肿瘤热疗是泛指用加热来治疗肿瘤的一类治疗方法。基本原理是利用物理能量加热人体全身或局部，使肿瘤组织温度上升到有效治疗温度，并维持一定时间，利用正常组织和肿瘤细胞对温度耐受能力的差异，达到既能使肿瘤细胞凋亡、又不损伤正常组织的治疗目的。肿瘤热疗已成为继手术、放疗、化疗和免疫疗法之后的第五大疗法，是治疗肿瘤的一种新的有效手段。热疗除可以单独治疗肿瘤外还可使热疗与化疗、放疗、中药治疗等产生有机的互补，增加患者对化疗、放疗、中药的敏感性。能够更有效地杀伤恶性肿瘤细胞，提高病人的生存质量，延长病人的生命，同时又减轻放疗和化疗所产生的副作用，因而被国际医学界称之为“绿色疗法”。

热疗（hyperthermia）历史悠久。早在人类会使用火后，就逐渐懂得用热来治疗疾病，即用加热后的物体在体表病患处熨烙。此后，这种加热治疗方法与传统的中国医学经络理论相结合而发展变化为“灸”法。在公元前1800年古埃及的记载中说：“一个人胸部长肿瘤，用火钻予以治疗。”这大约是关于热治疗肿瘤的＊早记载了。古希腊名医Hippocrates（公元前460年~公元前370年）（相当于我国的春秋、战国时期）认为：“那些用药物不能治愈的疾病可以用手术治疗，手术不能治愈者则可以热治疗，热不能治愈的疾病是无法治好的。”近代1866年德国内科医师Bush记载了一例位于面部经组织学证实的恶性肿瘤，在两次感染丹毒高热后消退。他的报道引起人们的重视。1896年Coley根据Bush报告及其他一些类似报告，认为细菌引起的丹毒可治疗肿瘤。他用丹毒毒素接种诱发高热（38?C~40?C）治疗17例无法手术的癌，有3例治愈；17例不能手术的肉瘤，有7例治愈。这种治疗除热的作用外，免疫治疗也可能起了一定作用。

随后，逐渐发展了一些全身加热的物理学方法。1966年发明了用全身水浴的方法全身加温。20世纪70年代中期用“蜡浴”的方法进行全身加热，即将患者置于一个含熔化石蜡液体的装置中，同时吸入热气体而进行全身加温。1977年Larkings等则采用温水毯包裹的加热方法。而1978年西门子公司发明了一种加热舱。1979年Bull等采用热水衣通过体表而对全身加热。1979年Parks等开始采用体外循环法加热血液而使全身温度升高。这种方法使温度分布均匀，易于控制，诱导期短。

开展热疗，推动肿瘤治疗的进步

【摘要】肿瘤热疗，即应用热能治疗肿瘤，是继手术、放疗、化疗、生物治疗后又一种重要的肿瘤治疗方法。本文概述了热疗的基本概念，系统介绍热疗对肿瘤细胞的直接杀伤、影响肿瘤侵袭转移、提高机体免疫力以及协同放、化疗作用等机理，同时介绍了肿瘤热疗的分子生物学机制，其中包括热休克蛋白( HSPs) 的表达、信号通路转导以及耐药相关调控，并提出了肿瘤热疗的进一步研究方向。

【关键词】肿瘤; 热疗; 治疗

临床肿瘤学杂志2011 年6 月第16 卷第6 期Chinese Clinical Oncology，Jun． 2011，Vol． 16，No． 6

1 概论

目前针对肿瘤的治疗手段很多，但＊基本也是＊主要的仍是手术、放疗和化疗。尽管随着研究的深入，对一些在肿瘤发生、发展过程中发挥重要作用的关键分子的了解，针对这些分子的药物———分子靶向制剂陆续问世，使肿瘤的治疗有了新的发展，但是对于中晚期肿瘤患者的治疗仍期待更大的进展和突破。有必要探索新的、毒副作用小的治疗方法，或者在目前治疗手段的基础上增加一些辅助手段，不仅使疗效有所提高，且毒副反应有所减轻，而热疗正是这样一种治疗方法。

