光动力疗法在腹部恶性肿瘤的应用＊

龙振东，熊 力，刘忠涛，刘志鹏，文 宇

(中南大学湘雅二医院普外科，湖南长沙 410011)

引言

光动力疗法(Photodynamic therapy，PDT)是利用光敏剂在人体生长异常的组织中选择性聚集，在分子氧的参与下，与特定波长的光起作用，使异常组织发变性、坏死等一系列变化，以达到治疗目的的方法。光动力疗法是上世纪七十年代末开始形成的肿瘤治疗方法，目前在国外已经获得国家政府相关部门的正式批准，成为继手术、化疗、放疗之后治疗肿瘤的一项常规手段，并在医学界获得公认和广泛应用。因为恶性肿瘤具有浸润性快速生长、容易转移、复发等特点，单独靠手术、化疗、放疗任何一种治疗手段，要想根除肿瘤又兼顾患者的生存质量，都是难以实现的。光动力学疗法不同于手术、放疗和化疗三大治疗肿瘤手段，它具有对靶组织及损伤程度的可选择性，可减轻对正常组织的损伤。PDT与手术、化疗、放疗等常规治疗手段相比，有创伤小、毒性低微、选择性好、适应性好、可重复治疗、可协同其他治疗、可消灭微小病灶、并具有美容、保护重要器官功能等优点，将翻开肿瘤治疗的新篇章，在肿瘤的综合治疗中发挥其独特而又重要的作用。现阶段PDT在眼科、皮肤科、头颈外科领域已取得较好的临床疗效，在腹部恶性肿瘤领域，国内外已在实验室和临床上开展了许多研究和治疗，并取得一些成果，本篇综述阐述应用PDT治疗腹部恶性肿瘤的一些研究和治疗的情况，并对PDT将来在腹部恶性肿瘤治疗上进行了展望。

1 光动力学对肿瘤细胞的杀伤机制

PDT由3个基本组成部分:光敏剂、光和氧［1］。它们中单独任何一个都没有效果，但是结合在一起可以通过发生光化学反应产生一系列单态氧，然后快速的引起细胞凋亡或坏死。PDT的抗肿瘤效应来源于3个相互关联的机制:1)直接杀伤肿瘤;2)破坏肿瘤的血管;3)可引起全身免疫反应的炎症反应。这些相关的机制在很大程度上与下列因素有关:1)光敏剂的类型和剂量;2)实施光敏剂与光照的间隔时间;3)总的光照剂量和其影响率;4)肿瘤内的氧气浓度以及其他未知的因素。

1.1 PDT与肿瘤细胞凋亡

PDT后光敏剂跃迁至激发态，生成单线态或三重态氧［2］，对细胞膜或蛋白质作用而产生氧化损伤，进而促使细胞凋亡。在肿瘤细胞中，光敏剂在线粒体和内质网上聚集，从而快速诱导细胞的凋亡［3］。PDT引起细胞色素c从线粒体中释放到细胞质中，然后引起caspases家族的活化，从而引起细胞的凋亡［4］。PDT后引起Bcl-2家族抗凋亡活性的下调，认为这种下调可能是与PDT引起Bcl-2家族构象的变化或者氧化损伤有关［5］。

1.2 PDT 与脉管损伤

PDT后可造成微血管内皮细胞损伤，胶原纤维暴露在血液，促使血小板粘附，从而形成血小板粘集堆和微血栓，同时炎性因子释放，血液蛋白和炎症细胞的前粘附因子可穿透血管［6］，引起血管收缩，并伴有炎性渗出，组织水肿、血容量降低，最后造成肿瘤组织缺血、缺氧，起到杀伤肿瘤组织的作用［7，8］。因此，以肿瘤血管作为靶向成为一种有效治疗恶性肿瘤的方法。PDT可直接以肿瘤血管作为靶向，通过活性氧的形成，使肿瘤血管氧化损伤，继而剥夺了肿瘤的营养供给［9］。

1.3 PDT 与免疫应答

光动力治疗增强抗肿瘤免疫的机制已被验证了几十年。炎症反应进程主要是由光-氧化损伤始发信号诱导，光-氧化损伤在血管周围区域产生并随趋化梯度到达血管内皮细胞。在光动力反应中，主要由中性粒细胞、肥大细胞和单核巨噬细胞组成的炎症细胞迅速大量聚集入侵肿瘤组织。聚集并启动DAMP/CDAMPs等炎症细胞初级途径。在PDT治疗肿瘤中，可以激活补体系统［6］。在结肠癌细胞系的体外和体内模型中，PDT均能引起线粒体中HSP60的转录和翻译［10］。

