光動力療法對人膽管癌細胞凋亡的影響

姜海濤，陳云杰，王天飛

·講座與綜述·

光動力療法對人膽管癌細胞凋亡的影響

姜海濤，陳云杰，王天飛

膽管癌是一種惡性程度高的肝膽系統原發惡性腫瘤[1]，很少能達到真正的根治。究其原因，主要包括起病隱匿、解剖部位特殊、早期確診率低和預后極差等因素，并且目前尚缺乏有效的非手術治療手段，五年生存率僅為9%～18%[2]。有研究表明，放療和化療均難以達到真正治療膽管癌的目的，Sagawa等[3]報道膽管癌患者術后進行放療并無實際意義，Todoroki[4]也報道在膽道惡性腫瘤患者的生活質量和生存率的改善方面，化療無實際臨床意義。光動力療法（PDT）基礎研究和臨床實踐的不斷深入，以及新型光敏劑、激光反射及傳導裝置的不斷發展，應用也日益廣泛，目前研究表明，PDT可以作為治療膽管癌的一種有前景的療法。本文就PDT的機制及在膽管癌治療中的應用作一綜述。

1　PDT的原理和作用機制

1.1原理PDT是從組織和細胞層面來干預腫瘤的一項新技術療法，其充分利用靶組織和靶細胞在光化學反應下被破壞的特點，同時還具備無創或微創、非產熱性和療效徹底等特點。究其原理，腫瘤組織對特定光敏劑具有選擇性攝入的特點，腫瘤組織中具有較大的組織間隙和豐富的血管，使光敏劑在其中的半衰期延長，經過一段時間的蓄積可使光敏劑濃度增高，光敏劑能夠在特定波長的光照射下被激活，發生光子能量的躍遷，由基態變成激發態，處于激發態的光敏劑不穩定，在返回基態時會產生并釋放大量能量，分子狀態的氧作為電子接受體接受能量后，從而形成氧自由基等活性氧，與腫瘤細胞中的分子發生氧化反應而殺傷腫瘤細胞[5]，而在正常組織中能迅速代謝，在殺滅腫瘤細胞時減少對正常組織的損傷。PDT發揮效應的兩個基本條件具備產生活性氧的光敏劑和激發光敏劑的光。

1.2機制

1.2.1信號轉導與誘導腫瘤細胞凋亡和壞死有研究表明，PDT使細胞發生一系列生物學以及信號轉導途徑變化，如轉錄、細胞周期調節、炎癥反應和細胞死亡[6]。信號轉導途徑主要有線粒體途徑、神經酰胺和死亡受體相關途徑，涉及鈣離子水平、酪氨酸激酶和轉錄因子等的異常。PDT的靶效應主要是誘導腫瘤細胞凋亡和壞死，內源性PDT能促進多種細胞凋亡[7]。線粒體途徑在細胞凋亡中起著非常重要的作用，其原因是線粒體膜上的相應受體易與光敏劑作用的終末效應因子相結合，從而增加線粒體膜的通透性損傷或結構破壞，進而釋放一系列調控因子促進細胞凋亡。其主要作用機制目前認為是通過caspases活化[8]和Bcl-2等抗凋亡蛋白的下調[9]來實現的。有研究表明 PDT產生的細胞凋亡可以引起caspase3活化，染色質濃縮和線粒體中的細胞色素 C快速釋放等變化。Ferri等[10]認為，光動力療法首先促使線粒體中的細胞色素C釋放到細胞質，再引起凋亡蛋白酶家族的活化，釋放凋亡誘導因子，從而引起腫瘤細胞凋亡。

1.2.2對腫瘤微血管的破壞PDT產生的活性氧可以直接破壞血管內皮細胞，導致水腫、血小板聚集和血栓素釋放血栓形成啟動瀑布式反應[11]。PDT通過破壞腫瘤的脈管系統，導致腫瘤血管內血栓形成和出血，隨后腫瘤會因缺氧和缺乏營養物質而壞死[12]。此外，毛細血管血栓使局部暫時性缺血，隨著腫瘤血管活性物質釋放和新生血管出現，可導致缺血-再灌注損傷，引起腫瘤細胞壞死[13]，并且在PDT氧化應激促進下，補體系統被啟動，中性粒細胞等炎癥細胞侵入到以前缺血的部位，發生炎癥反應而殺傷腫瘤細胞。

