5-氨基酮戊酸光动力疗法治疗HPV感染相关宫颈肿瘤的研究进展

卢钰雯， 张艳培， 李志嘉， 吴德华

1.南方医科大学南方医院放疗科，广东 广州 510515；2.南方医科大学皮肤病医院，广东 广州 510091

宫颈癌在全球女性最常见发病和死亡的恶性肿瘤中均高居第四位。高危型人类乳头瘤病毒(high-risk human papillomavirus,HR-HPV)持续感染是导致宫颈癌及宫颈癌前病变的主要危险因素[1]。目前而言，HR-HPV感染宫颈肿瘤在临床上的主要治疗手段为药物治疗、手术治疗、物理治疗和综合性治疗，但仍缺乏公认且切实有效的治疗手段[2]。譬如传统的手术和激光治疗方法只能清除肉眼可见的病变，而不能彻底清除隐匿病灶，肿瘤周围组织中潜伏的或无症状的HR-HPV感染残留将可能导致复发，同时还伴随着诸如瘢痕形成、子宫颈机能不全、宫颈管形态学变化、早产和低体重儿等副作用[3]。FDA指南建议对宫颈上皮内瘤变(cervical intraepithelial neoplasia,CIN)Ⅱ/Ⅲ期的年轻女性进行保守治疗，以减少围产期副作用的风险。光动力疗法(photodynamic therapy，PDT)自1975年首次出现后,由于其出色的治疗效果引广泛的关注，多项研究表明PDT可以通过细胞凋亡或自噬作用杀伤肿瘤细胞[4-7]，而其中最关键的要素即光敏药物。目前ALA-PDT因其安全性高、组织选择性强和病变周围组织损伤小的特点，在临床上的应用越来越广泛[8-9]。本文旨在针对国内外ALA-光动力疗法治疗HPV感染相关宫颈肿瘤的作用机制和临床应用新进展作一综述。

1 ALA-PDT的基本原理

PDT通过使用特定波长的光照靶向激活目标肿瘤区域的光敏剂(photosensitizers)，使之激活为三重态(triplet state),与癌组织中的氧相互作用生成活性氧(reactive oxygen species，ROS)，进而杀伤肿瘤细胞[6]。PDT杀伤作用依赖于组织内的氧，通过Ⅰ型或Ⅱ型光敏反应使生物分子降解，并最终杀伤肿瘤细胞[4]。由于PDT杀伤作用对氧的依赖性很强，理想的光敏剂应该具有较高的1O2量子产额。

5-ALA是当今皮肤病学领域中最常见的光敏剂，在细胞内经过血红素生物合成途径转化为原卟啉Ⅸ(PpⅨ)[6]。HPV感染后形成的宫颈癌细胞由于血红素合成酶活性改变，其积累的外源性PpⅨ更多；同时，肿瘤中Warburg效应导致有氧糖酵解强化，进一步激活血红素的生物合成，增强PpⅨ的蓄积[7]。因此5-ALA对HPV感染的宫颈癌细胞特异选择性更强，其介导的ALA-PDT对宫颈肿瘤的治疗效果更优。

2 ALA-PDT治疗宫颈肿瘤的机制

2.1 诱导细胞自噬及凋亡

有研究报道，ALA-PDT通过调节Ras/Raf/MEK/ERK/和PI3K/AKT/mTOR途径介导的自噬和凋亡影响Hela细胞病毒载量[10]。ALA-PDT暴露后Hela细胞LC3Ⅱ和p62表达水平上升，同时caspase-3和裂解活化的caspase-3表达增加，提示细胞凋亡起到关键作用[10]。ALA-PDT还通过调节miR-34a抑制Hela细胞增殖，并通过外泌体HMGB1分泌促进树突状细胞成熟[11]。最新的研究表明，ALA-PDT 通过激活ERS依赖的Ca2+-CamKKβ-AMPK途径诱导Hela细胞自噬削弱其细胞毒性，抑制自噬可以增强ALA-PDT介导的caspase12依赖的Hela细胞凋亡[12]。

