超声靶向微泡破坏技术在心血管疾病治疗中的研究进展

超声靶向微泡破坏技术在心血管疾病治疗中的研究进展

朱桂敏陆永萍（通讯作者）

（昆明医科大学第四附属医院（云南省第二人民医院超声科）云南昆明650021）

【摘要】随着分子生物学的发展，超声微泡介导的基因靶向治疗技术在心血管的应用越来越广泛。超声靶向微泡破坏(UTMD)技术是通过各种物理、化学修饰携带各种基因在超声场强破坏作用下进行靶向治疗，具有无创，免疫原性低，毒性低，重复性好，时空目标特异性强等优点。本文对UTMD介导基因靶向治疗在心血管疾病中的应用予以综述。

【关键词】心血管疾病；基因；靶向破坏微泡；超声

【中图分类号】R54【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2018）13-0014-02

目前，基因治疗在心血管疾病中的应用越来越广泛。超声靶向微泡破坏技术在心血管中的应用主要包括超声微泡介导基因靶向治疗。超声靶向微泡破坏技术(ultrasound—targetedmicrobubbledestruction，UTMD)通过介导基因转染减轻心肌坏死程度，促进血管新生，改善心室重构，已成为心血管领域的研究热点。

1.超声靶向微泡破坏技术（UTMD）主要机制

UTMD是指在特定部位发射不同声强的超声波，当超声强度足够大时血液中的微泡发生破裂，通过特殊的生物效应使周围的血管壁或细胞膜表面出现可逆的或不可逆的穿孔，使血管内皮屏障损伤，进而增加血管通透性，增加外源性物质到达目标组织或器官中特定部位的剂量，从而成功实现靶向治疗的目的[1-2]。这些生物效应主要包括空化效应和声孔效应。空化效应是指液体中的微小泡核在超声波作用下被激发，体积经历振荡、压缩、膨胀和崩溃闭合等一系列动力学过程[3]。声孔效应是超声作用于细胞膜上形成暂时性小孔的现象，可促进细胞内细胞外物质的摄取[4-5]。常用的微泡直径约1～10um，能顺利地穿过毛细血管，但不能通过内皮间隙到达靶组织。微泡可以作为一种人造空化核。注射微泡后，血液中空化核浓度增加，可能降低空化阈值，最终增强超声空化效应。UTMD就是在超声声强辐照作用下，超声微泡可压缩、膨胀直至崩溃，其“空化效应”、“声孔效应”可使血管内皮细胞连接疏松，局部组织损伤，细胞膜通透性增高和靶细胞膜轻度可逆性损害等去促进目标基因或药物进入目标组织或细胞，从而达到靶向治疗目的[6-8]。UTMD技术比其他靶向传递方法具有优势，主要体现在：安全性高（与病毒载体相比具有低毒性和免疫原性，能够消除威胁性电离辐射）；成本效益高，无创性和可重复性（微泡始终在血管内给药，这使得重复应用成为可能）；高度的组织特异性[9]（靶基因被选择性地递送到唯一感兴趣的区域，而不是非靶向位置）。总而言之，UTMD技术作为一种新兴治疗方向，在心血管疾病的治疗中发挥越来越重要的作用。

