光敏剂5-氨基酮戊酸酯类衍生物的研究进展

吕玲，刘宏（1.广州军区武汉总医院药剂科，武汉市 430070；2.湖北中医药大学药学院，武汉市 430065）

光动力疗法（Photodynamic therapy，PDT）是一种联合应用光敏剂及相应光源，通过光动力学反应选择性破坏病变组织的临床治疗手段[1]。PDT开创于20世纪70年代，近年来由于光敏物质等的发展和进步，其已逐步成为治疗肿瘤的基本手段之一。自从1990年加拿大学者Kennedy首次把5-氨基酮戊酸（5-aminolevulinic acid，5-ALA）应用于肿瘤消融疗法以来[2]，5-ALA已逐渐成为临床最常用的光敏剂，其属于第2代光敏剂，是一种内源性光动力治疗药物。5-ALA具有不良反应小、疗效确切等优点，但由于其亲水性特征，局部应用时透皮效果不理想，影响了其疗效的发挥，又因其呈酸性故不适于制成口服或注射剂型。为了改善5-ALA的皮肤渗透性，获得理化性质稳定、靶组织选择性高、光动力效应强的衍生物，对5-ALA进行酯化成为解决上述问题的一种较为理想的选择。本文将就近年来5-ALA酯类衍生物研究的有关进展作一综述。

1 5-ALA酯类衍生物的合成

5-ALA酯类衍生物可通过经典的酯化反应的方法和步骤来制备。挪威PhotoCure公司报道5-ALA甲酯、乙酯、丙酯、己酯、庚酯和辛酯及其盐的制备方法，即将5-ALA与相应的醇经过酯化反应形成其酯类衍生物[3]。Perotti等[4]也有合成5-ALA己酯盐酸盐的报道:将5-ALA的盐酸盐溶解于氯化亚砜中，再与己醇直接酯化，然后添加二乙醚在4℃下使产物5-ALA己酯结晶，产物可由薄层色谱（TLC）和核磁共振（NMR）证实。目前，PhotoCure公司已有2个产品上市:5-氨基酮戊酸甲酯（商品名:Metvix®，用于光化性角化病和表面结节性基底细胞癌）与5-氨基酮戊酸己酯（商品名:Hexvix®，用于膀胱癌的荧光诊断）[5]。

2 5-ALA酯类衍生物的作用机制

5-ALA酯类衍生物通过细胞内酯酶作用转换成ALA进入靶细胞，ALA是机体许多细胞的正常成分，为血红素的前体，经ALA脱水酶及其他一系列酶促作用，生成具有强光敏作用的原卟啉Ⅸ（ProtoporphyrinⅨ，PpⅨ）[6]。在正常情况下，机体通过负反馈调节机制严格控制ALA的合成，如给予大量外源性ALA，代谢旺盛的肿瘤细胞吸收ALA明显增加，产生大量的PpⅨ并蓄积在细胞内，经相应波长的激光照射后发生光动力学反应，在有氧的情况下产生化学性质非常活泼的单态氧或某些活泼的自由基，与肿瘤组织和细胞内的脂质、氨基酸、核酸等多种生物大分子发生作用，产生毒性光化学产物，引起细胞和组织的功能障碍和结构损伤，杀伤、破坏肿瘤细胞，引起肿瘤细胞的坏死或凋亡，达到治疗目的。PpⅨ是线粒体上苯二氮受体的配基，而线粒体上苯二氮位点具有诱发线粒体小孔转运的能力，后又有实验观察到如果采用对线粒体苯二氮受体具有更高亲和力的化合物与PpⅨ共同作用于线粒体，则PpⅨ的光致敏性大大降低[7]。因而有人提出假设推断:结合于苯二氮受体位点的光敏剂PpⅨ在光的辐照下能使线粒体上的小孔打开，释放引起凋亡的因子而导致细胞的死亡[8]。Casas等[9]也发现在PDT中，线粒体、内质网与质膜是在早期主要受破坏的结构，随后可观察到细胞质损伤、细胞核解体。

