综述:推进癌症治疗:钙电穿孔的机制、疗效及局限性

时间:2025年4月22日
来源:Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer

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本文是关于钙电穿孔(CaEP)治疗癌症的综述。介绍了 CaEP 利用高压脉冲导入钙离子诱导癌细胞死亡的机制,总结了其在多种癌症(如黑色素瘤、乳腺癌等)治疗中的临床前和临床研究成果,探讨了优势与局限,为癌症治疗研究提供参考。

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1. 引言


钙电穿孔是一种新兴的癌症治疗技术,借助高压电脉冲将钙离子导入细胞,进而诱导细胞死亡。电穿孔技术基于不同脉冲持续时间,如毫秒、微秒和纳秒,会对细胞产生不同影响。其中,不可逆电穿孔(IRE)已在临床试验中展现出安全性和有效性,常被用于切除不可手术的实体肿瘤。钙作为细胞内的重要离子,参与多种生理过程,其代谢由众多泵和离子通道精确调控。一旦钙离子稳态失调,就可能引发包括癌症在内的多种疾病。正因如此,钙离子成为癌症治疗的一个有吸引力的靶点。目前,钙电穿孔在临床前研究中已取得有前景的成果,并在多种癌症的临床试验中展开探索,相比传统癌症疗法,它具有特异性靶向癌细胞、对健康细胞副作用小等优势。

1.1. 软组织肉瘤


软组织肉瘤(STS)源于间充质,治疗面临诸多难题。传统治疗手段,如手术、放疗和化疗,存在损伤正常组织、副作用大等问题。电穿孔(EP)及电化学疗法(ECT)为肉瘤治疗带来新希望。此前研究已证实 ECT 联合博来霉素(BLM)能有效治疗肉瘤,不同类型的药物与 EP 联合应用也在不断探索中。钙电穿孔(CaEP)在软组织肉瘤的治疗中表现出巨大潜力。研究发现,CaEP 能显著降低纤维肉瘤和横纹肌肉瘤细胞的存活率,且对正常肌肉细胞影响较小,这一特性有助于减少肢体部位的永久性损伤和缩短康复时间。此外,文献表明 CaEP 治疗后,癌细胞主要通过凋亡途径死亡,且可能减轻肿瘤相关炎症。2019 年开展的一项评估 CaEP 治疗瘢痕疙瘩的 I 期临床试验显示,CaEP 耐受性良好,部分患者的瘢痕厚度和症状得到改善。

1.2. 结肠癌


结直肠癌(CRC)是全球常见且致命的肿瘤。目前的主要治疗方法是肿瘤切除和化疗,但存在局限性和副作用。钙电穿孔对结肠癌似乎是一种有效的新型治疗方法。研究发现,CaEP 可使癌细胞中质膜钙 ATP 酶(PMCA)耗竭,提高细胞内 Ca2+水平,降低癌细胞活力,导致肿瘤缩小。同时,钙离子能增强博来霉素电穿孔的细胞毒性,且 CaEP 对正常组织相对安全。此外,结肠癌细胞膜的脂质组成特点使其对 CaEP 敏感,不同温度下 CaEP 的效果存在差异。研究还发现,CaEP 能影响癌细胞的细胞骨架、膜形状和细胞间黏附,诱导免疫刺激,产生免疫记忆。临床研究表明,内镜下钙电穿孔治疗不可切除的结直肠癌安全有效。

1.3. 乳腺癌


乳腺癌是全球女性中最常见的癌症。标准治疗方案包括手术、放化疗等,但传统化疗副作用大,且因乳腺癌分子多样性,治疗方案选择困难,多药耐药(MDR)问题也较为突出。钙电穿孔在多种癌症治疗中展现出有效性和安全性,在乳腺癌治疗方面虽处于早期阶段,但已有研究显示出良好前景。研究表明,CaEP 能显著降低人乳腺癌细胞的活力,且与 ATP 消耗相关。不同电场参数和钙离子浓度的组合可诱导癌细胞凋亡,3D 细胞培养模型显示 CaEP 和 ECT 治疗后乳腺癌球体尺寸减小。在动物实验中,CaEP 能使乳腺癌肿瘤坏死,且对正常细胞的影响小于癌细胞。此外,纳米秒脉冲电场(nsPEF)为基础的 CaEP 在对抗乳腺癌多药耐药方面有潜力。在治疗乳腺癌皮肤转移方面,CaEP 也表现出一定疗效,与传统 ECT 相当,且可能激发抗癌免疫反应。

1.4. 皮肤癌


黑色素瘤和非黑色素瘤皮肤癌在全球癌症病例中占一定比例,黑色素瘤的死亡率仍不理想。目前的治疗方法包括手术、化疗、放疗和免疫治疗等,但存在局限性。脉冲电场作为一种高效的药物递送方法,在皮肤肿瘤治疗中备受关注,ECT 联合博来霉素是皮肤肿瘤常见的治疗方案。钙电穿孔同样对皮肤癌有抗癌效果,能诱导癌细胞死亡,且在临床前和临床试验中得到证实。然而,CaEP 对内皮细胞敏感,可能影响皮肤再生。同时,CaEP 对肿瘤相关巨噬细胞的影响较为复杂,高剂量钙离子与 EP 联合可抑制其向 M2 细胞成熟。在治疗恶性黑色素瘤和乳腺癌皮肤转移的临床试验中,CaEP 安全性和有效性得到确认,与 ECT 疗效相似。此外,纳米秒脉冲(nsPEF)在皮肤癌治疗中具有优势,有望成为新的治疗选择,但 CaEP 目前主要用于姑息治疗,与其他治疗方法联合可能会取得更好的效果。

