光動(dòng)力療法及其在治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的進(jìn)展①

韋凱倫，夏學(xué)巍

(1.桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林 541199；2.桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，廣西 桂林 541001)

光動(dòng)力療法(photodynamic therapy，PDT)是利用適合波長的光線激發(fā)已經(jīng)被腫瘤細(xì)胞攝取的光敏劑，產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)而使細(xì)胞死亡，是一種治療惡性腫瘤的新方法?！肮鈩?dòng)力療法”的誕生可以追溯到1900年，德國醫(yī)學(xué)專家Oscar Raab在草履蟲的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)吖啶橙(acridine orange)和光照會(huì)引起草履蟲的死亡，隨后的研究發(fā)現(xiàn)這種“光動(dòng)力學(xué)”效應(yīng)需要光敏劑、光和氧氣共同作用才能介導(dǎo)細(xì)胞毒性，也就是只有它們合適的組合才能在組織內(nèi)發(fā)揮作用[1]。1978年，Dougherty等[2]進(jìn)行了PDT在人類癌癥中的首次大規(guī)模實(shí)驗(yàn)，開創(chuàng)了利用光與光敏劑治療腫瘤的先河。目前光動(dòng)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(zhì)母細(xì)胞瘤是最常見的神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，標(biāo)準(zhǔn)化方案治療效果不佳，為了提高治療效果，眾多學(xué)者在傳統(tǒng)治療方案的基礎(chǔ)上，不斷探索新的治療方法，光動(dòng)力療法用于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的治療就是研究、探索的方向之一。本文就光動(dòng)力療法及其在治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 光動(dòng)力療法的作用機(jī)制

光動(dòng)力療法對細(xì)胞有直接殺傷作用，可以引發(fā)細(xì)胞的壞死[3]。大量的研究證明光動(dòng)力療法可以引發(fā)細(xì)胞凋亡，在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)光動(dòng)力療法處理后細(xì)胞TUNEL染色檢測發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的凋亡率上升，同時(shí)蛋白質(zhì)印跡技術(shù)也證明了細(xì)胞色素c、Caspaese-3剪切體的表達(dá)是上升的，說明光動(dòng)力療法可以引發(fā)細(xì)胞的凋亡程序[4]。在L1210細(xì)胞中的實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)較高的治療劑量處理后，Bcl-2蛋白在細(xì)胞中的表達(dá)有較大程度降低，也意味著細(xì)胞會(huì)發(fā)生凋亡[5]。在常見皮膚癌的體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，治療后的細(xì)胞中LC3表達(dá)量增加，證實(shí)自噬是光動(dòng)力療法的作用機(jī)制之一[6]。在定位于溶酶體的光敏劑N-aspartyl chlorin e6(NPe6)的實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞色素c在處理后的3 h內(nèi)呈時(shí)間依賴性持續(xù)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(xiàn)顯著的升高[7]。光動(dòng)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(jī)制的發(fā)生取決于光敏劑的亞細(xì)胞定位[8]。

光動(dòng)力療法可以在腫瘤血管、腫瘤微環(huán)境方面發(fā)揮作用。光敏劑在吸收適合波長的激發(fā)光后會(huì)從基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的光敏劑又能把能量傳遞給周圍的氧，從而在激光照射區(qū)域產(chǎn)生具有高度組織毒性的活性氧基團(tuán)，這些活性氧基團(tuán)可以損傷血管的基底膜，使血管內(nèi)皮細(xì)胞的鏈接缺失，從而增加了血管的通透性，形成血栓，進(jìn)而使腫瘤的局部組織滋養(yǎng)血管閉塞，造成腫瘤細(xì)胞發(fā)生缺血、缺氧，最終死亡。因此，有學(xué)者為提高光敏劑在治療中產(chǎn)生活性氧的能力進(jìn)行了研究，其研究成果不但可以增強(qiáng)腫瘤的熒光成像提高診斷效果，還可以提高光動(dòng)力治療的效果，在臨床應(yīng)用方面具有巨大的應(yīng)用潛力[9]。

