光动力疗法在肿瘤治疗中的研究进展

陈越 郑军 谭潇，2

1三峡大学第一临床医学院，三峡大学肝胆胰外科研究所（湖北宜昌443003）；2三峡大学医学院，肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室（湖北宜昌443002）

光动力疗法（photodynamic therapy，PDT）是近些年来兴起的一种应用于临床疾病治疗的方法，迄今为止，其在临床上应用最多的领域当属皮肤疾病的治疗[1]，李庆贤等[2]就证明了PDT在面部痤疮治疗上较之传统的光照射治疗有着明显的优势。PDT在肿瘤治疗方面的研究尤为广泛，上世纪70年代，KELLY等[3]应用血卟啉衍生物（hematoporphyrinderiva，HPD）作为光敏剂治疗膀胱癌成功，由此开创了PDT在肿瘤治疗中的先河。随着研究的不断深入，PDT在肿瘤治疗方面表现出了极大的潜力，其可能成为肿瘤临床治疗的一种新方法。有统计表明，2018年全球约有超1 800万的肿瘤新发病例[4]，其中肺癌的发病率及病死率居首位[5]。手术切除局部病灶仍是目前大多数肿瘤的主要治疗方法，在缓解患者症状和延长生存期中发挥了重要作用，但是并非所有肿瘤都适于手术切除，且对于部分肿瘤而言，手术切除病灶甚至扩大手术范围并不能明显改善患者的预后。因此，肿瘤的非手术治疗方式显得尤为重要。PDT作为一种微创手段，为肿瘤患者的非手术治疗提供了理想的选择。

1 PDT在肿瘤治疗中的作用机制

PDT是通过给患者注射光敏剂（photosensitizer，PS），经过一定时间光敏剂特异性的聚集在肿瘤组织，然后利用特定波长的光源照射并激发光敏剂产生活性氧（reactive oxygen，ROS），导致肿瘤细胞的死亡（包括凋亡、坏死以及过度自噬等）以达到治疗的效果[6]。活性氧主要来源于光敏剂被特定波长光所激发时，将电子转移到分子氧或其他电子受体，形成的超氧化物阴离子和自由基（Ⅰ型反应），或将其电子能量转移到基态分子氧产生的单线态氧（Ⅱ型反应）[7]。关于活性氧破坏肿瘤细胞的机制说法不一，目前国内外学者普遍认同的是：（1）PDT有效地靶向肿瘤血管，使血管内皮细胞损伤、内皮构造紊乱及血栓形成，导致肿瘤细胞营养供应的显著减少；（2）细胞的氧化应激反应，导致蛋白激酶途径的活化，转录因子和细胞因子的表达，并释放介导细胞凋亡的因子，从而导致细胞凋亡或坏死；（3）PDT诱导的急性局部和全身炎症反应，最终刺激T细胞活化并产生抗肿瘤免疫反应[8]。与传统放化疗相比，PDT疗法在线粒体、溶酶体或内质网产生活性氧直接启动凋亡程序导致肿瘤细胞的死亡途径更为直接[9]。

2 PDT在几种常见恶性肿瘤治疗中的研究及应用

2.1 神经胶质细胞瘤（neuroglioma）神经胶质细胞瘤是颅内肿瘤中发病率最高的一种，约占1/3～1/2以上，其组织来源为外胚层肿瘤，半数以上病理分型为恶性。神经胶质细胞瘤的治疗相较于其他肿瘤更为困难，主要是因为以下几点：（1）胶质瘤细胞对常规化疗不敏感；（2）常规化疗时大脑容易受到损伤；（3）大脑的自我修复能力非常有限；（4）许多药物不能穿过血脑屏障作用于肿瘤[10]。对于神经胶质细胞瘤，一般都主张综合治疗，由于PDT在治疗神经胶质瘤方面具有传统疗法不具备的优势，由此引起广大学者的注意。