3 5-ALA酯类衍生物的吸收机制

对于5-ALA酯类衍生物来说，虽然其脂溶性都要强于5-ALA本身，但由于各自所带脂肪链长短的不同而导致其脂溶性差别也很大。另进入膜内的衍生物需要在酯酶的作用下酶解为ALA才能进入合成血红素的过程。而对不同长度的脂肪链的衍生物来说，细胞内溶菌酶对长链脂的酶解速度要快于短链脂，且在细胞株和动物模型中证实5-ALA的酯类衍生物更易吸收产生更多PpⅨ[10，11]。由此，因转运速度与酶解速度的差异而使得对于C原子数≥4的长链5-ALA酯类衍生物来说，其最适浓度（指有最大量PpⅨ积聚时所需的前体物的浓度）要低于5-ALA的30～150倍[12]，这也在Uehlinger等[13]的研究中得到证实。由此可见，5-ALA酯化后可显著改善其吸收。

肿瘤细胞及病理性组织细胞在经5-ALA及其衍生物处理后，能蓄积大量的光敏活性物质，这主要是基于肿瘤细胞对其特殊摄入机制。5-ALA的摄入依赖于膜转运机制的活化，人结肠癌细胞（WiDr细胞）对5-ALA的摄入就是通过依赖Na+/Cl－的β-丙氨酸转运系统（BETA）进行的[14]。此外，在卵母细胞和酵母中，还可通过肽转运系统（PEPT）进行。但有研究认为PEPT系统只能转运5-ALA，而不能转运其酯类衍生物[15]。目前，对5-ALA酯类衍生物的转运机制还不是很清楚。Rodriguez等[16]通过抑制在高转移人肝癌细胞（LM3）中放射性标记的5-ALA的吸收来研究5-ALA酯类衍生物的运输系统，指出5-ALA己酯不是通过BETA转运系统进行的，而是通过简单扩散实现，5-ALA己酯会通过粘合LM3细胞膜抑制5-ALA的吸收，但5-ALA甲酯没有抑制5-ALA的吸收，其转运机制类似于γ-氨基丁酸（GABA），即BETA转运系统。

从上述细胞对5-ALA及其酯类衍生物的摄入机制可以看出:（1）要提高合成PpⅨ的效率，可将5-ALA与长链烃醇酯化，从而将药物的跨膜转运由耗能的主动运输变为被动扩散；（2）不同种类的细胞跨膜转运系统的构成差异较大，说明转运系统的成分对前体药物的转运具有特异性；（3）肿瘤细胞对5-ALA等前体药物具有与正常细胞不同的转运系统。

4 5-ALA酯类衍生物的药理学研究

5-ALA酯类衍生物克服了5-ALA的不足，其对肿瘤细胞的卟啉积累选择性更强。Li等[17]通过组织通透性的体内试验证明，5-ALA的甲基和己基衍生物，对皮肤癌细胞、膀胱癌细胞的PpⅨ累积都具有显著效果。Perotti等[4]通过在活体内和活体外小鼠乳腺癌肿瘤细胞中比较5-ALA酯类衍生物作为光敏剂的功效，发现5-ALA己酯在能在活体内显著地诱导PpⅨ的产生，在活体外则不能。这些差别可能因以下原因所致:（1）5-ALA己酯透过血管结构进入肿瘤细胞的能力较差；（2）5-ALA己酯停滞在细胞间隙从而限制了其利用率；（3）在细胞株中的差异表达和酯酶活动[18]。

