光動力學(xué)療法在感染性疾病中的應(yīng)用

潘甜甜，劉成程，葉峰

(1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院感染性疾病科，西安 710000； 2.西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病原微生物與免疫學(xué)系，西安710000)

據(jù)世界衛(wèi)生組織2018年報道，導(dǎo)致人類死亡的前10種疾病就包含3種感染性疾病[1]。隨著抗生素、抗真菌藥物和抗病毒藥物的大量使用，人類在抗感染領(lǐng)域取得了飛速發(fā)展，但同時也帶來了一些危及人類健康的新問題(如廣譜耐藥菌的產(chǎn)生)，使感染性疾病的治療仍然困難。而最后一類新抗生素(達(dá)霉素，一種脂肽)的研究始于2003年[2]，新抗生素的發(fā)明逐年穩(wěn)定地減少，因此臨床上迫切需要新的治療方法應(yīng)用于抗微生物領(lǐng)域。光動力學(xué)療法(photodynamic therapy，PDT)對感染性疾病的治療具有獨特的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的抗菌藥物相比，PDT對宿主組織的有害作用更少，由于致病菌等增生性細(xì)胞對無毒光敏劑的選擇性攝取，且光動力反應(yīng)僅發(fā)生在照射區(qū)域，所以PDT對宿主組織的選擇性更高[3]。更重要的是，被釋放的活性氧類的非特異性作用不易誘發(fā)任何耐藥機(jī)制[4]。目前光敏劑已有三代，第一代光敏劑以血卟啉衍生物為代表；第二代光敏劑大多是從第一代光敏劑優(yōu)化而來，代表藥物有葉綠素降解產(chǎn)物、5-氨基酮戊酸、亞甲藍(lán)、酞菁類、金絲桃素以及血卟啉單甲基咪等；第三代光敏劑主要解決生物相容性，包括與各種物質(zhì)交聯(lián)的npe6(Mone-L-Aspartyl Chlorin e6)和酞菁類，尚處于動物研究階段。PDT最初應(yīng)用于腫瘤的治療，隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)PDT對細(xì)菌、病毒以及真菌等感染性疾病也具有良好的效果。現(xiàn)就PDT在感染性疾病中的作用予以綜述。

1 PDT治療細(xì)菌感染性疾病

1.1PDT對常見細(xì)菌的殺傷作用 PDT可以殺滅多種常見細(xì)菌，其中球菌以金黃色葡萄球菌、鏈球菌為主。金黃色葡萄球菌可被多種不同種類的光敏劑(如5-氨基酮戊酸、亞甲藍(lán)、姜黃素、竹紅菌甲素、吩噻嗪類、卟啉類)所介導(dǎo)的PDT殺滅。近年來，學(xué)者們致力于新型人工合成類光敏劑的研究，如各種葉綠素類、卟啉類、酞菁類與納米材料的結(jié)合物，但大多數(shù)仍為體外實驗，部分體內(nèi)研究常見于牙周疾病及燒傷模型中。生物膜的形成是金黃色葡萄球菌感染治療的難題，Rosa等[5]用感染金黃色葡萄球菌的人骨標(biāo)本為模型的研究發(fā)現(xiàn)，以亞甲藍(lán)為光敏劑的PDT成功減少了骨中金黃色葡萄球菌生物膜的形成；另外，正丁基藍(lán)和孔雀石綠也被證實可減少人骨中金黃色葡萄球菌生物膜的產(chǎn)生[6]，這為治療頑固性金黃色葡萄球菌感染提供了思路。常見的鏈球菌為肺炎鏈球菌和變形鏈球菌。對變形鏈球菌的研究最多，常見于牙科疾病，姜黃素、甲苯胺藍(lán)、玫瑰紅、亞甲藍(lán)、紅素及鹵素、二氧化鈦、吲哚菁綠等均可作為光敏劑參與治療致齲性變形鏈球菌。而肺炎鏈球菌的相關(guān)研究均為體外實驗，吲哚菁綠和吩噻嗪類是常見的PDT體外治療肺炎鏈球菌的光敏劑。另外，PDT還可殺滅一些臨床常見的球菌(如糞腸球菌、銅綠假單胞菌[7]、卡他莫拉菌[8])。

