肿瘤电场治疗（TTFields）是一种全新的物理疗法，利用低强度中等频率电场杀灭癌细胞。由于TTFields独特的作用机制，使其具有异瘤同治，广谱抗癌的潜能。在胶质瘤领域，EF-11和EF-14 两项III期临床试验已经证实了TTFields的疗效性和安全性，并先后于2011年和2015年获美国FDA批准用于复发和新诊断的胶质母细胞瘤（GBM）患者。在恶性胸膜间皮瘤（MPM）中，STELLAR研究证实了TTFields联合培美曲塞/铂一线治疗不可切除的MPM，与历史对照相比OS显著延长，并基于此FDA批准了TTFields在恶性胸膜间皮瘤的适应症。针对非小细胞肺癌（NSCLC）的LUNAR III期临床试验也达到了阳性终点，并将于今年国际大会公布具体数据。除此之外，TTFields正在肝癌、胰腺癌、卵巢癌、胃癌等多个癌种中开展临床试验，结果值得期待。本期肺凡e刻特别邀请到浙江大学医学院附属邵逸夫医院的方勇教授为大家介绍TTFields的作用机制。
浙江大学医学院附属邵逸夫医院肿瘤内科科室副主任
浙江省抗癌协会青年理事会秘书长
浙江省抗癌协会肿瘤内科专业委员会副主委
中国临床肿瘤学会（CSCO）理事
中国临床肿瘤学会（CSCO）射频消融专业委员会副主委
中国临床肿瘤学会（CSCO）抗肿瘤安全管理委员会委员
中国抗癌协会(CACA)靶向治疗专业委员会委员
中国抗癌协会（CACA）肿瘤微创治疗专业委员会消融治疗分会常委
中国医药教育协会肿瘤免疫专业委员会常委
中国医药教育协会腹部肿瘤专业委员会常委
浙江省数理医学会理事
浙江省数理医学会肿瘤精准诊疗专业委员会副主委
浙江省肿瘤靶向治疗技术指导中心副主任
浙江省医学会肿瘤精准治疗专业委员会副主委
TTFields交变电场频率为100kHz-500kHz，可影响癌细胞内部，破坏细胞存活的重要进程，同时对周围组织尽量最小刺激或加热，从而靶向杀伤癌细胞，同时不影响健康细胞和组织。由于其多重作用机制，TTFields在与化疗、靶向、免疫等联用治疗实体瘤时可增强疗效。TTFields的作用机制主要包括：破坏有丝分裂、下调DNA损伤应答、增强抗肿瘤免疫、干扰细胞运动和迁移。
机制一：破坏有丝分裂
早在20世纪80年代，Takashima等人就发现中等频率的电场会对微小的硅粒子产生力的作用力，使之在电场中发生重排效应。在均匀的交变电场中，带电粒子将无法正常运动只能保持震荡，而偶极子则会旋转并最终排列方向与电场方向保持一致（即偶极子重排效应）；在非均匀电场中，电荷和偶极子将向最高场强的区域移动（即介电泳效应）。细胞内存在着很多的偶极子，比如蛋白质、细胞器。因此在肿瘤细胞有丝分裂过程中，偶极子在电场的作用下就会发生不正常的运动，最终导致有丝分裂的失败。
在正常有丝分裂的中期，微管蛋白亚基组装成为纺锤丝，其组装有一定的方向性。而在电场的作用下，微管蛋白亚基被高度极化，并且被迫沿着交变电场的方向排列，阻止细胞分裂过程中微管纺锤体形成，从而延迟有丝分裂并导致细胞凋亡。在有丝分裂后期，septin蛋白被募集到细胞中线位置并通过自组装形成卵裂沟收缩环。而TTFields的匀强交变电场力通过阻碍septin蛋白移动和结合来抑制其中线定位功能，导致细胞膜收缩元件无序地散布于各处，最终细胞发生剧烈的异位收缩，从而引起细胞膜出泡。
正常有丝分裂中，微管蛋白亚基 组装成为纺锤丝，其组装有一定的方向性
交变电场存在时，干扰极性分子不断调整角度，从而影响微管组装以及Septin复合物定位，干扰细胞有丝分裂
最后，在有丝分裂末期，细胞的几何形状发生似“沙漏状”改变，引起电场线在卵裂沟处高度聚集，而在细胞两极较稀薄，该非匀强电场的形成使细胞质发生介电泳效应，细胞内的带电大分子和细胞器被推向即将分裂的子细胞连接颈部，使细胞发生结构性损伤并最终导致细胞破裂、死亡。
细胞分裂凹陷形成卵裂沟，导致电场线弯曲汇聚
细胞器和染色体重新聚集在凹陷处，癌细胞分裂被阻断，癌细胞起泡、破裂，死亡
机制二：下调DNA损伤应答
Michael D Story团队在TTFields抗有丝分裂机制的基础上，研究发现TTFields能够下调范科尼贫血/BRCA（FA-BRCA）通路的相关基因表达，从而增加DNA的复制压力，从分子层面进一步探索了TTFields的抗肿瘤机制。前期探索中，研究团队在5个肺癌细胞系中发现TTFields不仅使细胞在G2/M期富集，同时还产生了sub-G1亚群（意味着凋亡细胞群体的存在）。这引发了研究人员的思考，TTFields在抗有丝分裂的基础上，是否存在其他机制能导致细胞凋亡？通过对凋亡相关基因的表达分析发现，TTFields处理后BRAC1通路基因受到显著抑制，并通过免疫印迹实验证实了TTFields处理对FA-BRCA通路蛋白（包括BRCA1、FANCA和FANCD2）表达下调的作用。
FA通路蛋白在DNA复制、转录和复制应激过程中起到维持基因组完整性、稳定复制叉的作用。细胞实验表明，随着TTFields暴露时间的延长，复制叉速度降低，新合成的DNA片段长度缩短，R-LOOP结构含量显著增加，提示TTFields增加了DNA的复制压力，导致DNA损伤和细胞死亡。正是基于此作用机制，TTFields在与DNA损伤剂（例如放疗、顺铂）或复制叉维持/DNA修复通路抑制剂（例如PARP抑制剂）联用时可增加疗效。
机制三：增强抗肿瘤免疫
