞因子发挥抗肿瘤作用，其它T、B细胞也可通过激活体液和细胞免疫而产生抗肿瘤效应，所以血液中NK细胞的活性是决定肿瘤细胞发生血行转移的重要因素之一。实验证实，发热样的全身热疗（Fever-Like WBH，39.8±0.2℃）能使肿瘤组织内部内源性或外源性NK细胞的数量增加，诱发细胞凋亡[17].Wang[18]等研究了发热样的全身热疗对淋巴细胞免疫功能的影响。结果发现，对小鼠进行39.8±0.2℃/6小时的全身加温，可刺激T淋巴细胞蛋白激酶C（PKC）活性增加；促进淋巴细胞内部血影蛋白－细胞骨架的极化和尾足的形成，因而对淋巴细胞的功能具有活化和增强作用。
40℃/90分钟的热作用还能活化B淋巴细胞，诱导外周血单核细胞（PBMC）免疫球蛋白分泌增加[19]；促进中性粒细胞的移行和趋化作用[20]。
全身热疗还能促使机体白细胞进行重新分布。淋巴细胞需要通过高内皮静脉(High endothelial venules)进入二级淋巴器官（淋巴结、脾脏和派伊尔小结）。实验表明，热疗通过刺激淋巴细胞内L-选择蛋白增加、刺激整合素依赖性（Integrin－dependent）淋巴细胞与高内皮静脉的粘附作用，促进淋巴细胞向二级淋巴器官移动，从而增强机体免疫监视作用[21]。
2.5 热疗与肿瘤转移
恶性肿瘤的转移和种植播散有赖于癌细胞分解细胞外基质、突破肿瘤基底膜。癌细胞分泌的基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases ,MMP）是肿瘤侵袭转移过程中降解细胞外基质的重要酶类，基质金属酶的活性与肿瘤的侵袭转移密切相关。实验证实， 把肿瘤细胞加温至42℃/3小时能降低肿瘤细胞内部cAMP浓度，因而明显抑制肿瘤细胞I型基质金属蛋白酶的基因表达和蛋白质合成，进一步抑制明胶酶原A的激活。同时,体外肿瘤细胞的侵袭性实验表明，42℃/3小时的热效应能明显抑制肿瘤细胞的侵袭活动。从而抑制肿瘤的转移倾向（16,22）。
新生血管的形成是肿瘤转移的关键环节，通过新生血管可将肿瘤细胞转移到其它部位，并可使肿瘤组织获得新的营养和氧气而不断生长。新生血管的生成受正负调节因子的共同调控，VEGF、bFGF、IL-8等为促进因子，其中VEGF被认为是作用最强、特异性最高的促进因子，而endostatin 、TSP等为抑制因子。研究发现NPC组织的VEGF表达显著高于良性肿瘤组织，有淋巴结转移者要高于无转移者且远处转移者要高于局部转移者，表明VEGF可能在NPC的淋巴和远处转移中起重要作用（7）。其中VEGF-C是VEGF家族中一员，参于淋巴管的形成，与淋巴浸润和转移有关。Akbulut H等发现血浆中VEGF水平可用于判断结直肠癌患者的预后（8）。对于肝癌患者血浆中的VEGF、bFGF与血管形成指数（AS）正相关，而endostatin则与AS呈负相关，endostatin越高生存期越长，这也提示血管生成与肿瘤的发展密切相关（9）。实验证明，42℃/4小时能抑制癌细胞VEGF的基因表达和VEGF的合成。对肿瘤患者进行42℃×60分钟×4次（1次/周）全身热疗，病人血清VEGF浓度明显下降，并基本接近正常水平（6）。
3 20年来中国临床热疗主要成绩
近期我国热疗事业处于大发展的阶段。肿瘤热疗已成为肿瘤综合治疗手段之一,正在被许多大的肿瘤中心所研究及应用。有关的临床研究简单总结如下:
3.1 腔内微波热疗是我国热疗的特点, 取得肯定效果和丰富经验, 有效易行, 值得推广(食管, 宫颈, 鼻咽, 直肠, )。
