光敏劑在血液制品病原體滅活中的研究進(jìn)展

黃皓，鮑蕾蕾

輸血采用的血液制品是以健康人血液為原料，經(jīng)分離、純化后制備的生物活性制劑，用于治療急性或大量失血的病患和遺傳性血液疾病，分為全血和血液成分制劑，后者包括紅細(xì)胞、血小板和血漿。血液制品屬于高風(fēng)險(xiǎn)生物制品，容易被病原體污染，對(duì)質(zhì)量安全要求極高。被污染的血液制品攜帶病原體進(jìn)入人體內(nèi)環(huán)境，可能會(huì)導(dǎo)致艾滋病、肝炎和瘧疾等高致死率的疾病，嚴(yán)重?fù)p害患者的生命健康和生活質(zhì)量［2］。嚴(yán)格的檢查及各種抑制病原體技術(shù)可有效地減少輸血傳播感染（transfusion transmitted infections，TTI），但無(wú)法杜絕。

光動(dòng)力滅活（photodynamic inactivation，PDI）技術(shù)滅活范圍廣，操作簡(jiǎn)便，是保障血液安全有效的方法。在該方法中，光敏劑是影響光動(dòng)力滅活效果的重要因素，決定了光源的波長(zhǎng)和滅活參數(shù)。筆者通過(guò)介紹光敏劑滅活病原體的作用機(jī)制，總結(jié)了已運(yùn)用于臨床及尚在實(shí)驗(yàn)階段的光敏劑，為光敏劑在血液制品滅活中的應(yīng)用提供參考。

1 光敏劑滅活病原體的作用機(jī)制

光敏劑在適當(dāng)?shù)臐舛群凸庠聪录せ?，在有氧環(huán)境中，通過(guò)2 種機(jī)制產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）發(fā)揮滅活病原體的作用：Ⅰ型機(jī)制（電子轉(zhuǎn)移）產(chǎn)生H2O2和·HO；Ⅱ型機(jī)制（能量轉(zhuǎn)移）產(chǎn)生1O2。其中，光動(dòng)力滅活法破壞病原體的主要機(jī)制的具體過(guò)程為：光敏劑在吸收光的輻照能量后，由基態(tài)（S0），轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)（Sn），Sn 可以通過(guò)釋放熱量或發(fā)射熒光損失能量，回到基態(tài)，也可以通過(guò)系間竄越（intersystem crossing，ISC）轉(zhuǎn)換為持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的激發(fā)三重態(tài)（T1）。T1形態(tài)的光敏劑通過(guò)磷光發(fā)射或產(chǎn)生ROS 的2 種途徑回到基態(tài)，再次吸收輻照能量轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，進(jìn)入循環(huán)1 個(gè)光敏劑分子在失效前可產(chǎn)生大量活性氧［3-5］。見(jiàn)圖1。

圖1 光敏劑吸收能量產(chǎn)生活性氧

2 光敏劑

2.1 已運(yùn)用于臨床的光敏劑

2.1.1 亞甲藍(lán) 亞甲藍(lán)（methylene blue，MB）在可見(jiàn)光下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，即亞甲藍(lán)光化學(xué)法，使鳥(niǎo)嘌呤氧化并破壞病毒核酸，從而阻止病毒復(fù)制［6］，滅活結(jié)束后需通過(guò)過(guò)濾裝置濾除。該滅活技術(shù)對(duì)包膜病毒有效，對(duì)非包膜病毒、細(xì)胞內(nèi)病毒、原生動(dòng)物、真菌和細(xì)菌等滅活效果不理想。滅活血漿中病毒的效果優(yōu)于有機(jī)溶劑/去污劑（solvent/detergent，S/D），是一種實(shí)用、安全、有效的單袋血漿病毒滅活方法，也是中國(guó)目前唯一獲準(zhǔn)用于臨床的光動(dòng)力滅活血漿病原體技術(shù)，最早在1992 年德國(guó)上市，中國(guó)2001 年用于臨床［7］。

MB 的活性隨溫度的升高而增強(qiáng)，但高溫過(guò)高會(huì)對(duì)血漿中凝血因子等相關(guān)成分造成損傷［8］，需要將光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的溫度控制在一定范圍內(nèi)。對(duì)有血栓性血小板減少性紫癜患者，使用亞甲藍(lán)光化學(xué)法反而降低了血漿的治療效果，甚至?xí)饑?yán)重的不良反應(yīng)［9］。

