光動力療法及其在治療膠質母細胞瘤中的進展①

韋凱倫，夏學巍

(1.桂林醫學院，廣西 桂林 541199；2.桂林醫學院附屬醫院，廣西 桂林 541001)

光動力療法(photodynamic therapy，PDT)是利用適合波長的光線激發已經被腫瘤細胞攝取的光敏劑，產生光化學反應而使細胞死亡，是一種治療惡性腫瘤的新方法?！肮鈩恿Ο煼ā钡恼Q生可以追溯到1900年，德國醫學專家Oscar Raab在草履蟲的實驗中發現吖啶橙(acridine orange)和光照會引起草履蟲的死亡，隨后的研究發現這種“光動力學”效應需要光敏劑、光和氧氣共同作用才能介導細胞毒性，也就是只有它們合適的組合才能在組織內發揮作用[1]。1978年，Dougherty等[2]進行了PDT在人類癌癥中的首次大規模實驗，開創了利用光與光敏劑治療腫瘤的先河。目前光動力療法在食管癌、肺癌等腫瘤的治療中取得了較好效果。膠質母細胞瘤是最常見的神經系統腫瘤，標準化方案治療效果不佳，為了提高治療效果，眾多學者在傳統治療方案的基礎上，不斷探索新的治療方法，光動力療法用于膠質母細胞瘤的治療就是研究、探索的方向之一。本文就光動力療法及其在治療膠質母細胞瘤中的研究進展作一綜述。

1 光動力療法的作用機制

光動力療法對細胞有直接殺傷作用，可以引發細胞的壞死[3]。大量的研究證明光動力療法可以引發細胞凋亡，在人臍靜脈內皮細胞的實驗中，經光動力療法處理后細胞TUNEL染色檢測發現細胞的凋亡率上升，同時蛋白質印跡技術也證明了細胞色素c、Caspaese-3剪切體的表達是上升的，說明光動力療法可以引發細胞的凋亡程序[4]。在L1210細胞中的實驗表明，經較高的治療劑量處理后，Bcl-2蛋白在細胞中的表達有較大程度降低，也意味著細胞會發生凋亡[5]。在常見皮膚癌的體外實驗中發現，治療后的細胞中LC3表達量增加，證實自噬是光動力療法的作用機制之一[6]。在定位于溶酶體的光敏劑N-aspartyl chlorin e6(NPe6)的實驗中，細胞色素c在處理后的3 h內呈時間依賴性持續增加，Caspase-9前體的裂解同步增加，并且Caspase-9下游的Caspase-3也出現顯著的升高[7]。光動力療法在全球第二大常見癌癥-乳腺癌中的研究也表明，這些不同機制的發生取決于光敏劑的亞細胞定位[8]。

光動力療法可以在腫瘤血管、腫瘤微環境方面發揮作用。光敏劑在吸收適合波長的激發光后會從基態轉變為激發態，激發態的光敏劑又能把能量傳遞給周圍的氧，從而在激光照射區域產生具有高度組織毒性的活性氧基團，這些活性氧基團可以損傷血管的基底膜，使血管內皮細胞的鏈接缺失，從而增加了血管的通透性，形成血栓，進而使腫瘤的局部組織滋養血管閉塞，造成腫瘤細胞發生缺血、缺氧，最終死亡。因此，有學者為提高光敏劑在治療中產生活性氧的能力進行了研究，其研究成果不但可以增強腫瘤的熒光成像提高診斷效果，還可以提高光動力治療的效果，在臨床應用方面具有巨大的應用潛力[9]。

光動力療法在腫瘤治療的過程中會破壞腫瘤組織，這會引起強烈的炎癥反應。炎癥因子的釋放、補體的激活都可以激起整個機體的非特異性免疫應答，同時，活化的樹突細胞也會激活T細胞、B細胞等，進而產生特異性的免疫反應。有學者對兩種亞細胞定位不同的光敏劑pz I、pz Ⅲ進行了研究，發現它們可以有效誘導免疫原性細胞死亡，為光動力的癌癥免疫治療打下了基礎[10]。在發現光動力療法可以誘導免疫反應后，有學者提出可以利用光動力療法研制腫瘤疫苗，并已在體內實驗中取得較好的效果[11]，這為腫瘤治療提供了新的研究方向。

