肺癌是全球发病率及死亡率最高的肿瘤，尽管放化疗及免疫治疗等多种治疗手段不断发展，晚期肺癌的5年生存率仍不足18%。热疗是继手术、放疗、化疗和免疫治疗外的一种肿瘤综合治疗手段，可将肿瘤组织温度加热到40~43℃而不提高周围正常组织温度，已被诸多基础研究证实具有改变肿瘤细胞血供和氧合、抑制DNA修复、阻遏细胞周期进程和促进细胞凋亡的作用，对放化疗具有增敏效果。

热疗根据作用范围可分为局部热疗、组织间或腔内热疗、区域热疗及全身热疗^[1]。局部热疗是利用插入肿瘤内部的探针发射微波或射频对肿瘤组织进行加热及温控。组织间或腔内热疗常与近距离放疗搭配，多用于食管癌、前列腺癌和子宫颈癌等，将热源插入体腔内部。区域热疗多用于腹盆腔深部肿瘤，通过升高肿瘤区域血液或体腔温度来达到治疗目的。全身热疗需在深度麻醉下实施，对于全身转移性肿瘤的治疗具有一定意义。

目前热疗作为肿瘤综合治疗手段中的一种，已在头颈部肿瘤^[2]、子宫颈癌^[3]、乳腺癌^[4]及软组织肉瘤^[5]等瘤种中取得良好效果。但热疗在肺癌中仍未受到足够重视，因此，本文就热疗在肺癌中的基础与临床研究、与放化疗及免疫治疗的联合及新材料热疗等内容作一梳理，为今后热疗在肺癌中的广泛应用提供参考。

1 热疗对肺癌细胞作用的分子机制 1.1 促进肺癌细胞的凋亡

加热具有直接促进肺癌细胞凋亡的作用。一项研究使用433 MHz微波加热仪对3种非小细胞肺癌(non-small-cell lung cancer，NSCLC)细胞株进行加热，结果诱导活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)的产生，激活cyclinB1/cdc2复合体及上调p21基因表达，使肿瘤细胞更易出现凋亡^[6]。研究发现，热疗与放疗结合可通过提高核受体4亚家族A集团3号(nuclear receptor subfamily 4 group A member 3，NR4A3)和转录因子Krüppel-like factor 11(KLF11)的水平诱导A549肺癌细胞凋亡^[7]。另一项研究提示，热疗促进肺癌细胞凋亡是通过激活细胞膜受体肿瘤坏死因子家族介导的caspase-3通路来实现的^[8]。Zhao等^[9]在H460、PC-9和H1975三种NSCLC细胞株中发现微波热疗也可促进caspase-3介导的细胞凋亡，并引起细胞周期在G2/M检查点停滞。Caspase-3是凋亡蛋白酶级联反应的关键酶，加热激活caspase-3，分解细胞中大量的功能蛋白质，核酸内切酶激活，导致DNA特定部位断裂，聚二磷酸腺苷核糖多聚酶(poly ADP-ribose polymerase，PARP)无法修复受损DNA，最终导致细胞核结构破坏凋亡形成。

1.2 对肺癌细胞产生直接破坏

加热对肺癌细胞结构具有直接破坏作用。Yatvin等^[10]总结提出，加热可使细胞高尔基体受损，使细胞无法修复胞膜损伤，而胞膜是细胞抵抗外界刺激的重要屏障。加热还影响胞膜流动性和渗透性，使肌动蛋白丝和微丝功能受损，细胞器位置改变，胞内运输机制破坏^[11-12]。一项研究对NSCLC细胞株H1299分别给予43.5℃和45℃持续30 min加热，24 h后多数细胞体积缩小，活力下降，细胞间的信号传递不复存在^[13]。

