高艷霞，劉睿，劉南南，索玉平

山西醫(yī)科大學第五臨床醫(yī)學院，太原030012

據(jù)報告顯示，我國惡性腫瘤發(fā)病率和病死率均比全球平均水平高，嚴重影響我國居民的身心健康［1］，尋找一種有效的治療方法至關重要。惡性腫瘤的治療方法因腫瘤分期和部位而異，目前主要有手術治療、放療、化療、免疫治療、激素治療和聯(lián)合治療等。每一種療法都有其適應證和不良反應，對部分患者有效，但仍有許多患者出現(xiàn)不良結局［2］，因此，腫瘤的新型治療方法始終是學者們研究的重點［3］。光動力療法（PDT）是腫瘤治療研究的熱門，與傳統(tǒng)治療方法相比，它是一種相對非侵入性治療，不良反應輕，可多次重復，對腫瘤細胞的選擇性高。PDT 已經(jīng)被用于皮膚科臨床疾病的治療，如光化性角化病、基底細胞癌等，但在其他系統(tǒng)惡性腫瘤治療方面仍處于細胞水平、動物模型研究階段，臨床應用還較少。無論是臨床應用還是基礎研究方面，5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）介導的PDT（5-ALA-PDT）應用最為廣泛。5-ALA 已于2007 年在歐洲和歐洲以外的國家獲得批準，并于2017 年獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局的批準［4］?，F(xiàn)就5-ALA 及其前體藥物介導的PDT在惡性腫瘤治療中的應用研究做一綜述。

1 5-ALA-PDT的應用

1.1 治療機制 5-ALA 是一種氨基酸，是植物和動物卟啉生物合成的前體［5］，由線粒體中的甘氨酸和琥珀酰輔酶A 在ALA 合成酶的催化下合成，在PDT中用作光敏劑。它是血紅素生物合成途徑中的中間體，進一步形成原卟啉Ⅸ（PpⅨ），經(jīng)過一系列酶促反應，亞鐵螯合酶最終催化亞鐵插入PpⅨ形成血紅素，血紅素將啟動負反饋機制調節(jié)ALA 合成酶的活性。這種負反饋調節(jié)可以被外源性5-ALA 繞過，進而導致細胞內PpⅨ的積累［6］。

PpⅨ作為一種天然光敏劑，直接從無害的可見光源吸收能量，隨后把能量轉移到氧分子上，產(chǎn)生單線態(tài)氧和其他活性氧物質，這種單線態(tài)氧被認為是細胞毒性物質，可與細胞成分（DNA、蛋白質等）快速反應，引起腫瘤細胞損傷，最終導致細胞壞死和（或）凋亡［7］。單線態(tài)氧的作用范圍較窄（0.02 ～1 μm）且壽命較短（0.04 ～4 μs），使得PDT 殺滅腫瘤細胞的同時，不損害附近的正常組織細胞。此外，PDT 還能夠破壞腫瘤微血管，使剩余的腫瘤細胞缺乏維持生存所必需的氧和營養(yǎng)物質；并能導致免疫原性細胞死亡，進一步激活免疫系統(tǒng)，有助于腫瘤的長期控制［8］。另外，有研究表明，5-ALA-PDT 可誘導CCL8 表達，CCL8 可刺激單核細胞和T 淋巴細胞的遷移，誘導抗腫瘤反應；還能夠通過募集M1 型巨噬細胞放大ALA-PDT的療效［9］。

5-ALA-PDT 的療效與細胞內PpⅨ的蓄積相關。對5-ALA-PDT 敏感的細胞系表達PEPT1（一種ALA攝取轉運蛋白），對5-ALA-PDT 耐藥的細胞系表達ABCG2（一種PpⅨ輸出轉運蛋白）［10］。腫瘤細胞更傾向于通過糖酵解途徑和乳酸發(fā)酵代謝（Warburg效應）而不是氧化磷酸化［11］，導致鐵代謝異常和鐵插入錯誤，PpⅨ到血紅素的通路中斷，致使腫瘤細胞中PpⅨ更多地蓄積。PpⅨ蓄積的原因可能為：腫瘤細胞特異性地攝取較多量的5-ALA或線粒體內的亞鐵螯合酶活性降低［12］；在腫瘤細胞中，由于Warburg效應，為Fe3+還原為Fe2+提供的電子不足，導致PpⅨ無法轉化為血紅素［13］。