肿瘤热疗是一种利用物理能量使人体全身或局部加热，使肿瘤组织温度上升到有效治疗温度，并维持一定时间，利用正常组织和肿瘤组织对温度耐受力的差异，达到既能杀灭肿瘤组织，又不损伤正常组织的治疗方法。利用发热的方法治疗肿瘤，迄今已有一百多年的历史［1］。1866 年Bush 首先报道了1例面部肉瘤患者，在感染丹毒持续数日的高热后，面部肿瘤逐渐缩小，2 年后肿瘤完全消失，患者存活。1893 年Coley 采用注射化脓性链球菌和绿脓杆菌混合提取物( 称Coley 毒素) 使患者发热至38. 0 ～40. 2℃，治疗38 例晚期恶性肿瘤患者，其中12 例肿瘤完全消退，19 例获好转。另Coley 用人工注射毒素的方法治愈10 例肉瘤患者，其中2 例发热＊高者分别存活27 年和7 年［2］。但由于当时科学条件的限制，对于热疗治疗肿瘤的机制了解有限，加热的方法与设备简陋等方面的问题使热疗的发展受到限制。

近 20 年来，随着临床热疗设备的不断革新和技术的不断发展和进步，热疗也较普遍应用于临床，从而关于肿瘤热疗的研究也成为肿瘤研究的热点。目前，应用于临床的热疗方法多样，根据治疗部位的不同，肿瘤热疗分为全身热疗、局部热疗和区域热疗等; 局部热疗根据治疗仪器设备的不同分为超声热疗、微波热疗、射频热疗和内生场热疗等; 热疗还根据介入方式分为腔内热疗、组织间热疗、热灌注热疗和单纯外照射热疗等。

2 热疗机制

热治疗肿瘤的机制如何，目前认为有以下几个方面。

2. 1 对肿瘤选择性治疗效应肿瘤组织内的血管、血流与正常组织显著不同，具体表现为: ( 1) 肿瘤血管丰富，但扭曲扩张、杂乱无章，血流阻力大，容易形成血栓、闭塞。( 2) 肿瘤的毛细血管壁由单层内皮细胞和缺乏弹性基膜的外膜构成，较脆弱，在高热、压力增高时容易破裂。( 3) 血管内皮间隙大，部分由肿瘤细胞衬覆，细胞增生突向管腔引起阻塞。( 4) 肿瘤毛细血管形成大量窦状隙，储存大量血液，形成巨大血库。( 5) 肿瘤血管神经感受器不健全，对温度敏感性差。由于以上特点，肿瘤组织的血流量只有邻近正常组织血流量的1% ～ 5%，肿瘤越大，血流量越低。在高热作用下，肿瘤周围的正常组织血管扩张，血流加快，有良好的血液循环，散热快，温度升高慢; 而在肿瘤组织内血流缓慢，阻力大，散热困难，热量容易积聚，温度升高快，成为一个巨大的储热库，两者温差可达5 ～ 10℃，肿瘤中心温度一般比肿瘤周边高1 ～ 1. 5℃以上。研究表明，当肿瘤邻近组织加热至41. 5℃ 时，肿瘤的温度则达43～ 48℃［3-4］。