2 光敏剂

第一代光敏剂:目前在临床上广泛使用的是HPD，其中photofrin是通过PDA认证的光敏剂。这些光敏剂有许多不足之处:成分复杂、作用光谱不理想，给药光照时间长、皮肤光敏副作用较大;第二代光敏剂:总的来说，第二代光敏剂成分单一，有明确的分子结构，最大吸收波长红移，具有更好的单线态氧量子产率，在治疗剂量下的副作用也小。常见的有以下几类:外源性卟啉类、内源性卟啉类、金属酞菁类。在内源性卟啉类中，ALA作为原卟啉的前体，可用于光动力治疗［11］。在体内排泄迅速，光毒性较小，避光时间短，一般只需避光1-2天，且对其他脏器的影响小。吸收峰位位于红光区，波长长，穿透能力较强［12，13］。

3 光源

蓝光穿透组织的能力最差，红光和红外线穿透组织的能力比较强，波长接近800 nm光可生成单态氧，对于同一种光敏剂，没有任何一个光源适用于所有的PDT。因此，应该依据光敏剂的吸收波长(荧光激发和作用谱)，疾病(病变位置，大小，可访问性，和组织的特性)，来选择光源。PDT依赖于复杂的放射量测定:总光量，曝光时间，和光传输模式(单对分馏，甚至节律)的临床疗效。注量率也影响PDT的反应。PDT的临床效果与复杂的放射因素有关，总的光照剂量，光照时间，和光的传输模式都可以影响其临床效果［14］。吸收率也可以影响 PDT的效果。集成系统迄今仅在实验研究中应用。光敏剂，光源和治疗参数的最佳组合对PDT治疗是否成功至关重要［15，16］。

4 PDT的临床应用

PDT已经广泛用于各个系统的肿瘤的研究和治疗［1］，且有大量的实验室和临床研究已经或正在继续开展。对于腹部肿瘤，比如胃癌、结肠癌、胆管癌、胰腺癌、腹部的转移癌，在国内目前主要依靠手术治疗为主。部分不能行根治性手术的病例，只能行姑息改道手术、支架术、内外引流手术、放疗、化疗等手段治疗，从而减轻相应的消化道症状，但患者经过手术、化疗、放疗后，患者本身的免疫机能削弱、器官功能缺失。治疗的副作用，使得生存时间和生活质量并不令人满意，对此，许多研究者对PDT在抗肿瘤方面作出了相关的研究和报告。

4.1 PDT在胃肠道恶性肿瘤的应用

胃肠道恶性肿瘤是人体常见的恶性肿瘤，手术治疗是最主要的手段，对于中晚期的治疗效果并不明显，人们在不断探索新的治疗技术，近几十年，随着光动力疗法的不断发展，PDT已经应用于临床，并被证实安全有效。目前PDT在胃肠道恶性肿瘤上的应用，大都通过内镜下实施，是一种新的治疗手段，治疗创伤小，同时光动力对正常消化道组织损伤低微，减少了穿孔的危险［17］，在治疗早期和中晚期恶性肿瘤方面疗效较显著。对不能行根治性手术的结肠癌患者行PDT后进行了研究，发现均能改善消化道症状，少数肿块消失，并降低了肿瘤的复发率［18］。对7例早期胃癌经过PDT治疗后，取得较显著疗效，病理检查未发现癌组织残留［1］。对以往的光动力治疗中，Gahlen等［19］认为PDT是胃肠道早期肿瘤手段之一。Allison等［20］对PDT在肛门癌上进行研究，认为PDT有可能成为治疗肛门癌的新的模式。

4.2 PDT在肝癌的应用

PDT治疗肝癌目前在临床应用较少，在实验室研究相对较多。主要是由于肝脏内部的肿瘤位置较深，从体外导入光源到肿瘤部位难度较大，同时肝脏本身血运丰富，光敏剂含量亦较高，PDT缺乏选择性，照射光难以穿透正常肝脏组织达到病灶，同时对正常组织造成损伤。在实验室研究方面，人肝细胞癌细胞株(HepG2)经光敏剂金丝桃素PDT后，与肿瘤细胞凋亡相关的基因表达明显增强［21］。TαPcZn-PDT能通过启动细胞凋亡和抑制细胞周期来作用于肝癌细胞系 Bel7402［22］。Hongyu Zhang等通过 PDT治疗肝癌的试验发现，能抑制肝癌细胞生长的免疫因素，CD4+，CD8+和CD19+细胞数量明显增加，从而表明PDT可以作为抗肿瘤的一种姑息手段［23］。