PDT 有效的主要原因包括：作為腫瘤復發(fā)轉移的主要因素，休眠腫瘤細胞對多數(shù)化療藥物、放療不敏感，但有研究表明休眠腫瘤細胞表現(xiàn)出卟啉代謝增加和對5-ALA-PDT 敏感［14］；腫瘤微環(huán)境與腫瘤發(fā)生、腫瘤進展和轉移密切相關，腫瘤相關成纖維細胞（CAFs）是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，影響腫瘤細胞的生物學行為，有學者提出5-ALA-PDT 對CAFs的活化具有抑制作用［15］；此外，PDT誘導的抗腫瘤免疫應答將有助于預防腫瘤復發(fā)［16］。

1.2 制劑類型 5-ALA 用于皮膚科疾病治療時，最常用的劑型是乳膏、凝膠，如SHI等［17］的研究中所使用的光敏劑是5%的ALA 乳膏。在一項病例報告中，研究者使用10%ALA 乳膏介導的PDT 成功治療1 例原位鱗狀細胞癌患者，隨訪一年無復發(fā)［18］。有學者使用10% ALA 凝膠介導的PDT 成功治療12 例軀干和四肢原位鱗狀細胞癌［19］。5-ALA 也有口服藥劑型，口服給藥后，5-ALA 在腸道吸收較快，隨后在胞質內攝取并代謝，啟動酶促反應，增加PpⅨ的積累。此外，5-ALA 的舌下含服劑型也用于治療口腔和咽部腫瘤的癌前病變。

1.3 治療方案 5-ALA-PDT 是通過PpⅨ的產(chǎn)生來發(fā)揮作用的，將5-ALA 與細胞共同孵育或直接將其作用于機體時，5-ALA 生成PpⅨ的效率不僅與孵育時間、給藥時間密切相關，而且受5-ALA 濃度、環(huán)境pH 影響。目前5-ALA-PDT 尚沒有統(tǒng)一的標準治療方案。FONTANA 等［20］研究了PDT 對膠質肉瘤細胞株的作用，發(fā)現(xiàn)5-ALA 低濃度和高濃度均不能產(chǎn)生有效的作用，在此研究中有效的最低濃度為125 μg/mL，最佳孵育時間為4～8 h，最佳的pH 為6.8 ～7.2；pH＞7.2時可能會存在5-ALA 聚集而導致活性喪失，pH 過低時則生成的PpⅨ過少，不足以起作用。5-ALA 用于熒光引導手術時，口服藥物后最佳的等待時間為3～4 h。5-ALA 用于治療皮膚科疾病時，涂抹藥物與光照的間隔時間在1～3 h。在SACHSENMAIER 等［21］的研究中，浸潤性導管癌骨轉移細胞系和腎癌骨轉移細胞系暴露于相同劑量的5-ALA，結果浸潤性導管癌骨轉移細胞系凋亡，而腎癌骨轉移細胞系衰老，表明不同的細胞系對5-ALA 的敏感性是不一樣的。