抗肿瘤免疫周期的激活需要经过免疫原性细胞死亡（ICD）、 抗原呈递、T细胞启动和激活等多个环节。一项研究从细胞/动物水平，证实了TTFields处理过的肺癌细胞可以产生钙网蛋白（CRT）、染色质结合蛋白高迁移率族蛋白B1（HMGB1）、磷酸化形式的真核翻译起始因子2α（p-eIF2α），从而诱发了ICD过程。另一项研究继续深入探索了TTFields对肿瘤免疫的影响，发现TTFields能在DNA合成期（S期）促使肿瘤细胞核膜发生局部破裂，释放的胞质微核簇并募集cGAS、AIM2，从而激活两条下游通路：cGAS/STING和AIM2/caspase-1，这两条通路的激活会令肿瘤细胞膜损伤，从而释放促炎细胞因子（PICs）和1 型 IFNs（T1IFNs），这些炎性因子均属于损伤相关分子模式（DAMPs），从而激活下游免疫途径，使DC细胞/T细胞活化。这个过程可以使“冷肿瘤”转变为“热肿瘤”，改善肿瘤免疫微环境，增强下游抗肿瘤免疫。正是基于此机制，TTFields在与免疫药物联用中发挥重要作用，胶质瘤领域2-THE-TOP研究的成功以及即将公布的肺癌LUNAR研究也印证了这一点。
机制四：干扰细胞运动和迁移
TTFields干预可以在极性微管蛋白上施加定向力,使其沿电场方向排列,导致微管丰度变化,破坏细胞的极性和迁移方向性。此外，细胞实验发现TTFields处理相比于对照组，可以抑制U87和U373胶质母瘤细胞的迁移和侵袭。机制研究发现TTFields可以降低细胞中上皮-间充质转化（EMT）相关蛋白和mRNA水平；降低缺氧诱导因子1（HIF1）和血管内皮生长因子（VEGF）的表达，抑制内皮细胞血管生成。因此TTFields在与抗血管药物联用中可能增加疗效。通路研究显示，TTFields通过抑制AKT和IκBα的磷酸化，阻断NFκB p65的转位，下调EMT和ECM标记物的表达，下调NF-κB、MAPK和PI3K/AKT信号通路来抑制细胞侵袭和迁移。
综上所述，TTFields是利用多重机制杀灭肿瘤细胞的物理疗法，能够广泛地与癌症治疗方案联用。是继手术、放疗、药物治疗之后第四种肿瘤创新治疗方法。
1. Gutin, Philip H, and Eric T Wong. “Noninvasive application of alternating electric fields in glioblastoma: a fourth cancer treatment modality.” American Society of Clinical Oncology educational book. American Society of Clinical Oncology. Annual Meeting (2012): 126-31. doi:10.14694/EdBook_AM.2012.32.122
2. Karanam, Narasimha Kumar et al. “Tumor-treating fields elicit a conditional vulnerability to ionizing radiation via the downregulation of BRCA1 signaling and reduced DNA double-strand break repair capacity in non-small cell lung cancer cell lines.” Cell death & disease vol. 8,3 e2711. 30 Mar. 2017, doi:10.1038/cddis.2017.136
3. Karanam, Narasimha Kumar et al. “Tumor treating fields cause replication stress and interfere with DNA replication fork maintenance: Implications for cancer therapy.” Translational research : the journal of laboratory and clinical medicine vol. 217 (2020): 33-46. doi:10.1016/j.trsl.2019.10.003
4. Barsheshet, Yiftah et al. “Tumor Treating Fields (TTFields) Concomitant with Immune Checkpoint Inhibitors Are Therapeutically Effective in Non-Small Cell Lung Cancer (NSCLC) In Vivo Model.” International journal of molecular sciences vol. 23,22 14073. 15 Nov. 2022, doi:10.3390/ijms232214073
5. Chen, Dongjiang et al. “Tumor Treating Fields dually activate STING and AIM2 inflammasomes to induce adjuvant immunity in glioblastoma.” The Journal of clinical investigation vol. 132,8 (2022): e149258. doi:10.1172/JCI149258
6. Kim, Eun Ho et al. “Tumor treating fields inhibit glioblastoma cell migration, invasion and angiogenesis.” Oncotarget vol. 7,40 (2016): 65125-65136. doi:10.18632/oncotarget.11372
排版编辑：肿瘤资讯-CYX
苏公网安备 32059002004080号
