5-氨基-3-乙酰丙酸光動(dòng)力療法在腫瘤診斷和治療中的應(yīng)用進(jìn)展

趙轉(zhuǎn)霞，屠 璐，劉哲鵬

[上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院藥物制劑(設(shè)備與工藝)研究所，上海 200093]

光動(dòng)力療法(photodynamic therapy, PDT)利用光敏性藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)積聚，再經(jīng)由特定波長(zhǎng)的激光照射，發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的死亡。20世紀(jì)80年代國(guó)外學(xué)者就進(jìn)行了PDT治療惡性腫瘤的嘗試，取得了較好的療效。隨著近年來(lái)光敏藥物和激光等技術(shù)的發(fā)展，PDT已成為腫瘤治療最具前景的方法之一。

1 5-氨基-3-乙酰丙酸光動(dòng)力療法的作用機(jī)制

5-氨基-3-乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，5-ALA)是一種內(nèi)源性物質(zhì)，廣泛存在于機(jī)體的組織器官內(nèi)，本身沒(méi)有光動(dòng)力效應(yīng)，但能在體內(nèi)合成具有光動(dòng)力效應(yīng)的原卟啉，其代謝主要通過(guò)合成血紅素完成[1]。正常情況下，體內(nèi)5-ALA的含量受到血紅素的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，保持動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，細(xì)胞內(nèi)不會(huì)蓄積過(guò)多的5-ALA。當(dāng)大量外源性5-ALA進(jìn)入機(jī)體，會(huì)被代謝旺盛的腫瘤細(xì)胞選擇性吸收，并轉(zhuǎn)化成原卟啉在腫瘤細(xì)胞內(nèi)大量積聚，打破負(fù)反饋調(diào)節(jié)的平衡狀態(tài)。原卟啉是一種具有強(qiáng)光敏性的內(nèi)源性物質(zhì)，在特定波長(zhǎng)的激光照射下可產(chǎn)生單態(tài)氧、羥基和過(guò)氧化氫等多種活性氧化物，與細(xì)胞內(nèi)的生物大分子物質(zhì)相互作用，產(chǎn)生毒性物質(zhì)，引起腫瘤細(xì)胞膜、線粒體和核酸的損傷，使腫瘤細(xì)胞死亡[2]。光敏藥物和激光單獨(dú)使用對(duì)癌細(xì)胞沒(méi)有殺傷作用，而在有氧條件下聯(lián)合使用能選擇性殺傷腫瘤細(xì)胞卻不傷及正常組織和細(xì)胞[3]。

2 5-ALA在腫瘤診斷中的應(yīng)用

原卟啉在腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞內(nèi)的分解速度不同，在正常細(xì)胞內(nèi)，原卟啉在2～4 h可徹底降解，而在腫瘤細(xì)胞內(nèi)則需要12～24 h[4]。腫瘤組織和周?chē)＝M織的原卟啉含量的差異，使得組織在接受激光照射后熒光發(fā)射光譜產(chǎn)生差異，因而可以通過(guò)特征性的光譜區(qū)分正常組織和腫瘤組織，達(dá)到腫瘤早期診斷的目的，但這種方法敏感性和特異性相對(duì)較低。臨床上通常給予機(jī)體大量外源性5-ALA，促使腫瘤組織原卟啉的合成量明顯增加，造成腫瘤組織原卟啉的大量蓄積，再利用相應(yīng)波長(zhǎng)的激光照射，直接對(duì)腫瘤組織進(jìn)行內(nèi)窺鏡熒光成像，從而實(shí)現(xiàn)腫瘤的定位診斷。該方法在淺表腫瘤和膀胱腫瘤的診斷中最為常用。臨床上通常將5-ALA涂抹于皮膚患處，再進(jìn)行光動(dòng)力學(xué)檢測(cè)，操作簡(jiǎn)單、結(jié)果直觀。然而有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，該方法在黏膜部位、炎癥浸潤(rùn)和組織糜爛部位易產(chǎn)生非特異性染色，產(chǎn)生假陽(yáng)性，對(duì)診斷造成了較大的影響。淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是腸癌病人的關(guān)鍵性征兆之一，Kato等[5]利用直腸癌小鼠模型經(jīng)腹腔內(nèi)注射和灌胃給予5-ALA進(jìn)行原卟啉熒光診斷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)腹腔內(nèi)注射給藥組小鼠的腫瘤組織和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移灶都檢測(cè)到了熒光，而正常淋巴結(jié)沒(méi)有檢測(cè)到熒光，同時(shí)在灌胃給藥組小鼠的腫瘤組織中也沒(méi)有檢測(cè)到熒光，表明腹腔內(nèi)注射5-ALA可能用于術(shù)中直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移灶的診斷。該方法敏感性較高，能發(fā)現(xiàn)普通膀胱鏡無(wú)法發(fā)現(xiàn)的小癌灶或遺漏的異位腫瘤，但該方法同樣存在給藥劑量大和不良反應(yīng)嚴(yán)重的缺陷。

