朱桂敏 陸永萍（通訊作者）

（昆明醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院（云南省第二人民醫(yī)院超聲科） 云南 昆明650021）

目前，基因治療在心血管疾病中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。超聲靶向微泡破壞技術(shù)在心血管中的應(yīng)用主要包括超聲微泡介導(dǎo)基因靶向治療。超聲靶向微泡破壞技術(shù)(ultrasound—targeted microbubbledestruction，UTMD)通過(guò)介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)染減輕心肌壞死程度，促進(jìn)血管新生，改善心室重構(gòu)，已成為心血管領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

1.超聲靶向微泡破壞技術(shù)（UTMD）主要機(jī)制

UTMD是指在特定部位發(fā)射不同聲強(qiáng)的超聲波，當(dāng)超聲強(qiáng)度足夠大時(shí)血液中的微泡發(fā)生破裂，通過(guò)特殊的生物效應(yīng)使周圍的血管壁或細(xì)胞膜表面出現(xiàn)可逆的或不可逆的穿孔，使血管內(nèi)皮屏障損傷，進(jìn)而增加血管通透性，增加外源性物質(zhì)到達(dá)目標(biāo)組織或器官中特定部位的劑量，從而成功實(shí)現(xiàn)靶向治療的目的[1-2]。這些生物效應(yīng)主要包括空化效應(yīng)和聲孔效應(yīng)?？栈?yīng)是指液體中的微小泡核在超聲波作用下被激發(fā)，體積經(jīng)歷振蕩、壓縮、膨脹和崩潰閉合等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程[3]。聲孔效應(yīng)是超聲作用于細(xì)胞膜上形成暫時(shí)性小孔的現(xiàn)象，可促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞外物質(zhì)的攝取[4-5]。常用的微泡直徑約1～10um，能順利地穿過(guò)毛細(xì)血管，但不能通過(guò)內(nèi)皮間隙到達(dá)靶組織。微泡可以作為一種人造空化核。注射微泡后，血液中空化核濃度增加，可能降低空化閾值，最終增強(qiáng)超聲空化效應(yīng)。UTMD就是在超聲聲強(qiáng)輻照作用下，超聲微泡可壓縮、膨脹直至崩潰，其“空化效應(yīng)”、“聲孔效應(yīng)”可使血管內(nèi)皮細(xì)胞連接疏松，局部組織損傷，細(xì)胞膜通透性增高和靶細(xì)胞膜輕度可逆性損害等去促進(jìn)目標(biāo)基因或藥物進(jìn)入目標(biāo)組織或細(xì)胞，從而達(dá)到靶向治療目的[6-8]。UTMD技術(shù)比其他靶向傳遞方法具有優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在：安全性高（與病毒載體相比具有低毒性和免疫原性，能夠消除威脅性電離輻射）；成本效益高，無(wú)創(chuàng)性和可重復(fù)性（微泡始終在血管內(nèi)給藥，這使得重復(fù)應(yīng)用成為可能）；高度的組織特異性[9]（靶基因被選擇性地遞送到唯一感興趣的區(qū)域，而不是非靶向位置）。總而言之，UTMD技術(shù)作為一種新興治療方向，在心血管疾病的治療中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

2.UTMD技術(shù)介導(dǎo)的靶向治療在心血管疾病中的應(yīng)用

2.1 在心臟病變中的應(yīng)用

超聲微泡介導(dǎo)靶向基因治療可靶向到達(dá)心肌組織，為心肌疾病治療開(kāi)辟了新方法。心肌細(xì)胞中特異性miRNA能抑制mRNA的翻譯，導(dǎo)致心肌梗死后纖維化，導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡的發(fā)生。Kwekkeboom等[10]通過(guò)UTMD技術(shù)將心肌中特異性miRNA抑制劑antagomirs向心肌組織靶向性投送，發(fā)現(xiàn)UTMD能顯著提高非缺血心肌組織antagomirs濃度，并且引起的副作用較小，改善心臟功能。GillSL等[11]研究證明UTMD可顯著增強(qiáng)miRNA類似物轉(zhuǎn)染心肌細(xì)胞并且不影響細(xì)胞活性。超聲介導(dǎo)的靶向基因治療缺血性心臟病的主要機(jī)制為促進(jìn)心肌缺血區(qū)域的血管新生，改善心肌血流灌注。Zhang等[12]應(yīng)用UTMD聯(lián)合PEI介導(dǎo)PHD2-shRNA對(duì)H9C2心肌細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)染，發(fā)現(xiàn)UTMD聯(lián)合PEI能顯著提高基因轉(zhuǎn)染效率，轉(zhuǎn)染后的H9C2心肌細(xì)胞，其PHD2表達(dá)顯著下調(diào)，HIF-1a及下游血管生成因子(VEGF)表達(dá)增加，為缺血性心肌病及心肌梗死后血管再生治療提供了新的靶向方法。“王志剛”等[13]發(fā)現(xiàn)，UTMD技術(shù)可介導(dǎo)VEGF與HGF在缺血心肌內(nèi)的高效轉(zhuǎn)染并促進(jìn)梗死區(qū)域血管新生。曹省等[14-15]利用UTMD技術(shù)介導(dǎo)血管生成素1(Ang1)基因轉(zhuǎn)染犬梗死心肌，能提高Ang1質(zhì)粒在梗死周邊含量，促進(jìn)梗死心肌周邊血管新生、逆轉(zhuǎn)左室重構(gòu)。急性心肌梗死經(jīng)干細(xì)胞移植治療后，移植干細(xì)胞會(huì)因?yàn)楣Ｋ绤^(qū)缺血缺氧及再灌注損傷、炎性因子等惡劣環(huán)境的作用而大量死亡，UTMD則通過(guò)改善干細(xì)胞微環(huán)境，能明顯增加缺血心肌區(qū)域血流灌注，使干細(xì)胞形成更多新的脈管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，恢復(fù)室壁厚度，改變受損心臟內(nèi)在修復(fù)機(jī)制，減小梗死面積，改善心臟功能。有研究[16-17]證實(shí)，UTMD靶向介導(dǎo)干細(xì)胞因子(SCF)和基質(zhì)細(xì)胞衍生因子(SDF-1a)轉(zhuǎn)染到心肌缺血區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞因子(SCF)和基質(zhì)細(xì)胞衍生因子(SDF-1a)在心肌梗死區(qū)表達(dá)水平明顯提高，提高祖細(xì)胞的生成，增加新生血管密度，心梗面積減小，心肌灌注及心功能亦有所改善。他們還發(fā)現(xiàn)多次UTMD治療后SCF與SDF-1a蛋白和受體的表達(dá)增加，并有組織修復(fù)功能，而且心肌灌注和心臟功能的也增強(qiáng)了。