1.5. 胰腺癌


胰腺癌治疗难度大,死亡率高,目前的治疗手段有限。电化学疗法(ECT)和不可逆电穿孔(IRE)在胰腺癌治疗中展现出一定潜力。IRE 与钙离子联合应用,能增加癌细胞对钙离子的摄取,提高抗癌效果。临床研究显示,接受 IRE 联合钙离子治疗的胰腺癌患者,总体生存期有所延长。此外,儿茶素可增加胰腺癌细胞膜的通透性,提高癌细胞对钙电穿孔的敏感性。钙电穿孔在胰腺癌治疗中虽处于早期阶段,但现有结果表明其具有良好的应用前景,为不可切除胰腺癌患者提供了新的治疗选择。

1.6. 头颈部癌


头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)是头颈部最常见的癌症,发病率呈上升趋势。主要治疗方案包括手术、放疗和化疗,但局部和区域复发较为常见,治疗复发性病变难度较大。免疫疗法等新型治疗方法虽有一定效果,但仍存在问题。可逆电穿孔联合博来霉素或钙离子治疗 HNSCC 被认为是有潜力的新策略。临床研究显示,ECT 治疗头颈部癌症安全有效,部分患者的肿瘤得到局部控制。钙电穿孔在头颈部癌治疗中的安全性也得到验证,部分患者出现客观反应,但仍需进一步开展大规模研究,以更好地评估其疗效和副作用。此外,在治疗食管癌的临床研究中,CaEP 也显示出一定的效果,同时引起了肿瘤微环境的变化,但这些变化对预后的影响尚需进一步研究。

1.7. 脑癌


原发性脑癌和其他中枢神经系统癌症是严重的公共卫生问题,预后差,治疗相关的残疾和死亡率高。电穿孔技术在脑癌治疗中仍处于临床前阶段。电化学疗法(ECT)通过可逆电穿孔导入化疗药物,但血脑屏障(BBB)阻碍药物递送。研究尝试通过改进电极和应用方式来提高治疗效果,如使用新型电极和 3D 血管化模型等。钙电穿孔(CaEP)作为一种潜在的新策略,在脑癌治疗研究中逐渐受到关注。在体外实验中,CaEP 联合不可逆电穿孔(IRE)能增加癌细胞的消融面积。然而,由于 BBB 的存在,如何安全有效地将钙离子递送至脑部肿瘤仍是研究的重点。目前,CaEP 在脑癌治疗方面的研究还比较有限,需要进一步深入探索。

1.8. 卵巢癌


卵巢癌是女性生殖系统中最致命的癌症,5 年生存率低,常因早期症状不明显而导致晚期诊断。传统治疗方法包括手术和化疗,但存在癌细胞耐药、对卵巢损伤大及副作用多等问题。电化学疗法(ECT)为卵巢癌治疗提供了新途径,研究表明 ECT 能增强化疗药物的疗效。钙电穿孔(CaEP)作为 ECT 的改进方法,在卵巢癌治疗中也有研究。研究显示,CaEP 和 ECT 联合顺铂可诱导卵巢癌细胞凋亡,且双极抵消现象在 CaEP 治疗卵巢癌中也有研究,通过调整脉冲不对称性可影响细胞存活率。在体内应用中,CaEP 对卵巢癌的阴道和皮肤转移有一定的姑息治疗效果,但目前 CaEP 在卵巢癌治疗中的有效性仍需更多研究来评估。

2. 结论


钙电穿孔作为一种潜在的癌症治疗方法,具有重要的研究价值。它基于电穿孔技术,通过精确调控钙离子的流入,诱导癌细胞死亡,抑制肿瘤生长,且对健康细胞影响较小,这一优势使其在癌症治疗领域备受关注。然而,钙电穿孔也面临诸多挑战和局限。在基因治疗方面,钙离子会抑制基因转移,高浓度的 Ca2+可显著降低转基因表达。同时,CaEP 存在潜在的细胞毒性,非特异性的钙摄取可能影响非靶健康组织,在敏感解剖区域的毒性问题尤为突出。此外,肿瘤对 CaEP 的反应存在差异,肿瘤微环境、血管化和细胞组成的不同会导致疗效不一致。技术上,脉冲传递也存在问题,不规则形状或位置特殊的肿瘤可能出现钙摄取不均,影响治疗效果,导致肿瘤复发。目前,临床数据有限,缺乏统一的治疗方案和参数标准,阻碍了 CaEP 在临床肿瘤学中的广泛应用。尽管如此,钙电穿孔在癌症治疗中的潜力巨大,未来研究应聚焦于优化治疗参数、探索联合治疗方案、改进成像和监测技术等方面,以推动该技术的发展,为癌症患者带来新的希望。

3. 展望


钙电穿孔在癌症治疗领域前景广阔。未来的研究将致力于优化治疗参数,包括电脉冲的数量、持续时间、钙离子浓度以及电极配置等,以提高治疗的有效性和安全性,扩大其适用范围。同时,探索 CaEP 与化疗、放疗、免疫治疗等其他疗法的联合应用,有望发挥协同作用,克服单一疗法的局限性。此外,随着成像和监测技术的不断进步,如 MRI 和 PET-CT 的发展,将能够实现对治疗反应的实时监测,为每个患者精准确定最佳治疗参数,进一步提升 CaEP 的治疗效果,推动癌症治疗领域的发展。

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