腫瘤光動力治療技術(shù)背景 (photodynamic therapy, PDT ) 腫瘤光動力治療是上世紀(jì) 80 年代初興起、并在近年發(fā)展起來的一種新的治療 腫瘤的方法，即利用腫瘤組織對特定化學(xué)物質(zhì)的選擇性攝入,這些特定的化學(xué)物 質(zhì)在一定波長的光作用下產(chǎn)生光動力效應(yīng)而達(dá)到破壞腫瘤組織的目的。 1 歷史回顧： 光動力醫(yī)學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科。早在 1903 年 Niels Finsen 就因發(fā)明紫外線 輻射治療皮膚結(jié)核病而獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)獎。1903 年 Jesionek 和 Von Tapperiner 發(fā)現(xiàn)光動力反應(yīng)對氧有依賴性，并報道用伊紅作為光敏劑治療皮膚腫瘤、濕疣及 狼瘡 。此后有不少學(xué)者對光動力學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了研究，并提取和純化了血卟啉及 血卟啉衍生物（haematoporphyrin derivative, HPD）等作為光敏劑。 1975 年， Dougherty 等報道用 HPD 和過慮的可見光治療動物腫瘤， 獲得長期存活。 1976 年 Kelly 和 Snell 應(yīng)用 HPD 治療膀胱腫瘤成功，從而標(biāo)志現(xiàn)代臨床 PDT 的 開始 。目前其臨床應(yīng)用范圍已包括腫瘤及其它非腫瘤性疾病(動脈粥樣硬化、 眼 底老年性黃斑變性、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、皮膚良性病變)等的診斷與治療。 早在 20 世紀(jì) 80 年代初，我國學(xué)者哈獻(xiàn)文、鄒進(jìn)等就將 PDT 引進(jìn)國內(nèi)，并隨即在 全國范圍內(nèi)開展了協(xié)作攻關(guān)研究，研究內(nèi)容涵蓋了光敏劑、激光器、臨床應(yīng)用及 基礎(chǔ)研究等各個方面。短短數(shù)年間，我國就研發(fā)成功了血卟啉衍生物等光敏劑； 成功研制了多種與發(fā)展同步的激光光源。 相關(guān)基礎(chǔ)理論研究也有許多重要進(jìn) 展。 世紀(jì)之交，光敏劑 photofrin 與 Diomed 半導(dǎo)體激光器獲得美國 FDA 正式批準(zhǔn) 。 美國以及歐洲、亞洲的十多個國家也先后批準(zhǔn) PDT 常規(guī)用于食管癌、肺癌、膀胱 癌、 宮頸癌、 皮膚癌等腫瘤的治療。 新光敏劑 ALA 、 m—THPC 等已開始用于臨床 。 另外幾種新光敏劑也正在進(jìn)行臨床試用。隨著 PDT 治療與影像學(xué)技術(shù)的密切結(jié) 合，PDT 臨床應(yīng)用的范圍更擴(kuò)大到肝癌、胰腺癌、膽管癌、間皮瘤以及胸腹腔廣 泛種植瘤等腫瘤的治療。對于許多因患有其它疾病而不能承受外科手術(shù)、年老體 衰、拒絕外科手術(shù)、放療或化療后腫瘤復(fù)發(fā)或殘存等情況的腫瘤病人，PDT 已經(jīng) 成為一種有效的備選治療方法。 2 作用機(jī)制： 由于光敏劑(photosensitizer)在各組織中的半衰期不同，經(jīng)過一定時間后可造 成腫瘤組織中光敏劑的濃度高于其周圍正常組織，在特定波長的光的輻射下， 基 態(tài)的光敏劑經(jīng)短暫存在的激發(fā)狀態(tài)的單線態(tài)光敏劑轉(zhuǎn)變成激發(fā)狀態(tài)的三線態(tài)光 敏劑。激發(fā)狀態(tài)的三線態(tài)光敏劑一方面作用于組織底物或氫原子或電子，產(chǎn)物與 氧作用形成各種氧化物（reactive oxygen species, ROS）;另一方面它直接將 能量轉(zhuǎn)移給氧,形成單線態(tài)氧(1O2)。