2 光動力療法主要影響因素

光動力療法需要光敏劑、光照和氧氣才能發揮效用，光敏劑的優化、光源輻照方式的優化以及光照劑量的優化是改善光動力效應和提高光動力效應在臨床應用的關鍵[12]。

2.1 光敏劑

光敏劑是光動力療法的一個重要影響因素，首先需要在腫瘤細胞內蓄積，并且被激發后既可以把能量傳遞給反應物，而本身不發生相關反應。因此，光敏劑研究對光動力療法的發展是非常重要的。血卟啉衍生物(hematoporphyrin derivative，HpD)是一種水溶性卟啉類混合物，是第一代研發并應用于光動力治療的卟啉類光敏劑，在臨床上廣泛應用于多種惡性腫瘤的治療，但存在成分復雜、體內代謝緩慢等缺點。相比于第一代，第二代光敏劑靶向能力及活性氧的產生能力更強，在體內的代謝時間更短。研究人員在二代光敏劑的基礎上為其添加特定的靶向分子或者進行相關化學修飾，克服了第二代光敏劑的缺點，促成了第三代光敏劑的出現。第三代光敏劑的靶向作用更有利于光敏劑在腫瘤細胞內的蓄積，同時其攜帶的靶向治療物質可以產生更強的殺傷作用[13]。使用納米技術合成新光敏劑的研究也取得了較大的進展，針對線粒體可能是光動力療法最主要的靶點，有學者研制了一種靶向線粒體的光敏劑DPP2-NPs，在體外實驗中可以更有效地發揮光動力效應，在U14細胞皮下造模的裸鼠模型中也有較好的腫瘤抑制作用[14]。也有學者開發出了靶向溶酶體的光敏劑，在肺癌細胞系中取得了較好的治療效果[15]。還有研究者利用癌細胞中的總RNA含量普遍高于正常細胞的特點，利用噻唑橙的骨架結構修飾研發了一種新的光敏劑QICY，這種光敏劑具有識別癌細胞的RNA靶向能力，體內實驗驗證了其治療后可以抑制腫瘤生長[16]。上述研究成果優化了光敏劑設計、合成的方式方法，同時新技術的誕生和應用為進一步開發高效光敏劑奠定了基礎。

2.2 照射光源

光動力光源的選擇主要考慮兩個方面，一個是能夠有效激發光敏劑， 另一個是能有效地傳輸至治療部位并均勻分布。激光技術產生后，獨特的優勢使其成為PDT首選光源，現在市場上已經有各種波長的半導體激光器，它們成了激光醫療設備的主流產品，特定的波長、穩定的傳輸能力顯著提升了PDT臨床應用的效果[17]。在手術中，固定的光源可能存在照射盲區，因此，有學者提出了利用改良牙鏡的鏡面反射系統來提高光照的效率，其對光照儀器系統的改動較小并且效果良好，在臨床上值得推廣應用[18]。為了同步解決治療中氧供問題，有學者提出利用變壓吸附原理來制造純氧、微透鏡陣列多光譜LED發光器件與二次透鏡陣列相結合組合成光動力治療照射裝置，研制出一種既可以供給純氧又是使用LED陣列作為光源的復合光動力治療設備[19]。也有學者研發了新型光纖擴散器，使光的散射隨著光的傳播而逐漸增加，這種梯度散射可以補償光衰減并提供相對均勻的光線照射[20]。腫瘤的形狀通常不規則，導致了單純手術難以對腫瘤進行完全切除，有學者研制出了一種可以貼合殘腔的球囊，這種球囊增加了激發光的傳導效率，可以更為有效地對殘余腫瘤進行殺傷[21]。這些新的方式都能更有效地傳遞激光，激發光敏劑，從而發揮更好的治療作用。

2.3 氧氣

光動力治療中，氧供是一個重要的影響因素，光敏劑激發后將能量傳遞給氧，氧分子就從基態的三線態變成激發態的單線態，這時的激發態氧分子具有極強的氧化性，會導致光敏區域內的蛋白質、脂肪和其他分子的損傷。目前，主要是以改善局部血流來提高組織的氧含量。因此，有研究者提出血流測量下的個性化光動力療法可以使光能量傳輸最優化，與標準方案相比較，這種方法可以產生更好的治療效果[22]。對于不能以增加血流量來提高局部氧含量或者不能監測血流量作為治療依據的情況，有學者進行了乏氧光動力的研究，研發出一種由鐵氧化合物和卟啉組成的新型光敏劑Fe-TBP，它可以在氧氣充足和乏氧兩種情況下激活，實驗證明在CT26大腸腺癌的小鼠模型中有較好的治療效果[23]。同時，一種新型的可持續光動力治療系統也被開發出來，光照停止后，相關物質可以繼續供氧，促進樹突狀細胞活化，對腫瘤發生免疫反應[24]。目前，大多數增加氧供的方法是從光敏劑的研發角度進行，但這些方法的提出和改進對腫瘤細胞的殺傷無疑是更為有效的。