4.3 PDT在胆管癌的应用

胆管癌是一种预后极差的胆道恶性肿瘤，只有很少比例的病人通过早期确诊适合根治性手术治疗。姑息胆道引流术是通过经皮穿刺或内镜下支架术减轻皮肤瘙痒、胆管炎、疼痛，来改善患者生活质量，但并没有显著延长患者生存时间。光动力治疗对于之中不能手术治疗的胆管癌，是一种局部的、微创手段。有2个前瞻性随机对照试验:一个试验对支架术后光动力治疗和单纯支架术进行比较，光动力组的中位存活时间是493天，而非光动力治疗组是98天，明显改善了患者一般状况;第二个研究确定光动力组存活期是630天，仅单独支架术是210天，且治疗过程耐受性好。光动力治疗已被报道，对于胆管癌是一种新辅助性的治疗，尽管目前积累的数据和当前的知识受限，光动力治疗对胆管癌能够作为一种标准性的姑息治疗手段［24］。Matull et al［25］对321例胆管癌患者的研究显示，PDT联合支架治疗与R1/R2手术全切除的生存时间基本相似。Cheon et al［26］对232 例胆管癌进行了研究，早期并多次的PDT治疗，可延长生存期，同时还可以延长金属支架管通畅时间。

4.4 PDT在胰腺癌的应用

胰腺癌在导致男、女性肿瘤患者死亡的肿瘤中占据首位，较早的临床研究发现光动力治疗可能是一种有用的治疗模式，在最近的研究中，我国和美国的学者在对光敏剂photofrin是否能有效诱导人胰腺癌细胞系(BxPc-3，HPAF-II，Mia PaCa-2，MPanc-96，PANC-1 and PL-45)的凋亡反应中发现，光动力治疗能损伤其线粒体而促使诱导胰腺癌细胞凋亡的提早发生，从而抑制它的存活，并且光动力杀伤效率高，但研究仍需要更多的活体研究［27］。在研究光动力治疗胰腺癌的光敏剂中，发现第二代光敏剂HPPH有较长波长的吸收，有很高的肿瘤选择性，皮肤光过敏时间短，和gemcitabine在诱导多种胰腺癌细胞凋亡时，有协同效应［28］。对16例胰腺癌患者进行PDT的研究，在内镜和CT的辅助下，经皮胰腺穿刺行光动力治疗，发现患者都有肿瘤坏死，没有发生与PDT相关的死亡。光动力治疗后的患者的平均生存期是9.5月，并且有7例患者1年后健在［29］。

4.5 PDT在转移癌的应用

转移癌的形成是多种因素所致，转移癌的癌细胞较原发癌有更加明显侵袭性和耐药性，对人体免疫功能有更大的抗拒性。在胃肠道恶性肿瘤的腹腔内转移癌或肝转移癌，目前手术治疗比较困难，很大比例的患者已经无法行手术根治性切除，化疗、放疗等综合治疗临床疗效不明显。光动力治疗能够协同其他抗癌治疗方式，发挥肯定的疗效。在早期的研究中，Douglas et al［30］就报道 PDT 对肝脏转移癌有明显效果。Hahn等对腹腔内转移性肿瘤临床试验，他们分别对37例胃肠道癌患者进行了观察，其结果对腹腔内肿瘤进行光动力治疗是可行的［1，31］。Van Duijnhoven等在对24例结直肠癌伴肝转移的31例无法手术切除的转移癌灶进行光动力治疗后发现，所有患者的转移癌组织均发生坏死，且副作用较少［32］。研究者认为对手术无法切除的肝转移病灶，采用间质性mTHPBC光动力治疗，是一种安全有效的方法［33］。

5 PDT相关的问题

光毒性是PDT在治疗腹部恶性肿瘤中最主要的副作用，随着对光敏剂不断的研究和发展，新一代的光敏剂具备肿瘤选择性摄入高，正常组织迅速排泄的特性，其光毒性低微，因而具备更好的适应性。目前，许多研究机构对纳米光敏剂的进行大量的研究，也取得很多成果，纳米光敏剂具有传统光敏剂不具有的许多优点，是光动力学疗法中未来发展的主流方向。研究者利用纳米载体具有靶向性、缓释、控释等特殊功能，将光敏剂与纳米载体相结合，形成纳米载体装载光敏剂的复合纳米结构，从而实现对病变部位进行靶向给药、提高载药量、提高药物治疗效果、降低药物对正常组织的毒副作用［34］。对于表浅的恶性肿瘤，比如皮肤、眼、头颈部的病变，PDT可以方便、高效、安全、反复多次的操作，但由于可见光的穿透效果微弱，限制了对于位置较深肿瘤组织、及其肿瘤组织的内部的治疗，目前可以借助内镜或在医疗影像设备的引导下穿刺实施PDT，并且在相关技术的提高下，PDT在腹部肿瘤的治疗中将得到更加广泛的应用。Starkey et al［35］报导了在异种移植肿瘤中，有2 cm的有效治疗深度，双光子光动力治疗与单光子取得的活化作用比是相当大的进步。

6 总结

在腹部恶性肿瘤的治疗手段中，区别于传统的手术、化疗、放疗，单独光动力疗法或协同辅助治疗，将会增加肿瘤的清除率、降低肿瘤的复发率、延长患者的生存期，并改善生存质量，具备独特而又显著的疗效，PDT很可能作为一种全新的治疗技术而广泛应用或成为治疗肿瘤的主要手段。

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