鼓膜式板框压滤机李赵欢 综述 唐 红 审校
(四川大学华西医院心内科, 四川 成都 610041)
Appli ca ti on of Ultra sound M i crobubbles i n Card i ova scul ar D isea ses
L I Zhao2huan, T ANG Hong
(D epart m ent of Cardiology,W est China Hospital of S ichuan U niversity, Chengdu 610041, China)
文章编号:100423934(2008)0320401203 中图分类号:R540.4;R54 文献标识码:A
摘要: 超声微泡造影剂不仅可用于超声成像，提高心血管疾病的诊断水平，还可作为携带基因或药物的载体，介导心血管疾病的。在超声监测下，造影剂微泡携带基因或药物进行的整个过程变得可视化，并可定点释放基因或药物，增强的靶向性，减少全身不良反应。超声微泡造影剂在血栓性疾病、冠状动脉粥样硬化等心血管疾病中的应用一直是超声医学研究的热点。现对超声微泡造影剂携基因或药物的原理，在心血管疾病中的研究现状及该技术尚存的问题和发展前景作一综述。 关键词: 超声造影剂；微泡；心血管疾病；基因；药物
Abstract: U ltras ound m icr obubbles are not only app lied in clinical i m aging t o i m p r ove the diagnosis of cardi ovascular diseases,but al2 s o can be used as gene/drug carriers t o cure diseases.Thr ough ultras ound,therapeutic p r ocedures can be visualised and the agents can be de2 livered t o the points of interest in the body,which can enhance efficacy cure effects and reduce side effects of the cure.The app licati on of ul2 tras ound m icr obubbles in cardi ovascular diseases,like thr ombosis,cor onary ather oscler osis,is a focus of research in the field of ultras ound medicine.This article revie ws the theory of targeted gene/drug therapy delivered by m icr obubbles,and research on the therapy strategy used in cardi ovascular diseases and its p r oblem s and p r os pects.
Key words: ultras ound contrast agent;m icr obubble;cardi ovascular disease;gene therapy;drug
超声微泡造影剂是由糖类、脂质、蛋白质等生物成分构成外壳，内部充填空气或惰性气体的一种新型超声造影剂。将这种造影剂注入人体后，微泡内的气体与周围血液所形成的界面可将入射超声极大的反射回来(>99%)，从而增强了超声反射信号的强度。由于超声微泡的反射信号呈非线性，与组织的线性回声不同，选择性接收微泡的非线性回声或是抵消掉组织的线性回声，可显著增强超声显像的分
辨率和对比度。目前，在心血管疾病临床诊断领域，超声造影剂主要用于心腔造影和心肌造影，可实现心内膜边界的清晰显影，提高对心内分流检测的敏感性和心功能评价的准确性，以及定性和定量评价心肌微循环状态。超声微泡造影剂在分子成像方面的研究前景受到许多学者的关注。由于微泡只能在血管内流动，所以分子成像只适用于有血管分子成分发生改变的疾病。炎症、血管新生和血栓形成是许多心血管疾病主要的病理生理学特征，可引起血管成分的表型发生改变。因此，靶向性的超声造影将有助于对动脉粥样硬化、移植排斥和肿瘤相关性血管新生等多种疾病的诊断[1]，这也是开展靶向性的基础。目前，在心血管领域，分子成像主要集中在血栓和缺血梗死心肌的显像诊断方面。An2 gelika等[2]将阿昔单抗(一种GPⅡb/Ⅲa受体拮抗剂)与微泡造影剂链接，通过体外和体内试验证实其与血栓可特异性结合，显著增强超声的反射强度，提高血栓的检出率，说明使用药物作为分子成像的特异性靶向配体是可行的。Fl ordeliza等[3]将选择素受体链接到微泡表面注入大鼠缺血模型及缺血再灌注模型的体内，发现与缺血区和缺血再灌注区黏附的微泡数明显多于非缺血区，视频强度也明显增强。
