肿瘤的光动力疗法

　　作者：蒋凯,程渝,吴士明

　　肿瘤是以细胞无控制性异常增生为特征的疾病。依照肿瘤细胞增殖速度、侵袭能力和播散特性等生物学行为,可将肿瘤分为良性与恶性两大类。恶性肿瘤常因破坏人体器官,原发和继发损害人体重要生命器官系统结构和功能,进而导致患者死亡。因恶性肿瘤难以治愈,危及人的生命而成为了医学界主攻的研究方向。随着人类对肿瘤认识的不断加深以及基础研究和科学技术的迅速发展,促进了肿瘤治疗技术的发展。并形成了外科手术治疗,放射治疗,抗癌化学治疗等多种治疗方法。但是现行的治疗方法仍不能完全满足人类治疗肿瘤的需要,人类仍在不断努力寻找和研究新的肿瘤治疗方法。光动力疗法即是有着重要意义的肿瘤治疗新方法之一。

1 　光动力疗法的发展

　　光动力反应(photodynamicreaction),又称光敏反应、光化学反应。光动力疗法(photodynamictherapy,PDT),原称光辐射疗法(photoradiation therapy ,PRT) ,是指特定波长的光照射在一定的光敏物质后产生的一系列化学、物理、生物等反应以诊断和治疗肿瘤的一种方法。光动力疗法诊治肿瘤,是20世纪80年代发展起来的一种新方法。病人先静脉注射血卟啉衍生物(hematoporpjyrin derivative ,HPD) ,48～72h后在肿瘤部位的浓度高得多,这时应用紫光或蓝绿光照射肿瘤部位,恶性肿瘤即产生红色的荧光,可以诊断、定位恶性肿瘤; 当被一定波长的红光照射时,因红光穿透作用较深,与肿瘤内血卟啉衍生物产生光化学反应,在肿瘤内部产生单态氧、自由基等,从而选择性破坏肿瘤组织。

　　早在1898 年Moller 就报告了可见光对某些皮肤病的治疗有重要作用。Policard 确认了血卟啉在人和动物肿瘤中的诊断作用,1961 年Lipson 将血卟啉用化学处理制成血卟啉衍生物,进一步提高了肿瘤的荧光效应和杀伤能力。激光的出现,由于高单色性和高亮度等物理特性,作为光动力疗法的光源,使光动力疗法有了新的发展。

　　Dougherty 以HPD 为光敏剂与红光相结合,对乳腺癌、子宫颈癌、基底细胞癌、鳞状上皮癌、恶性黑色素瘤等十几种肿瘤进行诊治,收到了良好的效果。20 世纪80 年代以来,光动力疗法不断进步。国内亦有多家单位开展了对眼、胃、肺、肠、膀胱、皮肤等组织器官的恶性肿瘤的治疗工作。目前光敏剂从HPD 发展到双血卟啉醚(HDE) ,光源已由普通光发展到特定波长的激光。激光器种类也不断更新,并进行了光动力疗法结合化疗、放疗和热疗等联合治疗方法的研究和应用,这尤其对早期恶性肿瘤的诊断和治疗有重要意义。

2 　光动力疗法对肿瘤的治疗作用

　　实验研究发现,光动力疗法对肿瘤有明显的治疗作用。
　　①血管系统Bugelski ,Portor 和Dougherty 等报道利用放射自显影方法,看到两组实验动物的癌和肉瘤中,HPD 紧密地和血管基质相结合。卟啉和血管基质结合的量及与肿瘤细胞结合的量相比,大都为5 :1。肉瘤和癌两组均是如此,并保持到细胞分裂旺盛时为止。HPD除了在瘤组织中较长时间贮留外,也贮留在组织细胞内,如巨噬细胞、肝枯否细胞等。单线态氧是光动力作用诱导肿瘤坏死的主要损伤形式,它能破坏癌瘤中的微血管,造成局部缺血和细胞死亡,数日后该部组织将坏死脱落,从而达到局部治癌的目的。

　　②超微结构　曾超英报道经活体肝组织光动力治疗实验发现,光动力治疗后1h 解剖小鼠,见肝脏表面照射区泛白,光镜下见肝小叶、肝索结构正常,肝细胞肿胀,肝窦和肝静脉充血,未见细胞坏死。24、72 和120h 解剖小鼠,见三组小鼠肝脏表面照射区均呈黄白色或灰白色改变,与周围非照射区活组织颜色形成鲜明反差,界限清楚。光镜检查见照射区肝组织结构破坏,细胞溶解,炎症细胞浸润,但照射区边缘肝细胞正常,两者间有明显界限。120h 组坏死区未见扩大,光镜下可见纤维组织增生。与以往周传农等的报道一致。人肝癌PDT 后一个月手术切除标本肉眼见肿瘤照射区表面及切面呈黄白色豆渣样改变,肿瘤周围的肝组织表现为正常深红色,组织弹性好,血供丰富,未见异常改变。光镜下见肿瘤细胞大片坏死,肿瘤周边肝组织小叶结构正常,肝细胞索排列规则,两者之间见大量淋巴细胞和部分嗜酸细胞,巨噬细胞聚集〔7〕。赵玉沛报道PDT 对人胰腺癌细胞有显著作用,对局部超微结构有明显的损伤并呈显著的剂量依赖性。陈祖林报道大肠癌细胞经PDT 后超微结构显示线粒体、质膜、内质网损伤尤其严重,癌细胞内空泡多,线粒体肿胀、脊断裂,染色质溶解、消失,胞器严重变性。