MAHMOUDI等[11]在阅读大量文献后对5-ALA介导的PDT在神经胶质细胞瘤方面的应用做了综述，得出结论5-ALA介导的PDT对神经胶质细胞瘤具有杀伤作用，且较之其他光敏剂更加安全。NAKANO等[12]则是通过一系列实验证明了5-ALA可以通过下调环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）及微粒体前列腺素E（microsomal prostaglandin E，mPGE）的水平，从而抑制巨噬细胞产生前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2），最终导致巨噬细胞产生免疫反应，有效抑制了RSV-M神经胶质瘤细胞增殖，这无疑佐证了此光敏剂对神经胶质细胞瘤作用的有效性。基于5-ALA的光动力疗法已被日本及许多欧洲国家作为神经胶质细胞瘤手术的标准辅助治疗手段，其更是在2017年获得了美国食品药品监督管理局（FDA）的认证[13]，相信PDT治疗神经胶质细胞瘤会在不远的将来在临床中得到广泛普及。

2.2 口腔癌（oral cancer）口腔癌是发生在口腔的恶性肿瘤的总称，病理类型中最常见的是鳞状细胞癌（squamous cell carcinoma，SCC），约占90%，其起源于嘴和嘴唇的组织。口腔癌最常见的发生部位是舌头，它是头颈部较常见的恶性肿瘤之一。手术和放疗是口腔T1期鳞状细胞癌的标准治疗方式，然而为了达到手术效果，确保无肿瘤边缘，常常需要切除相邻的正常功能组织，而影响言语和吞咽功能，同时约有1/3的患者术后复发或对放化疗不敏感[14-15]，因此，寻找一种损伤性小且有效的治疗方法对口腔癌患者而言意义重大。

已经有学者就PDT在口腔癌的应用做了相关研究。QI等[16]选取SCC-9口腔鳞状细胞癌细胞系为研究对象，盐酸巴马汀（PaH）作为光敏剂，进行了体内外实验，结果证明PaH介导的PDT可以增加G0/G1期细胞百分比，降低周期依赖性激酶2（CDK2）、细胞周期蛋白E1（Cyclin E1）水平，及增加细胞内ROS的产生，从而表现出有效的光毒性作用并促进细胞凋亡，此外，体内实验表明，PaH介导的PDT可有效抑制肿瘤生长，延长荷瘤小鼠的存活时间，并且未观察到明显的毒副作用。WANG等[17]同样做了体内外研究，用甲基氨基乙酰丙酸酯（methyl aminolevulinate，MAL）介导的PDT作用于DOK口腔癌癌前细胞，他们观察到MAL-PDT诱导了自噬相关蛋白表达的增加，从而促进了癌前细胞的死亡，荷瘤小鼠模型上同样观察到肿瘤的生长受到明显抑制，而这种作用是通过诱导细胞凋亡引起的。FANG等[18]选取了SAS及GUM两种口腔癌细胞系为研究对象，结果表明5-ALA介导的PDT能够显著上调口腔癌细胞系中microRNA-145的表达，而过表达的microRNA-145进一步增强了光动力治疗的效果。以上实验从不同水平验证了光动力疗法在口腔癌治疗中应用的可行性，并且对其作用机理进行了阐述，且光动力疗法较之传统治疗有着不可替代的优势，为临床普及口腔癌光动力治疗奠定了基础。

2.3 乳腺癌（breast cancer）乳腺癌是从乳房组织中发展而来的癌症，它是女性最常见癌症死亡的原因之一，乳腺癌好发于乳管内层和向乳管供应乳汁的小叶细胞。从导管发展而来的癌症称为导管癌，而从小叶发展而来的癌症称为小叶癌，此外还有超过18种其他亚型的乳腺癌。目前乳腺癌治疗后的副作用较大，术后并发症多，而且该疾病晚期的预后通常很差[19]，有数据显示乳腺癌患者常常伴有一定程度的抑郁症[20]。尽管各种手术治疗和联合化疗方案在不断地发展和完善，但乳腺癌的预后仍不尽如人意，因此，探寻有助于改善乳腺癌预后的治疗方式具有十分重要的临床意义。