3.2 区域长时间低热(40-41.5℃/2小时)治疗对晚期肿瘤, 特别是恶性胸、 腹水患者, 抽出腹水后注入化疗药物在予以热疗有较好的效果。 国产热疗机性能达到较好的质量保证, 为开展区域性/全身热疗提供了保证。
3.3 有关晚期肿瘤的治疗研究甚少受到注意。全身热疗对晚期肿瘤能发挥姑息疗效，近年来国内外又对全身热疗重新引起注意。
3.4 术中、 术后腹腔热灌注化疗加射频热疗可使腹腔温度维持在40-42℃/60-120min. 对可降低某些晚期肿瘤的复发率，腹腔盆腔肿瘤的术后亚临床灶的治疗，腹腔或其他部位复发转移灶的治疗，探查后未能切除的肿瘤，恶性腹水及胸水度能起一定的作用。 在胃癌，结肠癌，肝癌, 胰腺癌, 卵巢癌有相当好的姑息效果, 值得推广。
3.5 高温消融热疗机（无论是HIFU，RF组织间，介入）的应用已取得了很多经验和扩大了适应证，值得进一步使用和研究。
3.6 明确了热疗不单属于放疗。 大力开展热化疗, 特别是化疗耐药的肿瘤将有很好的前景，肿瘤内科医师将大有作为。
3.7有关肿瘤热疗的免疫学研究正在深入进行，有关HSP-peptide肿瘤疫苗的基础研究已经开始。基因/免疫(HSP)治疗与热疗结合将为肿瘤治疗开辟新领域。
4. 热疗临床应用方面存在的问题
近年来热疗的基础研究进展很大，已跃出既往作为放化疗增敏剂的圈子。重新审视热疗在肿瘤治疗中的作用是必要的。加强热疗基础理论的研究从而更加支持热疗的临床应用，同时我们有必要找出既往临床研究中的问题。尽管有关热疗的临床报道不少，但认真分析起来存在有如下问题：
4.1 由于旧的热生物学观念的束缚,在治疗中一味追求高于41.5的高温。因这个温度是细胞生物学研究指定的“域值”。而忘记了单个细胞与机体中生物的差别。于是造成高温下化疗药物的毒性增加，从而降低了治疗效益比。
4.2 在联合治疗中仅把热疗作为“化疗的增敏剂”忽略了免疫因素的作用，因为这些理论是近年的研究发现。
4.3 全身热疗的研究多为混合多病种的IV期病人，预后参差不齐，疗效难以判断。而最新有关的理论可能更支持用于局部晚期而临床治疗达到完全缓解后的治疗，从而减少转移和复发。
4.4 缺乏不同温度梯阶和分割方案的研究以找出最佳方案。
4.5 较少单病种严格的随机分组研究观察资料和多中心研究；没有严格的质量控制(QC)措施导致治疗病人疗效差异巨大。
5 结语与展望
热疗从原始的火针、烙铁、针炙到19世纪未，用丹毒毒素进行全身热疗乃至今日发展成为一门科学，经历了漫长的历史过程, 历经几起几落,可至今，它做为一门学科仍显得幼稚和不够成熟。像任何其它学科一样，都要经历雏形、幼稚到逐渐成熟过程。这丝毫不影响它做为肿瘤治疗的一种极具有前途的治疗方式。因为它不同于放疗、化疗而具有自身特点，因而引起越来越多的医生、生物学家、免疫学家、生物工程学家的浓厚兴趣。同时目前仍有许多医务工作人员对热疗不了解，而有不少人虽有浓厚的兴趣，但缺乏所需的知识，以至在工作中出现失误、疗效不佳、甚至出现不良后果。
放射治疗研究中放射物理学的研究一直得到充足的发展，而放射生物学的研究远远跟在设备和临床经验之后。临床医生几乎把放射生物学远远抛在脑后。热疗与放射治疗学的发展不同的是：热疗的生物学进展远超过物理学，一直在指导着肿瘤热疗的发展方向；而热疗技术的不成熟则一直影响着热疗的发展，甚至导致许多人对热疗的有效性都产生怀疑。目前,热疗的疗效已是无容质疑了,热疗设备有了长足的发展.但热疗在肿瘤治疗中究竟应扮演什么角色，这需要大量的高质量的临床数据回答。可以预见，随着基础和临床研究研究的不断深入，肿瘤热疗这一古老而又新兴的学科将越来越得到肿瘤工作者的认同并在肿瘤综合治疗中奠定其重要地位。
