引用本文： 來龍祥, 宿娟, 陳軍周, 盧昊, 周寧新. 腫瘤微創消融新技術——不可逆性電穿孔. 中國普外基礎與臨床雜志, 2016, 23(3): 365-368. doi: 10.7507/1007-9424.20160096 復制
不可逆性電穿孔（irreversible electroporation，IRE）是一種新型的腫瘤微創消融技術，它采用高電壓段脈沖使腫瘤細胞膜發生不可恢復的納米級穿孔，引起細胞內環境破壞，導致細胞凋亡與壞死。由于細胞膜上的穿孔為納米級，因此該技術又稱納米刀（nanoknife）。2012年，美國食品及藥物管理局（FDA）批準IRE用于軟組織腫瘤的消融治療，同年，歐盟批準其能在臨床應用。IRE對于進展性實質性腫瘤具有重要的意義。現就IRE的獨特優勢、應用范圍、影像引導與監測及其臨床應用作一綜述。
1 IRE的獨特優勢
微創消融技術是最常用的控制進展性實質性腫瘤的方法之一，主要包括射頻、冷凍、微波、IRE等。與傳統的消融技術相比，IRE具有獨特的優勢。
IRE的優勢在于：① 消融區與非消融區之間界限清晰：這將最大程度地減少對非腫瘤組織的損傷，減少并發癥的發生，且無論腫瘤的位置、大小及形狀，消融區的腫瘤細胞均能被消融，臨床療效可靠；② 組織選擇性好：IRE能保存被消融區的重要結構，如神經、血管、膽管、胃腸道、輸尿管等細胞成分少的結構[1-3]；③ 不受大血管血流的熱/冷吸除作用影響：IRE可在病變區產生較完全的消融[4]，而其他具有吸除作用的消融技術由于熱量流失到流動的血液中，可能引起血管周圍消融不完全，易導致腫瘤的復發；④ 消融時間短：IRE可在微秒到毫秒的治療時間內使組織壞死，單次消融時間小于5 min，多次重疊消融時間也不會超過15 min，IRE省時的優點能相應縮短麻醉時間，減少疼痛等不良反應的發生；⑤ 引起細胞死亡的機制是凋亡：IRE可引起消融區細胞生理性程序性死亡[5]，避免產生壞死相關的并發癥[6-7]，而無需免疫系統的參與[3]，且IRE能激發免疫介導性細胞死亡，引起細胞吞噬作用，清除消融后殘屑，促進正常組織的修復與再生。
在超聲、CT或MRI等影像學技術的引導下，IRE的電極探針插入靶病變區，至少插入兩個電極。由于IRE的消融范圍小，可通過聯合多針擴大范圍[8]，并通過非熱能消融技術，引起消融區腫瘤細胞凋亡，達到減瘤的效果，以減輕患者痛苦，提高生存質量，延長其壽命。
2 IRE的應用范圍及局限性
IRE最理想的應用范圍是：① 直徑在3 cm以下的實質性腫瘤，局限于某一器官而無全身轉移；② 因合并全身性疾病而無法耐受手術者；③ 因腫瘤的大小和位置不適合行手術切除者。同時IRE的治療也存在一些局限性：① 電流可刺激神經肌肉接頭，引起肌肉強烈收縮，治療時需行全身麻醉、氣管插管或使用肌松劑[9]；② 電流可刺激心臟，引起惡性心律失常，需用心電同步激發，以避免此種并發癥的發生[10]；③ 對于電導率不均質的組織，消融效果可能是不均質的。因此，戴有起搏器者，近期有心律失常、心肌梗塞者，腫瘤附近有金屬物者，腫瘤直徑大于5 cm者，有遠隔器官腫瘤轉移者，均不適用于IRE治療。
3 IRE的影像引導與監測