PDT對于桿菌同樣具有殺傷作用。蠟樣芽孢桿菌[9]、枯草芽孢桿菌[10]可經(jīng)PDT滅活；幽門螺桿菌在PDT作用下，菌落數(shù)減少了99.9%[11]；傷寒沙門桿菌數(shù)量在PDT作用后也可以減少1～7 log10 CFU/mL[12]。對于少見桿菌，如洋蔥伯克霍爾德菌[13]、假結(jié)核耶爾森菌、單核增生李斯特菌[14]、流感嗜血桿菌等也可經(jīng)PDT殺滅。

另外，PDT對于弧菌也有效，Wu等[15]證實，10 μmol/L 和20 μmol/L姜黃素激發(fā)的PDT治療可使副溶血性弧菌減少超過6.5 log10 CFU/mL；Deng等[16]用亞甲藍(lán)與激光聯(lián)合處理產(chǎn)生的光動力學(xué)效應(yīng)能顯著抑制副溶血性弧菌的生長，其失活率>99.99%。

綜上，PDT治療各種細(xì)菌的研究大多為體外實驗，通過比較治療前后菌落大小、數(shù)量，對比治療后細(xì)菌代謝活性變化以及采用電子顯微鏡、共聚焦顯微鏡、免疫固定電泳等方法探究治療后細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)、DNA的變化。少數(shù)體內(nèi)實驗也常應(yīng)用小鼠等動物表皮感染模型來探討PDT的療效，而對于體內(nèi)侵襲性細(xì)菌感染的研究幾乎是空白。人體細(xì)菌感染更多的是侵襲性感染(如肺炎、菌血癥)，由于光的穿透性、光敏劑靶向性、安全性等問題，PDT能否真正用于人體細(xì)菌感染仍存在許多質(zhì)疑，需要深入研究和探索。隨著新型光敏劑不斷被合成、傳統(tǒng)光敏劑不斷被改進(jìn)以及越來越多的機(jī)制研究等，PDT有望在臨床上得到廣泛應(yīng)用。

1.2PDT對耐藥菌的殺傷作用 PDT不僅能夠有效殺滅常見的細(xì)菌，對于耐藥菌感染也具有獨特的優(yōu)勢。有學(xué)者預(yù)測，到2050年抗菌耐藥將導(dǎo)致全球約1 000萬人死亡，超過癌癥和其他疾病造成的死亡，成為人類疾病死亡的首因[17]。臨床上常見的耐藥菌主要包括耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶細(xì)菌、耐萬古霉素的腸球菌、多重耐藥鮑曼不動桿菌和多重耐藥銅綠假單胞菌5種。這些耐藥細(xì)菌，特別是多耐藥和耐多藥的細(xì)菌對常用抗生素均有明顯的抗藥性，但PDT對這些細(xì)菌均具有顯著的殺滅效果。研究發(fā)現(xiàn)，對于耐甲氧西林金黃色葡萄球菌，除了常見的卟啉類和吩噻嗪類外，更有多種新型人工合成的光敏劑(如陽離子卟啉衍生物、RLP068/Cl及氧化鋅納米粒)，且體內(nèi)、體外實驗均證實PDT對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的作用效果[18-26]；耐多藥的大腸埃希菌可被甲苯胺藍(lán)介導(dǎo)的PDT滅活[27]；耐多藥鮑曼不動桿菌可被新型氨基酸卟啉偶聯(lián)物4所介導(dǎo)的PDT滅活[28]；對于耐多藥銅綠假單胞菌，乙二胺四乙酸可作為PDT的光敏劑誘導(dǎo)細(xì)菌的滅活[29]。也有相關(guān)動物實驗研究證實，PDT對耐藥菌感染具有很好的效果，如以亞甲藍(lán)為光敏劑，用對碳青霉烯類耐藥的銅綠假單胞菌感染耳朵的犬做實驗，術(shù)后第7天臨床癥狀完全消失，且從第7天開始所采集的標(biāo)本中均未發(fā)現(xiàn)細(xì)菌[30]。

