具有生物靶向和特异性激活光敏剂的现状和发展趋势

2019-02-16,,,,*

山东化工 2019年2期

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(1.闽江师范高等专科学校化学与生物工程系，福建福州 350108；2.福建师范大学化学与材料学院，福建福州 350007)

光动力学治疗( Photodynamic therapy PDT) 是一种新兴的治疗癌症的方法。对比于传统疗法，PDT具有以下优点: 对肿瘤细胞具有相对选择性和组织特异性; 毒性低，安全，副作用小;与手术、放疗和化疗等疗法协同作用;可重复用药，无药物耐受性; 治疗时间短[1]。近年来，光动力疗法的治疗效果越来越被证实，并逐渐成为研究的热点。例如，1998年美国FDA批准用Photofrin®PDT治疗早期和晚期肺癌；1999年FDA批准VisudyneTM PDT用于湿性黄斑变性治疗；22004年FDA批准Photofrin®PDT用于巴雷特食管。光动力治疗需要包含三要素：光敏剂、光和分子氧。

1 光敏剂

光动力治疗需要包含三要素：光敏剂、光和分子氧。三要素相互作用，缺一不可。三要素中结合在一起共同作用，就可以产生具有高细胞毒性的活性氧(ROS)，从而达到治疗的目的。理想的光敏剂应具有以下特点：(1)成分单一，稳定性高。(2)暗毒性小，光毒性强。。光照下，光敏剂分子应具有高的活性氧产率，氧化细胞内大分子或细胞器，从而达到在分子内部杀死细胞的目的。(3)选择性好。理想的光敏剂对癌细胞应具有选择性，能够在癌细胞中特异性聚集而不影响正常组织细胞。(4)长波吸收。在红光和近红外区有较强吸收以匹配组织透过窗口。(5)具有一定水溶性。水溶性有利于光敏剂在人体内的扩散和吸收。但是，目前报道出来的光敏剂并不十分理想。因此，为了提高PDT治疗的效果，开发激活型光敏剂也就成为PDT疗法中研究热点。

第一代光敏剂是血卟啉衍生物(HPD)、二血卟啉醚(DHE)和光敏Ⅱ(PhotofrinⅡ)等多为混合制剂，在体内的滞留时间长，避光时间需4周以上；它们的最长激发波长在630 nm，此波长穿透的组织深度有限(<0.5 cm)，限制了在较大靶组织上的应用。HPD和光敏素Ⅱ虽然在临床上取得了疗效，但仍存在许多不足：它们都是复杂的卟啉混合物，组成不定，结构尚有争议；作用光谱不理想，组织穿透能力较差；排泄缓慢，皮肤光毒性大。

第二代光敏剂是临床使用中和处于实验阶段治疗中使用最为广泛的光敏剂。它大致分为五类：卟啉衍生物；中介取代芳基卟吩(一氢卟吩)类；酞菁类；叶绿素a降解产物的衍生物等。第二代光敏剂克服了第一代光敏剂的部分缺点，更加符合理想光敏剂的特点，表现为光敏期短，作用的光波波长较大，因而增加了作用的深度，产生的单线态氧也较多，对肿瘤更有选择性。人们将特异性定位和识别肿瘤组织的的靶向方法应用于第二代光敏剂，以提高光敏剂的靶向选择性，这就是第三代光敏剂研究的内容。这些靶向方法主要有两种：一种是通过靶向药物载体(如抗体、蛋白质、多肽、脂质体、微球、聚合物胶束、碳纳米管、水凝胶等等)将光敏剂选择性运输到靶向组织。另一种为光敏剂直接靶向血管，破坏肿瘤组织周边血管和内皮，导致肿瘤饿死或损伤。

2 光敏剂的靶向输送和特异性激活

2.1 光敏剂的靶向输送

2.1.1 光免疫治疗

光敏剂可以与某些单克隆抗体或配体偶联形成光敏剂免疫共轭物,其能靶向于病变组织中高表达的蛋白质、酶和受体。Hasan将光敏剂Ce6与表皮生长因子受体的单克隆抗体偶联，成功对血管内皮生长因子进行实时成像和治疗[2]。

2.1.2 核酸适体

核酸适体是一系列单链核酸分子，可与靶分子特异性结合。Mallikaratchy 等将光敏剂分子与靶向于癌细胞的核酸适体相连，用于癌细胞的诊断及治疗。一方面，核酸适体对癌细胞的靶向识别，提高了光敏剂的肿瘤选择性;另一方面，带负电荷的核酸适体分子加大了光敏剂的溶解性，提高了其单线态氧产生能力，有效杀死癌细胞[3]。

2.2 光敏剂的特异性激活

2.2.1 蛋白酶激活

Zheng 课题组将光动力治疗(PDT)和分子信标技术(MB)技术结合提出了酶激活光动力分子信标控制产生单线态氧的概念，他们将光敏剂(原卟啉a)与荧光猝灭剂(类胡萝卜素)偶联到肽链两端，肽链折叠，光敏剂与荧光猝灭剂相互靠近，分子间发生荧光共振能量转移，光敏剂荧光及单线态氧猝灭。当有特异性蛋白酶(半胱天冬酶-3)，肽链被蛋白酶特异性识别和剪切，光敏剂与猝灭剂分开，光照下光敏剂产生荧光和单线态氧[4]。Zheng课题组又成功将基质金属蛋白酶(MMP-7)激活光动力分子信标：原卟啉a-GPLGLARK-BHQ-3,用于乳腺脊椎转移癌细胞和小鼠活体的分子成像与光动力治疗[5]。

2.2.2 生物标志物置换激活

郭东升课题组设计构筑了杯芳烃的纳米光敏剂，三磷酸腺苷为肿瘤标志物锁定，当光敏剂被装进杯芳烃空腔后，其荧光成像能力和光活性几乎被完全淬灭，因此光敏剂在处于一种“静默”状态；当ATP浓度为肿瘤浓度时，光敏剂被“激活”了，荧光和光活性几乎完全恢复；光敏剂被置换出空腔，重新激活其光物理性质，实现肿瘤选择性成像和靶向治疗[6]。