声动力学疗法机制的研究

第21卷第2期航空航天医药2010年2月135讲座声动力学疗法机制的研究陈志强·综述,岳武审校(哈尔滨医科大学附属第四医学院神经外科,黑龙江哈尔滨150001)A,岳武,男,1963年毕业于哈尔滨医科大学医疗系,同年担任哈尔滨医科大学第一医院神经外科医生,1991年破格晋升主任医师、教授,1992年享受国务院特殊津贴,1995年晋升博士生导师,聘为哈医大学科带头人;现任哈医大四院神经外科主任医师、资深教授、博士生导师及哈医大学科带头人。黑龙江省激光医学创始人之一,激光神经外科领域创始人,具有一定国际影响的知名专家。科研方面:激光基础理论研究和临床应用;激光荧光诊断脑和各部位恶性肿瘤;激光导航显微外科综合治疗脑和脊髓各种良、恶性肿瘤。190年发现新的澈光损伤带一水肿外带被权威机构认定中国漖光研究发展30年成就之一,激光光动力疗法治疗肿瘤居国内领先地位。先后承担国家自然科学基金2项,黑龙江省“十五”攻关课題,市和院校科研课题10余项。获省政府科技成果奖11项,获省卫生厅、哈医大医疔新技术奖21项。发表国际学术论文、国家级、省级论文百余篇。其中收录到SCI2篇,EI2篇,参著“实用临床漖光医学”1部。申请专利1项:舒宁止血海绵研制与开发。主要成果l.PDT疗法治疔神经系统恶性肿瘤的应用研究。获黑龙江省科学技术进步3等奖,(2003);黑龙江省医药卫生科技进步1等奖,(2003)2.光动力抗脑胶质瘤相关作用机制研究。获黑龙江省科学技术进步3等奖,(2006);黑龙江省医药卫生科技进步I等奖,(2005)3.缺血性脑血管病的手术及介入治疗。黑龙江省医疗卫生新技术应用2等奖,(2006);获哈尔滨医科大学医疔新技术成果3等奖(2005)4.导航辅助漖光光动力疔法治疗脑胶质瘤。获黑龙江省医疔卫生新技术应用3等奖,(2006);荻哈尔滨医科大学医疗新技术成果2等奖(2005)。教学方面:从事临床教学40余年,发表多篇教学论文,已培养出博士研究生10余名,在读博士5名。现任哈尔滨医科大学教学督导学术团体和社会兼职学术团体及学术地位:黑龙江省激光专业委员会主任委员;中华激光医学会常委,外科学组组长;中国光学会医学分科学会常委;中国激光医学杂志编委、特约审稿人;航空航天医药杂志常务編委;中华医学研究杂志特邀编委;省和国家自然科学基金评审人;全国及省、市医疗事故鉴定专家。社会兼职:民盟哈医大一院主任委员,民盟哈医大委员会主任委员;政协黑龙江省联谊会常委;黑龙江省政治协商委员会常务委员,特约信息顾问。关键词声动力学;超声热效应;单线态氧;活性氧中图分类号:R454.2文献标识码:A文章编号:1005-9334(2010)02-0135-04声动力学疗法( Sonodynamic therapy,DT)由日本学者机理是利用超声的生物热效应来杀伤或抑制肿瘤细胞2。梅村晋一郎( UmeumraS)等在1989年国际超声研讨会上首认为超声既能聚焦并在聚焦范围内产生能量同时肿瘤组织次提出,是在光动力学疗法的理论与技术的基础上人们发细胞的异质性其吸声系数约为正常组织细胞的两倍,当超展起来。由于超声选择性照射病灶和声敏剂选择性蓄积声能量到达肿瘤组织时,细胞吸收的能量使肿瘤组织温度快的双重选择作用能特异性地杀伤肿瘤细胞声动力学疗法速升高。肿瘤组织血管生长紊乱,血流缓慢,这种局部高热被认为是一种极具应用前景的恶性肿瘤治疗新手段。不能通过血流向周围组织扩散导致肿瘤组织细胞增殖和代本文就其近年来相关机制研究进展做一简要叙述和探讨。谢必须的 PNA RNA及蛋白质的合成受阻细胞膜的通透性1SDT的作用机制中国煤化工胞死亡。1.1超声热效应一些学者认为SD疗法治肿瘤的部分1.2CNMHG事时各处的声压都将发生吗列性m评理人负压作用下,拉力陈志强哈尔滨医科大学在读博士。超过液体的内聚力液体发生“断裂”而产生微小空泡。随136VoL 21 No. 2Ae MedicineFeb 2010后到来的正声压则使空泡破灭,并伴随高温、高压等现象,化的作用下而分解产生了来源于ATX-70的自由基。Jef这就是超声波的空化作用。空化效应是超声通过激活暴fers等研究了非毒性浓度的DMF、MMF、DMSO对培养露介质中己存在的气体或微气泡而产生的作用,包括稳态早幼粒细胞白血病细胞HL-60的声动力学效应,并将空化(或非崩溃性空化)和瞬态空化(或崩溃性空化)。这种毒性效应归功于超声空化产生某些来源于这些物质此外,在瞬态空化发生时还常常伴有声致发光冲击波及的未知的短效的活性物。进一步的研究证实,在氮饱高速射流等现象发生,因此处在空化泡附近的细胞等生物和的 DMF MME、DMSO水溶液中检测到以碳为中心的自体将会受到严重损伤乃至破坏“。 Sasaki等3报道复频超由基而在空气饱和的水溶液中检测到相应的过氧基。声(0.5MH和1.0MHz)结合ATX-70可明显抑制肿瘤的综合以往研究成果,Mik等认为:声动力学效应是由于生长,且比任何单一频率结合ATX-70抑制肿瘤生长的效超声的空化作用激活空化泡内或邻近的声敏剂,通过直接果更佳。