單線態(tài)氧與氧化物都具有細(xì)胞毒作用，尤其 單線態(tài)氧是光動力作用誘導(dǎo)腫瘤壞死的主要損傷形式，它能破壞癌瘤中的微血 管，造成局部缺血和細(xì)胞死亡，數(shù)日后該部組織將壞死脫落，從而達(dá)到局部治癌 的目的 。有報道，單線態(tài)氧誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡(apoptosis)是 PDT 治療腦腫瘤的另 一個可能的機(jī)制 。 3 光動力作用發(fā)生的條件： 光動力作用的發(fā)生需要光敏劑、適當(dāng)波長的光、適當(dāng)濃度的氧和適當(dāng)?shù)臏囟人膫€ 條件同時存在。光敏劑能否被激發(fā)依賴于激發(fā)光的波長。若使 PDT 達(dá)到*的治 療效果，采用波長位于光敏劑吸收峰附近的光源。所以激發(fā)光源的選擇原則 有二：⑴ 是光敏劑所能吸收的頻譜，⑵ 是要有一定的組織穿透性 。而光線對 組織的穿透性在可見光到紅外光（波長在 400－900nm）的范圍內(nèi)是隨波長的增 加而增加的。波長 630nm, 穿透組織的深度小于 0.5cm； 700nm：深度就接近 0.8cm；800nm 的則可達(dá)到 1cm[6,11]。 目前， 臨床上普遍使用的光敏劑為： 血卟啉(HPD, Photofrin ，Photofrin II , ) 其熒光光譜吸收峰為 630nm, 所以， 常用激光光源的波長位于 630nm 附近。 包括： 氬離子泵浦染料激光(630nm，脈沖輸出)、金蒸氣激光(627.8nm，脈沖輸出)、 銅 蒸氣激光(578nm，脈沖輸出)、倍頻 YAG 泵浦染料激光(630nm)、excimer 染料脈 沖激光、He—Ne 激光(630nm，連續(xù)輸出)等[6,11]。 第二代光敏劑的吸收峰波長較長， 所以認(rèn)為 670nm 以上的激光更適合新一代的光 敏劑，其穿透人體組織的能力更強(qiáng)，具備對更深層組織的治療作用。 PDT 治療的核心是光敏劑。光敏劑的選擇原則為：⑴對機(jī)體*，安全;⑵ 腫瘤選擇性攝入高，正常組織能夠快速排泄;⑶光敏化力強(qiáng)，三線態(tài)壽命長而且 產(chǎn)量多 。目前，還沒有*這些條件的光敏劑。 4 主要副作用： 光毒作用。光敏劑的zui大吸收波長(λmax)對其光敏化力也有重要影響:λmax 在 600～800nm 的紅光區(qū)時zui易穿過人體組織，并且λmax 越長，光對人體組織的穿 透能力越強(qiáng)，對靶組織的穿透深度越大,光敏副作用越小[1,4,5,6,11]。光敏劑 產(chǎn)生光毒副作用的重要因素之一是光敏劑的激活光波長： 若激活光波長在可見光 區(qū),則患者在接受光動力治療的全部過程中都必須避免與可見光接觸，即只能生 活在黑暗中，這無疑是痛苦難熬的。所以，光敏劑的激活光波長偏離可見光區(qū)越 遠(yuǎn)，產(chǎn)生這種光毒副作用將會越小。 5 目前常見的光敏劑： *代光敏劑：目前在臨床上廣泛使用的是血卟啉制劑（haematoporphyrin derivative, HPD） ， 其中 Photofrin 及 Photofrin II 是通過 PDA 認(rèn)證 的光敏劑。 這些光敏劑雖然在腫瘤的臨床診斷和治療中都取得了肯定的療效， 但仍有很多不 足之處：⑴ 它們都是復(fù)雜的卟啉混合物，⑵ 組成不定，⑶結(jié)構(gòu)尚有爭議；⑷作 用光譜也不理想，對 630nm 紅光的吸收較差，而 630nm 光照對組織的穿透能力也 較差（<0.5ｃｍ） ；⑸給藥至光照的時間間隔長；⑹用藥前需皮試；⑺皮膚光敏 副作用較大，可持續(xù)至治療后六周,甚至更長，zui常達(dá) 18 周。⑻價格昂貴 。 由于*代光敏劑的這些本身固有的不足，人們開始了第二代光敏劑的研究。 