结直肠癌的光动力治疗进展

王　鹏，熊　力，雷振东，贺海清，刘继强，赵　华,刘奎杰

(中南大学湘雅二医院普外科， 湖南 长沙, 410011)

结直肠癌的光动力治疗进展

王鹏，熊力，雷振东，贺海清，刘继强，赵华*,刘奎杰*

(中南大学湘雅二医院普外科， 湖南 长沙, 410011)

摘要：结直肠癌是消化系统最常见的恶性肿瘤之一，且发病率逐年上升，但其治疗往往仅限于手术、放疗、化疗等传统方法。近年来，光动力疗法在结直肠癌治疗中取得了满意效果。本文对近年来国内外应用光动力疗法治疗结直肠癌的文献进行综述，系统阐述这一治疗方法的起源与发展、作用原理及机制、光敏剂与光源的选择、临床效果、不良反应、制约发展因素及可能解决办法。希望通过本文，为临床医师治疗结直肠癌提供一种新的治疗手段。

关键词：光动力疗法；结直肠癌；光敏剂；临床效果

0引言

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是起源于结直肠粘膜的恶性肿瘤，是消化系统最常见的恶性肿瘤之一，其发病率、死亡率均较高[1]。由于早期症状不典型，导致早期诊断比较困难。大多数患者出现临床症状时，已处于中晚期。近年来，随着结直肠癌分子生物学的研究进展，其治疗模式也在发生变化[2]，但其5年生存率仍然不高。随着纤维结肠镜的普及、激光器及光敏剂的改进，光动力疗法(photodynamic therapy，PDT)治疗结直肠癌受到越来越多的重视。

1光动力疗法的起源与进展

1900年，Oscar Raab[3]博士偶然发现吖啶经激发后可杀死草履虫，而单纯吖啶或激发光源并不能杀死草履虫，Raab这一发现被认为是关于PDT的最早观察。1904年，Tappeiner[4]研究发现光敏剂联合光照杀灭细胞的现象具有氧依赖性，并首次提出了光动力效应(photodynamic effect)的概念来描述这一光敏化现象，这一发现为光动力疗法的深入研究奠定了基础。其后，人们开始将光动力拓展到肿瘤的诊断等多方面研究。20世纪70年代随着激光技术的发展，加速了光动力治疗临床肿瘤的技术转化。1972年，Diamond[5]等首次提出联合卟啉化合物的肿瘤-定位和光毒性来治疗肿瘤，从此光动力疗法真正引起人们的关注。此后，科学家又陆续进行了PDT治疗膀胱癌、食管癌、胃癌的研究。1993年，加拿大健康保护局(The Health Protection Bureau of Canada)批准卟吩姆钠商品化，用于治疗膀胱癌。至此，光动力疗法正式确定了其在肿瘤治疗中的临床地位。

2光动力疗法的治疗原理与机制

光动力疗法是以光、光敏剂和氧的相互作用为基本原理的一种疾病治疗新手段，有别于传统的手术、放疗、化疗三大肿瘤治疗方法。此外，其创伤小、毒性低、靶向性强、适用性广、可重复等优点，逐渐被越来越多的患者所接受。光动力疗法的治疗原理为：给予机体一定量光敏剂后，经适当波长的光照，病变组织便可产生具有细胞毒性的活性氧(reactive oxygen species, ROS)(如单线态氧、氧自由基等)，通过氧化作用，破坏细胞器的结构与功能，导致细胞凋亡与坏死，从而达到治疗肿瘤的目的[6]。其作用机制主要有三方面：(1)活性氧诱导细胞凋亡与坏死，直接杀伤肿瘤细胞；(2)破坏肿瘤滋养血管，导致肿瘤缺血缺氧；(3)促进炎症介质的释放，启动免疫应答，导致肿瘤的破坏[7]。

3光敏剂的选择

光敏剂是一种可以传递激发光能量到氧分子的化合物，它本身不参与化学反应，其理化性质直接决定了光毒性作用，对其疗效起关键作用。目前用于治疗结直肠癌的光敏剂主要有：

3.1第一代光敏剂

第一代光敏剂主要包括血卟啉衍生物(haematoporphyrin derivative, HpD)。 HpD为一种混合物，是目前文献报道使用最多的光敏剂之一。卢丽琴[8]等报道，以其作为光敏剂，浓度为2 mg/kg，光照波长为630 nm,能量密度200 J/cm2,治疗中晚期结直肠癌患者12例，结果CR 1例(8.3%)，PR 8例(66.7%)， MR 1例(8.3%)，NR 2例(16.6%)，总有效率(CR+PR)为75%，结果喜人。但第一代光敏剂成分复杂，代谢缓慢，避光时间长，皮肤光毒性大，因此限制了其在结直肠癌患者中的进一步应用。