　　③细胞周期　不同周期的肿瘤细胞对PDT 敏感性不同。陈祖林报道,在超低浓度丝裂霉素的协同作用下,可抑制S 期细胞,使增殖指数降低,G1 期细胞显著增加。激光照射后16 小时,G1 期细胞明显减少(P < 0. 01) ,S 期变化不大、G2 + M 期明显增多,说明G1 期肿瘤细胞对PDT 较敏感;或者说在激光照射后16 小时前,G1 期细胞损伤较多,G2 + M期细胞含量相对增多(P < 0. 01) 。Christensen 报道NH I K3025 细胞PDT ,S 期细胞最敏感,M期细胞对PDT 耐受力大;柯氏也证明M期细胞对PDT 耐受力强于G1 细胞。有实验发现G1 期细胞较易被首先杀伤,S 期细胞变化不大,G2 +M期细胞在光动力疗法后16 小时反而明显升高。

　　④细胞凋亡　王承龙报道,通过对光动力作用后的人鼻咽癌细胞株HNE1 形态结构改变的观察发现,光动力作用12h 后即有少数细胞发生凋亡,其细胞形态主要表现为早期细胞凋亡的特征,光镜下细胞形态大小不一,细胞界限模糊,透明度和立体感较差;电镜下少数细胞核开始出现固缩,染色质浓集或边集。24h 后凋亡呈进展趋势,细胞体积变小,细胞质浓缩,胞核变小、固缩,染色质沿核膜内侧排列的核着边现象,细胞界限模糊。36h 后出现大量细胞凋亡,48h 后细胞凋亡达到高峰,胞膜收缩,核染色质浓集、边集,大部分细胞核裂解为3～5 块不等,胞核扭曲,裂解形成凋亡小体,呈现晚期凋亡细胞特征。细胞凋亡率随光动力作用后时间的增加而逐渐增高。细胞形态和超微结构损伤的严重程度也依光动力作用后时间的增长而递增。但有关光动力疗法诱导细胞凋亡的主要作用机制如何,仍有待今后进一步的研究和探讨。袁嫒认为与PDT 活化细胞膜上的磷脂酶C(PLC) 和磷脂酶A2 (PLA2) 有关。前者分解膜磷酯酰肌醇,释放出1 ,4 ,5 – 三磷酸肌醇(1P3) ;后者从膜磷脂的sn – 2 位点水解脂肪酸生成游离的花生四烯酸(AA) 王承龙报道,PDT 后B a xmR2NA 表达水平随时间的延长而逐步增强,细胞凋亡指数也随时间的延长而增高,48h 后细胞凋亡指数高达98. 3 %。
　　郑世荣报道利用新型光敏剂血卟啉甲醚,通过基因芯片技术,观察激光照射对人肝癌HEPG2细胞基因表达谱的影响。发现激光照射可以造成培养的人肝癌HEPG2 细胞结构异常、生长密度下降,并出现细胞凋亡的特征性形态改变;接受照射的实验组细胞抽提获得的mRNA 总量明显低于对照组;基因谱分析显示出实验组细胞在细胞代谢、细胞周期、细胞复制、细胞功能活动相关基因的表达方面明显下调,提示HMME 加激光照射造成了肝癌细胞生命活动的下降。此外,实验组细胞的凋亡相关基因显著地被诱导表达,进一步提示肝癌细胞凋亡机制受到启动。这些结果为进一步深入研究HMME光动力学疗法对肿瘤细胞的作用及其相关机制提供了十分有价值的线索和可靠的实验依据。线粒体调控可能是HMME 光动力学疗法诱导细胞凋亡的重要机制,郑世荣发现与线粒体细胞凋亡相关的3个重要基因(AIF、CPP32 与CPP32 高度同源的Mch2 基因) 的表达明显上调,高度提示线粒体调控可能是HMME 加低能量激光诱导肝癌细胞凋亡的重要机制之一。

