光敏剂在血液制品病原体灭活中的研究进展

黄皓，鲍蕾蕾

输血采用的血液制品是以健康人血液为原料，经分离、纯化后制备的生物活性制剂，用于治疗急性或大量失血的病患和遗传性血液疾病，分为全血和血液成分制剂，后者包括红细胞、血小板和血浆。血液制品属于高风险生物制品，容易被病原体污染，对质量安全要求极高。被污染的血液制品携带病原体进入人体内环境，可能会导致艾滋病、肝炎和疟疾等高致死率的疾病，严重损害患者的生命健康和生活质量［2］。严格的检查及各种抑制病原体技术可有效地减少输血传播感染（transfusion transmitted infections，TTI），但无法杜绝。

光动力灭活（photodynamic inactivation，PDI）技术灭活范围广，操作简便，是保障血液安全有效的方法。在该方法中，光敏剂是影响光动力灭活效果的重要因素，决定了光源的波长和灭活参数。笔者通过介绍光敏剂灭活病原体的作用机制，总结了已运用于临床及尚在实验阶段的光敏剂，为光敏剂在血液制品灭活中的应用提供参考。

1 光敏剂灭活病原体的作用机制

光敏剂在适当的浓度和光源下激活，在有氧环境中，通过2 种机制产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）发挥灭活病原体的作用：Ⅰ型机制（电子转移）产生H2O2和·HO；Ⅱ型机制（能量转移）产生1O2。其中，光动力灭活法破坏病原体的主要机制的具体过程为：光敏剂在吸收光的辐照能量后，由基态（S0），转变为激发态（Sn），Sn 可以通过释放热量或发射荧光损失能量，回到基态，也可以通过系间窜越（intersystem crossing，ISC）转换为持续时间更长的激发三重态（T1）。T1形态的光敏剂通过磷光发射或产生ROS 的2 种途径回到基态，再次吸收辐照能量转变为激发态，进入循环1 个光敏剂分子在失效前可产生大量活性氧［3-5］。见图1。

图1 光敏剂吸收能量产生活性氧

2 光敏剂

2.1 已运用于临床的光敏剂

2.1.1 亚甲蓝 亚甲蓝（methylene blue，MB）在可见光下发生光化学反应，即亚甲蓝光化学法，使鸟嘌呤氧化并破坏病毒核酸，从而阻止病毒复制［6］，灭活结束后需通过过滤装置滤除。该灭活技术对包膜病毒有效，对非包膜病毒、细胞内病毒、原生动物、真菌和细菌等灭活效果不理想。灭活血浆中病毒的效果优于有机溶剂/去污剂（solvent/detergent，S/D），是一种实用、安全、有效的单袋血浆病毒灭活方法，也是中国目前唯一获准用于临床的光动力灭活血浆病原体技术，最早在1992 年德国上市，中国2001 年用于临床［7］。

MB 的活性随温度的升高而增强，但高温过高会对血浆中凝血因子等相关成分造成损伤［8］，需要将光化学反应过程的温度控制在一定范围内。对有血栓性血小板减少性紫癜患者，使用亚甲蓝光化学法反而降低了血浆的治疗效果，甚至会引起严重的不良反应［9］。

有实验探究了MB 和radahlorin 在662 nm，40 J/cm2的光照条件下对感染新型冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）的细胞的作用，发现MB 和radahlorin 在相对较低的浓度下，对SARS-CoV-2 产生灭活作用［10］。

2.1.2 核黄素 核黄素（riboflavin，RF）又称维生素B2，在广谱紫外线（280～400 nm）的照射下，与病原体核酸结合，通过产生ROS 对病原体造成不可逆的损伤［11］，RF 光降解产物无毒，所以无需滤除，在一定程度上避免了血液制品成分的损失［12-14］。Mirasol 系统具有基于RF 光化学法的病毒灭活的配套设施和辐照流程，其减少血小板、血浆成分中病原体的技术已经得到欧盟（最早，为2007 年）、中东等多个地区的批准，应用于全血的RF 光化学法已经出现［15］。见表1。

表1 已运用于临床的光敏剂

RF 与紫外光结合已被证实可以灭活大量病原体，如：革兰氏阳性菌、埃博拉病毒、人免疫缺陷病毒、细小病毒、恶性疟原虫等［16］。对近几年来流行的中东呼吸综合征冠状病毒、SARS-CoV-2 也有效［17］，但对孢子形成菌和朊病毒无效［1］。非包膜病毒紧密包装的病毒衣壳可阻碍光敏剂进入病毒内，使光敏剂的灭活效果下降，因此在用PDI 技术处理后，需要对血液制品中的非包膜病毒进行检查［18］。

有研究指出，在RF 光化学法处理前，对血液制品进行脱氧或加入血小板活化抑制剂和抗氧化剂可减少对血液成分的损伤［19］。加入镁、钾离子、醋酸盐和磷酸盐可以减少血小板储存损伤的程度［20］。

