惡性腫瘤發(fā)病率近年來(lái)逐年增高，并且具有進(jìn)展快、易播散、五年生存率低等特點(diǎn)，已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅人類健康和制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的公共衛(wèi)生問(wèn)題。近年來(lái)免疫、靶向治療和人工智能的快速發(fā)展催生了研究成果的臨床轉(zhuǎn)化。新型靶向藥物如表皮生長(zhǎng)因子受體抑制劑、靶向癌基因信號(hào)通路的小分子抑制劑如酪氨酸激酶抑制劑、免疫檢查點(diǎn)抑制劑如程序性死亡分子1（PD-1）抑制劑和嵌合抗原受體T細(xì)胞治療等層出不窮。雖然部分腫瘤患者已經(jīng)可以治愈，但難治性和復(fù)發(fā)性腫瘤的治療仍然具有挑戰(zhàn)性。

2011年，以色列Novocure公司推出一種新型腫瘤治療方法，稱為腫瘤電場(chǎng)治療（tumor- treating fields，TTFields），在腫瘤的局部解剖區(qū)域放置非侵入式電極貼片，產(chǎn)生低強(qiáng)度（1~3 V/cm）和中等頻率（100~300 kH）的交變電場(chǎng)。該系統(tǒng)是一種便捷、可佩戴，并對(duì)患者一般日?；顒?dòng)無(wú)影響的新型腫瘤治療設(shè)備。通過(guò)絕緣電極片施加交變電場(chǎng)，阻止腫瘤細(xì)胞紡錘體微管的形成及細(xì)胞分裂期胞內(nèi)細(xì)胞器的分離，誘導(dǎo)分裂期的細(xì)胞凋亡，具有安全、副作用小等優(yōu)點(diǎn)，并且具有治療多種惡性腫瘤的潛力。根據(jù)研究報(bào)道，TTFields在膠質(zhì)瘤、乳腺癌、肺癌、胰腺癌和卵巢癌等腫瘤治療中均表現(xiàn)出一定的有效性。此外，TTFields除了對(duì)全身原發(fā)腫瘤治療有效外，對(duì)轉(zhuǎn)移性腫瘤也存在一定的抑制及治療作用，可延長(zhǎng)腫瘤患者的無(wú)進(jìn)展生存（PFS）期和總生存（OS）期。

TTFields是一種全新的腫瘤治療技術(shù)，是通過(guò)低強(qiáng)度、中頻的交流電場(chǎng)作用于細(xì)胞的微管蛋白，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡并抑制腫瘤生長(zhǎng)，達(dá)到抗腫瘤治療的目的，具有效果明顯、毒副作用小的優(yōu)勢(shì)。癌細(xì)胞分裂中還有很多核心蛋白，包括隔膜蛋白（septins），帶極性且會(huì)受到電場(chǎng)影響。另一個(gè)直接作用的機(jī)制也是通過(guò)電場(chǎng)力作用于癌細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)及微小的帶電粒子（例如帶極性的septins），誘導(dǎo)分裂期細(xì)胞的凋亡。間接作用機(jī)制包括抑制腫瘤細(xì)胞的遷移、侵襲和血管的生成，影響腫瘤免疫微環(huán)境、腫瘤細(xì)胞膜的通透性和抑制DNA修復(fù)等。

微管蛋白是構(gòu)成微管的“磚塊”，微管則是細(xì)胞的骨架，主要分布在核周圍，參與細(xì)胞生命活動(dòng)的各個(gè)階段，不斷地分解與重新構(gòu)建。微管蛋白二聚體是高極性偶極子，偶極子是指分子內(nèi)正電荷和負(fù)電荷的分離，通常沿著施加TTFields的電場(chǎng)方向而平行排列，因此受到電場(chǎng)的強(qiáng)烈影響。所以，若在有絲分裂過(guò)程中施加電場(chǎng)干預(yù)，可以在細(xì)胞分裂中期和后期阻礙α-微管蛋白的合成，并擾亂、阻斷微管形成，導(dǎo)致微管蛋白不能在中間軸上形成紡錘體，干擾細(xì)胞胞質(zhì)分裂來(lái)阻止有絲分裂，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。

TTFields的上述效果最終導(dǎo)致依賴性和非依賴性的胱天蛋白酶與細(xì)胞凋亡，并且還增加了免疫原性細(xì)胞死亡標(biāo)志物的表達(dá)，從而達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞增殖的目的。