1.2.3激發免疫及炎癥反應PDT可通過氧化應激產生保護性反應，觸發一系列信號轉導途徑啟動轉錄因子，產生細胞因子和黏附分子。PDT產生的活性氧，氧化分解膜脂質生成的花生四烯酸代謝產物，是強烈的炎癥介質，可以迅速引起強烈的炎癥反應[14]。同時與血管損傷所釋放的組胺、5-HT等，趨化中性粒細胞和單核巨噬細胞浸入，殺傷腫瘤，免疫系統被激活后也能夠識別和殺傷腫瘤細胞[15]。PDT還能使組織內的腫瘤壞死因子和白細胞介素等增加，使巨噬細胞發生吞噬反應。

2　PDT在膽管癌中的應用

2.1PDT是治療膽管癌的新方法，患者通過靜脈注射或口服光敏劑，經過內鏡光源發射特定波長的光，照射一定時間，產生光動力效應誘導腫瘤細胞凋亡或壞死，達到腫瘤局部切除目的。自報道光敏劑能在膽管細胞中聚集以來，Photofrin、ALA和LS11等多種光敏劑相繼被發現[16]。它們都可在膽管癌細胞和正常膽管細胞中聚集，并在兩者之間形成明顯的濃度差，通過內鏡將光導纖維送達腫瘤所在膽管，在腫瘤局部照射，產生殺傷腫瘤細胞的光動力效應。目前，臨床治療膽管癌常用的光敏劑為卟吩姆鈉。在國外，光動力療法在各研究層面均取得了比較不錯的療效。有研究顯示，在單天門冬酰胺二氫卟酚e6介導的PDT治療膽管癌實驗中，體外細胞增殖的抑制呈明顯劑量依賴性，腫瘤體積在PDT治療2周后明顯縮小，肝臟照光區的血循環和Glisson系統均不會受損[17]。在接種人膽管癌細胞小鼠模型上，HPD-PDT對腫瘤組織的殺傷深度可達0.8cm，并且對體內其它重要臟器沒有明顯的損傷。Kahaleh等[18]的大樣本研究證明PDT聯合支架置入治療膽管癌與單純支架置入相比，可提高生存期近12個月；有研究報道，光動力治療組的中位生存期493d較非光動力治療組98 d有明顯延長，且光動力治療組一般情況也明顯改善[19]；研究表明，光動力療法與膽汁引流、化學治療等聯合治療，能明顯降低患者死亡率，提高生存率和生活質量[20]；國內也有報道，PDT能夠使失去手術時機的膽管癌患者的生存時間延長，減少醫療的花費。另外，PDT在臨床治療膽管癌方面也取得了較大的成效，在姑息性治療、外科手術前后的輔助性治療方面都有相關報道。

3　增殖細胞核抗原(PCNA)、血管內皮生長因子-C(VEGF-C)和環氧合酶-2 (COX-2)在膽管癌細胞凋亡中的作用

3.1PCNAPCNA位于細胞核內，是反映細胞增殖的主要生物學指標，其合成表達均與細胞增殖密切相關。腫瘤細胞具有旺盛的增殖活性，因而PCNA可以用于評價腫瘤細胞的增殖狀態，它在許多腫瘤組織中的表達量與腫瘤細胞增殖的活躍程度成正比。研究報道，PCNA在膽管腺癌中的標記指數最高，而在膽管細胞增生和正常膽管上皮中均較低。PCNA是一個能夠很好地反映和測定細胞凋亡的因子，在腫瘤細胞凋亡過程中表達量受到明顯的抑制。