1.3 阻碍肺癌细胞DNA复制和修复

加热使胞内蛋白去折叠化，暴露疏水基团，受损蛋白间形成难溶聚集体，严重影响DNA复制、RNA转录及DNA修复等细胞核基质功能^[14]。德国一项研究采用人A549肺癌细胞株，置于42~48℃环境30~120 min后细胞出现DNA损伤，且损伤随温度递增而加重^[15]。细胞在热环境中核仁蛋白快速迁移至细胞质，细胞复制蛋白A与核仁间的相互作用，会干扰复制蛋白的作用，从而阻碍DNA复制的起始阶段^[16]。MRN复合体在DNA双链断裂修复过程中起到重要作用，由MRE11、RAD50和NBS1蛋白组成。41℃加热可使MRE11与热休克蛋白70(heat shock protein 70，HSP70)间形成复合体，使MRE11蛋白中的重要基团移位，剩余基团间形成聚集体，无法完成DNA修复^[14]。

2 热疗联合放疗治疗肺癌

热疗联合放疗的协同效应是热疗领域研究的热点。热疗对放疗增敏的生物学基础主要表现为以下3点：(1)热疗可抑制DNA损伤修复，DNA双链断裂(double strand break，DSB)是放疗导致细胞死亡的主要原因，微波热疗与放疗结合可抑制高侵袭性NSCLC细胞株放疗后DNA双链断裂后的损伤修复，促进细胞凋亡，并有抑制肿瘤细胞侵袭的作用^[17]；(2)肿瘤组织微环境具有新生血管不足、乏氧和低pH的特点，热疗可增加肿瘤组织血供从而改善乏氧状态；(3)放疗对G2后期及M期细胞最敏感，S期细胞对放射线抗拒但对热疗敏感。热疗与放疗的相互作用程度主要通过热增强比(thermal enhancement ratio，TER)来描述，即单纯照射和照射加热产生同样的生物效应所需的辐射剂量之比。温度升高(42~45℃)，热疗时间延长，热放疗间隔时间缩短，热疗在放疗之后使用会升高TER值。

国外研究报道放疗与热疗联合应用的小样本回顾性研究^[18-20]。一项回顾性研究共纳入33例复发的NSCLC患者，27例为Ⅲ~Ⅳ期患者，均采用胸部病灶放疗配合区域热疗。复发后胸部放疗的中位剂量是50 Gy，热疗采用8 MHz射频电容仪，中位生存时间为18.1个月，其中8例患者复发后生存时间>3年，联合治疗的≥3级不良反应发生率仅9%^[18]。另一项回顾性研究分析两组Ⅲ期NSCLC患者，其中19例采用放疗联合热疗，26例采用单纯放疗，两组总体有效率为95%和70%(P < 0.05)，3年总生存率为37%和6.7%(P < 0.01)^[19]，证明联合治疗较单纯放疗具有优势，且热疗的参与未增加不良反应。2011年日本报道一项长达20年的单中心回顾性研究，纳入24例行根治性放疗结合热疗的肺上钩瘤患者，其中16例为Ⅲ~Ⅳ期，结果显示3年总生存率为47%，只出现1例3级皮肤反应^[20]。2006年日本一项前瞻性多中心随机对照研究共入组80例局部晚期肺癌患者，试验组40例予以66~70 Gy放疗联合射频热疗，对照组仅单纯放疗，联合治疗组虽未获得统计学上的生存获益，但1年局部无进展生存率试验组高于对照组(67.5% vs 29.0%，P=0.036)，且两组≥3级不良反应比较差异无统计学意义(P < 0.05)。热疗对表浅病灶的疼痛也具有很好的缓解作用。2002年一项研究探索放热结合对肺癌胸壁侵犯的患者缓解疼痛的可行性，共有13例ⅢB及Ⅳ期患者，放疗期间接受热疗的次数为3~9次。治疗结束后，12例胸壁疼痛得到改善，85%的患者观察到病灶缩小，其中2例获得完全缓解(complete response，CR)，仅3例出现暂时性皮肤疼痛^[21]。

3 热疗联合化疗治疗肺癌

基础研究证明，热疗对化疗也具有增敏作用，主要体现在增加胞内化疗药物聚集、抑制DNA修复、将细胞周期终止于对热疗敏感的S期、增加自由基的释放和逆转化疗药物耐药等方面^[22]。研究发现，微波热疗联合吉西他滨有效抑制NCI-H2170和NCI-H1703肺鳞癌细胞活性并诱导G₀/G₁细胞周期停滞及细胞自噬^[23]。