作者认为这主要是复频超声加速了微气泡在声高温分解或与水热分解形成的-H和-OH反应,产生声照介质中的增长,在声敏剂存在下,更能明显降低超声对敏剂来源的自由基,再与O2反应形成过氧基和烷氧基组织损伤时产生空化效应的阈值。与-OH和-H不同,过氧基和烷氧基与溶液中的有机分1.3活性氧理论子反应活性低,因此更容易到达靶细胞表面而发挥作用。1.3.1单线态氧机制1990年, Umemura等人对超声1.3.3活性氧机制有的学者把那些虽然不是白由基但结合血卟啉(H)致S80细胞坏死的机制进行了研究,实氧化作用较强,能产生由基或涉及自由基反应的化合物验发现超声激活H对S180细胞的杀伤作用可被活性氧如过氧化氢(H2O2)、(202)、脂氢过氧化物(ROOH)也列入( Reactive oxygen species,ROS)清除剂组氨酸所抑制,而不到自由基范畴,统称为活性氧( Reactive Oxygen Species,能被-OH清除剂甘露醇抑制,从而提出了超声波活化HROS)。ROS对生物机体可产生一系列的有害作用,例如进产生的单线态氧(202)是SDT杀伤肿瘤细胞的重要因子,攻不饱和脂肪酸可引起脂质过氧化,导致生物膜结构和功即“单线态氧机制”。该理论认为超声波辐照过程中空化能的改变,损伤蛋白质的硫氢基(SH)和氨基酸,可使蛋白效应导致声致发光从而由光激活空化泡内或临近的光敏质变性、交联,DNA链断裂,也参与或影响细胞内的信号转剂分子而产生具有细胞毒性作用的(O2)由于202有较大导和基因表达。研究表明1M),许多可诱发细胞凋亡的物的扩散半径能够穿透线粒体膜,参与电子传递和氧化作理化学因素(如离子辐射抗癌药物等)也可诱发细胞产用,从而影响线粒体的呼吸链;能够穿透核膜造成DNA损生活性氧中间产物(如H2O202等),而抗氧化剂则可以抑伤;与组蛋白作用组氨酸残基经202氧化作用后,产生了与制不同的细胞发生凋亡。目前认为活性氧主要通过直接细胞损伤、死亡正相关的新的光产物;202还可使癌细胞内诱导和激发体内代谢变化来参与或影响细胞凋亡。蛋白变性,并影响酶活性。 Umemura等以重水(D20)2活性氯(R05)诱导细胞凋亡(202在D20中寿命比在水中长10倍)代替水做缓冲液,实根据细胞凋亡通路中的起始, caspase蛋白不同,经典验表明:以D20做缓冲液,对细胞杀伤率提高2倍,因此说的细胞凋亡途径分为以下两种:第一种死亡受体通路明02对细胞的杀伤作用。HeY等在超声激活Hp对人激活 Caspase-8;第二种线粒体介导细胞凋亡,线粒体中神经胶质瘤作用的研究中,采用FCLA检测到了202的产的促凋亡蛋白受到凋亡信号刺激,释放到细胞质,激活生,进一步证实了202在SD中作用。LJH9等人用血卟 caspase-9。 Caspase-8,9再激活 caspase-3,6或7等细啉单甲醚作为声敏剂对大鼠06胶质瘤细胞进行声动力学胞凋亡相关蛋白。第二条通路中的线粒体是真核细胞的疗法,同样肯定202在SDT中的杀伤肿瘤细胞的作用。目重要细胞器,是ATP生成的主要地点。在生物体内,90%前,人们对超声激活H产生202是由超声空化产生的非平以上的氧分子在线粒体中被消耗线粒体消耗氧一方面用衡高温热点直接激活,还是由声致发光引起的光化学激于制造ATP,满足机体的能量需求,另一方面也会生成活活,现在研究理论更趋于后者性氧自由基损伤其自身。根据细胞凋亡过程中ROS作用1.3.2自由基理论近年来,又有学者对“单线态氧机的靶点现认为可能通过以下途径:①ROs作用于细胞制提出置疑, Riesz pl等人通过EPR技术以及使用特异膜及细胞器膜诱发脂质过氧化从而影响细胞信号传导系性单线态氧捕捉剂【4,4-bis(1-p- carboxyphenyl-3-统,激发有关的调控基因导致细胞凋亡;②ROS直接损伤methyl-5- hydroxy)- pyrazole]DRD156,发现当用超声照DNA而诱导凋亡也可攻击蛋白质导致许多具有酶活性射含有DRD56和HpD、四碘四氯荧光素的肿瘤细胞悬液的蛋白质的功能丧失,从而诱导凋亡;③ROs的大量生成时检测不到02的存在。由此他们得出声动力学的机制并可导致细胞内氧化还原状态失衡,诱导某些基因的表达非在于202机制,而是由于超声的空化作用激活空化泡内和引起凋亡。但该确切机制仍有待阐明。(或)附近的声敏剂分子,产生自由基(主要是以碳为中心2.1活性氧(R0S)间接诱导细胞凋亡ROs可以直接与的自由基),这些自由基再与氧分子反应生成过氧基和烷细胞膜的不饱和脂肪酸和胆固醇结合,发生脂质过氧化氧基等自由基对细胞产生杀伤效应。从而提出烷氧基和产生氧化脂质后者可直接诱导凋亡。脂质过氧化一方面过氧化氢等自由基可能在SDT中起着主要作用,即自由基使细中国煤化工另一方面还可能导理论。2003年, miyoshi等在研究超声联合ATX-70对致细离体培养的人白血病细胞HL-525和HL-60的作用时又的紊YHCNMHG通道蛋白等)分布9。