2. 2 对肿瘤细胞的杀伤作用一般情况下，加热温度为42 ～ 43℃，肿瘤细胞在2h 以上就可以被有效地杀伤，而正常细胞在温度超过44℃ 时仍未见损伤。热作用不仅可以对肿瘤细胞产生直接的杀伤致死效应，还可以诱发肿瘤细胞发生凋亡。在热疗研究领域有一“临界温度”的概念，目前研究发现，临界温度随细胞的种类以及基因特征的不同而有一定差异，大多数细胞的临界温度通常在42. 5 ～ 43℃，在临界温度以上主要引起细胞凝固性坏死，而在临界温度以下则产生热诱导的细胞凋亡［5］，其中对肿瘤细胞的直接杀伤与高热致细胞膜、细胞骨架损伤及抑制细胞DNA、RNA 的合成有关。高热可引起细胞膜蛋白损伤，出现膜脂流动性发生改变，＊后导致膜的结构、功能发生改变。Hilger 等［6］通过细胞和动物研究发现，在温度、DNA 损伤和细胞生存三者之间有着密切联系，在45 ～ 96℃热处理4min 后，肿瘤细胞的单链和双链DNA 发生不同程度的断裂，作者认为存在温度阈值引发DNA 产生不可逆的损伤，＊后致细胞死亡。热诱导细胞凋亡可以通过线粒体( 内源性) 途径也可以通过死亡受体( 外源性) 途径。He 等［7］报道热作用于人颊鳞癌BcaCD885 细胞株后，Bax 蛋白及其mRNA 水平都明显增高，从而引起Bax /Bcl-2 比例增高，线粒体释放细胞色素C，诱发细胞凋亡。Ren 等［8］报道舌鳞癌细胞株Tca8113 在42℃热作用10 ～ 60min 后，线粒体释放细胞色素C，激活caspase-3，诱发线粒体-caspase 依赖性细胞凋亡。Vertrees 等［9］研究报道，在43℃ 热作用3h 后BZR-T33 肺癌细胞株TRAIL、TNF-α 和FAS-L 水平显著增高，并通过激活细胞膜的TNF 家族死亡受体途径诱导细胞凋亡。此外，氧化应激产生的一些因素也可在热诱导细胞凋亡中发挥重要作用，氧化应激所产生的氧化应激活性氧( ROS) 可以直接打破细胞内环境的稳定性，促使细胞内Ca2 + 浓度升高，进而可激活凋亡通路诱导凋亡发生。应用抗氧化剂可以在一定程度上抑制凋亡。Zhao 等［10］研究发现，44℃热作用30min 增加了人淋巴瘤U937 细胞株ROS 和Ca2 + 的水平，这可导致Bax 介导的线粒体凋亡。Cui 等［11］使用抗氧化剂对抗热处理时产生的O2 －、OH － 所诱导的细胞凋亡，结果发现抗氧化剂可以显著抑制细胞凋亡。

2. 3 对肿瘤侵袭转移的影响Nagashima 等［12］选择有淋巴结转移倾向的口腔鳞状癌苍鼠进行研究，在43℃下局部热作用2 次，每次40min，分别于14、17、21 和28d 后检测其颈部淋巴结，发现热作用组淋巴结转移率为36. 4%，对照组为65%，表明局部热作用抑制了肿瘤的淋巴结转移。肿瘤细胞的浸润、转移是一个多阶段、多步骤的复杂过程。首先癌细胞脱离原发瘤粘附于细胞外基质( ECM) ，然后降解ECM 并进行移动。Liotta 将此复杂的过程概括为三步假说，即癌细胞的粘附、降解和移动。粘附分子( CAM) 是一类介导细胞与细胞、细胞与细胞外基质间粘附作用的膜表面糖蛋白。肿瘤细胞CAM 表达下降使癌细胞的粘附力降低，从而使癌细胞易于从肿瘤组织中脱落，脱落的癌细胞要进入血液循环必须分泌蛋白水解酶降解并穿越ECM 屏障。基质金属蛋白酶( MMP) 家族和尿激酶型纤溶酶原激活物( UPA) 系统等目前研究较为广泛。癌细胞从一部位迁移到另一部位必须具有运动能力，其运动方式与白细胞相似，细胞外间质等不同作用物给予肿瘤细胞不同的刺激，促使其移动并穿越不同的微环境。近来分子生物学研究显示，热作用可干涉肿瘤转移的多个环节。Hsieh 等［13］采用流式细胞术和Western杂交方法研究加热对胃癌SC-M1 细胞粘附分子的影响，结果表明，加热42. 5℃ 处理60min 后细胞所表达的E-钙粘素( E-Cadherin) 、β-整合素( Integrin-β) 和细胞间粘附分子1 ( ICAM-1) 显著增多。热作用同样可以抑制肿瘤细胞产生大量的蛋白水解酶，降解细胞外基质，降低肿瘤细胞迁移力。Sawaji等［14］报道， 42℃加热人纤维肉瘤HT21080 细胞株可以从基因转录水平抑制膜型MMP 的产生，并抑制其对胶原酶前体的激活。Fukao 等［15］观察人纤维肉瘤HT21020、高转移性腺癌HAL28、恶性黑色素瘤Bowes 及骨肉瘤NY 细胞在43℃ 热处理120min后的生存率和蛋白水解作用，结果发现热作用明显降低了HT21080、HAL28 细胞的UPA 受体表达，从而减少UPA 在细胞表面的结合位点，降低对基质的降解，抑制肿瘤细胞的侵袭转移。

