超聲和微泡在心血管疾病治療中的應(yīng)用進(jìn)展

王曉妤　　關(guān)麗娜

新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心臟超聲診斷科，新疆烏魯木齊　830011

超聲和微泡在心血管疾病治療中的應(yīng)用進(jìn)展

王曉妤關(guān)麗娜

新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心臟超聲診斷科，新疆烏魯木齊830011

超聲和微泡聯(lián)合應(yīng)用降低了超聲的空化閾值，提高了超聲的成像能力，尤其是各種靶向微泡的出現(xiàn)使得經(jīng)超聲介導(dǎo)的診斷和治療更加精細(xì)、準(zhǔn)確、高效。近年來(lái)超聲溶栓已從實(shí)驗(yàn)室研究走向了臨床應(yīng)用，因其無(wú)創(chuàng)、便捷和確切的療效逐漸引起臨床的重視。靶向微泡不但能與靶組織緊密結(jié)合，增強(qiáng)靶組織的超聲成像，更可以攜帶藥物或基因至靶組織，通過(guò)超聲微泡定向爆破技術(shù)定向釋放，使目的基因在靶組織中穩(wěn)定表達(dá)，因此，該技術(shù)在心血管疾病的治療中具有極大的潛在價(jià)值。

超聲；微泡；超聲溶栓；基因傳遞；心血管系統(tǒng)

［Abstract］Application of ultrasound combined with microbubbles reduced the ultrasonic cavitation threshold and improve the effect of the ultrasound imaging.As the research and development of various targeted microbubbles，the diagnosis and treatment of ultrasound became more precise，accurate and efficient.In recent years，sonothrombolysis has already been applied in clinical practice out of laboratory research and got great attention for its non-invasive，convenient and precise effect.Targetmicrobubbles can not only be closely combined with target tissue，enhance the ultrasound imaging，but also can deliver drug or gene to the target tissues.By combined with UTMD，target gene can stably express in the target tissue.Therefore，ithas great potential value in the treatment of cardiovascular diseases.

［Key words］Ultrasound；Microbubbles；Sonothrombolysis；Gene delivery；Cardiovascular diseases

超聲微泡是由生物相容性良好的大分子材料包裹無(wú)毒惰性氣體制成，可增強(qiáng)超聲的背向散射，提高組織顯影能力。通過(guò)在微泡表面連接靶向配體，如抗體、肽、激素、碳水化合物等，微泡便可與靶向受體緊密結(jié)合。這一特性使超聲分子成像成為可能的同時(shí)，還在疾病的治療方面擁有巨大的應(yīng)用前景。

1　超聲微泡

超聲微泡是一種內(nèi)含惰性氣體，外殼為脂質(zhì)、蛋白質(zhì)或高分子聚合物的藥物［1］。常見(jiàn)的氟碳?xì)怏w微泡粒徑通常在1～8μm，但不同材質(zhì)的微泡粒徑不盡相同，目前報(bào)道較多的納米級(jí)氟烷乳劑粒徑為200～300 nm。也有研究顯示微泡的粒徑會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)生變化，如Definity微泡在配制后的3 h內(nèi)，粒徑會(huì)由3μm縮小至0.98μm。不同的測(cè)量方法也會(huì)對(duì)微泡粒徑的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，如準(zhǔn)彈性光散射測(cè)量系統(tǒng)對(duì)亞微米級(jí)的微泡更敏感，而光阻法的測(cè)量系統(tǒng)則更適用于粒徑大于微米的微泡測(cè)量。值得注意的是，當(dāng)微泡粒徑大于10μm時(shí)容易產(chǎn)生不良反應(yīng)，因此微泡的大小是保證其安全性的重要前提。

微泡在接受不同頻率的超聲照射時(shí)會(huì)發(fā)生穩(wěn)態(tài)空化或慣性空化［2］，產(chǎn)生聲孔效應(yīng)。這些效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜的通透性增加，內(nèi)皮細(xì)胞間隙增寬及微血管的破裂，利于包裹在微泡內(nèi)部的基因或藥物定向釋放到靶細(xì)胞內(nèi)，從而顯著增加局部濃度，達(dá)到治療的目的［3］。但過(guò)強(qiáng)的空化效應(yīng)會(huì)釋放大量的能量，從而導(dǎo)致不良的生物效應(yīng)甚至細(xì)胞的死亡。