2.2 损伤并抑制新血管生成

研究表明，ALA-PDT可直接损伤肿瘤血管，光敏剂在肿瘤组织的血管内皮细胞中富集，亚致死光照剂量即可对血管产生损伤[13]，血管收缩并产生血流淤滞、出血等反应，导致肿瘤组织血供减少。血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是血管重建的重要蛋白信号分子，与促进血管通透性增加、细胞外基质变性、血管内皮细胞迁移、增殖和新血管形成密切相关[14]。VEGF在HPV感染的宫颈肿瘤细胞的表达水平明显增强，有研究表明ALA-PDT可抑制HPV感染细胞系组织中的VEGF表达，减少微血管密度，抑制组织进一步病变和恶化[15]。

2.3 降低HPV病毒载量

HPV感染相关宫颈肿瘤在手术或激光治疗后，由于HPV感染的持续存在，非常容易导致疾病复发。ALA-PDT在治疗HPV相关感染及期前病变时具有损伤小、恢复期短、不破坏解剖结构以及HPV清除率高的特点。Cang等[16]对57例无病理证实宫颈病变的HR-HPV感染患者进行ALA-PDT治疗6个月后，HPV 18和HPV16的清除率高达100%和87.5%，并且其它12种高危类型阳性HPV的清除率为48.8%。Cai等[17]对6例接受LEEP术后复发的CIN患者进行ALA-PDT治疗，其中5例患者在第6～7个月复查提示HPV转阴，大多数患者在随访期间至今没有出现复发迹象。可见PDT治疗对HPV病毒载量的可观清除率能相对改善预后。

2.4 激活抗肿瘤免疫应答

ALA-PDT激活的抗肿瘤免疫效应机制复杂，但大体上可分为固有免疫与适应性免疫。在肿瘤固有免疫方面，PDT通过Toll样受体、NF-kappaB信号通路激活炎症相关通路，释放白介素等免疫相关分子[18]；此外PDT还诱导肿瘤免疫细胞浸润，激活补体系统识别、杀伤和清除肿瘤细胞[19]。然而，激活固有免疫的同时，ALA-PDT治疗时往往诱导免疫抑制作用，这可能与Treg细胞的抑制作用相关[20-21]。在适应性免疫方面，PDT在肿瘤部位引起氧化应激后释放肿瘤抗原及损伤相关分子模式[22]，刺激树突状细胞迅速过渡到成熟状态并迁移到淋巴结，并将肿瘤相关抗原呈递给未成熟的T细胞使其变为细胞毒性T淋巴细胞，杀伤残留肿瘤细胞，启动适应性免疫[23]。

3 ALA-PDT在宫颈肿瘤中的临床应用

3.1 宫颈上皮内瘤变

因为宫颈粘膜可以非特异性地选择性吸收ALA，并且由于从ALA转化而来的PpⅨ主要位于宫颈粘膜的表皮层而不是真皮层，故而ALA-PDT是子宫颈等腔道部位HR-HPV感染的安全治疗手段[24]。目前已有多个临床研究表明ALA-PDT能够有效治疗CIN。Li等[25]的研究对80例CIN I患者进行3～6次ALA-PDT治疗后，第3、6、12个月时的HR-HPV缓解率分别为75.32%、80.52%和81.82%；CIN I的完全缓解率为94.81%。另一项在北京佑安医院的前瞻性研究(2019年3月至2020年1月)对49例宫颈鳞状上皮内病变患者进行6个周期的ALA-PDT治疗后随访，结果表明单纯HR-HPV感染的组织学缓解率为80%，LSIL组为69.57%；单纯HR-HPV感染组、LSIL组和HSIL组的症状改善率分别为100%、66.67%和71.43%[26]。此外，对文献的系统回顾分析表明，PDT治疗宫颈疾病的临床有效率为31%至100%，而联合治疗如CO2激光、手术辅助治疗等则可大大提高治愈率[27-28]。

3.2 宫颈癌

NCCN 指南建议低于IB1期的早期宫颈癌患者采用保留生育能力的治疗手段，包括宫颈锥切术、宫颈环切术和宫颈切除术，然而传统手术治疗会增加患者的流产和早产风险[3, 29]。为更好地满足早期宫颈癌年轻女性患者的生育需求，并适应老年、高危和拒绝手术的患者，微创性的ALA-PDT是具有良好前景的创新性宫颈癌保守治疗方法。Choi等[30]对21例早期宫颈鳞状细胞癌患者(IA-IIA期)行LEEP/宫颈锥切术后联合PDT治疗，在平均随访52.6个月中仅发现1例复发性淋巴结转移且无死亡病例，缓解率高达95.3%；且13例尝试怀孕的患者中有69.7%妊娠至晚期，其中50%至足月分娩[30]，未发现PDT相关的严重不良反应。