影像學技術可對IRE進行引導，對電極的位置、病灶的消融過程及范圍進行實時監測[11]，且不同的影像學技術有其各自的特點。由于消融區不產生氣泡，B超的聲像圖不會出現“氣泡云”等偽影，因此B超可作為檢測IRE的首選消融引導方法[12-14]。B超還具有實時引導穿刺、操作簡單、價格低廉、無輻射、重復性好等優點[12]。在B超基礎上發展起來的對比增強超聲成像（contrast-enhanced ultrasonography，CEUS）、超聲彈性成像（elastography，ESG）等技術也逐漸得到了應用。CT檢查在觀察消融區形態、范圍及評估消融效果中均起重要作用。MRI檢查的軟組織對比性較好，一些序列可呈現消融區變化，在消融前注射對比劑，即刻作T1、T2加權像，可表現出典型的高強度信號。Zhang等[15]發現，IRE消融后的超聲、CT或MRI圖像與未消融區相比有明顯變化；有研究[16]顯示，MRI檢查的消融區監測效果優于CT檢查。
IRE可通過超聲、CT或MRI等影像學技術評估腫瘤的大小并進行定位，將病灶的坐標及大小輸入電腦軟件的三維模型中，確定需要消融的范圍，通常要大于腫瘤直徑0.5～1.0 cm [17]。要注意的是：不同的組織、同樣的消融程序，IRE的消融范圍也可能存在一定的差異，需要個體化治療[18]。有文獻[19]證實，超聲或CT檢查監測的消融區與病理分析測得的真實消融區大小僅差數毫米；IRE的損傷邊界清晰，損傷范圍與細胞死亡邊界高度相關。因此，消融的有效性也可用影像學技術進行判斷。
4 IRE在動物實驗中的應用
2007年Al-Sakere等[20]首先將IRE運用于腫瘤動物模型。Maor等[9]研究了IRE對大鼠頸動脈的影響，隨訪28 d后，頸動脈無動脈瘤、動脈破裂、血栓形成等并發癥發生，證實了IRE可安全運用于大血管周圍的腫瘤消融。Onik等[21]對犬的前列腺癌細胞進行IRE治療，結果顯示消融區組織完全壞死，而前列腺周圍結構如血管、神經、尿道等并未受影響。Lee等[11]對動物肝臟腫瘤細胞進行了IRE治療，結果證實IRE能引起腫瘤細胞發生凋亡性死亡。Guo等[22]對大鼠肝臟腫瘤細胞行IRE治療，15 d后行MRI檢查顯示腫瘤細胞被有效地消融，組織學結果顯示治療組腫瘤發生廣泛性壞死。國內劉穎等[23]、周瑋等[24]及楊曉燕等[25]分別對山羊肝臟細胞、宮頸癌Hela細胞及兔肝臟腫瘤細胞進行了相關的IRE消融研究，效果較佳。這些動物實驗均說明了IRE在動物體內運用的安全性與有效性。之后，香港中文大學首次采用“納米刀”消滅腫瘤，是亞洲首例[26]。
5 IRE在臨床研究中的應用
2012年，美國FDA批準了IRE的臨床應用。至2012年6月，行IRE治療的病例在全世界超過1 300例，以肝癌最多，此外關于胰腺癌、前列腺癌、肺癌、腎癌等也有不少報道[27]。
5.1 原發性肝癌
原發性肝癌是最常見的惡性腫瘤之一，全世界每年有70萬例死于原發性肝癌[28]。手術切除是比較好的治療方法，但多數患者發現時已喪失最佳手術機會，而IRE也許是一個理想的選擇。Cheung等[29]對18個肝癌病灶行IRE治療，結果顯示有72%的病灶完全消融，所有患者觀察期內均無并發癥發生，初步表明了IRE的安全性與有效性。Thomson等[30]隨訪了接受IRE治療的29例肝臟腫瘤患者，結果隨訪過程中患者均未出現肝內血管、膽管、鄰近器官等相關并發癥。
5.2 胰腺癌
胰腺癌的發病率近年來逐漸上升，其預后差、生存率低，且早期診斷困難。其手術切除率低，多數患者發現時已失去了手術機會，IRE在這類患者中也能發揮重要作用。Narayanan等[31]對14例胰腺癌患者進行了15次IRE治療，消融后即刻CT檢查及24 h后CT檢查均顯示，所有治療區血管結構完好，所有病例均無治療相關性并發癥發生。Martin等[32]報道了27例胰腺癌患者的IRE治療結果，結果治療成功率為100%，沒有發生胰腺炎、胰瘺等并發癥。