5-ALA酯类衍生物在皮肤疾病及肿瘤的诊断、治疗中效果显著。Campbell等[19]对有长期增生性瘢痕病史的患者进行5-ALA甲酯PDT治疗，观察发现瘢痕区域明显软化、柔韧性提高、弹性蛋白纤维增多、皮肤硬化缓解。在对表皮非黑色素瘤性皮肤癌（NMSC）如光化性角化病（AK）、鲍温病（BD）和浅表型基底细胞癌（BCC）等常见恶性疾病的治疗中，Ortiz-Policarpio等[20]以5-ALA甲酯PDT进行治疗可得到很好的临床效果:对于AK治疗3个月后皮损完全清除率为69%～93%；对于BCC治疗3个月后皮损完全清除率为85%～93%，与冷冻手术60个月效果相当；对于BD治疗3个月后皮损完全清除率为93%，2年为68%。说明这是一种非侵袭性治疗的理想手段。

经细胞内酯酶作用转换而成的ALA具有一定的细胞毒性效应。5-ALA酯类衍生物在以被动扩散的形式进入细胞内时是不分正常细胞或是肿瘤细胞的，故如果ALA的引入浓度过高，对于正常的细胞来说，细胞内过量的ALA会诱导Ca2+的释放并参与解耦联作用使得线粒体肿胀失去活性[21]；另外也有研究[22]表明，ALA对某些细胞具有诱导微脂粒的脂质过氧化作用，使其质粒DNA单键断裂从而引起基因变异。由于ALA对正常细胞的这些负面效应，所以在试验过程中对所用5-ALA酯类衍生物的浓度以及光照的范围尤其要谨慎。

5 5-ALA酯类衍生物的药动学研究

由于各自所带脂肪链长短的不同而导致5-ALA酯类衍生物脂溶性的差别，其在药动学研究上也存在着差异。Juzeniene等[23]分别在小白鼠表皮局部应用5-ALA、5-ALA甲酯、5-ALA己酯、5-ALA辛酯乳膏，能够观察到典型的荧光激发和发射光谱，发现所有药物在0.5%～20%的浓度范围内有1个相似的波峰。所有药物的PpⅨ蓄积的药动学大致相似，在连续应用乳膏后6～12 h时PpⅨ达到峰浓度。但在药动学上有差别:于相同条件下，敷用5-ALA甲酯、5-ALA己酯或5-ALA辛酯4～12 h相对于5-ALA在小鼠表皮诱导产生的PpⅨ的量要多50%。

需要注意的是，对不同的细胞系来说，不同衍生物的最适宜浓度是各不相同的。吴淑敏等[24]用5-ALA及其己酯应用于神经母细胞瘤细胞、肝癌细胞、成纤维细胞，对它们的光动力效应进行了比较研究，通过荧光检测发射光谱，观察在这3个细胞系中诱导的PpⅨ的量。神经母细胞瘤细胞的细胞质中共聚焦激光扫描显微镜显示了PpⅨ荧光。PpⅨ积累的动力学在这3种细胞上是不同的。在肝癌细胞和成纤维细胞中PpⅨ在应用5-ALA及其己酯12 h后达到峰值，而在神经母细胞瘤细胞则需要8 h左右。

由此可见，在合成相同量PpⅨ时5-ALA酯类衍生物所需浓度比5-ALA小，并且5-ALA酯类衍生物产生PpⅨ在肿瘤细胞中蓄积的选择性与肿瘤模型、光照时间、用药剂量有关。

6 结语

一种理想的光敏剂不仅可诱导癌细胞的DNA损伤、突变，而且在无活性光存在时不应该具有细胞毒性，即对正常细胞无损伤作用。5-ALA酯类衍生物通过细胞内酯酶作用转化为ALA，ALA本身不是光敏剂，没有光敏活性，是机体许多细胞的正常成分；而5-ALA诱导的PpⅨ是亲脂性的，只能处于核周区不会在核内累积，所以在无活性光的条件下，不会引发正常细胞DNA的突变。使用5-ALA衍生物可以改善ALAPDT，减少在光动力治疗中5-ALA的用量[25]。5-ALA酯类衍生物在体外细胞培养试验中已经取得了可喜的成果，但要真正用于临床还需有大量的临床试验资料的支持才能说明其在PDT中的真正潜力[1]。

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