然而，更让我们欣喜的莫过于超声造影剂在疾病方面的创造性应用。当前，缺乏安全有效的基因转染载体成为基因发展中的一个瓶颈；而如何将物安全、高效、靶向性地导入人体特定器官组织并在靶细胞内表达也是目前研究的重点。作为一种安全、有效、简便兼具靶向作用的基因或药物传输载体，超声微泡造影剂从一开始就向我们展示出巨大的研究价值，吸引了越来越多的研究爱
好者，其研究的领域不断深入和拓展，研究价值不断得到新试验的肯定。目前，超声微泡造影剂在上的研究已涉及心血管、肿瘤、脑、肾脏、视网膜、骨髓、肌肉、子宫等诸多领域，而在心血管疾病上的研究相对较早，相关研究也比较多。
1 超声微泡造影剂介导基因或药物的基本原理液体中存在的微小气泡称为“空化核”。空化核在超声作用下产生压缩和膨胀的现象，称为超声的空化效应。液体产生空化效应所需的最低声压称为“空化阈值”。超声微泡造影剂可被视为人造的空化核，注入后能增加血液中空化核的浓度，从而降低空化阈
值。微泡造影剂的空化效应可使入射超声产生非线性背向散射，这是超声造影剂特异性成像技术的基础。
在低声压下，微泡产生对称性的压缩和膨胀，气泡的直径保持相对恒定而不破裂，此称为稳态空化。在高声压下，微泡产生不对称的压缩和膨胀，最终发生内爆破裂，这种现象称为瞬态空化。微泡造影剂介导的基因转染和药物释放主要利用了超声的瞬态空化效应。
将微泡制备为基因或药物载体后，既可经外周血管注入体内，又可在超声引导下将其直接注入病变区，当微泡到达特定组织时，用超声波照射破坏微泡，使其内部或表面结合的基因或药物在局部释放出来，可达到在靶器官定向的目的。
生物教具制作
地理位置服务在微泡造影剂发生瞬态空化的同时可伴随产生冲击波和微射流，使周围组织细胞膜发生可逆或不可逆的穿孔，从而导致细胞膜和微血管壁的通透性增加；与此同时，在冲击波和微射流的推动作用下，从破裂的微泡中释放出来的基因或药物更容易进入周围通透性增加的细胞内，从而使细胞对基因或药物的摄入能力显著增强，另外在超声作用下，微泡造影剂增强细胞的吞噬作用而促进基因或药物进入细胞内。超声还可上调体内一些修复基因的活性，这在增强基因转染方面也起了辅助作用。超声作用于载药微泡还能改变某些药物本身的化学性质，有报道显示一些非毒性物质可以被超声激活而杀死肿瘤细胞[4]。
超声破坏到达靶组织内的造影剂微泡来实现基因转染或药物传输，本身就具有靶向性，可称为超声微泡的物理性靶向作用。研究显示[5]，超声和微泡造影剂可以使血管内皮细胞对裸露DNA的转染率提高3000倍。但这种靶向作用并不稳定，因为离组织细胞近的微泡与细胞膜有较长的接触时间，在破裂时能将基因或药物有效的导入细胞内，而位于血流中间的微泡，由于血流速度较快，且距离组织细胞较远，破裂后，其释放的基因或药物会很快被血流冲走；在一些较大的血管内，由于血流速度快，超声微泡的物理性靶向作用就更弱了。因此增加微泡与组织细胞的接触时间将有效提高基因或药物的传输效率。Beeri等[6]将编码报告基因的腺病毒与造影剂微泡一起注射到大鼠主动脉根部，体外超声成像观察并破坏微泡，结果表明，超声照射时，如果血流暂时停滞，有利于增加主动脉组织的基因表达。目前，这方面有益的探索是制备携基因或药物的靶向超声微泡造影剂，实现超声微泡的生物性靶向作用。
制备靶向性微泡的关键是将特异性配体或抗体(多为蛋白分子)连接到微泡上，制备的方法主要由配体的性质决定：单克隆抗体无法耐受一些严峻的条件，如声振法，常将其链接到已制备好的微泡表面；而糖类配基、短肽等则可在制备微泡前加入成膜材料中[7]。可以通过3种方式将配体连接到微泡上：共价键、非共价键和隔离臂。
2 在心血管疾病中的应用
2.1 抗血栓
自1976年Trubestein首次使用血管内高频超声溶解血栓获得成功后，利用超声进行溶栓受到广泛关注。尽管单用超声可以使血栓溶解，但其作用有限。1995年,Tachibana等[8]就提出应用声能下组织的振动及微泡的可伸缩性增强靶向溶栓作用。可能的机制是超声破坏微泡产生的空化效应可致血栓表面机械损伤，血栓中的纤维被拉长、切断或损坏，增加纤维蛋白暴露于纤维蛋白溶解因子的概率，同时也使溶栓药物更容易与血栓内部成分接触；此外，微泡进入血栓后，可激活新的纤溶酶与血栓的结合位点，进一步增加纤溶酶在血栓中的进入量。Suchkova等[9]证实27kHz 低频率脉冲超声比更高频率超声在组织型纤溶酶原激活剂(t2P A)溶栓作用中更为有效，这一结果进一步支持空化效应相关的血栓溶解理论。M izushige等[10]研究认为超声微泡介导溶栓的效果与微泡的结构有关，通过对三种微泡造影剂和空白对照组比较研究发现：不同微泡介导的溶栓效果有显著差别，而微泡的稳定性是影响效果的关键。
