激光治疗甲真菌病的作用机制研究进展

卢祥婷 Arun Karki 黄欣 赵敬军

(上海市同济医院皮肤科 同济大学附属同济医院，上海 200065)

·综述·

激光治疗甲真菌病的作用机制研究进展

卢祥婷 Arun Karki 黄欣 赵敬军

(上海市同济医院皮肤科 同济大学附属同济医院，上海 200065)

甲真菌病是皮肤科常见的甲病变，指真菌引起的甲板和 (或)甲下组织的感染。由于抗真菌药种类较少及其毒副作用，肝肾功能受损的甲真菌病患者，缺乏安全、有效的药物。近年来，以激光作为主要或辅助手段治疗甲真菌病备受国内外学者的关注，现就激光治疗甲真菌病作用机制的研究进展进行综述。

激光；甲真菌病；治疗；作用机制

[Chin J Mycol，2017，12(3):171-174]

甲真菌病是一种由真菌感染甲板和 (或)甲床的疾病，占所有皮肤真菌感染性疾病的 30%，是皮肤科常见病、多发病，其患病率约占所有甲疾病的50%和所有皮肤感染性疾病的10%[1-2]。Sigurgeirsson等[3]认为红色毛癣菌是甲真菌病最常见的致病菌，其临床分离率高达80%[4]。甲真菌病不仅影响美观且易引起继发感染[3]。甲真菌病的治疗一直都是临床上的难题，局部外用抗真菌药物、系统口服抗真菌药物以及手术或化学拔甲术等都属于传统治疗方法，存在一定的局限性。由于甲板结构致密，局部外用抗真菌药物较难渗透到病变部位，因此大大降低了药物的疗效且治疗时间也较长，一定程度上也降低了患者的依从性；口服抗真菌药虽然对甲真菌病有效，但具有一定的肝毒性等副作用，患有肝肾疾病的患者、儿童以及老年患者不宜应用。外科或化学拔甲术创伤大，严重影响患者的美观和生活质量，且易复发。

因此，寻找一种更安全、有效、操作方便的甲真菌病治疗方法势在必行。近年来，激光治疗甲真菌病受到国内外学者的关注，其疗效较好，无明显副作用，尤其适用于年老、免疫力低下和肝肾功能不全的患者，在临床上已逐渐推广使用[5]。目前临床上常用于治疗甲真菌病的激光器类型主要包括:长脉冲Nd∶YAG1064nm激光器、短脉冲Nd∶YAG1064nm激光器、CO2激光器、波长870nm+930nm激光器、光动力疗法等，现就其不同类型的激光治疗甲真菌病的作用机制概述如下。

1 临床治疗甲真菌病常用激光类型及作用机制

1.1 长脉冲Nd∶YAG1064nm激光治疗甲真菌病的作用机制

目前，长脉冲1064nmNd∶YAG激光治疗甲真菌病是国内外学者研究最多的激光器。对不同类型的甲真菌病均具有较好的疗效，安全、有效，对于儿童、老年人、免疫力低下及肝肾功能不佳的甲真菌病患者具有独特的治疗优势。目前美国食品与药品管理局 (Food and Drug Administration，FDA)已经批准了包括长脉冲1064nmNd∶YAG激光在内的多种激光设备用于治疗甲真菌病，它能够暂时性地促进甲真菌病患者新甲的增长[6]。