,Fa/APO-1发现,ATX-70优先在空化泡的汽液界面富集,在瞬时空(又称CD”)是一种跨膜受体蛋白, Suzuki等研究发现第21卷第2期航空航天医药010年2月137Fas/Fasl交联可引起B淋巴细胞瘤细胞株BAB和 Ramos[J]. Ultrasonic Sonochemistry, 2004, 11(6): 349-363及T淋巴细胞性白血病细胞株 Jurkat迅速产生特异性2 Azita Soltani, Charles Solida, Effect of ultrasound on enzy-ROS,ROS不仅是Fa/Fas交联的产物,且在Fas/Fasl诱导natic activity of selected plasminogen activators [J]细胞凋亡过程中发挥重要作用。Thlombosis Researeh, 2007(119)223-228另有研究表明2ROs对线粒体膜产生损害是线粒体3 Miller Mw, Miller dl, Brayman AA. A review of in vitro内外膜之间的一种蛋白性孔道复合物( mitochondria pbioeffects of inertial ultrasonic cavitation from a mechanis-ability transition pore,MPTP)发生改变,从而可促使线粒体tic perspective[ J]. Ultrasound Med. Biol, 1996,(22)内膜渗透性转换( permeability transition,rT)。细胞凋亡早1131-1154期线粒体跨膜电位(Δψm)下降被证实为级联反应过程中4冯若,王志彪.实用超声治疗学[M].北京:科学技术较早发生的事件,而且还发现一旦线粒体跨膜电位崩溃文献出版社,2002.p23-25则细胞凋亡不可逆转。Tan2等研究发现ROS不但可以5 Sasaki K, Kawabata K, Sumita N,etl. Sonodynamic treat造成细胞内线粒体Ca2的释放,而且可以使内质网Ca2hent of murine tumor through second-harmonic superimpo-迁移和质膜Ca2 ATPase失活从而导致胞浆内Ca2升高sition[ J] Ultrasound Med Biol, 2004, 30(9): 1233-1238过多的细胞内Ca2·也会导致ROS形成,Ca2升高还会引6 Umemura s, Sumita n, Nishigaki R,etal. Mechanism of起微丝解聚成球形肌动蛋白,使细胞骨架遭到破坏,这可 cell damage by ultrasound in combination with hematopo能与细胞凋亡时的胞体皱缩、质膜起泡等形态现象有关phytin[ J]. Jpn J. Cancer Res, 1990, 81(9): 962-966Ca2的释放还引起线粒体膜电位的崩溃、ATP酶的衰竭。Umemura S, Yumita N, Nishigaki R. Enhancement of ultra-线粒体在细胞凋亡中最重要的一点在于激活 caspase sonically induced cellb damage by a gallium- porphyrin家族蛋白后释放细胞色素C等物质1。实验表明,cyocomplex, ATX-70[J ]. Jpn J. Cancer Res, 1993, 84(5)c从线粒体中释放是细胞凋亡的关键。释放到细胞浆的cyto-c在dATP存在下,与凋亡相关因子1(Apaf-1)、pro8HeY, Xing D,YanG, et al. FCLA chemiluminescence fromcaspase-9结合形成凋亡小体( apoptosome),激活 nodynamic action in vitro and in vivo[J]. Cancer letaspase-9,活化的 caspase-9再激活其他 caspases如ers,2002,182(2):l41-145caspase-3,从而诱导细胞凋亡。Cyto-c能激活 caspar-9LiJH; Song DY;xuYC, et al. In vitro study of haematopor-es,活性 caspases亦能促进cyto-c从线粒体释放,提示线phytin monomethyl ether-mediated sonodynamic effects on粒体存在 caspases底物,该底物的降解又加速eyto-c的释C6 glioma cells], Neurol sci.2008,29(4)放。线粒体可能作为凋亡放大器,形成cyto-c释放或10 Miyoshi N, Igarashi T, Riesz F. Evidencecaspases活化都将启动死亡环,最终导致大规模的 capadesoxygen formation by sonolysis of aqueous oxygen-saturat活化, capades极联反应及细胞凋亡发生。