3.2第二代光敏剂

第二代光敏剂主要包括5-氨基酮戊酸(5-aminolevulinic acid, 5-ALA),替莫泊芬(temoporfin),他拉泊芬(talaporfin),酞菁(phthalocyanines)类光敏剂等，其中5-ALA为最先上市的第二代光敏剂。5-ALA是血红素合成过程中的代谢产物，本身不具有光敏活性，而其产物原卟啉IX(protoporphyrin IX)是一种可在肿瘤细胞中选择性积聚的光敏物质。Kamada[9]等报道，人结肠癌HT29细胞荷瘤小鼠，经5-ALA-PDT处理后，与无5-ALA、仅光照组荷瘤小鼠相比，肿瘤体积明显缩小(第5天：P值=0.0489，第8天：P值=0.0318，第12天：P值=0.0394)，肿瘤生长速度明显受抑制。与第一代光敏剂相比，第二代光敏剂杀伤作用更强，可多途径给药，光毒性较低，荧光特性及组织选择性更好。

理想的光敏剂应具有靶向性强、光毒性强而暗毒性低、良好的荧光性、不在特定组织滞留且痛苦小等优点[10]。为此，在第二代光敏剂的基础上，偶联有靶向基团如脂质体(liposomes)、多聚体(polymers)、抗体(antibody)、抗肿瘤药(antineoplastics)等的第三代光敏剂成为新的研究热点。Peng C L[11]等曾于2009年报道将7-乙基-10-羟基喜树碱(SN-38)包埋于二氢卟吩(chlorin)形成微胶粒SN-38/CSBC，治疗人结肠癌HT29细胞株小鼠皮下移植瘤模型，结果显示SN-38/CSBS肿瘤积聚性好，抗肿瘤活性增加，60%的移植瘤模型经过3个周期治疗后消失，并且肿瘤细胞增殖受抑制，微血管密度降低。但目前尚未见此类光敏剂在临床应用中的报道。

4光源及光照剂量的选择

PDT过程中的光源目前常用的有非相干光源和相干光源两种。非相干光源，如发光二极管(LED)，价格低廉，但是组织穿透深度浅，较多用于体表肿瘤及皮肤病的治疗；而相干光源即激光，波长单一，穿透力强，光强分布均匀，可通过不同的光纤输出端，进行体表、腔道器官病变的照射治疗。此外，不同光敏剂最佳吸收光谱不同，故光源波长的选择要与光敏剂的吸收光谱相匹配。目前，各种波长的半导体激光器已成功应用于临床。与以往的CO2激光器等相比较，半导体激光器体积小，易携带，其中已有英国生产的DIOMED630型半导体激光治疗仪治疗结直肠癌的报道，照光波长630 nm,输出功率2 W[8]。

随着内窥镜系统的发展，对人体自然腔道系统部位的病变而言，往往是与内窥镜系统相结合进行的。对结直肠癌来说，可通过电子肠镜活检孔导入光纤，实现对病灶的精准照光，同时，可通过显示屏观察治疗情况。不同的光敏剂其标准治疗规程不同，Photofrin的标准治疗规程为：给药剂量2 mg/kg，给药后48 h给予200-300 J/cm2的照光剂量[12]；已于国外上市的替莫泊芬，常规用药剂量为0.1-0.2 mg/kg,照光波长为652 nm，剂量仅需20 J/cm2，而给药后4天为最佳治疗时机[13]。

5疗效观察

经肠镜介导光动力治疗结直肠癌，尤其是对于晚期肿瘤失去手术时机或因高龄、心肺功能不全而不宜手术的患者而言，更是一种有效减轻痛苦、提高生活质量、延长生命的治疗手段。卢丽琴[8]等报道，肠镜下Photofrin介导的PDT治疗中晚期结直肠癌患者12例，总有效率75%，患者肠道刺激症状及排便习惯改变、便血和不完全性肠梗阻等主要症状均得到显著改善，症状改善率分别为80%、100%、50%。Dohmoto[14]等对71例晚期直肠癌患者行PDT治疗，结果表明79%患者症状有所缓解，其中完全缓解率为35%，而相关的治疗并发症发生率低于10%，结果喜人。Bart[15]等报道，PDT治疗早期结肠癌患者2例，后经肠镜检查，病变消失，病检未见癌细胞，无瘤生存期分别达到20和28个月，由此可见，PDT对早期结直肠癌可达到根治效果。