热疗与化疗的联合也有临床研究报道，意大利学者在1998年进行首次放化疗与热疗相结合的尝试显示，对于其中Ⅳ期患者，放化疗联合热疗组总生存期达到13.2个月，较单纯放化疗组的8.4个月有所提高(P < 0.01)^[24]。我国一项Ⅱ期临床研究共纳入80例晚期NSCLC患者，A组使用吉西他滨+顺铂联合射频热疗，B组仅使用化疗，结果显示两组患者治疗反应率差异无统计学意义(P < 0.05)，但生活质量A组高于B组(P < 0.05)，且两组间不良反应比较差异无统计学意义(P < 0.05)^[25]，提示热疗对改善患者生活质量也有积极意义。

4 纳米材料在肺癌热疗中的应用

近年来纳米材料逐渐应用于热疗中。其中最有应用前景的为磁性纳米粒子介导的靶向热疗。磁性纳米粒子能精确到达肿瘤所在部位，使肿瘤组织内部温度>43℃。磁性纳米颗粒通常由具有生物相容性的铁氧化物(磁铁矿和磁赤铁矿)作为内核，加上多糖外衣，可通过静脉注射在肿瘤组织区域高度富集，对周围正常组织伤害小。将磁性颗粒置于交变磁场中即可产热。相较于传统热疗方式，磁性纳米颗粒可通过损伤更小的方式直接接触肿瘤细胞，大幅减少不良反应^[26-27]。

研究发现，磁性纳米颗粒在交变磁场作用下可增加肺癌细胞株NCI-H460的放疗敏感性，其机制包括抑制DNA修复及增加caspase-3诱导的凋亡^[28]，证明磁性纳米材料热疗也具有增加放疗敏感性的作用。为了减少纳米颗粒静脉注射对除肺以外其他器官的影响，Sadhukha等^[29]采用经呼吸道吸入纳米颗粒的方式，并实现靶向作用于表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)基因突变肺癌细胞，实验结果表明EGFR靶向可吸入纳米颗粒在A549肺癌细胞株内的沉积较非靶向纳米颗粒高4.5倍，也显著抑制小鼠体内肺癌细胞的生长，并未给小鼠带来系统性肺损伤。为了进一步增加纳米材料的组织相容性和肿瘤导向性，Baskar等^[30]使用二肽磁性纳米颗粒植入NCI-H460细胞诱导的裸鼠体内，在脉冲电磁场作用下，与抗凋亡相关的HSP70和Survivin mRNA表达较普通磁性纳米颗粒降低5.33倍和2.66倍，有效促进肺癌细胞凋亡。白细胞介素-2(interleukin 2，IL-2)作为淋巴细胞增殖和细胞毒性T细胞活化的重要刺激因子，对提高细胞免疫和效应细胞毒性具有广泛的作用。研究探索IL-2和磁纳米粒子热疗相结合对Lewis肺癌小鼠的作用，纳米粒子直接注入肿瘤内部并将小鼠置于交变磁场中，HE染色切片可发现肺癌细胞凋亡和坏死，免疫组织化学显示，加热后HSP70和CD4⁺/CD8⁺T细胞在坏死细胞周边表达上升，对照组HSP70、CD4和CD8细胞均为阴性，提示纳米颗粒热疗有助于激活免疫细胞^[31]。

磁性纳米颗粒还能与化疗和靶向等多种治疗方式相结合。使用磁性固体脂质纳米颗粒包裹的紫杉醇作为新型材料，当外温由25℃上升到43℃时，紫杉醇的释放率增加3倍，说明通过加热可以有控制地释放化疗药物^[32]。Kim等^[33]和Dabbagh等^[34]分别将内含多柔比星的磁性纳米颗粒外裹高分子材料置于交变磁场中并作用于A549腺癌细胞株，纳米颗粒加热并释放化疗药物分别使78%和77%肿瘤细胞失活，均超过单纯化疗或热疗。有研究使用含顺铂的磁性羟基磷灰石纳米颗粒，其具有的超磁性属性可在1 min内产热，在加热和化疗药物的双重作用下通过激活细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)信号通路诱导A549细胞发生凋亡^[35]。我国一项研究同时采用抗EGFR西妥昔单抗(靶向治疗)和基因装载的免疫磁性白蛋白纳米球(基因治疗和热疗)用于抗GLC-82肺癌细胞株的生长，结果显示，联合治疗组的细胞凋亡指数达到67.7%，远超单纯治疗组及空白组，为热疗联合其他治疗方式提供极具价值的证据支持^[36]。