目前微泡可運(yùn)載的藥物種類(lèi)非常豐富，這要?dú)w功于Klibanov等［4］首次將載藥的脂質(zhì)微泡用于UTMD中。微球?qū)λ幬锏某休d能力則明顯高于微泡［5］，通過(guò)在微球內(nèi)部填充氣體或藥物，微球同樣可具備聲學(xué)特性并產(chǎn)生空化效應(yīng)［6］。Sirsi等［7］通過(guò)在微泡膜上增加陽(yáng)離子聚合物（如聚乙烯亞胺）來(lái)增加微泡對(duì)遺傳物質(zhì)的運(yùn)載能力，證明了聯(lián)合超聲微泡定向爆破（UTMD）時(shí)可運(yùn)載更多遺傳物質(zhì)或基因藥物?；蚧蛩幬镞€可被包裹在納米顆粒中連在微泡表面，這種納米粒微泡也被應(yīng)用在核醫(yī)學(xué)或核磁共振成像中［8］。

2　超聲溶栓

血栓形成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。微泡聯(lián)合超聲溶栓可無(wú)創(chuàng)的快速溶解血栓并恢復(fù)血流供應(yīng)。雖然單獨(dú)應(yīng)用診斷超聲照射血栓可產(chǎn)生一定的溶栓效果，但這種效果在聯(lián)合使用微泡時(shí)被明顯提高［9］，這是由于高能量超聲脈沖引發(fā)微泡的瞬態(tài)空化，增強(qiáng)了超聲溶栓的作用。

心肌梗死患者即使接受了血管成形術(shù)的患者仍有可能存在一定范圍內(nèi)的冠狀動(dòng)脈微循環(huán)無(wú)復(fù)流，而超聲溶栓有一定概率使無(wú)復(fù)流的冠脈微循環(huán)恢復(fù)血流供應(yīng)［10］。為了證實(shí)這一現(xiàn)象，有學(xué)者用豬的冠脈血栓栓塞模型進(jìn)行聯(lián)合微泡的超聲溶栓實(shí)驗(yàn)，有力地證明了即使在心外膜循環(huán)未恢復(fù)的前提下，聯(lián)合微泡的超聲溶栓仍能有效地恢復(fù)心肌血流供應(yīng)，減小心梗面積［11］。這一研究被荷蘭的Otto Kamp及其同事演化為一項(xiàng)臨床隨機(jī)實(shí)驗(yàn)研究，在10名心?；颊咝醒艹尚涡g(shù)前給予超聲溶栓，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明術(shù)前超聲溶栓并不會(huì)增加球囊血管成形術(shù)的治療時(shí)間，而且術(shù)前超聲溶栓是安全的。

3　靶向微泡

通過(guò)在微泡的脂質(zhì)外殼中加入多聚物隔離臂，如聚乙二醇（EPG）與靶向配體相連，就使微泡具有了與目標(biāo)細(xì)胞靶向結(jié)合的能力［12］。靶向微泡的表面上可連接成千上萬(wàn)個(gè)配體，同時(shí)連接多種指向同一目標(biāo)的配體可明顯增加微泡與靶標(biāo)連接的緊密性［13］。如靶向定位到VEG-FR2受體的微泡（BR-55）所含的脂肽具有一個(gè)異源二聚體肽，可同時(shí)定位于VEG-FR2受體的兩個(gè)不同抗原表位。通過(guò)非競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合兩個(gè)不同的位點(diǎn)，該靶向微泡即使在高剪切力的作用下仍能與靶標(biāo)緊密結(jié)合。雖然BR-55目前主要用于腫瘤新生血管成像，但作為VEG-FR2的靶向介質(zhì)，其在心臟疾病的血管重構(gòu)和對(duì)易損斑塊的成像方面也有廣闊的應(yīng)用前景。

靶向微泡還可用于超聲溶栓［14］。首先，微泡可作為分子探針用于血栓的診斷和定位；其次，通過(guò)將微泡直接黏附在血栓上，可使大量空化核更有效地集中在血栓附近，從而增強(qiáng)超聲的空化效能，大幅提升溶栓效果。Xie等［15］應(yīng)用豬的血栓栓塞模型證實(shí)了血小板靶向微泡的早期冠脈再通效果明顯優(yōu)于非靶向微泡。同時(shí)，血栓靶向微泡可降低超聲溶栓所需的能量水平，減少由高能超聲所致的不良生物學(xué)效應(yīng)。Hua等［16］的研究顯示，靶向微泡的內(nèi)部亦可包封t-PA。如果血栓靶向微泡可將溶栓藥物直接遞送至血栓附近，并通過(guò)UTMD使藥物發(fā)揮作用，那么這將是一種全新的革命性血栓治療方法。