4 发展前景

ALA-PDT往往与其他药物联合应用治疗宫颈癌。例如双氢青蒿素在宫颈癌Hela细胞中可有效抑制被ALA-PDT激活的HIF-α/VEGF相关信号通路，抑制其诱导的缺氧及血管生成效应，从而增强细胞凋亡[31]。常规化疗药物与ALA-PDT联用也在治疗恶性肿瘤的临床实践中被证实有效，文献报道在膀胱癌中，丝裂霉素C联合ALA-PDT显著增加了PpⅨ在肿瘤细胞内的含量，强化了对肿瘤增殖的抑制作用[32]。顺铂联合应用也可以显著提高PDT对宫颈癌细胞的杀伤力[33]。

此外，自噬及其抑制剂的研究近年来得到了越来越多肿瘤专家的关注[34-36]。研究发现溶酶体抑制剂(hydroxychloroquine,HCQ)与 ALA-PDT联合使用能够提高ROS水平，加强ALA-PDT诱导宫颈癌细胞凋亡的效果[10]。然而目前机制尚不清晰，需要投入更多的研究工作来阐明。

研究发现通过构建分级靶向纳米粒子递送5-ALA-过氧化氢酶进入肿瘤细胞线粒体中，可以产生氧气以增强光敏剂的渗透性和选择性，通过PDT产生更多的活性氧可有效杀伤肿瘤细胞[37]。从肿瘤内产氧改善缺氧微环境的视角来看，新型纳米产氧药物载体大有可为，除了生物酶反应产氧外，还可以通过光化学反应使得肿瘤细胞在接受PDT治疗时产氧。例如一种被研究命名为FeSiAuO的载体，其包含了Fe3O4、介孔SiO2，Au2O3，且具有磁性，使该载体可在磁场引导下靶向目标区域，将光敏剂自介孔SiO2中释放，而Au2O3可在光照下分解为O2和Au[38]。类似功能的纳米材料还有许多，但总体来说作用原理相似，通过光照激活肿瘤内氧气释放，为PDT这个本身消耗大量氧气的治疗手段提供了源源不断弹药储备，具有一定的临床转化应用潜能[39]。最新的研究使用了冷大气等离子体与PDT联合应用，增强了靶向能力，并通过引起细胞内活性氧生成增加和细胞凋亡使宫颈癌细胞死亡[40]。

研究表明，PDT与抗肿瘤免疫联合应用可以提高抗肿瘤效果，改善患者预后[41]。经典的PDT与抗肿瘤免疫联用策略为靶向肿瘤抗原的PD-L1抗体与纳米颗粒ALA偶联，在PDT治疗下激活特异性抗肿瘤免疫[42]。值得一提的是，PDT激活抗肿瘤免疫的同时，可能也会导致因为活性氧的产生激活下游通路导致免疫耐受[43]，因此需要进一步研究更合理的纳米载药载体设计，以精准控制PDT激活的抗肿瘤免疫翻译强度，提高疗效。

5 结语

ALA-PDT因其在宫颈癌前病变及肿瘤中治疗效果好、创伤小、患者接受度高等优点越来越受到重视，但是其杀伤肿瘤细胞对细胞内氧气绝对依赖的机制也限制了传统PDT的疗效。ALA-PDT联合传统治疗、其他药物及抗肿瘤免疫等手段一定程度上为临床宫颈肿瘤的治疗提供了新的策略。此外，在深入研究明确了有效治疗靶点的前提下，通过构建设计新的靶向肿瘤缺氧微环境或搭载抗肿瘤药物偶联-ALA的纳米颗粒为PDT抗肿瘤治疗提供了更多选择。可以预见，通过新型纳米联体构建不同的抗肿瘤药物联合ALA-PDT的治疗策略，为靶向治疗宫颈肿瘤并提高其治疗效果是ALA-PDT发展的趋势与研究热点。