微管蛋白活性抑制劑的作用機(jī)制是抑制細(xì)胞分裂，包括紫杉烷類與長(zhǎng)春花屬生物堿類化療藥物，前者阻止微管的分解，后者阻止微管的構(gòu)建。細(xì)胞有絲分裂越旺盛，細(xì)胞內(nèi)微管的分解與構(gòu)建也越頻繁，受上述兩類化療藥物的影響也越大。研究表明TTFields通過(guò)施加100~300 kHz中等頻率的電場(chǎng)，改變腫瘤細(xì)胞胞內(nèi)的高度極性結(jié)構(gòu)，但對(duì)正常細(xì)胞尚未損傷。

隔膜蛋白是具有鳥苷三酸（Gtpase）活性的保守蛋白家族，參與胞質(zhì)分裂、胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及細(xì)胞凋亡等一系列重要生理功能。最近，Gera等研究了TTFields對(duì)關(guān)鍵有絲分裂蛋白的影響，并且發(fā)現(xiàn)septin功能的變異在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的潛在作用。有研究表明，TTFields還可能干擾隔膜蛋白的定位。TTFields通過(guò)影響關(guān)鍵蛋白質(zhì)來(lái)影響細(xì)胞的生理，而蛋白質(zhì)又具有高度的偶極矩，因此，對(duì)腫瘤細(xì)胞有絲分裂至關(guān)重要。從前中期至中期之間，紡錘體組裝檢查點(diǎn)（spindle-assembly checkpoint，SAC）抑制纏繞的染色體向兩級(jí)分離，直至染色體著絲點(diǎn)精確定位于紡錘體的赤道中線，進(jìn)而維持分裂中期的cyclin B等重要蛋白，泛素連接酶（anaphase-promoting complex or cyclosome，APC/C）使分裂酶抑制蛋白降解失活，進(jìn)入后期的紡錘體迅速組裝，兩個(gè)亞子細(xì)胞之間出現(xiàn)縮窄間隙，因此促進(jìn)細(xì)胞動(dòng)力學(xué)卵裂溝的形成。后期紡錘體包含重要蛋白，其目的是激活胞裂蛋白Septin2、Septin6、Septin7復(fù)合物（異三聚體），該異三聚體對(duì)細(xì)胞動(dòng)力學(xué)卵裂溝形成過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和細(xì)胞有效分離具有關(guān)鍵的作用。

紫杉醇等化療藥物的作用機(jī)制在于阻滯紡錘體組裝檢查點(diǎn)，而TTFields作用的時(shí)機(jī)和靶點(diǎn)與其不同。TTFields未破壞細(xì)胞周期中期的進(jìn)程。細(xì)胞出現(xiàn)紊亂主要處于細(xì)胞周期的中期末和后期初之間，作用的靶點(diǎn)是Septin2、Septin6、Septin7復(fù)合物。在細(xì)胞周期分裂的進(jìn)程中，合成的蛋白質(zhì)帶有正負(fù)電荷，從而形成一個(gè)距離很近且電量相等的復(fù)合體，稱為“電偶”。電偶極矩高低是由蛋白質(zhì)的電荷量和正負(fù)電荷間的距離所決定，如果其電偶極矩高則易受電場(chǎng)作用的干擾，從而發(fā)生旋轉(zhuǎn)。α，β-亞單位是高電偶極矩的物質(zhì)（1660 D），參與微管形成，可使微管紡錘體發(fā)生紊亂，進(jìn)而出現(xiàn)細(xì)胞多核化，最終導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生凋亡。異三聚體具有高電偶極矩（2 711 D），隔膜蛋白定位于紡錘體受到障礙，卵裂溝形成的過(guò)程受到干擾，不能抵抗卵裂溝的流體靜壓，從而使膜起泡和破裂。細(xì)胞破裂后表現(xiàn)出異常的細(xì)胞核和過(guò)激現(xiàn)象，并產(chǎn)生免疫原性細(xì)胞凋亡的標(biāo)志物。

TTFields作用于處于胞質(zhì)分裂間期的細(xì)胞，該時(shí)期的細(xì)胞形成特有的形態(tài)，類似沙漏形狀，形成的電場(chǎng)力在細(xì)胞內(nèi)分布不均勻，細(xì)胞溝中電場(chǎng)的密度極高。這種不均勻的電場(chǎng)對(duì)細(xì)胞核大分子施加強(qiáng)大的電場(chǎng)作用力，使其趨向于分裂溝，這一過(guò)程稱為介電電泳。

介電電泳抑制細(xì)胞分裂，主要在有絲分裂中后期，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)紊亂并促進(jìn)細(xì)胞凋亡。細(xì)胞免疫熒光檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，TTFields干預(yù)后的細(xì)胞中存在滯后染色體，并且染色體異常分散、凝固以及出現(xiàn)染色體不對(duì)稱分離等現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的膜起泡，引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞。