1.4 應用情況 5-ALA-PDT 在臨床上已用于皮膚科疾病的治療，技術相對成熟，其在其他系統(tǒng)惡性疾病中的應用目前還在基礎研究階段，但已經(jīng)取得了一定的成效。VERMANDEL等［22］驗證了5-ALA-PDT用于最大腫瘤切除后膠質母細胞瘤治療的可行性和安全性，可能通過靶向殺滅瘤腔內殘留的腫瘤細胞來降低復發(fā)風險。黏液纖維肉瘤是軟組織肉瘤的一種亞型，局部復發(fā)率高。有學者成功將5-ALA 腫瘤涂料和PDT 用于人黏液纖維肉瘤細胞系MUGMyx1，結果顯示，5-ALA 對惡性黏液纖維肉瘤細胞有選擇性熒光標記和細胞毒性，同時保留了良性脂肪細胞［23］。研究者使用5-ALA-PDT 誘導了乳腺癌和肝細胞癌的細胞毒性和遺傳毒性，同時表明，它有可能通過增強致突變性來誘導DNA 損傷，抑制腫瘤細胞增殖［24］。還有研究顯示，5-ALA-PDT 在T 淋巴細胞白血病（ATL）等血液系統(tǒng)惡性腫瘤中可有效殺死腫瘤細胞而不損傷正常淋巴細胞，還可以去除標準化療或免疫治療后剩余的耐藥ATL 細胞，這表明PDT 可以與常規(guī)治療方式聯(lián)合應用［25］。SCHWAKE等［4］也通過試驗證實了5-ALA-PDT 在4 種兒童惡性神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤細胞系中的應用效果。

上述結果表明，5-ALA-PDT治療惡性腫瘤有效，但5-ALA 的脂溶性差，這一缺陷限制了其通過細胞膜等生物屏障的能力，導致發(fā)揮出來的作用沒有達到預想的效果。為了解決這個問題，目前許多研究者致力于將5-ALA 進行各種各樣的修飾、包裹、偶聯(lián)，進一步增強PDT的作用效果。

2 5-ALA前體介導PDT的應用

2.1 治療機制 為了克服5-ALA 的缺陷，許多ALA 的前體藥物被研發(fā)出來，以抵消ALA 本身的親水性，增強在生理條件下的穩(wěn)定性，并提高對腫瘤細胞的靶向性［26］。根據(jù)光敏劑發(fā)揮作用的過程，將5-ALA-PDT 人為地劃分為三個步驟：5-ALA高效率地進入機體、特異性地靶向腫瘤組織或細胞、在腫瘤細胞內轉化為PpⅨ，進而在光、氧的存在下發(fā)揮作用。5-ALA 前體藥物就是通過分別或聯(lián)合改進這三個步驟來設計的，即增強5-ALA的滲透性、提高5-ALA的腫瘤特異性、加強PpⅨ生成的高效性。

增強5-ALA滲透性的最簡單及最初研究的方法是對其基團進行修飾，親脂性酯如臨床批準的甲酯（Metvix）和己酯（Hexvix）已被證明對增強ALA 攝取有效，但使用簡單的ALA-酯在腫瘤特異性方面顯示出了劣勢。ALA-酯給藥后，在所有細胞類型中引起藥物的非特異性分布，這就引發(fā)了對5-ALA 的進一步研究。解決水溶性藥物組織滲透性差問題的另一個方法是用脂溶性強的物質包裹，而自然界廣泛存在的天然多糖（如殼聚糖、透明質酸、藻酸鹽）就具有這個特性，目前臨床研究較多的是透明質酸（HA）。HA 是人體中天然存在的組分，廣泛分布于身體組織、細胞內液中，可通過不同途徑排泄，其具有生物相容性、快速溶解性、生物降解性［27］等優(yōu)點，這些特性使其能與5-ALA 結合進而提高5-ALA 的滲透性。此外，增強組織滲透性的方法還有使用促滲劑、離子導入、超聲導入、生物誘導性藥物、主客體復合物等，但關于這些方面的研究還較少。

增強腫瘤特異性的一個有效方法是施加僅在腫瘤部位觸發(fā)治療效應的外部刺激。許多研究者利用特異性表達于腫瘤細胞表面的抗原或受體，設計出了與受體特異結合的配體，將配體與5-ALA 通過各種方式組合，組合體就能特異性地到達腫瘤組織發(fā)揮作用。

PpⅨ的積累主要依賴于生成增多與消耗減少兩個途徑。生成增多主要依賴于上述兩個過程，即5-ALA 高效率地進入機體且特異性地靶向腫瘤組織。PpⅨ的消耗途徑是其與Fe2+在亞鐵螯合酶的催化下合成血紅素。因此，可以從減少Fe2+的供給及抑制亞鐵螯合酶的活性出發(fā)來減少PpⅨ的消耗。