由于5-ALA在腫瘤診斷方面存在缺陷，因此研究人員嘗試?yán)没瘜W(xué)分子修飾或分子結(jié)合等方式提高5-ALA的穿透性和保留效應(yīng)，以期獲得更好的原卟啉積聚[6,7]。目前對(duì)5-ALA的化學(xué)修飾主要是針對(duì)5-ALA進(jìn)行酯化，獲得5-ALA酯類(lèi)化合物用于PDT。美國(guó)FDA已經(jīng)批準(zhǔn)一種5-ALA酯類(lèi)衍生物用于熒光膀胱鏡進(jìn)行膀胱腫瘤的診斷[8]?？茖W(xué)家更多地關(guān)注以納米材料分子結(jié)合的方法增強(qiáng)5-ALA在腫瘤疾病診斷中的應(yīng)用。Yang等[9]利用殼聚糖納米顆粒作為載體運(yùn)載5-ALA用于檢測(cè)腸癌，該組裝顆粒能被人結(jié)腸癌Caco-2細(xì)胞攝取，并能逃避大腸桿菌的吞食，對(duì)5-ALA的運(yùn)載效率高達(dá)75%。而后Yang等[10]又對(duì)殼聚糖納米顆粒進(jìn)行了葉酸修飾和藻酸鹽組裝，組裝的納米顆粒能使被運(yùn)載的5-ALA在溶酶體釋放，導(dǎo)致原卟啉的產(chǎn)生與積累，有效地逃避細(xì)菌的吞食，使藥物更充分地進(jìn)入腸癌細(xì)胞，提高了5-ALA在腸癌細(xì)胞的釋放，進(jìn)而促進(jìn)了原卟啉的積聚，提高診斷的熒光強(qiáng)度。

3 5-ALA在腫瘤治療中的應(yīng)用

1987年首先發(fā)現(xiàn)5-ALA可以作為光敏藥物用于惡性腫瘤的治療[11]。1990年，Kennedy等[12]首次將5-氨基-3-乙酰丙酸-光動(dòng)力療法(ALA-PDT)用于臨床治療皮膚癌，將含有5-ALA的軟膏涂抹于病人的病變區(qū)域，并以激光照射數(shù)小時(shí)后，將癌細(xì)胞殺死。自此ALA-PDT被廣泛用于各種腫瘤疾病的治療。

尖銳濕疣是常見(jiàn)的腫瘤性傳播疾病，是由人乳頭瘤病毒(HPV)引起的一種良性乳頭瘤增生性傳染病，有轉(zhuǎn)化為惡性腫瘤的可能。陳啟紅等[13]對(duì)78例尖銳濕疣病人局部用ALA-PDT治療，治療后一周判定療效，治愈率高達(dá)72.8%，復(fù)發(fā)率為19.2%，無(wú)感染、潰瘍、瘢痕和尿道狹窄等不良反應(yīng)；而傳統(tǒng)冷凍療法的治愈率僅為53.3%，復(fù)發(fā)率高達(dá)40%。