光動(dòng)力療法在腫瘤治療的過程中會(huì)破壞腫瘤組織，這會(huì)引起強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)。炎癥因子的釋放、補(bǔ)體的激活都可以激起整個(gè)機(jī)體的非特異性免疫應(yīng)答，同時(shí)，活化的樹突細(xì)胞也會(huì)激活T細(xì)胞、B細(xì)胞等，進(jìn)而產(chǎn)生特異性的免疫反應(yīng)。有學(xué)者對兩種亞細(xì)胞定位不同的光敏劑pz I、pz Ⅲ進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)它們可以有效誘導(dǎo)免疫原性細(xì)胞死亡，為光動(dòng)力的癌癥免疫治療打下了基礎(chǔ)[10]。在發(fā)現(xiàn)光動(dòng)力療法可以誘導(dǎo)免疫反應(yīng)后，有學(xué)者提出可以利用光動(dòng)力療法研制腫瘤疫苗，并已在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(dòng)力療法主要影響因素

光動(dòng)力療法需要光敏劑、光照和氧氣才能發(fā)揮效用，光敏劑的優(yōu)化、光源輻照方式的優(yōu)化以及光照劑量的優(yōu)化是改善光動(dòng)力效應(yīng)和提高光動(dòng)力效應(yīng)在臨床應(yīng)用的關(guān)鍵[12]。

2.1 光敏劑

光敏劑是光動(dòng)力療法的一個(gè)重要影響因素，首先需要在腫瘤細(xì)胞內(nèi)蓄積，并且被激發(fā)后既可以把能量傳遞給反應(yīng)物，而本身不發(fā)生相關(guān)反應(yīng)。因此，光敏劑研究對光動(dòng)力療法的發(fā)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(fā)并應(yīng)用于光動(dòng)力治療的卟啉類光敏劑，在臨床上廣泛應(yīng)用于多種惡性腫瘤的治療，但存在成分復(fù)雜、體內(nèi)代謝緩慢等缺點(diǎn)。相比于第一代，第二代光敏劑靶向能力及活性氧的產(chǎn)生能力更強(qiáng)，在體內(nèi)的代謝時(shí)間更短。研究人員在二代光敏劑的基礎(chǔ)上為其添加特定的靶向分子或者進(jìn)行相關(guān)化學(xué)修飾，克服了第二代光敏劑的缺點(diǎn)，促成了第三代光敏劑的出現(xiàn)。第三代光敏劑的靶向作用更有利于光敏劑在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的蓄積，同時(shí)其攜帶的靶向治療物質(zhì)可以產(chǎn)生更強(qiáng)的殺傷作用[13]。使用納米技術(shù)合成新光敏劑的研究也取得了較大的進(jìn)展，針對線粒體可能是光動(dòng)力療法最主要的靶點(diǎn)，有學(xué)者研制了一種靶向線粒體的光敏劑DPP2-NPs，在體外實(shí)驗(yàn)中可以更有效地發(fā)揮光動(dòng)力效應(yīng)，在U14細(xì)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(xué)者開發(fā)出了靶向溶酶體的光敏劑，在肺癌細(xì)胞系中取得了較好的治療效果[15]。還有研究者利用癌細(xì)胞中的總RNA含量普遍高于正常細(xì)胞的特點(diǎn)，利用噻唑橙的骨架結(jié)構(gòu)修飾研發(fā)了一種新的光敏劑QICY，這種光敏劑具有識別癌細(xì)胞的RNA靶向能力，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其治療后可以抑制腫瘤生長[16]。上述研究成果優(yōu)化了光敏劑設(shè)計(jì)、合成的方式方法，同時(shí)新技術(shù)的誕生和應(yīng)用為進(jìn)一步開發(fā)高效光敏劑奠定了基礎(chǔ)。

2.2 照射光源

光動(dòng)力光源的選擇主要考慮兩個(gè)方面，一個(gè)是能夠有效激發(fā)光敏劑， 另一個(gè)是能有效地傳輸至治療部位并均勻分布。激光技術(shù)產(chǎn)生后，獨(dú)特的優(yōu)勢使其成為PDT首選光源，現(xiàn)在市場上已經(jīng)有各種波長的半導(dǎo)體激光器，它們成了激光醫(yī)療設(shè)備的主流產(chǎn)品，特定的波長、穩(wěn)定的傳輸能力顯著提升了PDT臨床應(yīng)用的效果[17]。在手術(shù)中，固定的光源可能存在照射盲區(qū)，因此，有學(xué)者提出了利用改良牙鏡的鏡面反射系統(tǒng)來提高光照的效率，其對光照儀器系統(tǒng)的改動(dòng)較小并且效果良好，在臨床上值得推廣應(yīng)用[18]。為了同步解決治療中氧供問題，有學(xué)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(fā)光器件與二次透鏡陣列相結(jié)合組合成光動(dòng)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(fù)合光動(dòng)力治療設(shè)備[19]。也有學(xué)者研發(fā)了新型光纖擴(kuò)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(bǔ)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(guī)則，導(dǎo)致了單純手術(shù)難以對腫瘤進(jìn)行完全切除，有學(xué)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(fā)光的傳導(dǎo)效率，可以更為有效地對殘余腫瘤進(jìn)行殺傷[21]。這些新的方式都能更有效地傳遞激光，激發(fā)光敏劑，從而發(fā)揮更好的治療作用。

