超声和微泡在心血管疾病治疗中的应用进展

[摘要] 超声和微泡联合应用降低了超声的空化阈值，提高了超声的成像能力，尤其是各种靶向微泡的出现使得经超声介导的诊断和治疗更加精细、准确、高效。近年来超声溶栓已从实验室研究走向了临床应用，因其无创、便捷和确切的疗效逐渐引起临床的重视。靶向微泡不但能与靶组织紧密结合，增强靶组织的超声成像，更可以携带药物或基因至靶组织，通过超声微泡定向爆破技术定向释放，使目的基因在靶组织中稳定表达，因此，该技术在心血管疾病的治疗中具有极大的潜在价值。

[关键词] 超声；微泡；超声溶栓；基因传递；心血管系统

[中图分类号] R714.252 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）09（b）-0026-03

[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. Target microbubbles 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， it has great potential value in the treatment of cardiovascular diseases.

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

超声微泡是由生物相容性良好的大分子材料包裹无毒惰性气体制成，可增强超声的背向散射，提高组织显影能力。通过在微泡表面连接靶向配体，如抗体、肽、激素、碳水化合物等，微泡便可与靶向受体紧密结合。这一特性使超声分子成像成为可能的同时，还在疾病的治疗方面拥有巨大的应用前景。

1 超声微泡

超声微泡是一种内含惰性气体，外壳为脂质、蛋白质或高分子聚合物的药物[1]。常见的氟碳气体微泡粒径通常在1～8 μm，但不同材质的微泡粒径不尽相同，目前报道较多的纳米级氟烷乳剂粒径为200～300 nm。也有研究显示微泡的粒径会随着时间的推移发生变化，如Definity微泡在配制后的3 h内，粒径会由3 μm缩小至0.98 μm。不同的测量方法也会对微泡粒径的测量结果产生影响，如准弹性光散射测量系统对亚微米级的微泡更敏感，而光阻法的测量系统则更适用于粒径大于微米的微泡测量。值得注意的是，当微泡粒径大于10 μm时容易产生不良反应，因此微泡的大小是保证其安全性的重要前提。

微泡在接受不同频率的超声照射时会发生稳态空化或惯性空化[2]，产生声孔效应。这些效应会导致细胞膜的通透性增加，内皮细胞间隙增宽及微血管的破裂，利于包裹在微泡内部的基因或药物定向释放到靶细胞内，从而显著增加局部浓度，达到治疗的目的[3]。但过强的空化效应会释放大量的能量，从而导致不良的生物效应甚至细胞的死亡。

目前微泡可运载的药物种类非常丰富，这要归功于Klibanov等[4]首次将载药的脂质微泡用于UTMD中。微球对药物的承载能力则明显高于微泡[5]，通过在微球内部填充气体或药物，微球同样可具备声学特性并产生空化效应[6]。Sirsi等[7]通过在微泡膜上增加阳离子聚合物（如聚乙烯亚胺）来增加微泡对遗传物质的运载能力，证明了联合超声微泡定向爆破（UTMD）时可运载更多遗传物质或基因药物。基因或药物还可被包裹在纳米颗粒中连在微泡表面，这种纳米粒微泡也被应用在核医学或核磁共振成像中[8]。

2 超声溶栓

血栓形成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。微泡联合超声溶栓可无创的快速溶解血栓并恢复血流供应。虽然单独应用诊断超声照射血栓可产生一定的溶栓效果，但这种效果在联合使用微泡时被明显提高[9]，这是由于高能量超声脉冲引发微泡的瞬态空化，增强了超声溶栓的作用。

心肌梗死患者即使接受了血管成形术的患者仍有可能存在一定范围内的冠状动脉微循环无复流，而超声溶栓有一定概率使无复流的冠脉微循环恢复血流供应[10]。为了证实这一现象，有学者用猪的冠脉血栓栓塞模型进行联合微泡的超声溶栓实验，有力地证明了即使在心外膜循环未恢复的前提下，联合微泡的超声溶栓仍能有效地恢复心肌血流供应，减小心梗面积[11]。这一研究被荷兰的Otto Kamp及其同事演化为一项临床随机实验研究，在10名心梗患者行血管成形术前给予超声溶栓，实验结果表明术前超声溶栓并不会增加球囊血管成形术的治疗时间，而且术前超声溶栓是安全的。

