光動力療法在腹部惡性腫瘤的應用＊

龍振東，熊 力，劉忠濤，劉志鵬，文 宇

(中南大學湘雅二醫院普外科，湖南長沙 410011)

引言

光動力療法(Photodynamic therapy，PDT)是利用光敏劑在人體生長異常的組織中選擇性聚集，在分子氧的參與下，與特定波長的光起作用，使異常組織發變性、壞死等一系列變化，以達到治療目的的方法。光動力療法是上世紀七十年代末開始形成的腫瘤治療方法，目前在國外已經獲得國家政府相關部門的正式批準，成為繼手術、化療、放療之后治療腫瘤的一項常規手段，并在醫學界獲得公認和廣泛應用。因為惡性腫瘤具有浸潤性快速生長、容易轉移、復發等特點，單獨靠手術、化療、放療任何一種治療手段，要想根除腫瘤又兼顧患者的生存質量，都是難以實現的。光動力學療法不同于手術、放療和化療三大治療腫瘤手段，它具有對靶組織及損傷程度的可選擇性，可減輕對正常組織的損傷。PDT與手術、化療、放療等常規治療手段相比，有創傷小、毒性低微、選擇性好、適應性好、可重復治療、可協同其他治療、可消滅微小病灶、并具有美容、保護重要器官功能等優點，將翻開腫瘤治療的新篇章，在腫瘤的綜合治療中發揮其獨特而又重要的作用。現階段PDT在眼科、皮膚科、頭頸外科領域已取得較好的臨床療效，在腹部惡性腫瘤領域，國內外已在實驗室和臨床上開展了許多研究和治療，并取得一些成果，本篇綜述闡述應用PDT治療腹部惡性腫瘤的一些研究和治療的情況，并對PDT將來在腹部惡性腫瘤治療上進行了展望。

1 光動力學對腫瘤細胞的殺傷機制

PDT由3個基本組成部分:光敏劑、光和氧［1］。它們中單獨任何一個都沒有效果，但是結合在一起可以通過發生光化學反應產生一系列單態氧，然后快速的引起細胞凋亡或壞死。PDT的抗腫瘤效應來源于3個相互關聯的機制:1)直接殺傷腫瘤;2)破壞腫瘤的血管;3)可引起全身免疫反應的炎癥反應。這些相關的機制在很大程度上與下列因素有關:1)光敏劑的類型和劑量;2)實施光敏劑與光照的間隔時間;3)總的光照劑量和其影響率;4)腫瘤內的氧氣濃度以及其他未知的因素。

1.1 PDT與腫瘤細胞凋亡

PDT后光敏劑躍遷至激發態，生成單線態或三重態氧［2］，對細胞膜或蛋白質作用而產生氧化損傷，進而促使細胞凋亡。在腫瘤細胞中，光敏劑在線粒體和內質網上聚集，從而快速誘導細胞的凋亡［3］。PDT引起細胞色素c從線粒體中釋放到細胞質中，然后引起caspases家族的活化，從而引起細胞的凋亡［4］。PDT后引起Bcl-2家族抗凋亡活性的下調，認為這種下調可能是與PDT引起Bcl-2家族構象的變化或者氧化損傷有關［5］。

1.2 PDT 與脈管損傷

PDT后可造成微血管內皮細胞損傷，膠原纖維暴露在血液，促使血小板粘附，從而形成血小板粘集堆和微血栓，同時炎性因子釋放，血液蛋白和炎癥細胞的前粘附因子可穿透血管［6］，引起血管收縮，并伴有炎性滲出，組織水腫、血容量降低，最后造成腫瘤組織缺血、缺氧，起到殺傷腫瘤組織的作用［7，8］。因此，以腫瘤血管作為靶向成為一種有效治療惡性腫瘤的方法。PDT可直接以腫瘤血管作為靶向，通過活性氧的形成，使腫瘤血管氧化損傷，繼而剝奪了腫瘤的營養供給［9］。

1.3 PDT 與免疫應答

光動力治療增強抗腫瘤免疫的機制已被驗證了幾十年。炎癥反應進程主要是由光-氧化損傷始發信號誘導，光-氧化損傷在血管周圍區域產生并隨趨化梯度到達血管內皮細胞。在光動力反應中，主要由中性粒細胞、肥大細胞和單核巨噬細胞組成的炎癥細胞迅速大量聚集入侵腫瘤組織。聚集并啟動DAMP/CDAMPs等炎癥細胞初級途徑。在PDT治療腫瘤中，可以激活補體系統［6］。在結腸癌細胞系的體外和體內模型中，PDT均能引起線粒體中HSP60的轉錄和翻譯［10］。