国外有众多学者对Nd∶YAG激光治疗甲真菌病进行了临床疗效观察，显示有一定疗效[7-8]。Ghavam等[9]在一项体外研究实验中发现低功率激光照射对真菌的生长没有任何抑制作用，而Q开关Nd∶YAG532nm激光能量8 J/cm2，Q开关Nd∶YAG1064nm激光能量4～8 J/cm2和脉冲染料激光 (Flashlamp-pumped dye laser)能量8 J/cm2，595 nm的激光能量14 J/cm2可有效抑制红色毛癣菌生长。禚风麟等[10]在研究长脉冲Nd∶YAG1064nm激光对红色毛癣菌生长及超微结构影响的实验中分别用不同能量的激光200 J/cm2、400 J/cm2、600 J/cm2照射等量的红色毛癣菌，在电镜下观察到红色毛癣菌菌丝的破坏，细胞壁的缺损，细胞膜皱缩、破裂，染色质凝聚等的程度以及细胞内空泡状结构和高电子密度凝集块的数量都随着激光能量的增加而增加。说明不同激光能量的Q开关Nd∶YAG1064nm能不同程度地损坏红色毛癣菌的超微结构，且损坏的程度与激光能量呈正相关。Galvan Garcia[11]认为波长1 064 nm的Nd∶YAG激光能不断地产生高能量的波峰穿透甲板到达甲床部位，产生局部高温从而抑制真菌生长并引起细胞损伤和死亡。它产生的冲击能量只针对真菌产生机械损伤作用，而不加热人体组织，因此不引起疼痛。他认为激光治疗甲真菌病是通过“选择性光热作用”原理来实现的，即根据颜料类型、使用光的类型和脉冲频率，即光+热+冲击力来达到抑制/杀灭真菌的目的。而Vural等[12]认为Q开关Nd∶YAG激光对真菌菌落的抑制作用最有可能是由于非特异性热损伤。有研究报道：532 nm的Q开关Nd∶YAG激光能够很好抑制红色毛癣菌，这是因为红色毛癣菌中含有大量的黄麦格霉素，它能够很好地吸收这一波长的激光。虽然Q开关Nd∶YAG激光波长在1 064 nm超出了黄麦格霉素的吸收光谱，但临床上它对红色毛癣菌亦有类似的抑制作用，这可能是由于毛癣菌物种的细胞壁含有大量的黑色素，这个发色基团的吸收光谱为1 064 nm[13]，所以长脉冲Nd∶YAG1064nm激光是基于选择性光热作用原理发展而来的，激光作用于真菌组织中的发色基团，发色基团吸收足够的热量，继而转化为热能，使真菌组织温度升高，从而达到破坏真菌的作用。Nd∶YAG激光能有效地深入甲床到达真菌菌落繁殖的部位，将甲面温度控制在43～51℃，使真菌丧失繁衍的能力，进而抑制真菌，使指 (趾)甲恢复正常形态。

亦有研究表明UV、热应激、H2O2等外界因素主要通过诱导线粒体凋亡途径从而引起真菌凋亡[14]。其中由线粒体产生的活性氧簇 (reactive oxygen sprcies，ROS)，是介导真菌细胞凋亡的主要分子，ROS主要包括过氧化氢 (hydrogen peroxide，H2O2)、羟自由基 (hydroxyl radical，OH-)、超氧离子 (O2-)等。诱导真菌凋亡的主要方式是ROS介导的氧化还原反应。据此，禚风麟等[14]认为ROS可能在长脉冲1064nmNd∶YAG激光照射后能抑制红色毛癣菌的生长，并在激光治疗甲真菌病中起主要作用。在体外实验中，随着激光能量密度的增加，红色毛癣菌菌体内的H2O2含量逐渐升高，而OH-、抗O2-自由基活力受抑制、超氧化物歧化酶活力也逐渐减弱，故推测在激光照射后菌体发生热休克时，菌体内ROS含量骤升，破坏了菌体内氧化平衡系统，损坏菌体结构，改变了线粒体膜的跨膜电位，导致细胞色素C从线粒体中释放，启动细胞凋亡蛋白酶大量表达，导致菌体发生程序性死亡，随着激光能量的不断增加，菌体最终发生坏死、崩解。

长脉冲Nd∶YAG1064nm激光波长长、能量高、操作简单、穿透力强、不诱发基因突变等优点得到了学者们的认可。长脉冲Nd∶YAG1064nm激光抑制真菌不仅与其激光治疗次数和优化治疗参数有关，亦与其作用机制有关[15]。因此若想达到最佳治疗效果，对于其治疗甲真菌病的具体机制仍需要进一步深入研究。