2. 4 提高机体免疫功能免疫系统对于热刺激特别敏感，热疗可有效刺激先天和后天免疫反应对抗肿瘤，其中机体免疫功能的改变对肿瘤的局部控制、肿瘤复发和远期生存有着重要影响。研究表明，不同的温度可产生不同的免疫调节作用。首先，当患者发热39 ～ 40℃ 时可调控包括抗原呈递细胞( APCs) 、T 细胞和自然杀伤细胞( NK) 的活性。其次，热休克温度( 41 ～ 43℃) 可以增加肿瘤细胞的免疫原性。第三，细胞毒性温度( ＞ 43℃) 可以产生抗原诱导的抗肿瘤免疫反应［16］。Yan 等［17］ 研究发现，体温在39. 5℃时可上调人巨噬细胞和树突状细胞( DCs) 的TLR4，从而提高被NF-κB 诱导的脂多糖和细胞因子产生，热应激还可直接导致肿瘤细胞大量合成热休克蛋白( HSPs) 。Gastpar 等［18］证明了对肿瘤表面HSP70 的表达可刺激NK 细胞的迁移和其杀伤活性促使肿瘤细胞凋亡。Ostberg 等［19］发现发热不仅可以提高DCs 对抗原的摄取和吞噬，还可使DCs 活化迁移到其引流的淋巴结并激活T 细胞。在高热情况下可以直接杀死肿瘤细胞，从而引起抗肿瘤免疫反应，其机理为组织温度上升使肿瘤细胞膨胀并分解释放大量抗原，这些抗原包括肿瘤相关抗原、热休克蛋白和大量自体抗原。抗原提呈细胞和DCs 可以捕捉这些抗原，迁移到淋巴结并激活T 细胞，从而发挥抗肿瘤作用［16］。

2. 5 协同放疗热疗联合放疗治疗恶性肿瘤使疗效增加甚至倍增，具有优势互补的协同和相乘作用，提高肿瘤治疗的局部控制率。热疗与放疗有协同和增敏作用，主要机制为: ( 1) 放疗主要杀伤处于M 期的细胞及肿瘤周边的富含氧细胞，而热疗主要作用于S 期细胞和肿瘤中心的乏氧细胞; ( 2) 热疗能抑制或延缓肿瘤细胞损伤后DNA 双链的修复; ( 3) 热疗能增加瘤体内的氧分压，从而提高肿瘤细胞对放射线的敏感性，所以放疗与热疗联合，杀伤肿瘤的作用增强20］。Zolzer 等［21］利用流式细胞术在对人黑色素瘤细胞的体外增殖研究中发现，放疗联合热作用后能够明显延长细胞周期中G2阶段的时间，从而导致更多的肿瘤细胞凋亡。

2. 6 协同化疗迄今已经证实热疗可与多种化疗药物发挥协同作用，有关热作用的研究很多，无论是细胞培养、动物模型还是临床应用方面均有大量文献报道。上述作用的产生机制可能有以下几点:

( 1) 热作用改变了毛细血管的血流灌注，使原来药物剂量达不到的部位药物浓度增加［22］;

( 2) 热作用破坏肿瘤细胞的稳定性，增加细胞膜的通透性，使药物容易进入细胞内，从而增加细胞内的药物浓度。而在分子水平研究上，热增敏是基于加热使组织蛋白发生变性和聚集，从而抑制了肿瘤细胞对化疗药物所引发损伤的DNA 修复。增热比( TER) 主要指药物与热相互作用的药效特征。Issels［23］通过大量的研究发现，在40. 5 ～ 43. 0℃ 之间，热作用增强了许多化疗药物的细胞毒作用。体外研究显示，化疗药物的细胞毒性随着温度的上升而增加。大多数烷化剂( 如环磷酰胺，异环磷酰胺、氮芥类) 以及铂类药物，在温度从37℃升到40℃时，其细胞毒作用呈线性递增; 而阿霉素或博莱霉素等与温度的相互作用之间有一个临界值( 约42. 5℃) 。大多数抗代谢药物( 如氟尿嘧啶和甲氨蝶呤) 、长春碱或紫杉类药物，则显示出其与温度变化的独立性，这种独立性可能是空间协同作用或毒性作用，但其在体内的疗效作用较显著。我们在临床应用中也观察到其确切的疗效以及良好的安全性［24］。热疗与化疗的联合应用，是否有时间上的先后顺序? 研究显示，一般情况下在热疗前给予化疗药物＊佳，但也有例外，如抗代谢药物吉西他滨与热作用具有协同效应的时间在用药后的24h 内。因此在化疗联合热疗的临床研究设计上应考虑到药代动力学的复杂变化因素。