第二代光敏劑：總的來說第二代光敏劑，都是單一組分，明確的分子結(jié)構(gòu)，zui大 吸收波長紅移，具有更好的單線態(tài)氧量子產(chǎn)率，在治療劑量下的副作用也小。 這些第二代光敏劑大多為卟啉類化合物的衍生物。 如： 取代苯基卟吩或二氫卟吩、 葉綠素〆降解衍生物、苯丙卟啉等；其他還有金屬酞青、竹紅菌素類以及生物體 內(nèi)合成卟啉的起始化合物〥－氨基乙酰丙酸等。這類藥物在體內(nèi)排泄快，光毒反 應(yīng)小， 患者用藥后僅需避光 1 到 2 天。 對病人的血、 尿常規(guī)及肝功能無明顯影響。 它們的特征吸收峰位于紅光區(qū)，波長長，穿透深 。 常見的有： 5.1 外源性卟啉類： 5.1.1 血卟啉單甲醚（hematoporphyrin monomethyl ether，HMME） ：是我國率 先研制的一種純化的單體卟啉新型光敏劑。波長 630nm。與 HPD 相比，HMME 具有 光敏化力強(qiáng)，腫瘤選擇性攝入率高，光動力效率強(qiáng)，毒性低，無致突變和致畸形 作用等明顯的優(yōu)點(diǎn)。 5.1.2 苯并卟啉衍生物單酸環(huán) A：苯并卟啉衍生物單酸環(huán) A(Benzoporhpyrin derivative monoacid ring A，BpD-MA) ：1984 年由加拿大的 Dolphin 等利用 丁炔二酸二甲酯(DMAD)和原卟啉二甲酯的加成反應(yīng)所得。 目前可以合成高純度的 成品。它的特點(diǎn)是能快速在癌細(xì)胞內(nèi)聚積，并能很快排泄清除，用藥和光照的間 隔僅大約 3h，因此對皮膚的光敏性維持時間很短。對皮膚癌的治療很有效，并 能成功治療老年人眼睛的黃斑變性和脈絡(luò)膜黑素瘤， 被認(rèn)為是一種腫瘤 PDT 較為 理想的光敏劑[19]。 5.1.3 單天門冬酰基二氫卟酚 e6(monoaspartyl chlorin e6，MACE): 二氫卟酚 (chlorin)型光敏劑，屬于葉綠素α降解產(chǎn)物衍生物，是以葉綠素為原料合成的。 它是除 Photofrin 外真正水溶性的 PDT 藥，是zui早在文獻(xiàn)中報道的，也是*個 上臨床的第二代光敏劑。日本石油化學(xué)(Nippon Petrochemicals)和 Meiji Seika 具有它的使用權(quán)[2,4]。 5.1.4 mTHPC ： 全 稱 是 meso 四 ( 間 羥 基 苯 基 ) 二 氫 卟 酚 [meso-tetrakis(mhydroxyphenyl)chlorin，temoporfin，F(xiàn)oscanTM]它是英國化 學(xué)家 Bonnett 教授首先在 1989 年開發(fā)出來的.。它對皮膚的光敏反應(yīng)較小，可在 14 天內(nèi)清除，不象 Photofrin 需要 1—2 個月才能清除[15]。 5.1.5 SnET2：SnET2 是紅紫素(purpurin)中的一種，稱初紅紫素錫絡(luò)合物，(tin ethyletinopurpurin， SnET2， purlytin)。 它是由美國 Toledo 大學(xué)的 Alan Morgan 教授在 1987 年開發(fā)出的。它的光敏效率高于 Photofrin,不溶于水,一般可以制 成乳液。可以用于治療前列腺癌和前列腺肥大,對 Kaposi 肉瘤、基底細(xì)胞癌和乳 腺癌也有效果[20]。 5.1.6 Lu-Tex：屬于卟啉異構(gòu)體 exaphyrins(Taxas 卟啉)。由二甲酰基三吡咯和 二氨基化合物縮合而成Schiff堿,再經(jīng)氧化形成Lu-Tex (motexafin lutetium)。 它注射 3h 后就可以光照，對乳腺癌效果尚好。對腫瘤選擇性較高，而皮膚的光 敏性較低[21]。 5.2 內(nèi)源性卟啉－ALA：90 年代以前，光動力療法領(lǐng)域中所用的各種光敏劑均是 由體外直接輸入。 