ALA-PDT具有手術(shù)、放療等傳統(tǒng)治療方法所不具備的諸多優(yōu)點(diǎn)，但其目前僅局限于淺表腫瘤的治療。隨著醫(yī)療器械的發(fā)展和醫(yī)療方法的革新，ALA-PDT開(kāi)始與其他醫(yī)療方法結(jié)合用于非淺表腫瘤的治療[3]。ALA-PDT與外科手術(shù)結(jié)合治療腫瘤在臨床上最為常見(jiàn)。Riedl等[14]讓51名膀胱腫瘤病人在排空膀胱后將5-ALA緩沖液經(jīng)導(dǎo)尿管灌注入病人膀胱，叮囑病人不斷更換體位使藥物均勻地作用于膀胱壁。灌注后分別用熒光膀胱鏡或普通膀胱鏡對(duì)這51例膀胱腫瘤病人進(jìn)行電切，結(jié)果發(fā)現(xiàn)熒光膀胱鏡的應(yīng)用使腫瘤復(fù)發(fā)率降低了59%。惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤病人進(jìn)行手術(shù)切除時(shí)面臨無(wú)法分辨腫瘤組織和正常組織的難題。Maruyama等[15]對(duì)該類(lèi)病人進(jìn)行手術(shù)前，讓病人口服5-ALA，在手術(shù)過(guò)程中進(jìn)行熒光檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)檢測(cè)到熒光信號(hào)的部位存在腫瘤細(xì)胞，而正常組織沒(méi)有明顯的熒光信號(hào)。此技術(shù)可用于區(qū)分正常組織和腫瘤組織，提高腫瘤切除的精確度，減輕正常組織的損傷。Tsugu等[16]聯(lián)合應(yīng)用磁共振成像和ALA-PDT引導(dǎo)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的手術(shù)切除，磁共振成像聯(lián)合ALA-PDT比單獨(dú)應(yīng)用磁共振成像引導(dǎo)的腫瘤切除率提高了20.5%。

Yanase等[17]將ALA-PDT與高熱療法聯(lián)合用于治療移植人骨肉瘤細(xì)胞的大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的原卟啉含量升高，皮下2 mm深處出現(xiàn)了光動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，治愈率高達(dá)61%，而單獨(dú)應(yīng)用ALA-PDT的治愈率僅為15%[18]。提示ALA-PDT與高熱療法聯(lián)合應(yīng)用可能是一種治療腫瘤疾病的有效手段。Bhuvaneswari等[19]發(fā)現(xiàn)PDT作用產(chǎn)生的氧化壓力能促進(jìn)血管生成，而血管生成可能伴隨著腫瘤的生長(zhǎng)和擴(kuò)散，ALA-PDT與抗血管生成藥物聯(lián)合使用可以有效阻止腫瘤的血管生成，抑制腫瘤的生長(zhǎng)擴(kuò)散。

4 5-ALA在腫瘤診療中的應(yīng)用前景

已經(jīng)證實(shí)ALA-PDT可用于基底細(xì)胞癌、佩吉特(Paget’s)病、鱗狀細(xì)胞癌、T淋巴細(xì)胞癌，肺、膀胱、口腔、食道以及腦部腫瘤等的診斷和治療[20]。與傳統(tǒng)的手術(shù)、化療、放療等治療方法相比，ALA-PDT具有創(chuàng)傷小、見(jiàn)效快、不良反應(yīng)輕、應(yīng)用范圍廣、可重復(fù)治療和聯(lián)合治療等優(yōu)勢(shì)。