3 未来方向

3. 1 分子机制的研究热疗的疗效并非单纯物理因素可以解释，除了不同组织、细胞对热具有不同敏感性之外，热作用还可能通过改变信号转导途径和相关蛋白发挥作用。当肿瘤细胞遭遇非致死性热应激后，细胞将合成HSPs 并在胞膜表达，有HSPs 表达的恶性肿瘤细胞易被NK 识别并清除［25］。除了HSPs 外，其它诸多分子也参与了细胞的热应激反应。Mikheeva 等［26］应用基因芯片技术观察了热作用对于鼠胚胎基因表达的影响，结果表明，热作用可以明显激活p53 及其靶基因细胞周期蛋白G1( cyclinG1) 、鼠双微体基因( Mdm2) 和G2期、S 期应答相关蛋白1( Gtse1) 的表达水平，提示在热应激反应中p53 蛋白发挥着重要作用。Nashimoto 等［27］发现应用腺病毒转染的野生型p53治疗脑胶质瘤会产生耐受性，而加热至43℃可明显增强野生型p53 的细胞毒作用。进一步的细胞周期和DNA 分析提示，单独热作用对细胞凋亡无明显影响，但可明显增强p53 所引发的凋亡，这种作用是caspase 非依赖的。Deng 等［28］研究人结肠癌细胞株HCT116 发现，在经历45℃、20min 热刺激后，在骨形态发生蛋白-4( BMP-4) 高表达的细胞中凋亡数减少( 骨形态发生蛋白能够从未分化间充质定向分化为成骨细胞，并进而合成胶原、形成钙化骨组织) ，产生这种现象是由于MAPK 信号通路中ERK 活性升高和c-JNK 降低所导致。Stuhlmeier 等［29］研究还发现，短期的热作用可抑制细胞中的p38 活性。

3. 2 热疗敏感的肿瘤靶向性药物开发并非所有化疗药物都有热增敏作用，目前公认且已得到证实可与热发挥协同作用的药物种类不多，因此，开展相关研究既要考虑到提高热疗的敏感性，增强对肿瘤细胞的杀伤作用，同时也要考虑到降低药物对机体正常器官组织的损伤，从而减轻化疗的不良反应。目前＊具有发展潜力的是对诸如脂质体、蛋白质或高分子聚合物等这些药物微载体的研究。采用温度敏感的脂质体包埋的化疗药物，是利用脂质体对温度的敏感性提高肿瘤组织局部的药物浓度。Matteucci等［30］在对小鼠横纹肌肉瘤的研究中发现，加用热疗组小鼠肿瘤组织内脂质体浓度是未加热疗组的2 ～ 13 倍。同样，联合应用热疗和温度敏感的脂质体阿霉素可以使疗效明显优于单独应用脂质体阿霉素和单独热疗组，肿瘤生长受到显著抑制。而在对药物的吸收研究中发现，脂质体阿霉素在血液中停留时间长，这种结合还可以降低阿霉素单独使用所产生的系统毒性［31］。Debes 等［32］在研究中发现，应用热疗可以协同增加烷化剂及顺铂的细胞毒性，却不增加拓扑异构酶Ⅱ抑制酶的毒性。Beak 等［33］研究发现，曲古抑制素A 在热作用下不仅下调了血管内皮生长因子( VEGF) mRNA 的水平，而且降低了胶质母细胞瘤A172 细胞的转录激活因子3( STAT3) 的磷酸化水平，诱导肿瘤细胞凋亡。

3. 3 热疗仪器设备的研发现代肿瘤热疗学是肿瘤学、生物热学、物理热学、机电一体化、电子计算机等高新技术交织结合为一体的一门新兴学科。研发新型热疗仪器，将治疗的安全性监测、精密定位与跟踪技术、探索组织内精确的测温技术有机地结合起来，使热疗在肿瘤的综合治疗中发挥更加重要的作用。虽然肿瘤热疗在一定范围内得到开展并显示出良好效果，但是热疗在目前还难于与肿瘤治疗的其他手段诸如手术、放疗、化疗、生物治疗等相提并论。原因主要在于医学专业人士在这一方面的关注度还远不及对传统治疗手段的重视。

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