3.2VEGF-CVEGF-C由 Joukov于1996年首次從前列腺癌細胞中分離出來并命名的一種內皮調控素，能誘導內皮細胞增殖，促進脈管生成，VEGF-C的兩種受體分布于活化的血管內皮細胞和淋巴管內皮，所以VEGF-C具有調節血管和淋巴管形成的雙重作用，能夠促使局部毛細血管和淋巴管增生，有利于腫瘤的快速生長。VEGF-C是一種特異性促淋巴管內皮生長因子，通過結合特異性受體而使淋巴管內皮細胞逃避凋亡和促進增殖，從而促使淋巴管的新生。另外，VEGF-C能夠誘導局部毛細淋巴管增生，使腫瘤組織周圍毛細淋巴管的密度增高，同時增加了VEGF-C與腫瘤組織周圍毛細淋巴管的接觸機會，使腫瘤細胞易于浸潤和進入淋巴管，發生淋巴道轉移。國內相關文獻報道，VEGF-C在膽管癌組織中高表達，且與膽管癌淋巴結轉移、預后密切相關[21]。

3.3COX-2COX-2是一種在花生四烯酸轉變代謝過程中發揮重要作用的的關鍵酶，在生理情況下，COX-2在組織中的表達量很低，但在某些因子、炎癥介質和促癌劑等物質刺激作用于細胞時，便能迅速地誘導產生COX-2，因而被稱作“早期即刻基因”。目前研究認為，COX-2與腫瘤的關系十分密切，首先，在許多良惡性腫瘤中均有 COX-2基因的高表達量；其次，COX-2的催化產物能夠促進腫瘤細胞快速生長，而COX-2抑制劑則能抑制腫瘤細胞的增殖，同時，COX-2能夠誘導刺激腫瘤的血管新生，再次，COX-2能夠減緩降低腫瘤細胞的凋亡率。COX-2在許多炎癥中的高表達能夠誘導促使膽管上皮細胞中的DNA序列發生變化，從而引發DNA損傷破壞致使膽管癌變。研究表明，在90%以上的膽管癌組織中具有大量的COX-2，但在正常膽管上皮組織中，只有30%的具有微量的COX-2。目前 COX-2促進膽管癌的形成機理包括四方面，即抑制細胞凋亡及干預信號轉導、促進炎癥因子的分泌和促進腫瘤血管形成。目前認為，COX-2是通過誘導刺激腫瘤細胞生長、干預腫瘤細胞凋亡、使腫瘤發生惡性轉變等途徑來促進腫瘤的形成和進展[22]。

此外，在惡性腫瘤發生的基因研究中，出現了基因協同假說，認為有兩個或多個功能不同的異常啟動基因在惡性腫瘤的發生、發展和轉移各階段，各自發揮著不同的作用。同時，它們相互協調，共同促進細胞癌變。Tamura等[23]實驗發現VEGF可呈時間和劑量依賴性地促進COX-2的表達，同樣在腫瘤組織中COX-2基因激活而產生的COX-2蛋白也能夠誘導VEGF-C的產生，起到促使腫瘤組織中脈管系統新生的作用，促進腫瘤細胞的增殖、浸潤和轉移。相反，抑制COX-2也能抑制VEGF-C的表達。另外，有報道PCNA、VEGF-C和生存素在膽管癌中的表達相互促進，表明它們也能夠協同作用于膽管癌。

4　結語

從目前來看，PDT在膽管癌的治療領域，無論單獨應用，還是與其它方法聯合應用，都具有不良反應小和局部癥狀改善明顯等優點。但是當前還存在許多疑點有待繼續探索和解決。PDT在膽管癌方面的基礎和臨床研究目前尚處于起步階段，同樣存在很多問題亟待解決，需要我們逐步從分子實驗、細胞實驗、動物模型實驗和臨床應用實驗等各方面來明確其具體機制和確切療效。

[1]Olines MJ,ErlichR.A review and update oncholangiocarcinoma[J].Oncology，2004, 66（3）:167-179.

[2]KhanSA,ThomasHC,DavidsonER,etal. Cholangiocarcinoma[J].Lancet,2005,366: 1303-1314.

[3]Sagawa N,Kondo S,Morikawa T,et al. Effectivenessofradiationtherapyafter surgery for hilar cholangiocarcinoma[J].Surg Today,2005,5(7):548-552.

[4]Todoroki T.Chemotherapy for bile duct carcinoma in the light of adjuvant chemotherapy to surgery[J].Hepatogastroenterology,2000,47(33):644-649.

[5]Dolmans DE,FukumuraD,JainRK.Photodynamic therapyfor cancer[J].Nat RevCancer,2003,3(5):380-387.