综上所述，PDT对早期、晚期结直肠癌都具有确定疗效。另一方面，对于结肠癌肝转移，使用包括靶向治疗在内的个体化综合治疗等，其5年生存率仍然不高。但Whitacre[16]报道的一项菌绿素(Pc 4)介导的PDT治疗结肠癌肝转移的研究显示，23例患者共计31个转移灶，经CT扫描，其中30个病灶可见坏死征象，85%的病灶在治疗1个月后达到稳定。由此可见，PDT治疗结肠癌肝转移也是极具前景的。此外，曾峥[17]等对15例失去手术机会的老年中晚期消化道肿瘤患者(食管癌7例，结肠癌4例，直肠癌4例)进行内镜下光动力联合化疗，结果显示15例患者半年生存率73%(11/15)，1年生存率40%(6/15)，中位生存期为9个月，这种疗法能够从生理上(近3个月P<0.05)和心理上(近3个月P<0.05)改善患者的生活质量，但对社会关系领域(P=0.192)和生活领域(P=0.742)的生活质量无明显影响。目前尚未见PDT联合放疗治疗结直肠癌的报道。

6不良反应

通常认为，PDT是一种安全有效的治疗手段，其治疗结直肠癌不良反应亦较少。根据目前文献报道，较常见的有光敏剂过敏反应及皮肤光敏反应[18]。其中前者主要包括：发热、皮疹，偶有胸闷、心悸、恶心等不适，以上可通过光敏剂皮试、皮肤划痕实验避免；后者主要包括：皮肤红肿、瘙痒、疼痛、色素沉着等，以上也可通过PDT治疗后严格避光及对症处理可缓解。此外，少数患者会出现一过性转氨酶升高，因此治疗前有必要检查患者肝功能。在PDT治疗结直肠癌过程中，由于肿瘤组织坏死、操作不当等有可能出现肠穿孔、消化道出血、肠蠕动消失等罕见并发症。卢丽琴[8]等报道，Photofrin治疗中晚期结直肠癌过程中，1例乙状结肠癌患者PDT治疗1周后出现肠瘘，手术证实肠瘘是由于肿瘤侵犯肠壁全层，光动力治疗效果比较彻底导致肿瘤坏死，而形成肠瘘。因此，对结肠癌患者的光动力治疗一定要慎重，因为肿瘤有可能侵犯肠壁全层，PDT治疗后，可诱肠发穿孔导致腹膜炎。

7PDT治疗结直肠癌的制约因素及可能的解决方法

PDT作为一种治疗结直肠癌的新选择，仍有一些不足之处，这些因素约制了PDT在临床中的进一步应用。

7.1治疗后复发

肖卫东[19]等发现5-ALA-PDT处理人结肠癌SW480细胞后12-24 h活细胞总数下降，死亡比例增加，细胞增殖减缓，但PDT治疗24 h后，细胞存活率开始缓慢上升。这一基础研究表明，肿瘤细胞可能存在抵制，为复发埋下了根源。因此有手术机会者，要尽量手术治疗，而不宜单纯采用PDT治疗。对晚期结直肠癌或者不耐受手术患者而言，作为一种姑息治疗手段，可多次重复行PDT，以增强治疗效果。

7.2组织穿透性有限

不同波长的光对组织穿透能力不同，波长越长的光对组织穿透能力越强。以Photofrin为例[20]，其激活波长为630 nm，但其穿透深度只有0.5 cm左右，因此对体积较大或深在肿瘤并不理想，而当光源波长达到800 nm时,组织的穿透深度可达1 cm。但是短波长光源具有更高的单态氧产率，照光时间更短，因此寻找最佳照光波长及最佳单态氧产率是目前研究热点。目前，有使用飞秒激光器预先在肿瘤组织上打孔以增强光敏剂的组织渗透能力，从而增强其杀伤深度的报道[21]，但此方法是否会引起肿瘤播散尚无定论。