1.2 短脉冲Nd∶YAG1064nm激光治疗甲真菌病的作用机制

对于短脉冲Nd∶YAG1064nm激光器治疗甲真菌病的临床研究甚少，短脉冲Nd∶YAG是脉冲宽度 (即纳秒)相对较短的激光。短脉冲作用于病甲可引起微小气泡的形成和声波冲击波，进而能显著抑制真菌菌落的生长[16]。短脉冲时间远短于热弛豫时间也会引起热冲击，通过快速加热和冷却靶组织的发色基团，连续的使用短脉冲可产生极端的热循环和冲击波从而对真菌产生机械损伤，短脉冲Nd∶YAG1064nm能有效抑制红色毛癣菌的生长。其中Hochman[16]选取了8例患者，7例为趾甲真菌病，1例为指甲真菌病，采用此激光以脉冲0.65 ms，光斑直径2 mm，能量密度223 J/cm2来照射，2～3次为1个疗程，每个疗程间隔至少3周，治疗2～3个疗程后，结果并不理想，其临床应用及其作用机制仍有待广大的学者和临床医生进一步的研究和探索。

1.3 CO2激光治疗甲真菌病的作用机制

CO2激光是最早用于治疗皮肤科疾病的激光，近年来开始用于甲真菌病的治疗，治愈率较高[17]。刘进芬等[18]对44例甲真菌病病人共92个病甲采用每2周1次CO2激光烧灼打孔,疗程共24周。研究结果显示：CO2激光治疗甲真菌病的有效率达90%。CO2激光治疗甲真菌病，据报道其作用机制大体可分为：(一)光热作用：CO2激光运用光热原理可使真菌组织受热，从而使病灶部位的真菌组织内的水转变为蒸汽，体积发生膨胀，真菌体内压力增加，从而发生局限性的微爆炸，最终被分解代谢;较高的局部温度，亦可直接杀灭真菌。(二)真菌细胞热损伤:轻到中度的温度增加可导致氢键和范德华键断裂，引起酶和功能的变化。通常在特定温度下 (如超过40℃)真菌便可发生热损伤从而导致真菌的某些蛋白变性或失活，反复的热效应持续刺激真菌最终达到抑菌或杀菌的作用[19]。据报道在一个相对较窄的温度范围内，随着激光诱导的热应激作用的增强热休克蛋白 (heat shock protein,HSP)的表达也随之增多，因此检测HSP的含量亦可反应出真菌细胞受损的程度。(三)病甲经过CO2激光处理后更容易修剪，有利于新甲的生长。近年来有研究学者采用CO2点阵激光联合光动力疗法治疗甲真菌病，疗效亦很好[17]。CO2激光治疗甲真菌病方法简便、费用低、患者易坚持、且无明显不良反应，特别适用于老年、肝肾功能受损以及免疫功能低下的患者，在临床上已逐渐开展使用，但有关CO2激光治疗甲真菌病时使用激光的能量密度、波长和烧灼的深度和广度以及如何更加有效地发挥激光的抑菌/杀菌的作用仍有待于进一步的探索和总结其作用机制。

1.4 波长870nm+930nm激光治疗甲真菌病的作用机制

870nm+930nm激光器是一种双波长激光器，它可以发射波长为870 nm和930 nm的近红外光，通过该激光器的光热作用来治疗甲真菌病[14]。870nm+930nm二极管激光器的激光能通过作用于线粒体膜引起线粒体跨膜电位下降，活性氧ROS产生增加而发挥作用。体外实验证实该激光器对毛癣菌属、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白念珠菌均有抑制/杀灭的作用[20]。

