声波活检：通过整合超声波与液体活检实现敏感且空间定位的分子诊断
摘要
声波活检（Sonobiopsy）利用聚焦超声波（FUS）富集超声靶向病灶区域的循环生物标志物，通过液体活检实现高灵敏度、空间靶向的分子诊断。自2009年提出超声与液体活检结合的概念以来，该领域已发展出多种超声模式应用于不同疾病。推动声波活检的临床转化需要优化聚焦超声技术、增强生物标志物分析并阐明作用机制。
引言
液体活检通过分析生物液体中的疾病特异性生物标志物（如循环肿瘤DNA、微小RNA、外泌体等）获取诊断、预后和治疗反应信息。血液作为最常用的液体活检样本，其优势在于能无创获取多种临床相关信息。基于血液的液体活检已在肺癌、结直肠癌、前列腺癌等肿瘤的早期检测、治疗指导和残留病监测中展现显著价值。在非肿瘤领域，液体活检在感染性疾病、心血管疾病和神经退行性疾病的诊断中也展现出应用潜力。
然而，血液中疾病特异性生物标志物丰度较低限制了检测灵敏度。虽然数字PCR等技术提升了检测灵敏度，但血液样本的低丰度问题依然存在。此外，血液活检无法定位疾病解剖起源。聚焦超声波作为非侵入性技术，具备毫米级空间分辨率和深部组织穿透能力，其热效应和机械效应已被用于组织消融、药物释放和血脑屏障开放等应用。2009年提出的超声增强循环生物标志物概念，2018年发展出脑肿瘤生物标志物富集技术，并于2022年正式命名"声波活检"。
声波活检具备三大独特优势：1）通过破坏细胞和/或血管屏障富集循环生物标志物；2）可非侵入精准靶向特定病灶区域；3）通过控制采血时间应对生物标志物短半衰期（如cfDNA半衰期为16分钟至2.5小时）。
声波活检的聚焦超声模式
聚焦超声模式可分为热效应型（热消融和温和加热）和机械效应型（组织液化、脉冲超声和微泡/纳米液滴协同作用）。热消融通过60℃以上高温导致细胞凝固性坏死，美国FDA已批准其用于特发性震颤等治疗。温和加热（约42℃）通过激活热休克蛋白和增加血管通透性促进生物标志物释放。
组织液化（Histotripsy）利用微秒级超声脉冲产生气泡空化效应，导致组织液化。脉冲超声通过剪切力破坏细胞膜，而微泡/纳米液滴协同作用则通过稳定空化（增加膜通透性）和惯性空化（造成不可逆损伤）促进生物标志物释放。特别在血脑屏障开放（FUS-BBBO）应用中，该技术通过破坏内皮紧密连接和增加转胞吞作用，使脑源性生物标志物进入血液循环。
脑外癌症应用
2009年在结肠癌小鼠模型中首次验证了超声增强循环蛋白标志物概念。2016年大鼠前列腺癌研究显示，组织液化（32倍富集）比脉冲超声（11倍）更有效。2017年利用纳米液滴增强纤维肉瘤模型中外泌体标志物检测。临床研究显示，子宫肌瘤患者的热消融治疗后，内皮素-1等标志物显著升高。
脑肿瘤应用
在胶质母细胞瘤（GBM）研究中，FUS-BBBO使EGFRvIII ctDNA在小鼠模型中增加920倍，在猪模型中增加270倍。2023年首个人体研究显示，在高级别胶质瘤患者中使单核小片段cfDNA增加1.6倍，TERT突变ctDNA增加5.6倍。目前有5项临床试验正在进行，包括评估ctDNA富集效果和优化cfDNA采集时机的多中心试验。
神经退行性疾病应用
在tau蛋白病小鼠模型中，FUS-BBBO使血浆磷酸化tau蛋白（pTau181/pTau231）和神经丝轻链（NfL）水平显著升高。阿尔茨海默症患者的临床研究显示，FUS-BBBO体积与外泌体中GFAP、Tau等标志物呈正相关。研究提示优化超声参数和采样时间可提高生物标志物检测效率。
脑基因表达监测
通过FUS-BBBO实现非侵入性脑特异性转基因表达检测（REMIS）技术，利用Gaussia荧光素酶（GLuc）作为报告蛋白，在小鼠模型中使血浆GLuc水平平均提升6.1倍。该技术结合神经元活性调控的基因电路，实现脑活动监测的突破。
器官移植排斥检测
超声靶向微泡破坏（UTMD）技术通过增强心脏移植受者血液中外泌体miRNA（如miR-142-3p等）检测，使排斥组miRNA水平提升9.84-13.54倍。免疫抑制治疗可抑制miRNA升高，为无创移植排斥诊断提供新方法。
讨论与展望
当前研究主要验证声波活检的可行性和安全性，未来需要重点优化FUS参数、提升生物标志物分析技术并阐明作用机制。安全评估显示组织液化虽造成更大损伤，但可能适用于癌症检测。需建立标准化方案，整合先进检测技术（如cfDNA片段组学、甲基化分析），探索其他生物液体（如脑脊液）应用。临床转化需解决设备标准化、影像-分子诊断整合及法规合规性问题。
声波活检有望革新患者诊疗全流程：诊断期实现影像病灶的分子特征无创分析，治疗期支持纵向疗效监测，治疗后区分治疗效应与疾病复发。潜在应用涵盖肿瘤学、神经退行性疾病、基因治疗监测和移植排斥筛查，为个性化医疗提供关键技术支撑。
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