7.3光敏剂的理化特性

光敏剂的理化特性直接影响PDT的治疗效果。目前我国批准临床使用的为第一代光敏剂喜泊分，该光敏剂在肿瘤组织内氧化不均[19]，并且在全身血管内消耗多[22]，导致光动力治疗效率较低。目前，有学者正在研究将光敏剂与多聚体、脂质体和抗体相偶联，提高光敏剂对肿瘤的亲和力，增强治疗效果，降低治疗副作用。同时偶联有抗肿瘤药物的光敏剂也在在研发中，此类光敏剂凭借本身在病变组织的定向功能，介导抗肿瘤药物高效到达靶组织，发挥光敏剂与抗肿瘤药物的多重靶向作用[23]。

7.4肿瘤干细胞和自噬相关因素

肿瘤干细胞(cancer stem-like cells, CSCs)具有自我分化增殖的特性，其对包括PDT在内的治疗措施的抵抗导致了肿瘤的复发与进展。而自噬是溶酶体降解细胞器和细胞蛋白的一个过程，最近研究表明自噬可以保护癌细胞免于凋亡[24]。Ming-Feng Wei[25]等发现5-ALA介导的PDT可以促进PROM1/CD133+结直肠癌干细胞中凋亡小体的形成，同时伴有自噬相关蛋白ATG3、ATG5、ATG7、ATG12的上调，而抑制PDT介导的自噬，可以促进PROM1/CD133+结直肠癌干细胞的凋亡及体内致瘤性。这表明自噬在PDT作用于CSCs时起保护作用，抑制自噬可以提高PDT对CSCs的敏感性。因此我们相信针对自噬的抗CSCs PDT治疗会是新的治疗结直肠癌的靶点。

8总结与展望

纵观国内外众多基础与临床研究，PDT治疗结直肠癌效果是肯定的：对早期肿瘤可达到根治效果，晚期肿瘤以及不能耐受手术的结直肠癌患者，可明显改善症状，提高患者生活质量，延长生存期，且痛苦小。但是PDT作为一种治疗结直肠癌新选择，其优势仍然没有得到充分体现。我们相信，随着光敏剂、激光激发器的不断进步，PDT治疗结直肠癌的前景会更加乐观。

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Progresses of Photodynamic Therapy for Colorectal Cancer

WANGPeng,XIONGLi,LEIZhendong,HEHaiqing,LIUJiqiang,ZHAOHua*,LIUKuijie*

(General Surgery Department of Second Xiangya Hospital,Central South University, Changsha 410011, Hunan, China)

Abstract：Colorcetal cancer is one of the most common malignant tumors of digestive system, and the occurrences are rising year by year, but the treatment is often limited to the traditional methods such as surgery, radiotherapy and chemotherapy. In recent years, photodynamic therapy has achieved satisfactory effects in the treatment of colorectal cancer. This paper reviews the domestic and foreign literatures of the photodynamic therapy for colorectal cancer and elaborates the origin and development,the principle and mechanism, the choice of photosensitizer and light source, clinical utility, clinical adverse reactions, restricting deve lopment factors and possible solutions. By reading this article, We hope that it can provide a new treatment to treat colorectal cancer for clinicians.

Key words：photodynamic therapy; colorectal cancer; photosensitizer; clinical utility

文章编号：1007-7146(2015)06-0495-05

文献标志码：A

中图分类号：R454

*通讯作者：赵华(1961-)，男，湖南长沙人，博士，中南大学湘雅二医院普外科教授，硕士生导师，主要研究方向为胃肠外科疾病诊治。(电话)13517490905;(电子邮箱)drzhaohua2012@163.com；刘奎杰(1984-)，男，湖南长沙人，博士，中南大学湘雅二医院普外科主治医师，主要研究方向为胃肠系统疾病。(电话)13603711654；(电子邮箱)39338194@qq.com

作者简介：王鹏(1990-)，男，山东聊城人，中南大学湘雅二医院硕士研究生，研究方向为普外科疾病。(电话)15700731576;(电子邮箱)13455863635@163.com

基金项目：湖南省科技计划重点项目(S2014W2052)；国家自然科学基金(81402536，81372628)；湖南省自然科学基金(12JJ5048，2013FJ6053)；湖南省科技计划(2012FJ3129，2013WK3029)；湖南省科技厅项目(2014WK2016)；长沙市科技局科技计划(K1205018-31)；美捷登青年研究基金(MJR20140011)

收稿日期：2015-08-10;修回日期:2015-10-20

doi:10.3969/j.issn.1007-7146.2015.06.001