耐藥菌治療一直是臨床的棘手問題，PDT給人們提供了一種新的治療方法。但PDT對于耐藥菌的治療也存在一定的局限性，如缺乏大量的隨機(jī)對照試驗，尚不能對PDT的療效做出準(zhǔn)確評價。目前體內(nèi)實驗僅局限于動物實驗或燒傷感染人群的皮膚，缺少耐藥菌引起的敗血癥等治療的研究，也缺少評斷標(biāo)準(zhǔn)，因此PDT作為一種治療耐藥菌感染的新方法，還需要更長期的探索。

1.3PDT殺傷細(xì)菌的機(jī)制 目前認(rèn)為PDT殺滅細(xì)菌的機(jī)制主要有兩種：直接損傷質(zhì)膜，原子力顯微鏡下顯示，PDT可以有效地破壞細(xì)菌的膜和壁，導(dǎo)致內(nèi)容物泄漏而造成細(xì)菌死亡[31]；損傷細(xì)菌的DNA，有研究表明，PDT可以破壞細(xì)菌的單鏈和雙鏈DNA，實驗中培養(yǎng)的細(xì)菌經(jīng)PDT后，革蘭陽性或陰性菌中的質(zhì)粒部分超螺旋消失[32]；也有研究認(rèn)為，PDT通過對細(xì)菌毒力因子的影響，造成毒力因子滅活[33]。但這方面的研究結(jié)果非常有限，還需要大量深入的研究明確其機(jī)制。

2 PDT治療真菌感染性疾病

PDT不僅具有抗細(xì)菌效果，在治療真菌感染方面也具有良好的療效。真菌可分為酵母菌、霉菌和蕈類三類。對于酵母菌感染，如白色念珠菌，用氨基酮戊酸、亞甲藍(lán)、原卟啉Ⅸ、赤蘚紅、姜黃素、三芳基甲烷和吩噻嗪類溴化衍生物等作為光敏劑激發(fā)PDT可產(chǎn)生顯著療效[34]。而對于其他少見的念珠菌(如杜氏假絲酵母[35]、格拉布拉塔念珠菌[36]、克魯塞假絲酵母[37])，隨著光敏劑濃度和光照強(qiáng)度增加，PDT對上述真菌的抑制率逐步增高。

霉菌大致可分為曲霉菌屬、青霉菌屬、鐮刀菌屬。有研究證實，以Green2W為光敏劑，PDT可有效滅活煙曲霉[38]。Preuβ等[39]以新合成的corroles作為光敏劑，經(jīng)過光照后，黑曲霉和紫青霉均未顯示出任何可見的生長，且放在黑暗中也未發(fā)現(xiàn)真菌的恢復(fù)。紅色毛癬菌是臨床最常見的皮膚感染性真菌，以新亞甲藍(lán)和吲哚菁綠、亞甲藍(lán)、硅酞菁4介導(dǎo)的PDT均可殺滅紅色毛癬菌。研究發(fā)現(xiàn)，用姜黃素作為光敏劑，輻照96 h不僅可殺滅紅色毛癬菌分生孢子，也可顯著抑制交指型毛癬菌、陸地毛癬菌、犬小孢子菌、石膏小孢子菌、絮狀表皮毛癬菌的生長，并在96 h后，對紅色毛癬菌仍有抑制作用[40]。對于鐮刀菌屬，PDT有良好的治療效果，以TONS504、亞甲藍(lán)、玫瑰紅及核黃素作為光敏劑，PDT能夠表現(xiàn)出對絲狀真菌鐮刀菌的顯著抑制作用；臨床研究發(fā)現(xiàn)，以玫瑰紅作為光敏劑，PDT也可以治療人耐藥鐮刀菌角膜炎，8個月隨訪時發(fā)現(xiàn)，既無感染復(fù)發(fā)，也未發(fā)生不良反應(yīng)[41]。癬菌也是臨床上常見的一種真菌，具有代表性的是馬拉色菌，?？汕忠u皮膚角質(zhì)層而引起花斑癬、馬拉色菌毛囊炎、甲真菌病以及新生兒膿皰病等。Takahashi等[42]以TONS504為光敏劑，光照條件下，可最大限度地抑制體外生長的糠秕馬拉色菌。有研究發(fā)現(xiàn)，以氨基酮戊酸作為光敏劑，PDT也可以成功治愈馬拉色菌引起的難治性花斑癬，并且3個月無復(fù)發(fā)[43]。