[6]SaikaliS,AvrilT,ColletB,etal.Expression of ninetumour antigensinaseriesofhuman glioblastoma multiforme:interest of EGFR vIII,IL-13Ra2,gp100andTRP-2forimmunotherapy[J].JNeurooncol,2007,81(2):139-148.

[7]Almeida RD,Manadas BJ,Carvalho AP, et al.Intracellular signaling mechanisms in photodynamic therapy[J].Biochem Biophys Acta,2004,1704(2):59.

[8]Buytaert E,Dewaele M,Agostinis P.Molecular effectors of multiple cell death pathwaysinitiatedbyphotodynamictherapy[J]. BiochimBiophys Acta,2007,1776:86-107.

[9]Huettner CS,Zhang P,Van Etten RA,et al.Reversibility of acute B-cell leukaemia induced by BCR-ABL1[J].Nature Genet, 2000,24(1):57-60.

[10]Ferri KF,Kroemer G.Organelle-specific initiationofcelldeathpathways[J].NatCell Biol,2001,3(11):E255-263.

[11]Castano AP,Demidova TN,HamblinMR, et al.Mechanisms in photodynamic therapy:part three-photosensitizer pharmacokinetics,biodistribution,tumor localization andmodesoftumordestructionPhotodiag [J].Photodyn Ther,2005,2:91-106.

[12]RolandCL,HarkenAH,SarrMG,etal.ICAM-1 expressiondetermines malignant potential of cancer[J].Surgery,2007,141(6):705-707.

[13]RiedemannNC,WardPA.Complementin ischemia reperfusion injury[J].Am J Pathol,2003,162(2):363-367.

[14]Buytaert E,DewaeleM,Agostinis P.Molecular effectors of multiple cell death pathways initiated by photodynamic therapy [J].BiochemBiophysActa,2007,1776(1): 86-107.

[15]Haqq CE,Nosrati M,Sudilovsky D,et al. The gene expression signatures of melanoma progression[J].Proc Natl Acad Sci USA,2005,102(17):6092-6097.

[16]Kiesslich T,Berlanda J,Plaetzer K,et al. Comparativecharacterizationoftheefficiency andcellularpharmacokineticsoffoscaandfoslipbasedphotodynamictreatmentinhumanbiliarytractcancercelllines[J].PhotochemPhotobiolSci,2007,6(6):619-627.

[17]KasuyaK,ShimazuM,SuzukiM,etal.Novelphotodynamictherapyagainstbiliarytract carcinoma using mono-Laspartyl chlorine e6:basicevaluationforitsfeasibilityandefficacy[J].JHepatobiliaryPancreatSci,2010, 17(3):313-321.

[18]Kahaleh M,Mishra R,Shami VM,et al. Unresectable cholangiocarcinoma:comparisonofsurvival inbiliarystenting alone versusstenting withphotodynamic therapy[J]. Clin Gastro-enterol Hepatol,2008,6(3): 290-297.

[19]CheonYK,LeeTY,LeeSM,etal.Longterm outcomeofphotodynamictherapycompared withbiliarystentingaloneinpatientswithadvancedhilarcholangiocarcinoma[J].HPB(Oxford),2012,14(3):185-193.

[20]Tomizawa T,Tian J.Photodynamic therapy forcholangiocarcinoma[J].DigDisSci,2012, 57:274-283.

[21]肖科,湯恢煥.血管內皮生長因子C和微淋巴管密度與膽管癌淋巴結轉移及預后的關系[J].中國普通外科雜志,2012,21(8): 946-951.

[22]范友杰,曹景玉,孫文德,等.選擇性環氧合酶-2抑制劑 NS-398對膽管癌細胞株QBC939的抑制作用[J].中華實驗外科雜志,2012,29(11):2327-2327.

[23]Tamura M,Sebastian S,Gurates B,et al. Vascular endothelial growth factor upregulates cyclooxygenase-2 expression human endothelial cells[J].J Cin Endocrinol Metab,2002,87:3504-3507.

10.3969/j.issn.1671-0800.2016.05.073

R735.8

C

1671-0800(2016)05-0696-03

2014-11-12

（本文編輯：吳迪漢）

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陳云杰，Email:ybyfish @163.com