5-氨基-3-乙酰丙酸光动力疗法在肿瘤诊断和治疗中的应用进展

赵转霞，屠 璐，刘哲鹏

[上海理工大学医疗器械与食品学院药物制剂(设备与工艺)研究所，上海 200093]

光动力疗法(photodynamic therapy, PDT)利用光敏性药物在肿瘤细胞内积聚，再经由特定波长的激光照射，发生一系列的化学反应从而导致肿瘤细胞的死亡。20世纪80年代国外学者就进行了PDT治疗恶性肿瘤的尝试，取得了较好的疗效。随着近年来光敏药物和激光等技术的发展，PDT已成为肿瘤治疗最具前景的方法之一。

1 5-氨基-3-乙酰丙酸光动力疗法的作用机制

5-氨基-3-乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，5-ALA)是一种内源性物质，广泛存在于机体的组织器官内，本身没有光动力效应，但能在体内合成具有光动力效应的原卟啉，其代谢主要通过合成血红素完成[1]。正常情况下，体内5-ALA的含量受到血红素的负反馈调节，保持动态平衡的状态，细胞内不会蓄积过多的5-ALA。当大量外源性5-ALA进入机体，会被代谢旺盛的肿瘤细胞选择性吸收，并转化成原卟啉在肿瘤细胞内大量积聚，打破负反馈调节的平衡状态。原卟啉是一种具有强光敏性的内源性物质，在特定波长的激光照射下可产生单态氧、羟基和过氧化氢等多种活性氧化物，与细胞内的生物大分子物质相互作用，产生毒性物质，引起肿瘤细胞膜、线粒体和核酸的损伤，使肿瘤细胞死亡[2]。光敏药物和激光单独使用对癌细胞没有杀伤作用，而在有氧条件下联合使用能选择性杀伤肿瘤细胞却不伤及正常组织和细胞[3]。

2 5-ALA在肿瘤诊断中的应用

原卟啉在肿瘤细胞和正常细胞内的分解速度不同，在正常细胞内，原卟啉在2～4 h可彻底降解，而在肿瘤细胞内则需要12～24 h[4]。肿瘤组织和周围正常组织的原卟啉含量的差异，使得组织在接受激光照射后荧光发射光谱产生差异，因而可以通过特征性的光谱区分正常组织和肿瘤组织，达到肿瘤早期诊断的目的，但这种方法敏感性和特异性相对较低。临床上通常给予机体大量外源性5-ALA，促使肿瘤组织原卟啉的合成量明显增加，造成肿瘤组织原卟啉的大量蓄积，再利用相应波长的激光照射，直接对肿瘤组织进行内窥镜荧光成像，从而实现肿瘤的定位诊断。该方法在浅表肿瘤和膀胱肿瘤的诊断中最为常用。临床上通常将5-ALA涂抹于皮肤患处，再进行光动力学检测，操作简单、结果直观。然而有学者发现，该方法在黏膜部位、炎症浸润和组织糜烂部位易产生非特异性染色，产生假阳性，对诊断造成了较大的影响。淋巴结转移是肠癌病人的关键性征兆之一，Kato等[5]利用直肠癌小鼠模型经腹腔内注射和灌胃给予5-ALA进行原卟啉荧光诊断，结果发现经腹腔内注射给药组小鼠的肿瘤组织和淋巴结转移灶都检测到了荧光，而正常淋巴结没有检测到荧光，同时在灌胃给药组小鼠的肿瘤组织中也没有检测到荧光，表明腹腔内注射5-ALA可能用于术中直肠癌淋巴结转移灶的诊断。该方法敏感性较高，能发现普通膀胱镜无法发现的小癌灶或遗漏的异位肿瘤，但该方法同样存在给药剂量大和不良反应严重的缺陷。

由于5-ALA在肿瘤诊断方面存在缺陷，因此研究人员尝试利用化学分子修饰或分子结合等方式提高5-ALA的穿透性和保留效应，以期获得更好的原卟啉积聚[6,7]。目前对5-ALA的化学修饰主要是针对5-ALA进行酯化，获得5-ALA酯类化合物用于PDT。美国FDA已经批准一种5-ALA酯类衍生物用于荧光膀胱镜进行膀胱肿瘤的诊断[8]。科学家更多地关注以纳米材料分子结合的方法增强5-ALA在肿瘤疾病诊断中的应用。Yang等[9]利用壳聚糖纳米颗粒作为载体运载5-ALA用于检测肠癌，该组装颗粒能被人结肠癌Caco-2细胞摄取，并能逃避大肠杆菌的吞食，对5-ALA的运载效率高达75%。而后Yang等[10]又对壳聚糖纳米颗粒进行了叶酸修饰和藻酸盐组装，组装的纳米颗粒能使被运载的5-ALA在溶酶体释放，导致原卟啉的产生与积累，有效地逃避细菌的吞食，使药物更充分地进入肠癌细胞，提高了5-ALA在肠癌细胞的释放，进而促进了原卟啉的积聚，提高诊断的荧光强度。

3 5-ALA在肿瘤治疗中的应用

1987年首先发现5-ALA可以作为光敏药物用于恶性肿瘤的治疗[11]。1990年，Kennedy等[12]首次将5-氨基-3-乙酰丙酸-光动力疗法(ALA-PDT)用于临床治疗皮肤癌，将含有5-ALA的软膏涂抹于病人的病变区域，并以激光照射数小时后，将癌细胞杀死。自此ALA-PDT被广泛用于各种肿瘤疾病的治疗。