綜上，PDT治療真菌感染研究廣泛，且效果佳、復(fù)發(fā)率低，但僅限于表皮真菌感染。近年來，由于免疫抑制劑、抗腫瘤藥物大量使用等問題，深部真菌感染逐漸成為醫(yī)學(xué)上難以攻克的難題，PDT在這方面的研究極少，需要深入研究，以期為臨床治療提供新的方法。

3 PDT治療病毒感染性疾病

病毒為常見致病微生物，一些病毒感染會造成嚴(yán)重的疾病結(jié)局甚至危及生命，但目前抗病毒藥物數(shù)量有限，且療效也不理想。有研究發(fā)現(xiàn)，PDT也能治療病毒感染性疾病，環(huán)境噬菌體通常被用作人類腸道病毒的指標(biāo)，以陽離子卟啉及Tri-Py(+)-Me-PF作為光敏劑可用于PDT滅活T4樣噬菌體，且5個累積的光動力周期后，未檢測到活性恢復(fù)，證明未對PDT產(chǎn)生耐藥性[43-44]。Lim等[44]以納米材裝載酞菁鋅為光敏劑，發(fā)現(xiàn)PDT使腺病毒5型的失活率>99%。對于常見的人乳頭瘤病毒(human papilloma virus，HPV)，以氨基酮戊酸為光敏劑，經(jīng)過3個療程PDT治療后病毒載量顯著降低[45]。Zverev等[46]證實，單純皰疹病毒1型也可經(jīng)PDT滅活。對RNA病毒研究發(fā)現(xiàn)，登革熱病毒(血清型2)[47]和人免疫缺陷病毒[48]也有相關(guān)PDT治療獲得效果的報道。Ao等[49]招募了19例肛門生殖器疣患者，所有患者在最后一次PDT治療1周后均獲得完全臨床緩解，HPV負(fù)荷顯著下降，且治療結(jié)束后6個月隨訪，所有患者均無復(fù)發(fā)。Katsuta等[50]將76例持續(xù)性宮頸高危型HPV感染患者隨機(jī)分為治療組和對照組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，治療組高危型HPV緩解率為64.10%，隨訪3個月，治療組緩解率顯著高于對照組。PDT臨床上只用于淺表感染病毒的治療(如HPV引起的皮膚疣、陰道炎)，對于血液和器官中病毒的殺傷作用仍缺乏具體深入的研究。

4 PDT治療其他感染性疾病

5 小 結(jié)

PDT作為一種新型療法，為許多難治性感染提供了新的治療思路。所有的光敏劑均為陽離子，且分子量大(約為12 000)，很難通過宿主細(xì)胞膜[62]，并可廣泛與微生物結(jié)合產(chǎn)生超氧化反應(yīng)而起到殺傷作用，而這些都是PDT治療感染性疾病的獨特優(yōu)勢。目前，PDT治療感染性疾病已被越來越多的學(xué)者認(rèn)可，但仍需在靶向送達(dá)、有效激活、光的穿透性及光敏劑的穩(wěn)定性等方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究；并在廣譜安全的光敏劑研發(fā)、合理給藥途徑的選擇、光照條件、光敏劑不良反應(yīng)最小化等方面加快研究步伐，盡快為PDT在臨床抗感染治療以及其他治療領(lǐng)域開辟出新的道路。