2005年德国Johannsen等^[37]报道磁性纳米颗粒介导的热疗在1例67岁复发前列腺癌患者中首次应用。但在肺癌中纳米材料还未进入临床。磁性纳米颗粒要想开展人体试验亟待解决的问题包括使纳米颗粒在肿瘤中均匀分布、增加纳米颗粒的生物相容性使其更好透过肺上皮屏障以及降低纳米颗粒的毒性问题等^[38]。

5 热疗与免疫治疗联合的探索

近年来，随着免疫治疗应用范围不断扩大，对于热疗与免疫治疗相关性的探索也逐渐深入。但免疫治疗总体有效率仅约20%，想要进一步提高免疫治疗的生存获益需要依靠患者自身的免疫反应。肿瘤抗原经过加工原本不易被自身免疫系统识别，热疗可诱导肿瘤细胞凋亡或坏死，将肿瘤抗原释放入血，被抗原提呈细胞识别，激活效应免疫细胞。另外，通过高温消融破坏的肿瘤组织可激发炎性反应，也可激发肿瘤抗原特异性细胞免疫反应^[39]。日本一项研究表明，CD8⁺ T细胞介导的免疫反应在局部热疗中起重要作用^[40]，通过增加细胞毒性CD4⁺、CD8⁺ T细胞在肿瘤组织及肿瘤微环境内的浸润^[41]，热疗可促进抗原提呈细胞和T淋巴细胞的迁移，从而促进自身免疫反应^[42-43]。此外，加热产生HSP，并分泌更多炎性反应因子和一氧化氮(nitric oxide，NO)激活抗原提呈细胞，促进DC细胞成熟并向淋巴组织迁移，发挥机体的固有免疫作用^[44]。HSP在树突状细胞(dendritic cell，DC)识别肿瘤抗原过程中起到关键作用，可使肿瘤抗原被主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)分子识别，激活抗原特异性T细胞，其中HSP70还具有抑制肿瘤转移的效应^[45]。加热还可提高肿瘤细胞的通透性，增加免疫治疗药物透过率，同时延缓耐药的发生^[46]。

热疗与免疫治疗的协同应用价值已在胰腺癌和乳腺癌等肿瘤中得到证实。研究表明，程序性死亡受体1(programmed cell death 1，PD-1)及程序性死亡受体-配体1(programmed cell death-ligand 1，PD-L1)药物与42℃热疗及放疗联合应用对胰腺癌细胞具有更强杀伤作用^[47]。丹麦一项研究探索对免疫治疗不敏感的C3H小鼠乳腺癌，发现联合热疗与抗细胞毒性T淋巴细胞抗原4(cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4)治疗可提高小鼠对免疫治疗的敏感性^[48]。另一项研究也发现，结肠癌肝转移小鼠射频消融术增加肿瘤内T细胞介导的免疫反应，肿瘤细胞反应性增加PD-L1表达，联合应用射频消融术和抗PD-1抗体可通过增加CD8⁺T细胞免疫反应，抑制其他转移瘤的生长^[49]。但目前尚无热疗和免疫治疗在肺癌中应用的报道，未来对于免疫治疗与热疗的联合方式也需要更多基础与临床研究提供证据支持。

6 展望

目前热疗作为放化疗的辅助治疗手段在肺癌患者中显示良好的生存获益，但其在肺癌综合治疗中的地位仍未受到足够重视，其原因在于热疗随机对照试验开展数量少、规模小，对热疗的生物学机制研究仍趋完善。未来许多问题有待进一步探索，如肿瘤组织内精确的测温技术、热疗设备的研发改进、与放化疗及免疫治疗的综合应用模式以及纳米材料的安全控制等。随着热疗联合放化疗及免疫治疗的前瞻性研究不断开展，热疗在肺癌患者全程管理中的地位将会逐渐升高，使其在肺癌综合治疗中发挥更重要的作用。