参考文献
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高强度超声(High Intensity Ultrasound,HIU) 是一种肿瘤局部治疗新技术，它主要是利用超声波良好的组织穿透性，方向性，通过其瞬态高温效应，空化效应等破坏肿瘤细胞，研究证实，HIU对前列腺癌、肝癌、乳腺癌等多种实体肿瘤有较好的治疗作用。
目前关于超声治疗肿瘤又有了新的疗法，即超声结合化学药物联合治疗肿瘤，也叫声动力疗法（Sonodynamic Therapy）,其治疗肿瘤的疗效比单纯超声要好，但还没有具体的治疗机制。
关于声动力疗法（Sonodynamic Therapy）抗肿瘤的机制目前主要有以下几种理论：
1、单线态氧机制 该机制主要是由日本人Yumita等提出，认为超声空化导致声致发光，光激活了富集于肿瘤组织和肿瘤细胞处的光敏剂（在Sonodynamic Therapy中又称为声敏剂）而产生具有细胞毒性的单线态氧。从而杀伤肿瘤细胞。
2、自由基理论 该理论认为在气液界面处发生的超声空化（主要是瞬时空化）产生的高温、高压和冲击波使得富集于气液界面处的声敏剂发生分解而产生自由基杀伤细胞。
3、烷氧自由基理论 该理论认为超声空化使得声敏剂、水分子分解而产生生存期较长的烷氧自由基和羟自由基，烷氧自由基和羟自由基可以扩散至较远处而杀伤细胞。
特别要注意的是Sonodynamic Therapy中所采用的超声都是低强度聚焦超声，不涉及超声的热效应。频率一般都在1Mhz左右。
终于找到战友了，我们实验室正在开发HIFU系统，已经进入调试阶段。而我正打算做关于HIFU作用机理的研究，主要是空化效应。目前的一个想法就是关于“在HIFU作用下超声造影剂导致癌细胞破裂的机理及条件“。超声造影剂可以被认为是人为加入组织的空化核，在HIFU治疗中并不推荐使用造影剂，原因我还没有完全弄明白。但是我想如果在一定参数下造影剂能够高效的破裂癌细胞，那么并不排除将HIFU 与造影剂结合的可能。
我刚刚进入这个领域，希望能多跟大家讨论。
ilmfamp 君，您有"超声造影剂可以被认为是人为加入组织的空化核，在HIFU治疗中并不推荐使用造影剂"的相关文献吗？如有，请上传，我也增长点知识，真诚希望。
我认为这是不成立的思路，我知道的是：现在正在研究的两个热点分别是：一是空化效应对组织的损伤机理和作用，比较难；二是用超声造影剂减少被治疗组织的的耐热性，以达到更小剂量的超声照射就能损伤目的组织的目标，从而增加超声治疗的安全性，总之是超声剂量学方面的问题。高强度聚焦超声治疗肿瘤是一个新课题，不必拘泥传统的思维定式。
关于“我们实验室正在开发HIFU系统，已经进入调试阶段”，不知您们的治疗探头用的是单透镜还是相控阵，如果是前者，可能就有点落后了，开发市场将比较困难。
ilmfamp 君是研究生还是工作人员？您好象是才来丁香园的新人吧，以后可以多交流这方面的问题，关于“HIFU作用机理的研究，主要是空化效应”，如果是热效应已是比较成熟了，但如果是空化效应就比较容易出成果。
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