2.3 氧氣

光動(dòng)力治療中，氧供是一個(gè)重要的影響因素，光敏劑激發(fā)后將能量傳遞給氧，氧分子就從基態(tài)的三線態(tài)變成激發(fā)態(tài)的單線態(tài)，這時(shí)的激發(fā)態(tài)氧分子具有極強(qiáng)的氧化性，會(huì)導(dǎo)致光敏區(qū)域內(nèi)的蛋白質(zhì)、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(gè)性化光動(dòng)力療法可以使光能量傳輸最優(yōu)化，與標(biāo)準(zhǔn)方案相比較，這種方法可以產(chǎn)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(jiān)測血流量作為治療依據(jù)的情況，有學(xué)者進(jìn)行了乏氧光動(dòng)力的研究，研發(fā)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(shí)驗(yàn)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(shí)，一種新型的可持續(xù)光動(dòng)力治療系統(tǒng)也被開發(fā)出來，光照停止后，相關(guān)物質(zhì)可以繼續(xù)供氧，促進(jìn)樹突狀細(xì)胞活化，對腫瘤發(fā)生免疫反應(yīng)[24]。目前，大多數(shù)增加氧供的方法是從光敏劑的研發(fā)角度進(jìn)行，但這些方法的提出和改進(jìn)對腫瘤細(xì)胞的殺傷無疑是更為有效的。

3 光動(dòng)力療法治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤

由于顱腔容積的有限性，若發(fā)生顱內(nèi)腫瘤，無論腫瘤的良性或者惡性，占位效應(yīng)都會(huì)對腦組織進(jìn)行壓迫，進(jìn)而影響腦功能甚至危及生命[25]。目前，臨床上膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的標(biāo)準(zhǔn)化治療方案是手術(shù)切除和放化療結(jié)合，但這種聯(lián)合治療方案2年內(nèi)的復(fù)發(fā)率較高[26]。顱內(nèi)腫瘤的形狀一般不規(guī)則或者位置較深，單純的手術(shù)難以對腫瘤進(jìn)行完全切除，而光動(dòng)力療法可以借助光纖、內(nèi)鏡等技術(shù)將激光引導(dǎo)至人體深部進(jìn)行治療，因此，手術(shù)聯(lián)合光動(dòng)力治療成了研究的熱點(diǎn)。理論上光動(dòng)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(dòng)力療法最有希望根除手術(shù)切除后殘留的腫瘤細(xì)胞，這些殘留的腫瘤細(xì)胞往往是導(dǎo)致復(fù)發(fā)的主要原因。胡韶山[27]發(fā)現(xiàn)，光動(dòng)力療法能有效殺傷膠質(zhì)瘤與正常腦組織界面的殘存腫瘤，并激發(fā)局部的免疫效應(yīng)，證明光動(dòng)力療法可以有效治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。

3.1 熒光引導(dǎo)手術(shù)