2.2 制劑類型 將5-ALA 與HA 組合制作成貼片，貼片與皮下注射針組裝成微針就可以對皮膚病變進行治療。微針可穿透皮膚、角質層的保護屏障，通過在皮膚中形成可逆性微通道，將5-ALA-HA 釋放入病灶處，HA 快速溶解，剩余5-ALA 發(fā)揮作用。且微針插入引起的疼痛極小，因為微針的有限插入深度，不會刺激皮膚中的神經(jīng)。

最近有研究者將5-ALA固定于納米級脂質囊泡凝膠制劑中，形成BF-200 ALA 納米乳劑凝膠。納米乳劑BF-200可以增強ALA 對角質層的穿透力，是惟一在美國獲批用于病灶和視野導向治療的光敏劑［28］。也有將5-ALA 與殼聚糖、線粒體靶向藥物偶聯(lián)形成的納米顆粒用于口腔癌小鼠模型治療的研究［29］。

為了減少光敏劑脫靶激活的不良反應，研究人員將5-ALA 負載在等離子體雙金屬納米顆粒上，納米粒子上還負載有聚乙二醇以增強其生物相容性，負載特異性抗體以增強其靶向性。研究結果表明，合成的納米顆粒較游離5-ALA具有顯著的腫瘤殺傷作用［30］。

2.3 治療方案 5-ALA 前體藥物介導PDT 目前處于基礎研究階段，還未應用于臨床。在這些研究中，研究人員首先通過各種方式制備、表征不同的前體藥物，然后將這些藥物做為實驗組，游離5-ALA做為對照組作用于腫瘤細胞，檢測前體藥物的療效，在整個實驗過程中需保持其他變量如光源、光照參數(shù)的恒定。另外也可以將藥物作用于不同的細胞類型以期擴展應用范圍。不同類型細胞對藥物的敏感性不同，故所得出的最佳實驗方案也不盡相同。單獨的腫瘤細胞不足以模擬體內的腫瘤微環(huán)境，有學者使用球狀腫瘤模型來模擬腫瘤微環(huán)境，但因為缺乏細胞外基質和免疫細胞，無法確定5-ALA 前體藥物介導的PDT 如何影響細胞間相互作用，因此需要進一步的動物模型及臨床試驗驗證其有效性?？傊?，針對不同的前體藥物、不同的細胞系，治療方案都有所區(qū)別。

2.4 應用情況 ZHAO 等［31］在皮下小鼠腫瘤模型中驗證了載5-ALA-HA 微針介導的PDT 的有效性，實驗組（含ALA 0.61 mg）和對照組（含ALA 1.65 mg）的抑瘤率分別為97%、66%。另有研究人員制備得到5-ALA-HA 溶解微針（5-ALA@HAMN），其可以高效穿透皮膚屏障，溶解并將負載的5-ALA 釋放到腫瘤部位，達到比5-ALA 溶液更好的治療效果。此外，由于HA 的酸性和無氧環(huán)境，所制備的5-ALA@HAMN 在室溫下表現(xiàn)出很好的長期穩(wěn)定性和活性［13］。

針對增強5-ALA 的腫瘤特異性，學者們進行了如下探索。在一項研究中，研究者合成了一種新的肽靶向的5-ALA 樹突狀前體藥物，這種藥物在與歸巢肽連接的核心結構上有9 個ALA 分子，可以靶向遞送至特定的腫瘤細胞類型［26］。葉酸受體（FR）在多種類型腫瘤細胞過表達［32］，納米粒子加入葉酸（FA），通過識別FR，增加了其選擇性靶向腫瘤組織的能力。AKBARZADEH 等［33］成功制備了氧化鉍納米顆粒（Bi2O3NPs），然后與5-ALA 和FA 偶聯(lián)，F(xiàn)A 通過識別腫瘤細胞表面的FR，介導FA-5-ALA Bi2O3NPs靶向人鼻咽癌細胞，納米粒子通過內吞作用進入細胞，顯著提高了PDT 的細胞殺傷作用。還有研究人員成功研制出兩性離子屏蔽肽保護的PLGLAG 靶向的ALA 前體藥物納米載體，PLGLAG 可被腫瘤微環(huán)境中過表達的基質金屬蛋白酶2 識別并裂解，載藥的納米顆粒的ALA 攝取率遠高于對照組，光照射后活性氧生成增多，PDT效果更好［34］。