3 靶向微泡

通过在微泡的脂质外壳中加入多聚物隔离臂，如聚乙二醇（EPG）与靶向配体相连，就使微泡具有了与目标细胞靶向结合的能力[12]。靶向微泡的表面上可连接成千上万个配体，同时连接多种指向同一目标的配体可明显增加微泡与靶标连接的紧密性[13]。如靶向定位到VEG-FR2受体的微泡（BR-55）所含的脂肽具有一个异源二聚体肽，可同时定位于VEG-FR2受体的两个不同抗原表位。通过非竞争性结合两个不同的位点，该靶向微泡即使在高剪切力的作用下仍能与靶标紧密结合。虽然BR-55目前主要用于肿瘤新生血管成像，但作为VEG-FR2的靶向介质，其在心脏疾病的血管重构和对易损斑块的成像方面也有广阔的应用前景。

靶向微泡还可用于超声溶栓[14]。首先，微泡可作为分子探针用于血栓的诊断和定位；其次，通过将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，从而增强超声的空化效能，大幅提升溶栓效果。Xie等[15]应用猪的血栓栓塞模型证实了血小板靶向微泡的早期冠脉再通效果明显优于非靶向微泡。同时，血栓靶向微泡可降低超声溶栓所需的能量水平，减少由高能超声所致的不良生物学效应。Hua等[16]的研究显示，靶向微泡的内部亦可包封t-PA。如果血栓靶向微泡可将溶栓药物直接递送至血栓附近，并通过UTMD使药物发挥作用，那么这将是一种全新的革命性血栓治疗方法。

随着精准医疗的发展，许多心血管疾病可通过内皮细胞上的抗原进行评估。见表1。

Davidson等[17]的研究就在小鼠的心肌缺血模型中应用P-选择素与重组YSPSL抗体的靶向微泡进行缺血损伤记忆成像，并利用靶向微泡对局部缺血后心肌组织中P-选择素的表达进行了探测和定量分析。结果显示P-选择素靶向微泡对组织缺血的评价具有高度的敏感性。

4 基因与药物的传递

传统的基因传递通常以病毒为载体，该传送体系能高效地传送基因药物并使其高水平的表达，但其所含的免疫原性可引起过敏反应，同时逆转录病毒还存在潜在的致癌风险。这些局限性都使微泡成为替代病毒递送基因药物的又一选择。

随着UTMD被越来越多的学者用于心血管系统基因药物的传递，用微泡来传递基因和药物的研究也越发深入。将基因药物结合在微泡上与单独使用微泡相比，前者更加高效[18]。Fujii等[19]使用载基因微泡治疗小鼠的心肌梗死，证实通过载基因微泡联合UTMD可增加心脏干细胞移植的成功率以及心肌修复。Xie等[20]应用靶向配体为细胞黏附因子-1（ICAM-1）和P-选择素的阳离子微泡转运DNA，证明在微泡表面连接质粒DNA并不影响微泡与靶向炎症内皮细胞的黏附，同时，在低机械指数超声中靶向微泡有明显优于非靶向微泡的基因传递能力。还有其他一系列试验都证实了UTMD可提高心脏干细胞及内皮干细胞的移植成功率[21-22]。

5 小结与展望

超声溶栓能够有效地治疗心肌梗死，其中靶向微泡较非靶向微泡拥有更好的超声溶栓效果。这一技术能够最低限度甚至非侵入性地提供局部治疗，改善危及生命的心血管疾病的最终结局。同时，超声联合靶向微泡在基因和药物的传递方面具有巨大的潜能，但这一方法尚需更多的基础研究予以支持，如基因表达、动物模型、基因治疗等。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靶向微泡、基因载体微泡进入到临床实验当中。

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（收稿日期：2016-05-20 本文编辑：赵鲁枫）