在惡性黑色素瘤小鼠模型中，TTFields組肺部轉(zhuǎn)移瘤數(shù)目明顯減少，且出現(xiàn)具有保護(hù)作用的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)現(xiàn)象，而且其生存期延長(zhǎng)，這種現(xiàn)象表明TTFields可能具有抑制腫瘤侵襲遷移的作用。

另一項(xiàng)研究證明TTFields可抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的遷移，在侵襲遷移相關(guān)通路中發(fā)揮重要作用，如絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）和核因子-κB（NF-κB）。

TTFields還會(huì)影響微管動(dòng)力學(xué)，尤其是相關(guān)的細(xì)胞侵襲及遷移。TTFields通過(guò)抑制微管形成，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的活動(dòng)度、侵襲及遷移能力降低。Pavesi等研發(fā)的三維（three-dimensional，3D）微流體培養(yǎng)平臺(tái)，從3D角度觀察到TTFields對(duì)腫瘤細(xì)胞遷移的抑制作用，為后期闡述更具體的侵襲和遷移作用提供技術(shù)平臺(tái)。

TTFields使黑色素瘤的血供中斷，導(dǎo)致腫瘤完全消退。將17只黑色素瘤小鼠置于電場(chǎng)下，可以激發(fā)腫瘤凋亡和細(xì)胞壞死，觀察4個(gè)月后小鼠未出現(xiàn)復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致該腫瘤細(xì)胞凋亡的主要作用機(jī)制是，實(shí)驗(yàn)組的微血管密度與對(duì)照組相比降低了93%，很大程度上減少了腫瘤組織的血供，而且此方法高效，無(wú)不良反應(yīng)，僅遺留輕微瘢痕。

免疫系統(tǒng)的激活是TTFields的另一個(gè)重要的機(jī)制。大量的臨床前試驗(yàn)證明TTFields能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的免疫原性死亡，聯(lián)合抗PD-1治療可增強(qiáng)這種效應(yīng)。這種協(xié)同作用是通過(guò)腫瘤細(xì)胞表面鈣網(wǎng)蛋白的表達(dá)和HMGB1中分泌信號(hào)進(jìn)入腫瘤微環(huán)境而介導(dǎo)的。支持免疫激活的證據(jù)表明，將兔腎細(xì)胞（VX-2）植入包膜，并將TTFields應(yīng)用于腎臟，這些動(dòng)物的肺轉(zhuǎn)移的數(shù)量減少，這種現(xiàn)象類似于已知的電離輻射的遠(yuǎn)端效應(yīng)。

TTFields的應(yīng)用也增加了腫瘤細(xì)胞的膜通透性。生物熒光成像顯示，TTFields處理膠質(zhì)瘤細(xì)胞（U87）6 h后可增加其對(duì)5-氨基乙酰丙酸和螢火蟲熒光素酶的融合蛋白的吸收。掃描電鏡也顯示了膜孔的數(shù)量和大小的增加。誘導(dǎo)的膜孔增大是有上限的，只允許最大分子量為40 kDa的蛋白質(zhì)的擴(kuò)散。該過(guò)程在TTFields終止后24 h內(nèi)也是可逆的。研究還發(fā)現(xiàn)TTFields可增加膠質(zhì)瘤細(xì)胞的膜通透性，這一機(jī)制有助于解釋TTFields與化療藥之間的協(xié)同作用。

盡管TTFields主要影響細(xì)胞質(zhì)蛋白，但也會(huì)影響細(xì)胞的基因組完整性。這可能由于在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核之間來(lái)回穿梭的調(diào)節(jié)蛋白被破壞。事實(shí)上，在一系列非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系中，由于BRCA1信號(hào)的下調(diào)，TTfields導(dǎo)致DNA雙鏈斷裂修復(fù)減少，其中一些細(xì)胞系（H157和H4006）比其他細(xì)胞系（A549、H1650和H1299）更敏感?；虮磉_(dá)分析顯示TTFields作用下有絲分裂重要調(diào)控因子和復(fù)制應(yīng)激基因的表達(dá)減少。當(dāng)TTFields和電離輻射同時(shí)作用于膠質(zhì)瘤細(xì)胞系（U118和LN18）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致DNA損傷修復(fù)延遲。

TTFields的試驗(yàn)表明，中頻交變電場(chǎng)誘導(dǎo)分裂的腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生變化，與電場(chǎng)頻率、強(qiáng)度、作用時(shí)間和交變電場(chǎng)的方向以及治療對(duì)象的解剖結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)。