　　⑤免疫效应　罗荣辉报道PDT 不仅具有直接杀伤癌细胞、抑制肿瘤组织生长的作用,并且对荷瘤小鼠的免疫功能有调节作用。可见间质内大量淋巴细胞浸润,呈大片状,尤以坏死边缘为甚,吞噬细胞数量也较多。巨噬细胞既是免疫细胞又是免疫调节细胞,活化的巨噬细胞不但能吞噬各种病原体,杀伤肿瘤细胞,并能向T 淋巴细胞提呈抗原,分泌IL 一1 等参与免疫应签的调节。这表明PDT 不仅可以使癌细胞的生长分裂受到抑制,而且可以产生免疫效应,从而起到杀伤瘤细胞、抑制肿瘤生长的作用,抑瘤率的研究也证明了此点。PDT对荷瘤鼠的瘤体积和瘤重量亦有明显的抑制作用,并具有对荷瘤鼠的免疫调节作用,PDT 可提高荷瘤小鼠的淋巴细胞转化率,提高CD + 4/ CD + 8 的值,增强脾细胞NK活性及LAK活性,对荷瘤鼠具有明确的免疫增强作用。因此认为PDT 对肿瘤细胞的杀伤和抑制瘤组织生长的作用可能与下列因素有关:直接细胞毒作用;影响癌细胞的分化合成;减弱肿瘤负荷的免疫抑制,增强机体免疫功能;促成坏死肿瘤组织释放某种物质形成抗原,刺激免疫反应;抑制某些肿瘤生长因子。

　　⑥基因水平　马丽萍利用逆转录病毒载体介导野生型p53基因及反义bcl2 序列在人胃腺癌MGC803 细胞表达,并增加细胞对光动力作用的敏感性;应用光动力学进行体外转基因促凋亡的肿瘤治疗研究。提示2 – BA – 2 – DMHA 的光动力治疗途径可能以诱导细胞凋亡为主, p 53 和bcl2 对此有一定的调控作用,为肿瘤的基因治疗提供了实验基础。殷拥军报道PDT 后大鼠瘤细胞DNA 含量及AgNORs 计数明显减低。

3 　肿瘤光动力疗法的研究方向

　　①和其它治疗方法的联合应用　光动力疗法对皮肤、腔道粘膜表浅肿瘤的治疗有特别的优势,但只有与现行其它治疗方法,包括外科手术治疗、放射治疗、化学药物治疗等别的方法的综合应用,才能更有效的进行肿瘤的治疗。例如对恶性肿瘤、局部有明确的肿块,可首先采用外科手术切除治疗后,再采用光动力学疗法杀伤局部浸润的癌细胞,而对有部分表浅且界线不明显的癌前病变,亦可采用光动力学治疗。

　　②寻找或合成新的光敏剂现有的PDT 疗法中,使用的光敏剂如血卟啉衍生物(HPD) 、光敏素等在皮肤中排泄慢、滞留时间长,易产生皮肤光毒反应,治疗期间应避光20 天以上;同时静脉HPD 可达全身,在肝、肾、脾内较多,影响机体代谢。为克服以上缺点,有必要寻找新的光敏剂。新型光敏剂的研究一直是光动力疗法的研究重点之一。光敏剂是PD T 的核心物质,光动力疗法的提出、发展及应用都是随着光敏剂的发展而逐渐完善的,新型光敏剂的开发研究对整个光动力疗法的发展具有举足轻重的作用。5 – 氨基酮戊酸(ALA)是一种低毒性、代谢快、疗效好的内源性光敏物。它可达到常规光敏剂相同的效果,而治疗病人仅需要避光1～2d。目前国内有人为了提高该光动力疗法的效果,进一步研制出A LA 脂。它的光敏作用更强,在肿瘤内滞留性更好。其他新的光敏剂如酞氰类、叶绿素类、阳离子光敏剂等与传统的光敏剂相比具有明显的优势,有一定的开发价值。

　　③激发手段的改变单纯PDT 中多采用激光照射,因激光在肿瘤组织中穿透力受限,作用较表浅。因此,限制了PDT 的进一步应用。近来的研究表明,放射线照射亦可激发光敏剂产生单态氧,杀伤肿瘤。放射线可激活照射范围的所有肿瘤组织中的光敏物产生光化反应,杀伤深部恶性肿瘤或转移灶,扩大了PDT 治疗范围。亦有人报道超声波可激发某些光敏剂产生光化反应,杀伤肿瘤细胞。

　　④增效作用研究PDT 增效作用主要从两个方面入手:增加光敏剂在肿瘤组织中的含量和增加激光照射后产生光化作用。有人将传统的光敏剂与抗肿瘤的单克隆抗体在体外连接后再输入体内利用单克隆抗体和PDT 双重作用杀伤肿瘤细胞。也有人用脂质体包被光敏剂后输入体内来增加光敏剂在肿瘤中的含量。

　　⑤基因技术的应用　最近有人通过转基因技术,将对光动力学作用的敏感基因bcl – 2 转染给肿瘤细胞,使肿瘤细胞对光动力学作用更加敏感,从而达到增加PDT 作用目的,还有人将基因芯片的技术应用于光动力学疗法研究领域,发现HMME 光动力学疗法可以诱导肝癌细胞HEPG2 发生凋亡,并通过基因表达谱分析探讨了线粒体诱导的细胞凋亡参与光动力学疗法对肝癌细胞的作用机制。