国外有专家就PDT对乳腺癌细胞的杀伤能力做了研究，SANTOS等[21]使用亚甲基蓝（methylene blue，MB）作为光敏剂，在一组正常乳腺上皮细胞系MCF-10A及两组人乳腺癌细胞系MCF-7、MDAMB-231中分别评估PDT对细胞的杀伤能力，实验组以波长640 nm、4.5 J/cm2强度光照照射。结果显示肿瘤细胞及正常细胞均出现死亡，但肿瘤细胞的死亡数远远多于正常细胞，证实其对肿瘤细胞的杀伤作用，表明MB-PDT可用作乳腺肿瘤手术后的辅助治疗，以显著提高肿瘤细胞的根除率，从而最大限度地减少局部复发和转移复发的机会。由于乳腺癌诸多的亚型存在，常常导致化疗的失败或耐药的产生，有学者认为，PDT对多重耐药的乳腺癌细胞具有较强的杀伤作用，同时可以增强其对化疗药物的敏感性，大大提高了乳腺癌的治疗效果[22]。同时有研究指出，顺铂联合光动力治疗可以显著增加对乳腺癌细胞的杀伤作用，表明两者具有协同效应[23]。乳腺癌患者术后化疗是一个艰难且长久的过程，很多患者不能耐受而放弃继续治疗，PDT在乳腺癌细胞系的成功研究无疑为这类患者带来了一种可行的辅助治疗方案。

2.4 胰腺癌（pancreatic cancer）胰腺癌是人类迄今为止最致命的癌症之一，预后极差，确诊后5年生存率低[24]，被称为“癌症之王”。胰腺癌包括胰头癌、胰体尾部癌，其病理分型包括导管细胞癌、粘液性囊腺癌和腺泡细胞癌，其中胰腺导管细胞癌占90%左右。手术切除是胰腺癌的首选治疗[25]，但目前胰腺癌早期的确诊率不高，确诊时多属晚期，已丧失合适的手术时机[26]，且胰腺癌细胞对化疗、放疗敏感性欠佳，故预后极差[27]。

有学者曾就PDT对胰腺癌相关细胞系的敏感性进行了研究，HUANG 等[28]将MIA PaCa-2和AsPC-1两个胰腺癌细胞系种植于无胸腺的小鼠身上（4～6周龄），利用低剂量伊立替康（irinotecan）协同PDT对实验组进行治疗，结果表明伊立替康协同PDT组合与单独的任一治疗相比对肿瘤细胞的生长抑制作用更明显，并且比胰腺癌的标准化疗方案更有效。DEWITT等[29]在一项单中心的Ⅰ期临床试验中，筛选了12例晚期胰腺癌患者，在超声内镜引导下行卟吩姆钠介导的PDT，结果证实了PDT的安全性，并且在影像学上显示了一定的效果，为Ⅱ期临床试验奠定了基础。因此，PDT作为一种新的有效治疗胰腺癌的手段对于改善胰腺癌患者的预后具有十分重要的意义。

2.5 前列腺癌（prostate cancer）前列腺癌是指发生在前列腺的上皮性恶性肿瘤，其病理类型包括腺癌（腺泡腺癌）、导管腺癌、尿路上皮癌、鳞状细胞癌、腺鳞癌，其中腺癌占95%以上。前列腺癌早期可无症状，在后期可导致患者出现排尿困难、血尿或骨盆疼痛等。传统观点认为，晚期或伴有淋巴结转移的前列腺癌患者并不适于手术治疗，但随着人们认知水平的提升及技术的不断革新，前列腺癌术后有效率有所改观，且联合雄激素剥夺疗法（即去势疗法）能明显改善患者预后[30-31]。相关研究表明，PDT在前列腺癌的治疗方面具有一定的潜在作用。