不同頻率的交流電場(chǎng)具有不同的生物學(xué)效用，當(dāng)使用特殊的低強(qiáng)度（1~3 V/cm）和中頻（100~300 kH）電場(chǎng)，腫瘤細(xì)胞在有絲分裂過(guò)程中被破壞，不同的癌細(xì)胞系需調(diào)節(jié)為其特定的頻率，而靜止的細(xì)胞不受影響。TTFields治療大鼠膠質(zhì)瘤細(xì)胞（F98）干預(yù)時(shí)間6 d，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示TTFields組的核磁共振圖像所測(cè)量治療組腫瘤的大小，其最大直徑大約僅為對(duì)照組的1/2。TTFields治療皮下惡性黑色素瘤的小鼠實(shí)驗(yàn)，采用不同頻率干預(yù)，治療時(shí)間為3~6 d。研究發(fā)現(xiàn)頻率在100 kH左右，其生長(zhǎng)抑制作用最強(qiáng)，接受TTFields的小鼠皮下腫瘤大小為對(duì)照組的62.7%，病理切片顯示小鼠皮下炎癥反應(yīng)，并有大量凋亡壞死的腫瘤細(xì)胞。雖然體內(nèi)的頻率依賴實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但表現(xiàn)出達(dá)到最大腫瘤抑制率時(shí)所需的最佳頻率。

研究表明，在一定區(qū)間內(nèi)隨著電場(chǎng)強(qiáng)度增加，對(duì)腫瘤細(xì)胞抑制效應(yīng)也逐步加強(qiáng)，具有強(qiáng)度依賴效應(yīng)。為了達(dá)到最佳療效，通常需對(duì)電場(chǎng)作用強(qiáng)度進(jìn)行量化。首先對(duì)患者進(jìn)行頭部磁共振掃描，再應(yīng)用軟件對(duì)頭部的頭皮、腦膜和顱骨等重要組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示不同組織。每個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的組織有對(duì)應(yīng)的參數(shù)，然后利用Maxwell方程計(jì)算不同組織部位的相互作用，這樣就可以得到不同組合排列下對(duì)應(yīng)的腦內(nèi)強(qiáng)度，選擇最佳的排列方式，使TTFields治療效果達(dá)到最大化。同時(shí)，通過(guò)對(duì)TTFields電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行量化，將每個(gè)個(gè)體分析得到的電場(chǎng)強(qiáng)度作為變量，用適當(dāng)?shù)哪Ｐ驮u(píng)估TTFields治療的效果。目前還需對(duì)計(jì)算機(jī)模擬的數(shù)據(jù)進(jìn)行臨床驗(yàn)證，以進(jìn)一步更好指導(dǎo)TTFields的臨床應(yīng)用。

采用TTFields作用于4種常見(jiàn)的腫瘤細(xì)胞，以細(xì)胞相對(duì)數(shù)和絕對(duì)數(shù)為實(shí)驗(yàn)的觀察指標(biāo)，間隔24 h觀察一次，隨著作用時(shí)間的延長(zhǎng)，未作用的對(duì)照組細(xì)胞數(shù)量每24 h增加一倍，然而實(shí)驗(yàn)組在暴露期間，細(xì)胞數(shù)量驟減，增殖速率明顯減慢，并且在一定的時(shí)間內(nèi)，呈時(shí)間數(shù)量依賴效應(yīng)。臨床前研究表明，TTFields的抗有絲分裂作用與暴露時(shí)間（小時(shí)）之間密切相關(guān)。對(duì)EF-14臨床試驗(yàn)的回顧性分析證實(shí)，OS隨著患者積極治療時(shí)間的減少而降低，這種有益的效果與MGMT甲基化水平和年齡無(wú)關(guān)。由于TTFields的作用機(jī)制涉及紡錘體微管的斷裂，從而導(dǎo)致有絲分裂的突變，研究結(jié)果表明通過(guò)延長(zhǎng)暴露于TTFields的時(shí)間，慢分裂細(xì)胞可以受到與快分裂細(xì)胞相似程度的影響，隨著治療的繼續(xù)，細(xì)胞存活率和克隆形成率逐漸下降，治療時(shí)間的延長(zhǎng)被證明能顯著提高治療效果。