ed solutions of Hematoporphyrin and rose Bengal: The2.2活性氧(ROS)直接诱导细胞凋亡ROS也可通过对mechanism of sonodynamic therapy [ J]. Ultrason Sono-氨基酸的修饰攻击蛋白质,导致蛋白质链断裂,最终导致em2000,7(3):121-124蛋白质特别是酶蛋白丧失活性从而诱导细胞凋亡。最为11 Sumita N, Sakata I, Nakajima S, et al. Ultrasonically in重要的是,ROS可直接损伤DNA分子,其中主要是202和脂duced cell damage and active oxygen generation by 4质过氧化物对DNA发生攻击,损伤的DNA分子可导致细formyloximeetylidene-3-hydroxyl-2-vinyl-deut胞凋亡2)。 Tang W3l等人用1.75MHz超声照射经血卟啉porphynyl( IX)-6-7-diaspartic acid: on the mecha声敏剂处理的肉瘤180细胞悬液3min后,用脱氧核苷酸转nism of sonodynamic activation[J ]. Biochim Biophys Ac移酶介导脱氧尿苷三磷酸生物素缺口末端标记,发现有ta,2003,1620(1-3):179DNA的断裂。结合声动力学疗法的治疗机理确定202对12 Jeffers Ri, Feng RQ, Fowlkes JB,etal. dimethylformamideDNA产生的损伤。s an enhancer of cavitation-induced cell lysis in vitro声动力疗法诱导细胞凋亡,活性氧机制的存在是肯定[J]. J Acoust Soc Am,1995,97(1):669-676.的。但是活性氧的产生,以及其损伤细胞膜、线粒体膜等结13 Musik v, Riesz f. Peroxyl radical formation in aqueous so构的详细机制,及影响损伤程度的相关因素不是很清楚;活lutions of N, n-dimethylformamide, N-methyl-性氧物质直接诱导细胞凋亡的DAN以及氨基酸途径尚需进formamide, and dimethylsulfoxide by ultrasound: implica-一步验证。虽然声动力疗法的机制尚有争议但是其疗效大tions for sonosensitized cell killing[ J]. Free Radic Biol家认可的。相信随着对细胞凋亡机制的研究不断深入,会有Med,1996,20(1):129-138.更佳清晰的思路来从机制上说明声动力疗法的确切性。相14 Musik v, Riesz F. Free radical formation in sonodynamic信在不久的将来,通过国内外研究人员的努力,临床将诞therapy[ J]. Ann N Y Acad Sci, 2000, 899:335生一系列以SDT为中心的新型治疗肿瘤的方法中国煤化工K, In vitro Study of参考文献CNMHing PhotodynamicI Rosenthal 1, Sostaric J Z, Riesz P. Sonodynamic therapyCancer Cells [J]a review of the synergistic effects of drugs and ultrasoundPhysiol Res.2007;56(1):27-32VoL 21 No. 2Aerospace MedicineFeb 2010L形钢板加螺钉骨栓髂骨植骨治疗股骨髁部粉碎骨折邓信昌,李长虎,蔡康,周康(广东省茂名市人民医院骨科,广东茂名525000摘要目的:股骨髁部粉碎骨折保守治疗效果差,采用手术复位内国定以利恢复膝关节功能。方法:2005009年釆用L形钢板和螺钉骨栓髂骨植骨内固定治疗股骨髁粉碎骨折52例。术中先用螺丝固定内处髁,然后用L形钢板固定髁和股骨干。结果:所有骨折愈合,骨折解剖复位47例。随访1-3.5年,总优良率88.5%。结论:股骨髁部粉碎骨折应早期手术。采用L形钢板和螺钉内固定能达到解剖复位,坚强固定,早期功能锻炼,有利膝关节功能恢复。