5.3 前列腺癌
前列腺在體內的位置較深，直接手術切除常難以施行，且前列腺及其周圍的神經、血管、直腸、尿道對溫度較敏感。而IRE屬非熱能消融技術，可避免對前列腺及周圍器官的損傷。與冷消融相比，IRE消融灶周圍不會形成二次壞死[33]。Onik等[34]報道了16例超聲引導下IRE對前列腺癌的消融結果，所有病例均耐受良好，治療區及周圍結構也均保持完整。
這些研究[29-34]均顯示了IRE的安全性與有效性。但IRE的治療僅限于直徑≤3 cm的腫瘤，腫瘤越小效果越佳，對于直徑＞5 cm的大腫瘤，IRE的完全效應率僅為10%～25% [35-36]。不同臟器消融后發生的并發癥雖略有不同，但大多數并發癥是可控的。由于IRE多是應用于不適合接受其他手術治療的病例，多數病灶靠近血管、神經、膽管、胰管等結構，其治療風險及難度較大，出現并發癥的可能性也增加。Philips等[37]報道了150例患者行167次IRE治療的結果，其中嚴重并發癥，如膽瘺、膽管狹窄、門靜脈出血、門靜脈栓塞等發生的比例占3.0%。Thomson等[38]報道了IRE治療各種腫瘤包括肝、腎及肺腫瘤的研究結果，發現有63.8% （44/69）的腫瘤獲得完全性消融（CT檢查），且30 d內無死亡發生。
6 小結
目前IRE治療肝癌、胰腺癌等的適應證、禁忌證以及治療參數還需要進一步詳細的研究。作為一種腫瘤微創消融新技術，IRE彌補了傳統消融技術的諸多不足，但仍需更多大樣本、多中心的臨床隨機對照試驗來證實IRE的安全性與有效性。盡管IRE技術運用時間不長，目前尚未完全成熟，但初步研究顯示了其廣闊的應用前景。
不可逆性電穿孔（irreversible electroporation，IRE）是一種新型的腫瘤微創消融技術，它采用高電壓段脈沖使腫瘤細胞膜發生不可恢復的納米級穿孔，引起細胞內環境破壞，導致細胞凋亡與壞死。由于細胞膜上的穿孔為納米級，因此該技術又稱納米刀（nanoknife）。2012年，美國食品及藥物管理局（FDA）批準IRE用于軟組織腫瘤的消融治療，同年，歐盟批準其能在臨床應用。IRE對于進展性實質性腫瘤具有重要的意義。現就IRE的獨特優勢、應用范圍、影像引導與監測及其臨床應用作一綜述。
1 IRE的獨特優勢
微創消融技術是最常用的控制進展性實質性腫瘤的方法之一，主要包括射頻、冷凍、微波、IRE等。與傳統的消融技術相比，IRE具有獨特的優勢。
IRE的優勢在于：① 消融區與非消融區之間界限清晰：這將最大程度地減少對非腫瘤組織的損傷，減少并發癥的發生，且無論腫瘤的位置、大小及形狀，消融區的腫瘤細胞均能被消融，臨床療效可靠；② 組織選擇性好：IRE能保存被消融區的重要結構，如神經、血管、膽管、胃腸道、輸尿管等細胞成分少的結構[1-3]；③ 不受大血管血流的熱/冷吸除作用影響：IRE可在病變區產生較完全的消融[4]，而其他具有吸除作用的消融技術由于熱量流失到流動的血液中，可能引起血管周圍消融不完全，易導致腫瘤的復發；④ 消融時間短：IRE可在微秒到毫秒的治療時間內使組織壞死，單次消融時間小于5 min，多次重疊消融時間也不會超過15 min，IRE省時的優點能相應縮短麻醉時間，減少疼痛等不良反應的發生；⑤ 引起細胞死亡的機制是凋亡：IRE可引起消融區細胞生理性程序性死亡[5]，避免產生壞死相關的并發癥[6-7]，而無需免疫系統的參與[3]，且IRE能激發免疫介導性細胞死亡，引起細胞吞噬作用，清除消融后殘屑，促進正常組織的修復與再生。