3 光動力療法治療膠質母細胞瘤

由于顱腔容積的有限性，若發生顱內腫瘤，無論腫瘤的良性或者惡性，占位效應都會對腦組織進行壓迫，進而影響腦功能甚至危及生命[25]。目前，臨床上膠質母細胞瘤的標準化治療方案是手術切除和放化療結合，但這種聯合治療方案2年內的復發率較高[26]。顱內腫瘤的形狀一般不規則或者位置較深，單純的手術難以對腫瘤進行完全切除，而光動力療法可以借助光纖、內鏡等技術將激光引導至人體深部進行治療，因此，手術聯合光動力治療成了研究的熱點。理論上光動力療法損傷的有效深度大于光穿透深度，并且可以延伸到1 cm或更大的距離，因此光動力療法最有希望根除手術切除后殘留的腫瘤細胞，這些殘留的腫瘤細胞往往是導致復發的主要原因。胡韶山[27]發現，光動力療法能有效殺傷膠質瘤與正常腦組織界面的殘存腫瘤，并激發局部的免疫效應，證明光動力療法可以有效治療膠質母細胞瘤。

3.1 熒光引導手術

第二代光敏劑5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，5-ALA)是血紅蛋白代謝途徑中產生的一種天然中間代謝產物，可以優先在惡性腦腫瘤和侵襲癌細胞中積聚[28]。有學者發現，暴露于5-ALA后，C6神經膠質瘤細胞可以在體外和體內積累卟啉，體內實驗評估了5-ALA介導的光動力療法的安全性和有效性[29]。目前，5-ALA是研究最廣泛的高級別膠質瘤熒光引導切除的治療劑，也是美國食品和藥物管理局批準可以應用于膠質瘤手術的藥物。在一項使用5-ALA作為光敏劑的光動力療法的前瞻性研究中，有經驗的外科醫生在術中可以判別出光敏劑激發的熒光，對高級別膠質瘤有很高的靈敏度和陽性預測，同時，5-ALA較少出現藥物相關的不良事件[30]。但是，5-ALA在低級別膠質瘤的熒光導向應用中通常不能被激發顯示，有學者對術中低級別膠質瘤的術中診斷及鑒別提出了新的優化方案，既利用光纖探針對熒光信號進行定量收集以區別正常細胞和腫瘤細胞，還可以利用熒光技術和共聚焦顯微鏡組合進行手術[31]。也有學者提出術中熒光引導和光動力療法相結合用于治療膠質瘤患者，因為術中熒光引導可有效提高切除率，光動力治療可以有效地殺傷殘余腫瘤細胞，兩種方法相結合可以更有效地對患者進行治療[32]。但是這些治療方案在臨床應用方面都需要更多的樣本進行循證論證分析。

3.2 間質光動力療法

間質光動力療法(interstitial photodynamic therapy，iPDT)是通過立體定位將光纖插入腫瘤內，向腫瘤組織傳遞光刺激來進行光動力治療的一種方法。在體外模型中，間質光動力療法治療膠質母細胞瘤的有效性得到了驗證[33]。有學者證實間質光動力療法用于治療高級別膠質瘤是有效的，相對于開顱、腔內光動力治療的情況，5-ALA介導的獨立間質光動力療法可以有效避免永久性神經功能損傷的發生，同時又可以降低感染等手術風險[34]，這突出了間質光動力療法的優點。也有學者將間質光動力療法用于治療復發惡性膠質瘤患者，經治療后患者再次復發的平均時間為7.1個月，平均生存期為13.0個月，1/4的患者生存期超過2年[35]。相對于射頻熱消融療法，間質光動力療法可以在治療中對細胞靶向性殺傷，但是間質光動力療法需要更為有效的光源傳導系統、更為精確的腫瘤定位和治療范圍的計算，因此，間質光動力療法的限制性有待研究者解決突破。

4 光動力療法的不足

光動力療法的有效治療深度是光動力實施中必須考慮的問題。有日本學者對使用光動力療法治療膠質瘤后死亡的患者進行了尸檢，發現死前磁共振顯示治療部位腫瘤無復發，顯微分析顯示腫瘤切除腔表面的組織病理學改變平均深度達到12.7 mm。但是也有患者的病理分析顯示，在這個深度周圍或更遠處觀察到存活的腫瘤組織，因此，臨床應用中需要找到能夠更有效殺傷殘存細胞的方式方法[36]。膠質母細胞瘤位置特殊，處于封閉的顱內，目前未見有可以埋置于顱內的可吸收材料用于激發光的傳導，使之可以在術畢關顱后重復進行光動力治療，又可以減輕患者因處理光線傳導裝置帶來的痛苦。光敏劑結構性能的優化、治療區域氧供方式的優化、利用光動力療法制作腫瘤疫苗等等，這些都是需要解決的問題，臨床應用中還需要解決治療費用較高、治療后產生水腫等問題。

5 結語

綜上所述，光動力療法具有創傷小、光敏劑“靶向”癌細胞、疾病治療范圍廣等優點，隨著新一代光敏劑、激光光源在臨床的應用，使得光動力療法日益成為一種行之有效的抗腫瘤手段，目前尚有較多的研究成果處于基礎研發階段，相信這些研究成果可以為光動力療法的臨床應用奠定更加堅實的基礎，也將更好地造?；颊?。