當(dāng)電場(chǎng)方向與細(xì)胞分裂軸平行時(shí)，TTFields的作用效果最強(qiáng)，但腫瘤細(xì)胞處于分裂周期時(shí)的極性是無(wú)規(guī)則的，所以在為患者治療時(shí)，施加不同方向的電場(chǎng)是有效增加療效的途徑。與此同時(shí)，當(dāng)電場(chǎng)方向與分裂軸線垂直時(shí)，TTFields作用的療效最差。研究發(fā)現(xiàn)單方向的TTFields平均治療效果很小，而增加兩個(gè)方向時(shí)，實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組的腫瘤組織直徑減少約42.6%，三個(gè)方向時(shí)電極放置互相夾角在45°~ 90°，實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組腫瘤組織直徑減少53.4%，且該差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

TTFields用于治療復(fù)發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬確定了TTFields在患者顱內(nèi)的分布，使用T1W、T2和MP-RAGE圖像，以及預(yù)先指定大腦結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率和相對(duì)介電常數(shù)值。研究發(fā)現(xiàn)接受該TTFields治療的患者，大腦內(nèi)部的電場(chǎng)分布是不均勻的，高場(chǎng)強(qiáng)聚集在腦室附近，尤其是前額和枕骨大孔處。復(fù)發(fā)腫瘤遠(yuǎn)離原發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，位于電場(chǎng)強(qiáng)度較低的部位。因此未來(lái)TTFields治療的改進(jìn)方向需要考慮到因大腦內(nèi)部的解剖結(jié)構(gòu)不同，從而導(dǎo)致電場(chǎng)分布的不均勻性。在一項(xiàng)TTFields治療多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤研究報(bào)道中，通過(guò)靶向顱骨切除術(shù)能增強(qiáng)腫瘤組織內(nèi)的感應(yīng)電場(chǎng)。結(jié)果顯示，對(duì)于淺表腫瘤，切除標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)顱骨瓣可使腫瘤的電場(chǎng)強(qiáng)度提高60%~70%，病理區(qū)域組織生長(zhǎng)停滯值增加30%~50%，而不會(huì)嚴(yán)重?fù)p害腦部的健康組織。另一項(xiàng)研究報(bào)道，TTFields作用于多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者的腫瘤周圍水腫時(shí)，腫瘤內(nèi)的平均電場(chǎng)強(qiáng)度降低，瘤周水腫≥6 mm時(shí)，電場(chǎng)降低52%；在特定患者模型中，瘤周水腫使腫瘤內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度平均降低26%。該結(jié)果表明瘤周水腫對(duì)電場(chǎng)分布的影響在空間上是不均勻的，在未來(lái)的TTField治療計(jì)劃中應(yīng)考慮水腫的存在。

TTFields是一種新興的非侵入性腫瘤治療方法，通過(guò)對(duì)腫瘤細(xì)胞提供連續(xù)低強(qiáng)度中頻交變電場(chǎng)，達(dá)到破壞有絲分裂或選擇性快速殺死癌細(xì)胞的目的。相比于傳統(tǒng)的手術(shù)、放化療，TTFields擁有許多新的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，比如僅在局部進(jìn)行，能最大限度地降低系統(tǒng)性不良反應(yīng)。目前已經(jīng)證實(shí)的TTFields的直接作用機(jī)制包括干擾微管和隔膜蛋白的形成與定位，在治療過(guò)程介電電泳的形成，間接作用包括抑制腫瘤細(xì)胞的遷移、侵襲和腫瘤血管的生成，影響腫瘤免疫微環(huán)境、細(xì)胞膜的通透性和抑制DNA修復(fù)等。同時(shí)影響腫瘤電場(chǎng)治療效果的相關(guān)因素，如電場(chǎng)頻率、強(qiáng)度、作用時(shí)間和交變電場(chǎng)的方向以及治療對(duì)象的解剖結(jié)構(gòu)等。在臨床上，TTFields使腫瘤患者的PFS和OS有所提升，但在某些方面也存在不足，亟需進(jìn)一步研究以開(kāi)拓更廣泛的應(yīng)用前景。在機(jī)制研究方面，TTFields應(yīng)該進(jìn)一步挖掘具體的生物學(xué)分子機(jī)制，比如上下游信號(hào)通路的相互聯(lián)系和作用的具體靶點(diǎn)，以探明協(xié)同治療的作用機(jī)制。在設(shè)備研發(fā)方面，還需進(jìn)一步改進(jìn)，如需要局部備皮，穿戴要求較多，定期更換電極片等，還需解決攜帶不方便，費(fèi)用較昂貴等問(wèn)題。在臨床應(yīng)用方面，期待TTFields可以應(yīng)用于全身轉(zhuǎn)移的腫瘤，而不局限于某一個(gè)區(qū)域內(nèi)腫瘤。相信未來(lái)TTFields具有更廣闊的臨床應(yīng)用前景，為腫瘤患者帶來(lái)曙光。

來(lái)源：醫(yī)世象