2 光敏劑

第一代光敏劑:目前在臨床上廣泛使用的是HPD，其中photofrin是通過PDA認證的光敏劑。這些光敏劑有許多不足之處:成分復雜、作用光譜不理想，給藥光照時間長、皮膚光敏副作用較大;第二代光敏劑:總的來說，第二代光敏劑成分單一，有明確的分子結構，最大吸收波長紅移，具有更好的單線態氧量子產率，在治療劑量下的副作用也小。常見的有以下幾類:外源性卟啉類、內源性卟啉類、金屬酞菁類。在內源性卟啉類中，ALA作為原卟啉的前體，可用于光動力治療［11］。在體內排泄迅速，光毒性較小，避光時間短，一般只需避光1-2天，且對其他臟器的影響小。吸收峰位位于紅光區，波長長，穿透能力較強［12，13］。

3 光源

藍光穿透組織的能力最差，紅光和紅外線穿透組織的能力比較強，波長接近800 nm光可生成單態氧，對于同一種光敏劑，沒有任何一個光源適用于所有的PDT。因此，應該依據光敏劑的吸收波長(熒光激發和作用譜)，疾病(病變位置，大小，可訪問性，和組織的特性)，來選擇光源。PDT依賴于復雜的放射量測定:總光量，曝光時間，和光傳輸模式(單對分餾，甚至節律)的臨床療效。注量率也影響PDT的反應。PDT的臨床效果與復雜的放射因素有關，總的光照劑量，光照時間，和光的傳輸模式都可以影響其臨床效果［14］。吸收率也可以影響 PDT的效果。集成系統迄今僅在實驗研究中應用。光敏劑，光源和治療參數的最佳組合對PDT治療是否成功至關重要［15，16］。

4 PDT的臨床應用

PDT已經廣泛用于各個系統的腫瘤的研究和治療［1］，且有大量的實驗室和臨床研究已經或正在繼續開展。對于腹部腫瘤，比如胃癌、結腸癌、膽管癌、胰腺癌、腹部的轉移癌，在國內目前主要依靠手術治療為主。部分不能行根治性手術的病例，只能行姑息改道手術、支架術、內外引流手術、放療、化療等手段治療，從而減輕相應的消化道癥狀，但患者經過手術、化療、放療后，患者本身的免疫機能削弱、器官功能缺失。治療的副作用，使得生存時間和生活質量并不令人滿意，對此，許多研究者對PDT在抗腫瘤方面作出了相關的研究和報告。

4.1 PDT在胃腸道惡性腫瘤的應用

胃腸道惡性腫瘤是人體常見的惡性腫瘤，手術治療是最主要的手段，對于中晚期的治療效果并不明顯，人們在不斷探索新的治療技術，近幾十年，隨著光動力療法的不斷發展，PDT已經應用于臨床，并被證實安全有效。目前PDT在胃腸道惡性腫瘤上的應用，大都通過內鏡下實施，是一種新的治療手段，治療創傷小，同時光動力對正常消化道組織損傷低微，減少了穿孔的危險［17］，在治療早期和中晚期惡性腫瘤方面療效較顯著。對不能行根治性手術的結腸癌患者行PDT后進行了研究，發現均能改善消化道癥狀，少數腫塊消失，并降低了腫瘤的復發率［18］。對7例早期胃癌經過PDT治療后，取得較顯著療效，病理檢查未發現癌組織殘留［1］。對以往的光動力治療中，Gahlen等［19］認為PDT是胃腸道早期腫瘤手段之一。Allison等［20］對PDT在肛門癌上進行研究，認為PDT有可能成為治療肛門癌的新的模式。

4.2 PDT在肝癌的應用

PDT治療肝癌目前在臨床應用較少，在實驗室研究相對較多。主要是由于肝臟內部的腫瘤位置較深，從體外導入光源到腫瘤部位難度較大，同時肝臟本身血運豐富，光敏劑含量亦較高，PDT缺乏選擇性，照射光難以穿透正常肝臟組織達到病灶，同時對正常組織造成損傷。在實驗室研究方面，人肝細胞癌細胞株(HepG2)經光敏劑金絲桃素PDT后，與腫瘤細胞凋亡相關的基因表達明顯增強［21］。TαPcZn-PDT能通過啟動細胞凋亡和抑制細胞周期來作用于肝癌細胞系 Bel7402［22］。Hongyu Zhang等通過 PDT治療肝癌的試驗發現，能抑制肝癌細胞生長的免疫因素，CD4+，CD8+和CD19+細胞數量明顯增加，從而表明PDT可以作為抗腫瘤的一種姑息手段［23］。