2.1.3 补骨脂酯素衍生物 基于补骨脂酯素衍生物（S-59）建立的INTERCEPT 系统利用紫外线（aultraviolet A，UVA）（320～400 nm）激发S-59 活性，使其与病原体核酸中的嘧啶碱产生交联，拦截遗传物质的复制、翻译和转录过程，从而灭活血浆和血小板中的病原体［21］。辐照结束后，需立即滤除S-59 及其光产物。该方法最早于2002 年获得欧盟CE 认证进入市场［13］，也是美国首个用于血小板病原体灭活的光动力方法。

INTERCEPT 系统能够有效地减少血液制品中的包膜病毒、非包膜病毒、细菌和寄生虫等病原体。灭活血浆中的基孔肯雅病毒的效果优于RF 光化学法［22］。可用于预防输血相关性移植抗宿主病，对戊型肝炎病毒、中东呼吸综合征冠状病毒、SARS-CoV-2 也有效［23-25］。使用该方法灭活的血液制品在使用前需了解受血者有无补骨脂素过敏史［26］。

2.2 尚在实验阶段的光敏剂

2.2.1 维生素 Xu 等［27］的实验证明维生素B1、B6、K3 和二苯甲酮（benzophenone，BP）等光敏剂可在UVA（350 nm）辐照下产生协同灭活作用，可增强灭活效果，减少了光敏剂的使用浓度［28］。并在其最新的研究中证明了维生素K5 在紫外线A 的照射下可在全血中发挥光动力灭活作用［29］。

2.2.2 拟肽寡核苷酸噻吩 Zhou 等［30］首次对宿主防御肽的光动力模拟物进行构效研究，制备了一类序列精确、链长可控、区域规整的新型光敏剂，即拟肽寡核苷酸噻吩［peptidomimetic oligo（thiophene）s］在日光下发挥高效、快速、广谱的抗菌活性，且溶血活性低。

2.2.3 噻唑橙 噻唑橙（thiazole orange，TO）已被证明能使红细胞悬浮液中的几种细菌和病毒病原体光失活，而不会对红细胞产生不良影响。在Gough 等［31］将其运用到血小板浓缩物的病原体灭活，发现噻唑橙可显著减少血小板浓缩物中金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌。

2.2.4 卟啉、酞菁及其衍生物 卟啉的衍生物，如血卟啉、光卟啉等，在体外都具有灭活白色念珠菌的效果［9］，其中5，

10，-15-tris（1-methylpyridinium-4-yl）-20-（pentafluorophenyl）porphyrin tri-iodide（Tri-Py+-Me）和卟啉类光敏剂配方FORM（含5 种混合物）。在150 mW·cm2辐照强度下照射270 min可用于血浆、红细胞和全血的病原体灭活，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌等病原体均有灭活效果。见表2。

表2 处于试验阶段的光敏剂

脱镁叶绿酸a 是光动力灭活法中首次用于消除血液中克氏锥虫的光敏剂，毒性低，但需要24 h 的光暴露时间来净化血液，可用于血库中血液质量的控制［32］。

2，3，9，10，16，17，23，24-octakis（4-methoxypyridinium-1-yl）phthalocyaninatozinc Zn（MeOPy+）8Pc 在250 W 石英/卤素灯（620～750 nm）照射下被激活，可对血浆和全血中的大肠杆菌产生灭活作用［33］。

Zhang 等［34］研究出1 种带不同正电荷的水溶性阳离子锌酞菁光敏剂ZnPc（TAP）4n+，并建立了1 种用流式细胞仪测定光敏剂与细菌结合动力学的新方法，证明了ZnPc（TAP）48+具有较好的光动力活性，且对革兰氏阴性菌的灭活效果大于革兰氏阳性菌，对哺乳动物细胞、红细胞的毒性较小，可有效灭活病原体。

3 小结

血液制品病原体灭活的方法除了PDI 外还有：S/D法［35-36］，生物烷化剂S-303 法［37］和射线辐照法。其中，S/D 法可破坏包膜病毒的膜结构，使病毒无法与细胞结合，但该方法会溶解红细胞的细胞膜；生物烷化剂S-303 法通过插入病原体核酸形成加合物破坏病原体的遗传物质［37］，有潜在的毒性和致癌性；射线辐照法产生的氧自由基具有极强的细胞毒性，且不能有效地运用于人类免疫缺陷病毒的灭活。PDI 技术能有效地灭活血液制品中的病原体，降低输血传播感染的风险，毒性低，对血液制品成分损伤小，在临床中应用广泛［38-39］。

目前没有适用于所有血液制品的单一PDI 技术，因为光敏剂在血液制品中的灭活效果会随着血液成分的复杂而降低，不同类型的血液制品，需要使用不同的光动力灭活技术以达理想效果［40］，目前仅血浆和血小板的PDI 技术较为成熟，全血的PDI 技术有待深入研究。因此，以现有的研究进展为基础，寻找新的光敏剂，拓宽光敏剂的种类，改进灭活方法，有利于改善血液制品的质量，提高光敏剂的灭活效率，进而保障血液制品在使用过程中的安全性和有效性。