1.5 光动力疗法 (Photodynamic Therapy，PDT)治疗甲真菌病的作用机制

PDT是近年来兴起的一种治疗皮肤病的全新技术，在光敏剂5-氨基乙酰丙酸 (5-aminolevulinic acid，5-ALA)和一定的激光光源下发生光动力学反应从而生成具有杀伤细胞作用的单态氧，从而选择性的破坏病变组织。5-ALA-PDT被证明可以有效杀死细菌、真菌等微生物[21]，Kamp[22]的体外实验亦提供了5-ALA-PDT治疗甲真菌病的理论依据，在培养红色毛癣菌的液体培养基中加入5-ALA，红色毛癣菌能将5-ALA转化为光活性的光敏剂原卟啉Ⅸ (PpIX)，然后经一定波长的激光照射，在氧存在的条件下，氧从其正常状态下的基态氧-三重态转变为受激发状态的单态氧，激发态的单态氧再与特定的生物分子发生反应，攻击真菌的胞浆和细胞内膜，使真菌菌落数目减少，直径变小，从而能有效地抑制红色毛癣菌的生长。真菌体内PpIX的生成水平决定了PDT抗真菌化学疗法的疗效，在真菌体内亦存在调节合成PpIX的反馈系统，当ALA用量过多时，真菌细胞会合成过量的PpIX，如果此时不发生光动力学反应，光活性的PpIX在真菌体内亚铁螯合酶的作用下与Fe3+结合生成血红素[23]，导致真菌体内PpIX的水平降低从而减弱/失去其抑制/杀灭真菌的作用。另外体外实验证实5-ALA-PDT通过光化学反应产生大量的ROS和硝基化产物能有效抑制/杀灭红色毛癣菌[24]。但是由于体外培养条件下的红色毛癣菌、白念珠菌的增殖及感染的程度与人体受感染甲的实际情况存在一定的差别，因此进一步研究5-ALA-PDT抗菌的作用机制仍需要大量的动物实验，从而为临床治疗甲真菌病奠定理论基础。

2 展望及小结

虽然激光治疗甲真菌病结果类似，但不同的激光器在作用机制及使用方法上存在一定差异。因此，临床医生应熟悉不同种类激光仪器的作用原理，设置最佳的治疗参数和疗程。

目前国外批准上市的激光治疗器用于甲真菌病的治疗已在临床上逐渐推广使用，它高效、安全、无明显副作用[25]，给不适合口服药物治疗甲真菌病的患者带来新的希望，但激光治疗甲真菌病引起的疼痛亦较常见。国内外有研究报道局部外用表面麻醉剂复方利多卡因软膏可有效减轻病人的疼痛感，且较安全，患者对治疗的满意度较高[26-27]。目前激光治疗甲真菌病的作用机制国内、外研究甚少，我们仍需进一步明确激光治疗甲真菌病的作用机制，以便更好地治疗甲真菌病。

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[本文编辑] 王 飞

·综述·

Advances on the mechanism of laser therapy for onychomycosis

LU Xiang-ting,Arun Karki,HUANG Xin,ZHAO Jing-jun

(DepartmentofDermatology,ShanghaiTongjiHospital,AffiliatedTongjiHospitalofTongjiUniversity,Shanghai200065,China)

Onychomycosis is the most common nail disease in Department of Dermatology.It refers to the fungal infection of nail plate or nail bed with higher incidence in the general population.There is little safe,effective and alternative medicine for onychomycosis due to the side effects of drugs and the fewer kinds of antifungal drugs,especially in patients with impaired liver and kidney function.In recent years,domestic and foreign scholars pay close attention to laser as the main and auxiliary means for treatment of onychomycosis.The research progress on the mechanism of laser treatment of onychomycosis is addressed in this review.

laser;onychomycosis;therapy;mechanism

上海市科委自然科学基金 (17ZR1426300,13ZR1437900)；促进市级医院临床技能与临床创新三年行动计划 (16CR4034A)

卢祥婷，女 (汉族)，硕士研究生在读.E-mail:lxtns15@163.com；Arun Karki,男 (尼泊尔)，硕士研究生在读.E-mail:karki_arun@rocketmail.com

黄欣,E-mail:alida_huang@163.com

R 756.4

A

1673-3827(2017)12-0171-04

2017-02-22