針對PpⅨ生成增多和消耗減少這兩條途徑，學者們對5-ALA 進行表征加工，并取得一定成果。WANG 等［35］通 過 體 內 外 實 驗 表 明，其 研 制 的PB@PMO-5-ALA 可以通過增加PpⅨ和氧供應的積累來增強對膠質瘤的PDT 治療效果。已知腫瘤細胞中的谷胱甘肽（GSH）濃度是正常細胞的2 倍以上，在一些耐藥腫瘤細胞中，細胞內GSH 水平增加更加明顯，且細胞外區(qū)域的GSH 濃度遠低于細胞內區(qū)域?；谝陨咸攸c，有學者設計了一種GSH 反應性5-ALA 衍生物（SA），SA 在酸性、中性和堿性條件下均表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性，在GSH 作用下能有效地釋放5ALA-OMe。SA 誘導的PpⅨ與細胞內GSH 水平呈正相關，由于其高效的PpⅨ生成活性，SA 的光毒性增強［36］。有研究者將5-ALA與膽固醇天然前體角鯊烯共價偶聯(lián)，發(fā)現(xiàn)角鯊烯-ALA 納米顆粒在誘導人前列腺癌細胞PC3 和膠質母細胞瘤細胞U87MG產(chǎn)生PpⅨ方面非常有效［37］。LI 等［38］通過共包封5-ALA和去鐵胺（DFO，鐵螯合劑）進入膜融合脂質體，成功制備了MFLs@5-ALA/DFO，其可快速與腫瘤細胞膜融合，進行5-ALA 和DFO 共遞送。MFLs@5-ALA/DFO 能高效降低Fe2+水平，從而阻斷PpIX 向血紅素的生物轉化，實現(xiàn)天然光敏劑的積累；此外，隨著Fe2+的減少，DNA 修復酶的活性也受到抑制，導致腫瘤細胞DNA 損傷難以修復，顯著增強了PDT 的治療效率。還有研究表明，羥基吡啶酮鐵螯合劑CP94及新型的羥基吡啶酮鐵螯合ALA 前體藥物AP218可通過降低細胞內鐵儲備，使PpⅨ形成血紅素的可能性降低，從而增加PpⅨ水平，腫瘤細胞對PDT 的效應更大，這些效應在人胎肺成纖維細胞MRC-5 和人上皮鱗狀癌細胞A431中得到驗證［39］。

近年來，惡性腫瘤的發(fā)病率、復發(fā)率、病死率逐年提高，現(xiàn)有的治療方式雖然有一定療效，但患者的生存結局并不十分理想。PDT的出現(xiàn)給常規(guī)治療手段效果不佳的患者帶來了希望。目前5-ALA-PDT對一些惡性腫瘤有顯著作用，尤其是皮膚腫瘤，但其脂溶性低、腫瘤特異性差的缺點限制了它在其他系統(tǒng)腫瘤中的應用。為了克服這一障礙，研究者研制出了一系列5-ALA 前體藥物，并在一些腫瘤細胞中證實了藥物的療效，這為PDT 的進一步臨床應用奠定了基礎。然而，腫瘤細胞缺乏腫瘤微環(huán)境，不能模擬完整的機體，故PDT 的確切效果需要進一步在動物模型及臨床試驗中進行驗證，這是未來的研究方向?，F(xiàn)有的光敏劑仍存在難以克服的問題，如不能穿透深層組織、脫靶釋放等，需要進一步研究解決，這也是研究的難點。另外，也可以從光和氧這兩個因素著手增強PDT 效果，使PDT 在臨床上發(fā)揮更大的作用。