然而ALA-PDT在臨床診療中也面臨著一些問(wèn)題：由于皮膚的角質(zhì)層具有強(qiáng)大的保護(hù)功能，皮膚對(duì)外源分子的通透性較低，裸露的5-ALA易降解或被細(xì)菌吞食。為保證藥物發(fā)揮最大的效力，藥物必須以適當(dāng)?shù)乃俣韧高^(guò)皮膚釋放到靶組織并達(dá)到足夠高的濃度[21]，因此如何提高藥物的滲透效力并控制釋放速度成為ALA-PDT治療皮膚腫瘤的關(guān)鍵，藥物遞送緩釋系統(tǒng)的研究成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。聚丙烯酸樹(shù)脂(polyacrylic acid，商品名卡伯波，Carbopol)971P(CP971P)是具有生物黏附性的高分子聚合物，與5-ALA作用后用于腫瘤的PDT治療，結(jié)果顯示熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，隨后的光動(dòng)力效應(yīng)也顯著增強(qiáng)，證實(shí)了CP971P這種高分子聚合物可以發(fā)揮“佐劑”的效應(yīng)，增強(qiáng)ALA-PDT殺傷腫瘤細(xì)胞的效力[22]。納米藥物能顯著提高PDT的治療效果，減少傳統(tǒng)PDT的一些不良反應(yīng)[20]。Abdel-Mottaleb等[23]開(kāi)發(fā)了一種脂質(zhì)納米膠囊用作對(duì)皮膚遞送藥物的載體，該載體具有較強(qiáng)的藥物滲透能力、較低的真皮內(nèi)藥物聚集性質(zhì)、較高的藥物遞送效率以及較強(qiáng)的穩(wěn)定性，利用該脂質(zhì)納米膠囊遞送5-ALA用于皮膚癌等疾病的PDT治療，可以有效提高藥物的滲透能力和吸收效率，同時(shí)減少藥物的降解和藥物的不良反應(yīng)等。燕翔等[24]以納米沉淀法制備光敏感納米微球，利用納米微球包裹的5-ALA研究PDT對(duì)膀胱癌T24細(xì)胞的殺傷效應(yīng)。結(jié)果表明，納米微球負(fù)載5-ALA具有理想的載藥率，光敏感納米微球能顯著提高光動(dòng)力學(xué)殺傷效應(yīng)。

雖然ALA-PDT在腫瘤治療中顯示出不少優(yōu)點(diǎn)，但是該療法也存在一定的不良反應(yīng)，大劑量給藥勢(shì)必會(huì)帶來(lái)一系列的不良反應(yīng)。因此如何將ALA-PDT更廣泛地應(yīng)用于臨床，將成為醫(yī)藥研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前研究人員致力于開(kāi)發(fā)以納米顆粒為載體的新型藥物運(yùn)載系統(tǒng)，提高5-ALA的穿透能力，提高藥物的遞送效率，以期獲得更好的原卟啉的積聚，從而增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用；同時(shí)開(kāi)發(fā)腫瘤治療的新技術(shù)，與ALA-PDT聯(lián)合應(yīng)用于腫瘤的治療。

【參考文獻(xiàn)】

[1] Dougherty T J.Studies on the structure of porphyrins contained in photofrin Ⅱ[J].Photochem Photobiol,1987,46(5):569-573.

[2] Oleinick N L,Morris R L,Belichenko I.The role of apoptosis in response to photodynamic therapy:what,where,why and how[J].Photochem Photobiol Sci,2002,1(1):1-21.

[3] Ishizuka M,Abe F,Sano Y,etal.Novel development of 5-aminolevurinic acid (ALA) in cancer diagnoses and therapy[J].Int Immunopharmacol,2011,11(3):358-365.

[4] Steluti R,De Rosa F S,Collett J,etal.Topical glycerol monooleate/propylene glycol formulations enhance 5-aminolevulinic acidinvitroskin delivery andinvivoprotoporphyrin Ⅸ accumulation in hairless mouse skin[J].Eur J Pharm Biopharm,2005,60(3):439-444.

[5] Kato S,Kawamura J,Kawada K,etal.Fluorescence diagnosis of metastatic lymph nodes using 5-aminolevulinic acid (5-ALA) in a mouse model of colon cancer[J].J Surg Res,2012,176(2):430-436.

[6] Casas A,Batlle A.Aminolevulinic acid derivatives and liposome delivery as strategies for improving 5-aminolevulinic acid-mediated photodynamic therapy[J].Curr Med Chem,2006,13(10):1157-1168.

[7] Fotinos N,Campo M A,Popowycz F,etal.5-Aminolevulinic acid derivatives in photomedicine:characteristics,application and perspectives[J].Photochem Photobiol,2006,82(4):994-1015.

[8] Krammer B,Plaetzer K.ALA and its clinical impact,from bench to bedside[J].Photochem Photobiol Sci,2008,7(3):283-289.