有實(shí)驗(yàn)探究了MB 和radahlorin 在662 nm，40 J/cm2的光照條件下對(duì)感染新型冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）的細(xì)胞的作用，發(fā)現(xiàn)MB 和radahlorin 在相對(duì)較低的濃度下，對(duì)SARS-CoV-2 產(chǎn)生滅活作用［10］。

2.1.2 核黃素 核黃素（riboflavin，RF）又稱(chēng)維生素B2，在廣譜紫外線(xiàn)（280～400 nm）的照射下，與病原體核酸結(jié)合，通過(guò)產(chǎn)生ROS 對(duì)病原體造成不可逆的損傷［11］，RF 光降解產(chǎn)物無(wú)毒，所以無(wú)需濾除，在一定程度上避免了血液制品成分的損失［12-14］。Mirasol 系統(tǒng)具有基于RF 光化學(xué)法的病毒滅活的配套設(shè)施和輻照流程，其減少血小板、血漿成分中病原體的技術(shù)已經(jīng)得到歐盟（最早，為2007 年）、中東等多個(gè)地區(qū)的批準(zhǔn)，應(yīng)用于全血的RF 光化學(xué)法已經(jīng)出現(xiàn)［15］。見(jiàn)表1。

表1 已運(yùn)用于臨床的光敏劑

RF 與紫外光結(jié)合已被證實(shí)可以滅活大量病原體，如：革蘭氏陽(yáng)性菌、埃博拉病毒、人免疫缺陷病毒、細(xì)小病毒、惡性瘧原蟲(chóng)等［16］。對(duì)近幾年來(lái)流行的中東呼吸綜合征冠狀病毒、SARS-CoV-2 也有效［17］，但對(duì)孢子形成菌和朊病毒無(wú)效［1］。非包膜病毒緊密包裝的病毒衣殼可阻礙光敏劑進(jìn)入病毒內(nèi)，使光敏劑的滅活效果下降，因此在用PDI 技術(shù)處理后，需要對(duì)血液制品中的非包膜病毒進(jìn)行檢查［18］。

有研究指出，在RF 光化學(xué)法處理前，對(duì)血液制品進(jìn)行脫氧或加入血小板活化抑制劑和抗氧化劑可減少對(duì)血液成分的損傷［19］。加入鎂、鉀離子、醋酸鹽和磷酸鹽可以減少血小板儲(chǔ)存損傷的程度［20］。

2.1.3 補(bǔ)骨脂酯素衍生物 基于補(bǔ)骨脂酯素衍生物（S-59）建立的INTERCEPT 系統(tǒng)利用紫外線(xiàn)（aultraviolet A，UVA）（320～400 nm）激發(fā)S-59 活性，使其與病原體核酸中的嘧啶堿產(chǎn)生交聯(lián)，攔截遺傳物質(zhì)的復(fù)制、翻譯和轉(zhuǎn)錄過(guò)程，從而滅活血漿和血小板中的病原體［21］。輻照結(jié)束后，需立即濾除S-59 及其光產(chǎn)物。該方法最早于2002 年獲得歐盟CE 認(rèn)證進(jìn)入市場(chǎng)［13］，也是美國(guó)首個(gè)用于血小板病原體滅活的光動(dòng)力方法。

INTERCEPT 系統(tǒng)能夠有效地減少血液制品中的包膜病毒、非包膜病毒、細(xì)菌和寄生蟲(chóng)等病原體。滅活血漿中的基孔肯雅病毒的效果優(yōu)于RF 光化學(xué)法［22］。可用于預(yù)防輸血相關(guān)性移植抗宿主病，對(duì)戊型肝炎病毒、中東呼吸綜合征冠狀病毒、SARS-CoV-2 也有效［23-25］。使用該方法滅活的血液制品在使用前需了解受血者有無(wú)補(bǔ)骨脂素過(guò)敏史［26］。

2.2 尚在實(shí)驗(yàn)階段的光敏劑

2.2.1 維生素 Xu 等［27］的實(shí)驗(yàn)證明維生素B1、B6、K3 和二苯甲酮（benzophenone，BP）等光敏劑可在UVA（350 nm）輻照下產(chǎn)生協(xié)同滅活作用，可增強(qiáng)滅活效果，減少了光敏劑的使用濃度［28］。并在其最新的研究中證明了維生素K5 在紫外線(xiàn)A 的照射下可在全血中發(fā)揮光動(dòng)力滅活作用［29］。