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(chǎn)生的一種天然中間代謝產(chǎn)物，可以優(yōu)先在惡性腦腫瘤和侵襲癌細(xì)胞中積聚[28]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，暴露于5-ALA后，C6神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞可以在體外和體內(nèi)積累卟啉，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)評估了5-ALA介導(dǎo)的光動(dòng)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(zhì)瘤熒光引導(dǎo)切除的治療劑，也是美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)可以應(yīng)用于膠質(zhì)瘤手術(shù)的藥物。在一項(xiàng)使用5-ALA作為光敏劑的光動(dòng)力療法的前瞻性研究中，有經(jīng)驗(yàn)的外科醫(yī)生在術(shù)中可以判別出光敏劑激發(fā)的熒光，對高級別膠質(zhì)瘤有很高的靈敏度和陽性預(yù)測，同時(shí)，5-ALA較少出現(xiàn)藥物相關(guān)的不良事件[30]。但是，5-ALA在低級別膠質(zhì)瘤的熒光導(dǎo)向應(yīng)用中通常不能被激發(fā)顯示，有學(xué)者對術(shù)中低級別膠質(zhì)瘤的術(shù)中診斷及鑒別提出了新的優(yōu)化方案，既利用光纖探針對熒光信號進(jìn)行定量收集以區(qū)別正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞，還可以利用熒光技術(shù)和共聚焦顯微鏡組合進(jìn)行手術(shù)[31]。也有學(xué)者提出術(shù)中熒光引導(dǎo)和光動(dòng)力療法相結(jié)合用于治療膠質(zhì)瘤患者，因?yàn)樾g(shù)中熒光引導(dǎo)可有效提高切除率，光動(dòng)力治療可以有效地殺傷殘余腫瘤細(xì)胞，兩種方法相結(jié)合可以更有效地對患者進(jìn)行治療[32]。但是這些治療方案在臨床應(yīng)用方面都需要更多的樣本進(jìn)行循證論證分析。

3.2 間質(zhì)光動(dòng)力療法

間質(zhì)光動(dòng)力療法(interstitial photodynamic therapy，iPDT)是通過立體定位將光纖插入腫瘤內(nèi)，向腫瘤組織傳遞光刺激來進(jìn)行光動(dòng)力治療的一種方法。在體外模型中，間質(zhì)光動(dòng)力療法治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的有效性得到了驗(yàn)證[33]。有學(xué)者證實(shí)間質(zhì)光動(dòng)力療法用于治療高級別膠質(zhì)瘤是有效的，相對于開顱、腔內(nèi)光動(dòng)力治療的情況，5-ALA介導(dǎo)的獨(dú)立間質(zhì)光動(dòng)力療法可以有效避免永久性神經(jīng)功能損傷的發(fā)生，同時(shí)又可以降低感染等手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)[34]，這突出了間質(zhì)光動(dòng)力療法的優(yōu)點(diǎn)。也有學(xué)者將間質(zhì)光動(dòng)力療法用于治療復(fù)發(fā)惡性膠質(zhì)瘤患者，經(jīng)治療后患者再次復(fù)發(fā)的平均時(shí)間為7.1個(gè)月，平均生存期為13.0個(gè)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(zhì)光動(dòng)力療法可以在治療中對細(xì)胞靶向性殺傷，但是間質(zhì)光動(dòng)力療法需要更為有效的光源傳導(dǎo)系統(tǒng)、更為精確的腫瘤定位和治療范圍的計(jì)算，因此，間質(zhì)光動(dòng)力療法的限制性有待研究者解決突破。

4 光動(dòng)力療法的不足

光動(dòng)力療法的有效治療深度是光動(dòng)力實(shí)施中必須考慮的問題。有日本學(xué)者對使用光動(dòng)力療法治療膠質(zhì)瘤后死亡的患者進(jìn)行了尸檢，發(fā)現(xiàn)死前磁共振顯示治療部位腫瘤無復(fù)發(fā)，顯微分析顯示腫瘤切除腔表面的組織病理學(xué)改變平均深度達(dá)到12.7 mm。但是也有患者的病理分析顯示，在這個(gè)深度周圍或更遠(yuǎn)處觀察到存活的腫瘤組織，因此，臨床應(yīng)用中需要找到能夠更有效殺傷殘存細(xì)胞的方式方法[36]。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤位置特殊，處于封閉的顱內(nèi)，目前未見有可以埋置于顱內(nèi)的可吸收材料用于激發(fā)光的傳導(dǎo)，使之可以在術(shù)畢關(guān)顱后重復(fù)進(jìn)行光動(dòng)力治療，又可以減輕患者因處理光線傳導(dǎo)裝置帶來的痛苦。光敏劑結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化、治療區(qū)域氧供方式的優(yōu)化、利用光動(dòng)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(yīng)用中還需要解決治療費(fèi)用較高、治療后產(chǎn)生水腫等問題。

5 結(jié)語

綜上所述，光動(dòng)力療法具有創(chuàng)傷小、光敏劑“靶向”癌細(xì)胞、疾病治療范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，隨著新一代光敏劑、激光光源在臨床的應(yīng)用，使得光動(dòng)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(chǔ)研發(fā)階段，相信這些研究成果可以為光動(dòng)力療法的臨床應(yīng)用奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也將更好地造福患者。