尖锐湿疣是常见的肿瘤性传播疾病，是由人乳头瘤病毒(HPV)引起的一种良性乳头瘤增生性传染病，有转化为恶性肿瘤的可能。陈启红等[13]对78例尖锐湿疣病人局部用ALA-PDT治疗，治疗后一周判定疗效，治愈率高达72.8%，复发率为19.2%，无感染、溃疡、瘢痕和尿道狭窄等不良反应；而传统冷冻疗法的治愈率仅为53.3%，复发率高达40%。

ALA-PDT具有手术、放疗等传统治疗方法所不具备的诸多优点，但其目前仅局限于浅表肿瘤的治疗。随着医疗器械的发展和医疗方法的革新，ALA-PDT开始与其他医疗方法结合用于非浅表肿瘤的治疗[3]。ALA-PDT与外科手术结合治疗肿瘤在临床上最为常见。Riedl等[14]让51名膀胱肿瘤病人在排空膀胱后将5-ALA缓冲液经导尿管灌注入病人膀胱，叮嘱病人不断更换体位使药物均匀地作用于膀胱壁。灌注后分别用荧光膀胱镜或普通膀胱镜对这51例膀胱肿瘤病人进行电切，结果发现荧光膀胱镜的应用使肿瘤复发率降低了59%。恶性神经胶质瘤病人进行手术切除时面临无法分辨肿瘤组织和正常组织的难题。Maruyama等[15]对该类病人进行手术前，让病人口服5-ALA，在手术过程中进行荧光检测，结果发现检测到荧光信号的部位存在肿瘤细胞，而正常组织没有明显的荧光信号。此技术可用于区分正常组织和肿瘤组织，提高肿瘤切除的精确度，减轻正常组织的损伤。Tsugu等[16]联合应用磁共振成像和ALA-PDT引导神经胶质瘤的手术切除，磁共振成像联合ALA-PDT比单独应用磁共振成像引导的肿瘤切除率提高了20.5%。

Yanase等[17]将ALA-PDT与高热疗法联合用于治疗移植人骨肉瘤细胞的大鼠，结果发现细胞内的原卟啉含量升高，皮下2 mm深处出现了光动力学效应，治愈率高达61%，而单独应用ALA-PDT的治愈率仅为15%[18]。提示ALA-PDT与高热疗法联合应用可能是一种治疗肿瘤疾病的有效手段。Bhuvaneswari等[19]发现PDT作用产生的氧化压力能促进血管生成，而血管生成可能伴随着肿瘤的生长和扩散，ALA-PDT与抗血管生成药物联合使用可以有效阻止肿瘤的血管生成，抑制肿瘤的生长扩散。

4 5-ALA在肿瘤诊疗中的应用前景

已经证实ALA-PDT可用于基底细胞癌、佩吉特(Paget’s)病、鳞状细胞癌、T淋巴细胞癌，肺、膀胱、口腔、食道以及脑部肿瘤等的诊断和治疗[20]。与传统的手术、化疗、放疗等治疗方法相比，ALA-PDT具有创伤小、见效快、不良反应轻、应用范围广、可重复治疗和联合治疗等优势。

然而ALA-PDT在临床诊疗中也面临着一些问题：由于皮肤的角质层具有强大的保护功能，皮肤对外源分子的通透性较低，裸露的5-ALA易降解或被细菌吞食。为保证药物发挥最大的效力，药物必须以适当的速度透过皮肤释放到靶组织并达到足够高的浓度[21]，因此如何提高药物的渗透效力并控制释放速度成为ALA-PDT治疗皮肤肿瘤的关键，药物递送缓释系统的研究成为近年来的研究热点。聚丙烯酸树脂(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，与5-ALA作用后用于肿瘤的PDT治疗，结果显示荧光强度显著增强，随后的光动力效应也显著增强，证实了CP971P这种高分子聚合物可以发挥“佐剂”的效应，增强ALA-PDT杀伤肿瘤细胞的效力[22]。纳米药物能显著提高PDT的治疗效果，减少传统PDT的一些不良反应[20]。Abdel-Mottaleb等[23]开发了一种脂质纳米胶囊用作对皮肤递送药物的载体，该载体具有较强的药物渗透能力、较低的真皮内药物聚集性质、较高的药物递送效率以及较强的稳定性，利用该脂质纳米胶囊递送5-ALA用于皮肤癌等疾病的PDT治疗，可以有效提高药物的渗透能力和吸收效率，同时减少药物的降解和药物的不良反应等。燕翔等[24]以纳米沉淀法制备光敏感纳米微球，利用纳米微球包裹的5-ALA研究PDT对膀胱癌T24细胞的杀伤效应。结果表明，纳米微球负载5-ALA具有理想的载药率，光敏感纳米微球能显著提高光动力学杀伤效应。

虽然ALA-PDT在肿瘤治疗中显示出不少优点，但是该疗法也存在一定的不良反应，大剂量给药势必会带来一系列的不良反应。因此如何将ALA-PDT更广泛地应用于临床，将成为医药研究领域的热点。目前研究人员致力于开发以纳米颗粒为载体的新型药物运载系统，提高5-ALA的穿透能力，提高药物的递送效率，以期获得更好的原卟啉的积聚，从而增强对肿瘤细胞的杀伤作用；同时开发肿瘤治疗的新技术，与ALA-PDT联合应用于肿瘤的治疗。

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