2.2 在血管病變中的應(yīng)用

超聲微泡介導(dǎo)的基因靶向治療可促進(jìn)新生血管生成和側(cè)枝循環(huán)的建立，為血管缺血性病變的治療帶來(lái)福音。Kuliszewski等[18]在超聲靶向介導(dǎo)下將粘附了SDF-1基因和內(nèi)皮祖細(xì)胞的微泡向鼠缺血下肢動(dòng)脈投遞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺血骨骼肌灌注和微血管密度明顯增加。另有研究[19]將內(nèi)皮抑素綠色熒光蛋白質(zhì)粒包載于陽(yáng)離子微泡中，并應(yīng)用UTMD技術(shù)靶向向人視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞投遞，結(jié)果證明實(shí)驗(yàn)組內(nèi)皮素表達(dá)明顯高于對(duì)照組，在隨后的治療過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，其對(duì)視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)抑制作用明顯增強(qiáng)，為老年性視網(wǎng)膜新生血管形成造成視力障礙的靶向基因治療提供了新的有效手段。血栓形成或栓塞是心血管疾病所致死亡的最重要的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，快速恢復(fù)血流供應(yīng)是改善結(jié)局的首要措施。超聲微泡介導(dǎo)的基因靶向溶栓可明顯提高溶栓效果，降低血栓再發(fā)。蘇強(qiáng)等[20]制作豬冠狀動(dòng)脈微栓塞模型證明超聲微泡靶向轉(zhuǎn)染MicroRNA-21，通過(guò)下調(diào)其靶基因PTEN在心肌細(xì)胞的表達(dá)，可以有效地改善冠狀動(dòng)脈微栓塞所致心功能損傷。Nederhoed等[21]通過(guò)超聲微泡聯(lián)合纖溶劑靶向作用于豬急性閉塞的外周動(dòng)脈中，發(fā)現(xiàn)超聲微泡介導(dǎo)的靶向治療是較好的溶栓方式，并且不會(huì)引起過(guò)敏反應(yīng)及出血等并發(fā)癥。組織因子途徑抑制劑（TFPI-2）可抑制腫瘤壞死因子α（TNF-α）誘發(fā)的核因子 κB(NF-κB)的活化，在防治血管再狹窄中具有可觀前景[22]。Wang等[23]用球囊損傷兔的頸動(dòng)脈，將帶有TFPI-2的超聲微泡注入體內(nèi)后用超聲進(jìn)行輻照，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組可明顯增加血管內(nèi)皮細(xì)胞TFPI-2表達(dá)，進(jìn)而抑制血管內(nèi)血栓形成并起到抗血管再狹窄作用。

3.小結(jié)與展望

超聲靶向微泡破壞技術(shù)在治療心血管疾病中取得令人鼓舞的成績(jī)。這一技術(shù)能夠安全、非侵人性地提供局部治療，改善危及生命的心血管疾病的最終結(jié)局。但這一方法人存在以下問(wèn)題：超聲靶向微泡破壞技術(shù)最佳參數(shù)為統(tǒng)一。研究表明，使用過(guò)高的超聲參數(shù)雖可介導(dǎo)基因的高效轉(zhuǎn)染，亦可產(chǎn)生不利的生物學(xué)效應(yīng)，如毛細(xì)血管破裂、出血，炎癥反應(yīng)等，因此如何利用最佳的微泡參數(shù)達(dá)到最好的轉(zhuǎn)染效果是目前需要解決的問(wèn)題。對(duì)于不同基因不同模型下的最佳轉(zhuǎn)染條件，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；超聲靶向微泡破壞技術(shù)介導(dǎo)基因治療應(yīng)用于臨床的安全性和有效性尚需進(jìn)一步研究和論證。微泡和基因傳遞技術(shù)的融合,不僅療效顯著且產(chǎn)生了極大的效益。希望未來(lái)能有更多的超聲介導(dǎo)的靶向治療應(yīng)用于到臨床實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。

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