在超聲、CT或MRI等影像學技術的引導下，IRE的電極探針插入靶病變區，至少插入兩個電極。由于IRE的消融范圍小，可通過聯合多針擴大范圍[8]，并通過非熱能消融技術，引起消融區腫瘤細胞凋亡，達到減瘤的效果，以減輕患者痛苦，提高生存質量，延長其壽命。
2 IRE的應用范圍及局限性
IRE最理想的應用范圍是：① 直徑在3 cm以下的實質性腫瘤，局限于某一器官而無全身轉移；② 因合并全身性疾病而無法耐受手術者；③ 因腫瘤的大小和位置不適合行手術切除者。同時IRE的治療也存在一些局限性：① 電流可刺激神經肌肉接頭，引起肌肉強烈收縮，治療時需行全身麻醉、氣管插管或使用肌松劑[9]；② 電流可刺激心臟，引起惡性心律失常，需用心電同步激發，以避免此種并發癥的發生[10]；③ 對于電導率不均質的組織，消融效果可能是不均質的。因此，戴有起搏器者，近期有心律失常、心肌梗塞者，腫瘤附近有金屬物者，腫瘤直徑大于5 cm者，有遠隔器官腫瘤轉移者，均不適用于IRE治療。
3 IRE的影像引導與監測
影像學技術可對IRE進行引導，對電極的位置、病灶的消融過程及范圍進行實時監測[11]，且不同的影像學技術有其各自的特點。由于消融區不產生氣泡，B超的聲像圖不會出現“氣泡云”等偽影，因此B超可作為檢測IRE的首選消融引導方法[12-14]。B超還具有實時引導穿刺、操作簡單、價格低廉、無輻射、重復性好等優點[12]。在B超基礎上發展起來的對比增強超聲成像（contrast-enhanced ultrasonography，CEUS）、超聲彈性成像（elastography，ESG）等技術也逐漸得到了應用。CT檢查在觀察消融區形態、范圍及評估消融效果中均起重要作用。MRI檢查的軟組織對比性較好，一些序列可呈現消融區變化，在消融前注射對比劑，即刻作T1、T2加權像，可表現出典型的高強度信號。Zhang等[15]發現，IRE消融后的超聲、CT或MRI圖像與未消融區相比有明顯變化；有研究[16]顯示，MRI檢查的消融區監測效果優于CT檢查。
IRE可通過超聲、CT或MRI等影像學技術評估腫瘤的大小并進行定位，將病灶的坐標及大小輸入電腦軟件的三維模型中，確定需要消融的范圍，通常要大于腫瘤直徑0.5～1.0 cm [17]。要注意的是：不同的組織、同樣的消融程序，IRE的消融范圍也可能存在一定的差異，需要個體化治療[18]。有文獻[19]證實，超聲或CT檢查監測的消融區與病理分析測得的真實消融區大小僅差數毫米；IRE的損傷邊界清晰，損傷范圍與細胞死亡邊界高度相關。因此，消融的有效性也可用影像學技術進行判斷。
4 IRE在動物實驗中的應用
2007年Al-Sakere等[20]首先將IRE運用于腫瘤動物模型。Maor等[9]研究了IRE對大鼠頸動脈的影響，隨訪28 d后，頸動脈無動脈瘤、動脈破裂、血栓形成等并發癥發生，證實了IRE可安全運用于大血管周圍的腫瘤消融。Onik等[21]對犬的前列腺癌細胞進行IRE治療，結果顯示消融區組織完全壞死，而前列腺周圍結構如血管、神經、尿道等并未受影響。Lee等[11]對動物肝臟腫瘤細胞進行了IRE治療，結果證實IRE能引起腫瘤細胞發生凋亡性死亡。Guo等[22]對大鼠肝臟腫瘤細胞行IRE治療，15 d后行MRI檢查顯示腫瘤細胞被有效地消融，組織學結果顯示治療組腫瘤發生廣泛性壞死。國內劉穎等[23]、周瑋等[24]及楊曉燕等[25]分別對山羊肝臟細胞、宮頸癌Hela細胞及兔肝臟腫瘤細胞進行了相關的IRE消融研究，效果較佳。這些動物實驗均說明了IRE在動物體內運用的安全性與有效性。之后，香港中文大學首次采用“納米刀”消滅腫瘤，是亞洲首例[26]。