4.3 PDT在膽管癌的應用

膽管癌是一種預后極差的膽道惡性腫瘤，只有很少比例的病人通過早期確診適合根治性手術治療。姑息膽道引流術是通過經皮穿刺或內鏡下支架術減輕皮膚瘙癢、膽管炎、疼痛，來改善患者生活質量，但并沒有顯著延長患者生存時間。光動力治療對于之中不能手術治療的膽管癌，是一種局部的、微創手段。有2個前瞻性隨機對照試驗:一個試驗對支架術后光動力治療和單純支架術進行比較，光動力組的中位存活時間是493天，而非光動力治療組是98天，明顯改善了患者一般狀況;第二個研究確定光動力組存活期是630天，僅單獨支架術是210天，且治療過程耐受性好。光動力治療已被報道，對于膽管癌是一種新輔助性的治療，盡管目前積累的數據和當前的知識受限，光動力治療對膽管癌能夠作為一種標準性的姑息治療手段［24］。Matull et al［25］對321例膽管癌患者的研究顯示，PDT聯合支架治療與R1/R2手術全切除的生存時間基本相似。Cheon et al［26］對232 例膽管癌進行了研究，早期并多次的PDT治療，可延長生存期，同時還可以延長金屬支架管通暢時間。

4.4 PDT在胰腺癌的應用

胰腺癌在導致男、女性腫瘤患者死亡的腫瘤中占據首位，較早的臨床研究發現光動力治療可能是一種有用的治療模式，在最近的研究中，我國和美國的學者在對光敏劑photofrin是否能有效誘導人胰腺癌細胞系(BxPc-3，HPAF-II，Mia PaCa-2，MPanc-96，PANC-1 and PL-45)的凋亡反應中發現，光動力治療能損傷其線粒體而促使誘導胰腺癌細胞凋亡的提早發生，從而抑制它的存活，并且光動力殺傷效率高，但研究仍需要更多的活體研究［27］。在研究光動力治療胰腺癌的光敏劑中，發現第二代光敏劑HPPH有較長波長的吸收，有很高的腫瘤選擇性，皮膚光過敏時間短，和gemcitabine在誘導多種胰腺癌細胞凋亡時，有協同效應［28］。對16例胰腺癌患者進行PDT的研究，在內鏡和CT的輔助下，經皮胰腺穿刺行光動力治療，發現患者都有腫瘤壞死，沒有發生與PDT相關的死亡。光動力治療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在轉移癌的應用

轉移癌的形成是多種因素所致，轉移癌的癌細胞較原發癌有更加明顯侵襲性和耐藥性，對人體免疫功能有更大的抗拒性。在胃腸道惡性腫瘤的腹腔內轉移癌或肝轉移癌，目前手術治療比較困難，很大比例的患者已經無法行手術根治性切除，化療、放療等綜合治療臨床療效不明顯。光動力治療能夠協同其他抗癌治療方式，發揮肯定的療效。在早期的研究中，Douglas et al［30］就報道 PDT 對肝臟轉移癌有明顯效果。Hahn等對腹腔內轉移性腫瘤臨床試驗，他們分別對37例胃腸道癌患者進行了觀察，其結果對腹腔內腫瘤進行光動力治療是可行的［1，31］。Van Duijnhoven等在對24例結直腸癌伴肝轉移的31例無法手術切除的轉移癌灶進行光動力治療后發現，所有患者的轉移癌組織均發生壞死，且副作用較少［32］。研究者認為對手術無法切除的肝轉移病灶，采用間質性mTHPBC光動力治療，是一種安全有效的方法［33］。

5 PDT相關的問題

光毒性是PDT在治療腹部惡性腫瘤中最主要的副作用，隨著對光敏劑不斷的研究和發展，新一代的光敏劑具備腫瘤選擇性攝入高，正常組織迅速排泄的特性，其光毒性低微，因而具備更好的適應性。目前，許多研究機構對納米光敏劑的進行大量的研究，也取得很多成果，納米光敏劑具有傳統光敏劑不具有的許多優點，是光動力學療法中未來發展的主流方向。研究者利用納米載體具有靶向性、緩釋、控釋等特殊功能，將光敏劑與納米載體相結合，形成納米載體裝載光敏劑的復合納米結構，從而實現對病變部位進行靶向給藥、提高載藥量、提高藥物治療效果、降低藥物對正常組織的毒副作用［34］。對于表淺的惡性腫瘤，比如皮膚、眼、頭頸部的病變，PDT可以方便、高效、安全、反復多次的操作，但由于可見光的穿透效果微弱，限制了對于位置較深腫瘤組織、及其腫瘤組織的內部的治療，目前可以借助內鏡或在醫療影像設備的引導下穿刺實施PDT，并且在相關技術的提高下，PDT在腹部腫瘤的治療中將得到更加廣泛的應用。Starkey et al［35］報導了在異種移植腫瘤中，有2 cm的有效治療深度，雙光子光動力治療與單光子取得的活化作用比是相當大的進步。

6 總結

在腹部惡性腫瘤的治療手段中，區別于傳統的手術、化療、放療，單獨光動力療法或協同輔助治療，將會增加腫瘤的清除率、降低腫瘤的復發率、延長患者的生存期，并改善生存質量，具備獨特而又顯著的療效，PDT很可能作為一種全新的治療技術而廣泛應用或成為治療腫瘤的主要手段。

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