2.2.2 擬肽寡核苷酸噻吩 Zhou 等［30］首次對(duì)宿主防御肽的光動(dòng)力模擬物進(jìn)行構(gòu)效研究，制備了一類(lèi)序列精確、鏈長(zhǎng)可控、區(qū)域規(guī)整的新型光敏劑，即擬肽寡核苷酸噻吩［peptidomimetic oligo（thiophene）s］在日光下發(fā)揮高效、快速、廣譜的抗菌活性，且溶血活性低。

2.2.3 噻唑橙 噻唑橙（thiazole orange，TO）已被證明能使紅細(xì)胞懸浮液中的幾種細(xì)菌和病毒病原體光失活，而不會(huì)對(duì)紅細(xì)胞產(chǎn)生不良影響。在Gough 等［31］將其運(yùn)用到血小板濃縮物的病原體滅活，發(fā)現(xiàn)噻唑橙可顯著減少血小板濃縮物中金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌。

2.2.4 卟啉、酞菁及其衍生物 卟啉的衍生物，如血卟啉、光卟啉等，在體外都具有滅活白色念珠菌的效果［9］，其中5，

10，-15-tris（1-methylpyridinium-4-yl）-20-（pentafluorophenyl）porphyrin tri-iodide（Tri-Py+-Me）和卟啉類(lèi)光敏劑配方FORM（含5 種混合物）。在150 mW·cm2輻照強(qiáng)度下照射270 min可用于血漿、紅細(xì)胞和全血的病原體滅活，對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌等病原體均有滅活效果。見(jiàn)表2。

表2 處于試驗(yàn)階段的光敏劑

脫鎂葉綠酸a 是光動(dòng)力滅活法中首次用于消除血液中克氏錐蟲(chóng)的光敏劑，毒性低，但需要24 h 的光暴露時(shí)間來(lái)凈化血液，可用于血庫(kù)中血液質(zhì)量的控制［32］。

2，3，9，10，16，17，23，24-octakis（4-methoxypyridinium-1-yl）phthalocyaninatozinc Zn（MeOPy+）8Pc 在250 W 石英/鹵素?zé)簦?20～750 nm）照射下被激活，可對(duì)血漿和全血中的大腸桿菌產(chǎn)生滅活作用［33］。

Zhang 等［34］研究出1 種帶不同正電荷的水溶性陽(yáng)離子鋅酞菁光敏劑ZnPc（TAP）4n+，并建立了1 種用流式細(xì)胞儀測(cè)定光敏劑與細(xì)菌結(jié)合動(dòng)力學(xué)的新方法，證明了ZnPc（TAP）48+具有較好的光動(dòng)力活性，且對(duì)革蘭氏陰性菌的滅活效果大于革蘭氏陽(yáng)性菌，對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞、紅細(xì)胞的毒性較小，可有效滅活病原體。

3 小結(jié)

血液制品病原體滅活的方法除了PDI 外還有：S/D法［35-36］，生物烷化劑S-303 法［37］和射線(xiàn)輻照法。其中，S/D 法可破壞包膜病毒的膜結(jié)構(gòu)，使病毒無(wú)法與細(xì)胞結(jié)合，但該方法會(huì)溶解紅細(xì)胞的細(xì)胞膜；生物烷化劑S-303 法通過(guò)插入病原體核酸形成加合物破壞病原體的遺傳物質(zhì)［37］，有潛在的毒性和致癌性；射線(xiàn)輻照法產(chǎn)生的氧自由基具有極強(qiáng)的細(xì)胞毒性，且不能有效地運(yùn)用于人類(lèi)免疫缺陷病毒的滅活。PDI 技術(shù)能有效地滅活血液制品中的病原體，降低輸血傳播感染的風(fēng)險(xiǎn)，毒性低，對(duì)血液制品成分損傷小，在臨床中應(yīng)用廣泛［38-39］。

目前沒(méi)有適用于所有血液制品的單一PDI 技術(shù)，因?yàn)楣饷魟┰谘褐破分械臏缁钚Ч麜?huì)隨著血液成分的復(fù)雜而降低，不同類(lèi)型的血液制品，需要使用不同的光動(dòng)力滅活技術(shù)以達(dá)理想效果［40］，目前僅血漿和血小板的PDI 技術(shù)較為成熟，全血的PDI 技術(shù)有待深入研究。因此，以現(xiàn)有的研究進(jìn)展為基礎(chǔ)，尋找新的光敏劑，拓寬光敏劑的種類(lèi)，改進(jìn)滅活方法，有利于改善血液制品的質(zhì)量，提高光敏劑的滅活效率，進(jìn)而保障血液制品在使用過(guò)程中的安全性和有效性。