关于PDT作用于前列腺癌的研究，国内外均有报告。LIANG等[32]选取前列腺癌细胞系PC-3M，分别用单纯疱疹病毒1型胸苷激酶/更昔洛韦（HSV1-TK/GCV）与焦脱镁叶绿酸-a甲酯介导的PDT（MPPa-PDT）联合，选取波长（670± 10）nm、4 J/cm2光照，结果显示联合治疗组的细胞存活率约为10%，明显低于单一MPPa-PDT治疗组（23%）和单一HSV1-TK/GCV治疗组（35%），差异具有统计学意义。随后研究者采用流式细胞术检测细胞毒性，表明联合治疗组凋亡率约为38%，较单一MPPa-PDT治疗组（约22%）和单一HSV1-TK/GCV治疗组（约19%）高，故研究者认为，联合治疗方式较单一治疗对PC-3M细胞的杀细胞效果更理想。GHEEWALA等[33]选取雄激素依赖性前列腺癌（androgen dependent PCa，ADPC）细胞系 LNCaP，运用脱镁叶绿酸 a（pheophorbide a，Pba）介导的PDT进行实验研究，结果表明Pba介导的PDT是一种潜在的治疗前列腺癌的方法。这些研究证明了PDT作为前列腺癌的治疗方法是有可行性的。

2.6 皮肤黑色素瘤（melanoma）黑素瘤又称为恶性黑色素瘤（malignant melanoma，MM），是来源于黑色素细胞的一类恶性肿瘤，常见于皮肤、黏膜、眼脉络膜等部位。皮肤恶性肿瘤包括鳞状细胞癌（SCC）、基底细胞癌（BCC）及黑色素瘤[34]，尽管黑色素瘤仅占皮肤恶性肿瘤的4%，但死亡率达到70%以上，且近年来其发病率不断上升。黑色素瘤是皮肤肿瘤中恶性程度最高的一种，极易出现远处转移，要想更好的治疗效果需要更深入地理解其发病机制并确定有效治疗目标和策略[35]。

国内外诸多报告描述了PDT用于黑色素瘤治疗的有效性，这有赖于黑色素瘤位置表浅，易于PDT的进行。BALDEA等[36]选择人类黑素瘤细胞系WM35，使用卟啉作为光敏剂进行光动力治疗，结果表明卟啉介导的PDT能够诱导黑色素瘤细胞DNA的持续性氧化损伤，从而有效降低WM35细胞的数量，研究者由此推测卟啉介导的PDT对黑色素瘤细胞具有杀伤作用。大量研究表明，酞菁（phthalocyanine）是一种对黑色素瘤有明显作用效果的光敏剂。TUDOR等[37]选择预接受二甲双胍暴露的WM35和M1/15黑色素瘤细胞系，镓酞菁氯化物（GaPc）-PDT处理后发现GaPc-PDT与二甲双胍协同可增强对肿瘤细胞的损伤作用，从而促进了黑色素瘤细胞的凋亡。ROBERTSON等[38]利用黑色素瘤细胞系A375证实了新型金属酞菁光敏剂相较于卟啉光敏剂5-ALA有更好的促凋亡作用。由于酞菁的疏水性，CAMERIN[39]和 GOTO[40]等先后使用直接乳化法，成功地制备了固体脂质纳米粒子作为氯化铝酞菁的纳米载体，提高了它在光动力治疗过程中的生物利用度，从而增强了其光动力效果，这都为PDT在黑色素瘤中的应用提供了强有力的证据。

3 结 语

在国内外研究中，已经证明了PDT在多种肿瘤治疗中的有效性，相较于传统的手术治疗，PDT具有创伤小、靶向性好、毒性低、适应性好、可重复操作等优点，是一些无法切除，或切除后并发症较多的恶性肿瘤的优先考虑方法，但其仍在许多方面存在缺陷，导致临床应用的局限性，这有赖于未来学者对此进行进一步的研究，让其真正成为造福人类的一项技术。