关键词股骨髁部;粉碎骨折;内固定中图分类号:R683.42文献标识码:A文章编号:1005-934(2010)02-0138-02reatment for Comminuted fracture of Femoral Condylewith L-shaped Plate and Screw Bolt niac Grafting BoneDENG Xin-chang, LI Chang-hu, CAI Kang, et alDepartment of Orthopedic, The Peoples Hospital of Maoming City, Maoming 525000, China)Abstract Objective: comminuted fracture of femoral condyle poor outcome of conservative treatment, using surgi-cal reduction and internal fixation to facilitate the recovery of knee joint function. Methods: 2005-2009 with L-shapedplate and screw bolt iliac bone grafting and internal fixation of comminuted fracture of femoral condyle in 52 cases. Surgery within the Department, the first with a fixed condylar screw, and then use L-shaped plate and the femoral condyleResults: All fractures healed, fractures anatomic reduction in 47 cases. Follow -up 1-3.5 years, the total fine rate of88. 5%. Conclusions: The comminuted fracture of femoral condyle should be early surgery. Using L-shaped plate and16 Mates JM, Sanchez -Jimenez FM. Role of reactive oxygerTSPO: an emerging therapeutic target in neurotrauma.;species in apoptosis: implications for cancer therapy [J]Exp Neurol.2009,219(1):53-57Int J Biochem Cell Biol, 2000, 32 (2): 157-17022 Shirlee Tan, Tutaka Sagara, Yuanbin Liu, et al. The17 Rebillard A; Lagadic Gossmann D; Dimanche Boitrel MTregulation of reactive oxygen species production duringCisplatin cytotoxicity DNA and plasma membrane targetsprogrammed ecll death[ J]. J Cell Biol, 1998, 141(6):18陈坚,林庚金,刘珊林。活性氧、锰型超氧化物歧化酶23MiN;LiuQ;WagX,eta. Induction of sonodynamic对胃肠道肿瘤凋亡的影响[J]。国际消化病杂志effect with protoporphyrin IX on isolate hepatoma-222006,26(3):186-188cells. Ultrasound Med BioL. 2009V35N4. 680-68619 Heath Engel HM; Shore GC Mitochondrial membrane dy- 24 Milowska K; Gabryelak T; Reactive oxygen species andnamics,cristae remodelling and apoptosis[ J] ,BiochimicaDNA damage after ultrasound exposure [ J], Biomolophysica Acta BBA)-Molecular Cell Re-Eng2007,24(2):263-267.searc.2006,1763(56):549-560.25 Tang W; Liu Q: Wang X;et al. Involvement of caspase 820 Suzuki Y, Ono Y, Hirabayashi Y. Rapid and specificInduced bv ultrasound - activated hematopor-via nadph oxidase中国煤化工n[J], Ultrasoundvation during Fas mediated apoptosis [ J]. FEBS LettCNMHG以惘口期:2010-01-15)I Papadopoulos V; Lecanu L; Translocator protein(18 kDa)