2.UTMD技术介导的靶向治疗在心血管疾病中的应用

2.1在心脏病变中的应用

超声微泡介导靶向基因治疗可靶向到达心肌组织，为心肌疾病治疗开辟了新方法。心肌细胞中特异性miRNA能抑制mRNA的翻译，导致心肌梗死后纤维化，导致心肌细胞凋亡的发生。Kwekkeboom等[10]通过UTMD技术将心肌中特异性miRNA抑制剂antagomirs向心肌组织靶向性投送，发现UTMD能显著提高非缺血心肌组织antagomirs浓度，并且引起的副作用较小，改善心脏功能。GillSL等[11]研究证明UTMD可显著增强miRNA类似物转染心肌细胞并且不影响细胞活性。超声介导的靶向基因治疗缺血性心脏病的主要机制为促进心肌缺血区域的血管新生，改善心肌血流灌注。Zhang等[12]应用UTMD联合PEI介导PHD2-shRNA对H9C2心肌细胞进行转染，发现UTMD联合PEI能显著提高基因转染效率，转染后的H9C2心肌细胞，其PHD2表达显著下调，HIF-1a及下游血管生成因子(VEGF)表达增加，为缺血性心肌病及心肌梗死后血管再生治疗提供了新的靶向方法。“王志刚”等[13]发现，UTMD技术可介导VEGF与HGF在缺血心肌内的高效转染并促进梗死区域血管新生。曹省等[14-15]利用UTMD技术介导血管生成素1(Ang1)基因转染犬梗死心肌，能提高Ang1质粒在梗死周边含量，促进梗死心肌周边血管新生、逆转左室重构。急性心肌梗死经干细胞移植治疗后，移植干细胞会因为梗死区缺血缺氧及再灌注损伤、炎性因子等恶劣环境的作用而大量死亡，UTMD则通过改善干细胞微环境，能明显增加缺血心肌区域血流灌注，使干细胞形成更多新的脉管系统结构，恢复室壁厚度，改变受损心脏内在修复机制，减小梗死面积，改善心脏功能。有研究[16-17]证实，UTMD靶向介导干细胞因子(SCF)和基质细胞衍生因子(SDF-1a)转染到心肌缺血区域，结果发现干细胞因子(SCF)和基质细胞衍生因子(SDF-1a)在心肌梗死区表达水平明显提高，提高祖细胞的生成，增加新生血管密度，心梗面积减小，心肌灌注及心功能亦有所改善。他们还发现多次UTMD治疗后SCF与SDF-1a蛋白和受体的表达增加，并有组织修复功能，而且心肌灌注和心脏功能的也增强了。

2.2在血管病变中的应用

超声微泡介导的基因靶向治疗可促进新生血管生成和侧枝循环的建立，为血管缺血性病变的治疗带来福音。Kuliszewski等[18]在超声靶向介导下将粘附了SDF-1基因和内皮祖细胞的微泡向鼠缺血下肢动脉投递，结果发现缺血骨骼肌灌注和微血管密度明显增加。另有研究[19]将内皮抑素绿色荧光蛋白质粒包载于阳离子微泡中，并应用UTMD技术靶向向人视网膜血管内皮细胞投递，结果证明实验组内皮素表达明显高于对照组，在随后的治疗过程中发现，其对视网膜血管内皮细胞生长抑制作用明显增强，为老年性视网膜新生血管形成造成视力障碍的靶向基因治疗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独立危险因素，快速恢复血流供应是改善结局的首要措施。超声微泡介导的基因靶向溶栓可明显提高溶栓效果，降低血栓再发。苏强等[20]制作猪冠状动脉微栓塞模型证明超声微泡靶向转染MicroRNA-21，通过下调其靶基因PTEN在心肌细胞的表达，可以有效地改善冠状动脉微栓塞所致心功能损伤。Nederhoed等[21]通过超声微泡联合纤溶剂靶向作用于猪急性闭塞的外周动脉中，发现超声微泡介导的靶向治疗是较好的溶栓方式，并且不会引起过敏反应及出血等并发症。组织因子途径抑制剂（TFPI-2）可抑制肿瘤坏死因子α（TNF-α）诱发的核因子κB(NF-κB)的活化，在防治血管再狭窄中具有可观前景[22]。Wang等[23]用球囊损伤兔的颈动脉，将带有TFPI-2的超声微泡注入体内后用超声进行辐照，结果显示实验组可明显增加血管内皮细胞TFPI-2表达，进而抑制血管内血栓形成并起到抗血管再狭窄作用。

3.小结与展望

超声靶向微泡破坏技术在治疗心血管疾病中取得令人鼓舞的成绩。这一技术能够安全、非侵人性地提供局部治疗，改善危及生命的心血管疾病的最终结局。但这一方法人存在以下问题：超声靶向微泡破坏技术最佳参数为统一。研究表明，使用过高的超声参数虽可介导基因的高效转染，亦可产生不利的生物学效应，如毛细血管破裂、出血，炎症反应等，因此如何利用最佳的微泡参数达到最好的转染效果是目前需要解决的问题。对于不同基因不同模型下的最佳转染条件，目前国内外尚无统一标准；超声靶向微泡破坏技术介导基因治疗应用于临床的安全性和有效性尚需进一步研究和论证。微泡和基因传递技术的融合,不仅疗效显著且产生了极大的效益。希望未来能有更多的超声介导的靶向治疗应用于到临床实验当中。

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