由于急性血栓(新鲜血栓)的回声与血液回声基本相似，使超声对急性血栓的检出率受到限制。许多生物活性分子参与了血栓形成的过程。在微泡表面连接针对这些活性分子的特异性配体或抗体，研制可靶向结合于血凝块的微泡，有助于急性血栓显像。若将靶向造影剂进一步与溶栓药物相结合，则可显著提高溶栓药物的靶向作用，增强效果，减少因大剂量使用溶栓酶而引起的出血等并发症。夏红梅[11]认为,MRX408微泡表面结合有特异性寡肽，与活化血小板的GPⅡb/Ⅲa受体具有较强的亲和力，这些微泡不仅可与血栓周边或表面黏附，而且可吸收到血栓团块的深面；相对于陈旧性血栓，急性血栓含有更多表达GPⅡb/Ⅲa受体的血小板，将黏附更多的微泡，因此, MRX408也有助于急性与陈旧性血栓的鉴别。
近年超声微泡携药物进行溶栓的研究日益深入，有望成为一种安全有效的溶栓方法，进入临床应用。
2.2 冠心病的
近年来，随着基因转染、干细胞移植等技术的发展，将抑制血管内膜粥样硬化或与血管新生相关的因
子、基因或干细胞等导入病变心肌成为冠心病的一项新策略。
Kondo等[12]将携带人类肝细胞生长因子(hepat o2 cyte gr owth fact or,HGF)基因的裸质粒DNA输入急
性心肌梗死大鼠模型的左室壁心肌，结果显示超声触发微泡破裂可有效促进HGF基因在心肌组织内的表达，促进血管新生，缩小梗死面积和限制心肌梗死后的左室重构。Zhigang等[13]将超声造影剂用于介导血管内皮生长因子基因在大鼠缺血心肌内的转染，实现了基因的高效表达，促进了毛细血管的新生，再一次证明超声造影剂介导基因是一种无创、高效的基因转染方式。
经皮冠脉成形术后血管再狭窄一直是临床的一个棘手问题。Ki p shidze等[14]研究雷怕霉素与血管组织表达p27的量和冠脉支架术后再狭窄的关系，用微泡携带雷怕霉素注入冠脉支架置入术后猪模型的静脉内，与对照组比较，实验组猪的动脉内药物蓄积明显, p27表达增加，在支架置入区域组织增生情况明显减弱。从而提示，超声和微泡介导的基因/药物是防止血管扩张术后再狭窄的有效且安全的方法。
2.3 心肌病的
越来越多的研究发现，心肌病与许多基因的改变有关，这为应用基因心肌病提供了理论基础。Kan等[15]用超声触发微泡破裂促进内皮祖细胞在心肌内的靶向转染和表达，通过血管生成改善了心肌血供，使B I O T O2大鼠(一种扩张型心肌病相关基因缺陷大鼠)的心肌收缩功能提高。Masayoshi等[16]利用超声破坏造影剂微泡使HGF在阿霉素诱导心肌病大鼠心脏内靶向释放，实现心肌细胞的再生，使左心室收缩功能得到明显改善，并且证明心肌细胞的再生与HGF 促进心肌祖细胞的分化增殖有关。
目前，超声微泡介导心肌病基因的研究开展的还比较少，但是许多研究已提示心肌病可能是一种多基因缺陷性疾病，基因将是其根本的方法。因此，到一种有效、安全的基因携载方式对于心肌病的具有重要的意义。
3 目前存在的问题及研究方向
超声/微泡介导基因或药物仍面临一系列问题。首先超声发射频率、声强、辐照时间以及声学造影剂种类、剂量等的选择对不同种类基因表达、药物性质的影响和组织的损伤尚不明确，应针对不同疾病，不同方案进行参数优化，最大限度地增加基因的传输效率，控制药物的毒副作用且不造成细胞的不可逆损伤。其次，微泡的稳定性、靶向性和包载能力还有待提高，目前国内外正在针对微泡的性能、连接生物性靶分子及携带基因或药物的方式进行更深入的研究，使微泡造影剂更加适合的需要。另外，微泡造影剂在血循环中可能引起微栓塞，游离的药物或基因也可能产生毒副作用。只有通过更深入地研究，准确掌握这项新技术的优点和缺陷，才能更好利于它进行有效的。
尽管目前超声微泡造影剂介导基因或药物还存在许多问题有待解决，但作为一种新型的载体其研究价值和发展前景被普遍看好。相信随着研究的进展，超声微泡造影剂将会在心血管疾病领域发挥重要的作用。
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收稿日期:2007207211 修回日期:2007211214
(本文编辑：郭 宪)
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