[9] Yang S J,Shieh M J,Lin F H,etal.Colorectal cancer cell detection by 5-aminolevulinic acid-loaded chitosan nano-particles[J].Cancer Lett,2009,273(2):210-220.

[10] Yang S J,Lin F H,Tsai H M,etal.Alginate-folic acid-modified chitosan nanoparticles for photodynamic detection of intestinal neoplasms[J].Biomaterials,2011,32(8)：2174-2182.

[11] Stummer W,Reulen H J,Novotny A,etal.Fluorescence-guided resections of malignant gliomas-an overview[J].Acta Neurochir Suppl,2003,88:9-12.

[12] Kennedy J C,Pottier R H.Endogenous protoporphyrin Ⅸ,a clinical useful photosensitizer for photodynamic therapy[J].J Photochem Photobiol B：Biol,1992,14(4):275-292.

[13] 陳啟紅,符文好,張瓊翔,等.ALA-PDT治療男性尿道口尖銳濕疣療效觀察[J].中國(guó)皮膚性病學(xué)雜志,2011,25(4):325-326.

Chen QiHong,Fu WenHao,Zhang QiongXiang,etal.Effect of ALA-PDT on condyloma acuminatum of male urethra[J].Chin J Derm Venereol,2011,25(4):325-326.In Chinese with English abstract.

[14] Riedl C R,Daniltchenko D,Koenig F,etal.Fluorescence endoscopy with 5-aminolevulinic acid reduces early recurrence rate in superficial bladder cancer[J].J Urol,2001,165(4):1121-1123.

[15] Maruyama T,Muragaki Y,Iseki H,etal.Intraoperative detection of malignant gliomas using 5-aminolevulinic acid-induced protoporphyrin fluorescence,open MRI and real-time navigation system[J].Inter Congr Series,2001,1230:281-286.

[16] Tsugu A,Ishizaka H,Mizokami Y,etal.Impact of the combination of 5-aminolevulinic acid-induced fluorescence with intraoperative magnetic resonance imaging-guided surgery for glioma[J].World Neurosurg,2011,76(1-2):120-127.

[17] Yanase S,Nomura J,Matsumura Y,etal.Synergistic interaction of 5-aminolevulinic acid-based photodynamic therapy with simultaneous hyperthermia in an osteosarcoma tumor model[J].Int J Oncol,2006,29(2):365-373.

[18] Kelleher D K,Bastian J,Thews O,etal.Enhanced effects of aminolevulinic acid-based photodynamic therapy through local hyperthermia in rat tumors[J].Br J Cancer,2003,89(2):405-411.

[19] Bhuvaneswari R,Gan Y Y,Soo K C,etal.The effect of photodynamic therapy on tumor angiogenesis[J].Cell Mol Life Sci,2009,66(14):2275-2283.

[20] Paszko E,Ehrhardt C,Senge M O,etal.Nanodrug applications in photodynamic therapy[J].Photodiagn Photodyn Ther,2011,8(1):14-29.

[21] Lopez R F V,Lange N,Guy R,etal.Photodynamic therapy of skin cancer:controlled drug delivery of 5-ALA and its esters[J]. Adv Drug Deliv Rev,2004,56(1):77-94.

[22] Chang ShuFang,Yang YuTsai,Li WeiLing,etal.Enhancement of 5-aminolevulinic acid-induced photodynamic therapy by a bioadhesive polymer[J].J Dent Sci,2010,5(1):30-35.

[23] Abdel-Mottaleb M M A,Neumann D,Lamprecht A.Lipid nanocapsules for dermal application:a comparative study of lipid-basedversuspolymer-based nanocarriers[J].Eur J Pharm Biopharm,2011,79(1):36-42.

[24] 燕 翔,黃海鋒,朱震舒,等.負(fù)載5-ALA納米微球?qū)Π螂装┕鈩?dòng)力學(xué)作用的初步研究[J].臨床腫瘤學(xué)雜志,2010,15(2):132-135.

Yan Xiang,Huang HaiFeng,Zhu ZhenShu,etal.Effect of 5-ALA derivative-loaded photosensitized nanoparticles photodynamic therapy on bladder cancer T24 cells[J].Chin Clin Oncol,2010,15(2):132-135.In Chinese with English abstract.