5 IRE在臨床研究中的應用
2012年，美國FDA批準了IRE的臨床應用。至2012年6月，行IRE治療的病例在全世界超過1 300例，以肝癌最多，此外關于胰腺癌、前列腺癌、肺癌、腎癌等也有不少報道[27]。
5.1 原發性肝癌
原發性肝癌是最常見的惡性腫瘤之一，全世界每年有70萬例死于原發性肝癌[28]。手術切除是比較好的治療方法，但多數患者發現時已喪失最佳手術機會，而IRE也許是一個理想的選擇。Cheung等[29]對18個肝癌病灶行IRE治療，結果顯示有72%的病灶完全消融，所有患者觀察期內均無并發癥發生，初步表明了IRE的安全性與有效性。Thomson等[30]隨訪了接受IRE治療的29例肝臟腫瘤患者，結果隨訪過程中患者均未出現肝內血管、膽管、鄰近器官等相關并發癥。
5.2 胰腺癌
胰腺癌的發病率近年來逐漸上升，其預后差、生存率低，且早期診斷困難。其手術切除率低，多數患者發現時已失去了手術機會，IRE在這類患者中也能發揮重要作用。Narayanan等[31]對14例胰腺癌患者進行了15次IRE治療，消融后即刻CT檢查及24 h后CT檢查均顯示，所有治療區血管結構完好，所有病例均無治療相關性并發癥發生。Martin等[32]報道了27例胰腺癌患者的IRE治療結果，結果治療成功率為100%，沒有發生胰腺炎、胰瘺等并發癥。
5.3 前列腺癌
前列腺在體內的位置較深，直接手術切除常難以施行，且前列腺及其周圍的神經、血管、直腸、尿道對溫度較敏感。而IRE屬非熱能消融技術，可避免對前列腺及周圍器官的損傷。與冷消融相比，IRE消融灶周圍不會形成二次壞死[33]。Onik等[34]報道了16例超聲引導下IRE對前列腺癌的消融結果，所有病例均耐受良好，治療區及周圍結構也均保持完整。
這些研究[29-34]均顯示了IRE的安全性與有效性。但IRE的治療僅限于直徑≤3 cm的腫瘤，腫瘤越小效果越佳，對于直徑＞5 cm的大腫瘤，IRE的完全效應率僅為10%～25% [35-36]。不同臟器消融后發生的并發癥雖略有不同，但大多數并發癥是可控的。由于IRE多是應用于不適合接受其他手術治療的病例，多數病灶靠近血管、神經、膽管、胰管等結構，其治療風險及難度較大，出現并發癥的可能性也增加。Philips等[37]報道了150例患者行167次IRE治療的結果，其中嚴重并發癥，如膽瘺、膽管狹窄、門靜脈出血、門靜脈栓塞等發生的比例占3.0%。Thomson等[38]報道了IRE治療各種腫瘤包括肝、腎及肺腫瘤的研究結果，發現有63.8% （44/69）的腫瘤獲得完全性消融（CT檢查），且30 d內無死亡發生。
6 小結
目前IRE治療肝癌、胰腺癌等的適應證、禁忌證以及治療參數還需要進一步詳細的研究。作為一種腫瘤微創消融新技術，IRE彌補了傳統消融技術的諸多不足，但仍需更多大樣本、多中心的臨床隨機對照試驗來證實IRE的安全性與有效性。盡管IRE技術運用時間不長，目前尚未完全成熟，但初步研究顯示了其廣闊的應用前景。