隨著精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展，許多心血管疾病可通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞上的抗原進(jìn)行評(píng)估。見(jiàn)表1。

表1　超聲分子成像的靶向目標(biāo)

Davidson等［17］的研究就在小鼠的心肌缺血模型中應(yīng)用P-選擇素與重組YSPSL抗體的靶向微泡進(jìn)行缺血損傷記憶成像，并利用靶向微泡對(duì)局部缺血后心肌組織中P-選擇素的表達(dá)進(jìn)行了探測(cè)和定量分析。結(jié)果顯示P-選擇素靶向微泡對(duì)組織缺血的評(píng)價(jià)具有高度的敏感性。

4　基因與藥物的傳遞

傳統(tǒng)的基因傳遞通常以病毒為載體，該傳送體系能高效地傳送基因藥物并使其高水平的表達(dá)，但其所含的免疫原性可引起過(guò)敏反應(yīng)，同時(shí)逆轉(zhuǎn)錄病毒還存在潛在的致癌風(fēng)險(xiǎn)。這些局限性都使微泡成為替代病毒遞送基因藥物的又一選擇。

隨著UTMD被越來(lái)越多的學(xué)者用于心血管系統(tǒng)基因藥物的傳遞，用微泡來(lái)傳遞基因和藥物的研究也越發(fā)深入。將基因藥物結(jié)合在微泡上與單獨(dú)使用微泡相比，前者更加高效［18］。Fujii等［19］使用載基因微泡治療小鼠的心肌梗死，證實(shí)通過(guò)載基因微泡聯(lián)合UTMD可增加心臟干細(xì)胞移植的成功率以及心肌修復(fù)。Xie等［20］應(yīng)用靶向配體為細(xì)胞黏附因子-1（ICAM-1）和P-選擇素的陽(yáng)離子微泡轉(zhuǎn)運(yùn)DNA，證明在微泡表面連接質(zhì)粒DNA并不影響微泡與靶向炎癥內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，同時(shí)，在低機(jī)械指數(shù)超聲中靶向微泡有明顯優(yōu)于非靶向微泡的基因傳遞能力。還有其他一系列試驗(yàn)都證實(shí)了UTMD可提高心臟干細(xì)胞及內(nèi)皮干細(xì)胞的移植成功率［21-22］。

5　小結(jié)與展望

超聲溶栓能夠有效地治療心肌梗死，其中靶向微泡較非靶向微泡擁有更好的超聲溶栓效果。這一技術(shù)能夠最低限度甚至非侵入性地提供局部治療，改善危及生命的心血管疾病的最終結(jié)局。同時(shí)，超聲聯(lián)合靶向微泡在基因和藥物的傳遞方面具有巨大的潛能，但這一方法尚需更多的基礎(chǔ)研究予以支持，如基因表達(dá)、動(dòng)物模型、基因治療等。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)能有更多的靶向微泡、基因載體微泡進(jìn)入到臨床實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。

［1］王志剛.超聲造影劑基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀與展望［J/CD］.中華醫(yī)學(xué)超聲雜志：電子版，2011，8（5）：924-928

［2］Church CC，Carstensen EL.“Stable”inertial cavitation［J］. Ultrasound Med，2001，27（10）：1435-1437.

［3］Ohl CD，Arora M，Ikink R，et al.Sonoporation from jetting cavitation bubbles［J］.Biophysical Journal，2006，91（11）：4285-4295.

［4］Klibanov AL，Shevchenko TI，Raju BI，etal.Ultrasound-triggered release ofmaterials entrapped in microbubble-liposome constructs：a tool for targeted drug delivery［J］. Control，2010，148（1）：13-17.

［5］Capan Y，Woo BH，Gebrekidan S，et al.Influnce of formulation parameters on the characteristics of poly（D，L-lactide-co-glycolide）microspheres containing poly（L-lysine）complexed plasmid DNA［J］.Control，1999，60（2-3）：279-286.

［6］Hauff P，Seemann S，Reszka R，etal.Evaluation ofgas-filled microparticles and sonoporation as gene delivery system：feasibility study in rodent tumor models［J］.Radiology，2005，236（2）：572-578.

［7］Sirsi SR，Hernandez SL，Zielinsk L，et al.Polyplex-microbubble hybrids for ultrasound-guided plasmid DNA delivery to solid tumors［J］.Control，2012，157（2）：224-234.