而卟啉類光敏劑中的一些卟啉衍生物其實(shí)是人體血紅素代謝中 的中間物，比如原卟啉(Protoporphyrin IX， Pp IX)就是一種非常有效的光敏 劑。人體合成卟啉，產(chǎn)生血紅素，始于體內(nèi)產(chǎn)生的δ-氨基乙酰丙酸(δ-aminolevulinicacid，ALA)。 血卟啉的產(chǎn)生受一個反饋機(jī)制的控制，血卟啉的濃度可以調(diào)制 ALA 的產(chǎn)生，受血紅素的反饋抑制， ALA 合成酶成為血紅素合成酶體系的限速酶， 而血紅素又抑制 ALA 合成酶的合成。 如果人為地往體系中加入 ALA， 在酶的作用下就生成過多原卟啉， 本來在亞鐵螯合酶的作用下和鐵結(jié)合可以形成 血紅素(heme)，但此時沒有過多的亞鐵螯合酶，原卟啉 Pp IX 發(fā)生積累。在血紅 素合成系統(tǒng)中另一種活躍的酶是膽色素原脫氨基酶， 它可以催化膽色素原生成尿 卟啉原。這種酶的活性在一些腫瘤內(nèi)比鐵螯合酶還活躍，這就造成原卟啉Ⅸ(Pp IX)在腫瘤內(nèi)的選擇性積聚。由于 Pp IX 是一個很好的光敏劑，因此 ALA 作為光 敏劑的前體可用于光動力治療[1,7,8,10,12,13,14,16]。實(shí)驗(yàn)已證明：從體外引 入 ALA 到腫瘤內(nèi) 1—6h 內(nèi)部產(chǎn)生的 Pp IX 濃度就可以達(dá)到高峰[8,10,12]。 5.3 金屬酞菁類：金屬酞菁類光敏劑見于鋁酞菁和鋅酞菁，前者為鋁酞菁的磺化 物即三磺酸鋁酞菁（aluminum sulphonated phthalocyanine， AISPc） ；后者則 為鋅酞菁與二棕櫚酰基磷脂膽堿制成 單室脂質(zhì) 體 的 生 理 鹽 水 懸 液 (Liposome-Zn-Phthalocyanine,L-Zn-Pc)。金屬酞菁的理化性質(zhì)穩(wěn)定，在紅光區(qū) 的吸收系數(shù)較 HPD 高 10 倍至 50 倍。 半衰期短， 毒副反應(yīng)小， 但仍處于實(shí)驗(yàn)階段， 尚有一些不明確的地方，尤其體內(nèi)實(shí)驗(yàn) 。 各種光敏劑中，5－氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinicacid ，5-ALA）及其脂類 衍生物是目前光動力療法領(lǐng)域中zui活躍的光敏劑前體物， 它因能夠有效地通過外 源加入的方式在腫瘤細(xì)胞內(nèi)內(nèi)源生成進(jìn)而積聚為原卟啉(PpIX)光敏劑而在光動 力療法領(lǐng)域獨(dú)樹一幟。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)由 ALA 引起的皮膚光致敏作用只需兩天就可以被 消除掉，而在此以前的*代光敏劑 HPD 和 photofrin，在皮膚內(nèi)引起的光致敏 作用需要兩個月才能消除 ；而且 5-ALA 價格便宜，能夠口服用藥，因此，ALA 以局部或全身給藥的方式被廣泛用于治療皮膚癌 、食道癌 、肺癌 、胃腸道癌 癥 。 PDT 治療具有常規(guī)治療所不具備的優(yōu)點(diǎn)：它的光化學(xué)反應(yīng)主要作用在癌細(xì)胞，而 對正常組織無損傷，這是其它治療腫瘤的方法，包括手術(shù)、放療和化療等所無法 比擬的。此外，PDT 可及時治療臨床上的隱性癌，可消滅手術(shù)下的一些看不 到的癌灶。此外，已對放療、化療產(chǎn)生抗拒的腫瘤，PDT 仍可反復(fù)使用，期望能 取得一定的療效 。 PDT 作為一種創(chuàng)傷小的新型方法，隨著新型第二代光敏劑的出現(xiàn)、發(fā)展和連續(xù)輸 出的長波長激光器的完善，PDT 將可在更大范圍內(nèi)用于腫瘤的治療。總之， PDT 可以治愈早期腫瘤和控制晚期腫瘤的發(fā)展， 為腫瘤的治療和輔助療法提供了一條 新的途徑。 浙江臺州賓美生物科技有限公司