［8］Burke CW，Alexander E，Timbie K，etal.Ultrasound-activatedagentscomprised of5FU-bearingnanoparticlesbonded to microbubbles inhibit solid tumor growth and improve survival［J］.Mol Ther，2014，22（2）：321-328.

［9］Hagisawa K.Thrombus-targeted perfluorocarbon-containing liposomalbubbles for enhancement of ultrasonic thrombolysis：in vitro and in vivo study［J］.Thromb Haemost，2013，11（8）：1565-1573.

［10］Mu YM，Li L，Ayoufu G.Experimental study of the preparation of targeted microbubble contrast agents carrying urokinase and RGDS［J］.Ultrasonics，2009，49（8）：146-158

［11］Xie F，Slikkerveer J，Gao S，etal.Coronary andmicrovascular thrombolysis with guided diagnostic ultrasound and microbubbles in acute STsegmentelevationmyocardial infarction［J］.Echocardiography，2011，24（12）：1400-1408.

［12］MoghimiS，Szebeni J.Stealth liposomesand long circulating nanoparticles：critical issues in pharmacokinetics，opsonization and protein-binding properties［J］.Prog Lipid Res，2003，42（6）：463-478.

［13］Klibanov A，Rychak J，YangW，etal.Targeted ultrasound contrast agent formolecular imaging of inflammation in highshear flow［J］.ContrastMedia，2006，36（6）：259-266.

［14］Unger E，Metzger P，KrupinskiE，etal.The use ofa thrombus-specific ultrasound contrast agent to detect thrombus in arteriovenous fistulae［J］.Invest Radiol，2000，35（1）：86-94.

［15］Xie F，Lof J，Matsunaga T，et al.Diagnostic ultrasound combined with glycoproteinⅡb/Ⅲa-targeted microbubbles improvesmicrovascular recovery after acute coronary thromboticocclusions［J］.Circulation，2009，119（10）：1378-1385.

［16］Hua X，Liu P，Gao YH，et al.Construction of thrombustargeted microbubbles carrying tissue plasminogen activator and their in vitro thrombolysis efficacy：a primary research［J］.Thromb Thrombolysis，2010，30（1）：29-35.

［17］Davidson BP，Kaufmann BA，Belcik JT，et al.Detection of antecedent myocardial ischemia with multiselectin molecular imaging［J］.Journal of the American College of Cardiology，2012，60（17）：1690-1697.

［18］Zhou Y，Haitao G，Yan X，et al.Targeted Antiangiogenesis Gene Therapy Using Targeted Cationic Microbubbles Conjugated with CD105 Antibody Compared with Untargeted ationic and Neutral Microbubbles［J］.Theranostics，2015，5（4）：399-417.

［19］Fujii H，Sun Z，Li SH，et al.Ultrasound-targeted gene delivery induces angiogenesis after a myocardial infarction in mice［J］.JACC CardiovascImaging，2009，2（7）：869-879.

［20］Xie A，Belcik T，Qi Y，et al.Ultrasound-mediated vascular gene transfection by cavitation of endothelial-targeted cationicmicrobubbles［J］.JACCCardiovasc Imaging，2012，5（12）：1253-1262.

［21］Chen S，Shimoda M，Chen J，et al.Stimulation of adult resident cardiac progenitor cells by durable myocardial expression of thymosin beta 4 with ultrasound-targeted microbubble delivery［J］.Gene，2013，20（2）：225-233.

［22］王夢(mèng)，穆玉明.靶向超聲造影劑在冠心病中的應(yīng)用［J］.醫(yī)學(xué)研究雜志，2015，7（2）：4-6.

App lication of ultrasound and microbubbles in the treatment of cardiovascular diseases

WANG XiaoyuGUAN Li'na
Cardiac Ultrasound Diagnostics Division，the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University，Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830011，China

R714.252

A

1673-7210（2016）09（b）-0026-03

2016-05-20本文編輯：趙魯楓）

新疆維吾爾自治區(qū)青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程（2014721047）。

王曉妤（1988.4-），女，新疆醫(yī)科大學(xué)2015級(jí)心臟超聲專(zhuān)業(yè)在讀碩士研究生；研究方向：超聲聯(lián)合微泡對(duì)微循環(huán)再栓塞的診斷及治療。

關(guān)麗娜（1977.12-），女，博士，副主任醫(yī)師，副教授，碩士生導(dǎo)師；研究方向：超聲及微泡的溶栓治療。