光动力疗法细胞死亡作用机制的相关影响因素 及其在结直肠肛门外科中的应用

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1、光动力疗法细胞死亡作用机制的相关影响因素及其在结直肠肛门外科中的应用光动力学疗法(photodynamictherapy,PDT)是一种有效微创的新型治疗方法，1996年被美国FDA批准应用于临床，近10年来广泛应用在肺癌、食管癌、膀胱癌、胃癌等肿瘤性疾病和Barrett食管炎、鲜红斑痣、顽固性皮肤病等非肿瘤性疾病的治疗，取得了可喜的疗效。本文就其对细胞死亡作用机制的相关影响因素及其在结直肠肛门外科中的应用作一综述，以了解近期进展。1光动力学疗法的基本原理光动力学疗法的基本要素是氧、光敏剂和光,利用内源

2、性或外源性光敏剂在组织中有选择性分布特点，当光敏剂在目标靶组织与非目标靶组织中的浓度比达到最大值时,应用有效光源激发，就可产生一系列光化学、光生物反应，达到引起细胞死亡/凋亡、血供破坏、甚至组织坏死等治疗目的。在光动力反应过程中，可产生多种活性氧物质（ROS），包括单线态氧（1Ｏ2）、超氧阴离子自由基（Ｏ2-）、羟基自由基（.ＯＨ）等，其中单线态氧起主要作用。2光动力学疗法中细胞死亡机制的影响因素2.1组织氧浓度19氧是PDT不可缺少的因素，组织适量的氧浓度有助于保证PDT的治疗效率，但缺氧或高氧对PD

3、T抗肿瘤效应影响如何目前仍然有争议。Hjelde研究显示，缺氧并没有减弱PDT对人源性结肠癌SW480、WiDr细胞株及鼠膀胱细胞癌AY27细胞株的脂质过氧化作用，单独暴露在400kPa高氧环境下也没有增强上述作用[1]。在P338鼠肿瘤模型研究中，以金丝桃素为光敏剂，应用肼苯哒嗪与尼克酰胺分别造成肿瘤乏氧和富氧状态，这两种状态对不同条件的PDT实验均没有产生影响[2]。Wyld以ALA为光敏剂对膀胱癌细胞在不同氧压条件下进行研究，结果发现缺氧使原卟啉Ⅸ合成减少，削弱了PDT对癌组织的杀伤效应，Hua

4、ng利用高压氧技术改善肿瘤缺氧状况后，却能明显提高PDT对癌细胞的杀伤率[3,4]。尽管上述实验研究结果不一致，但大多数实体瘤呈缺氧状态却是不争的事实，而PDT不仅破坏肿瘤血管，又会消耗一定量的氧，使肿瘤内部缺氧加重并造成空间分布不均匀，因此，实体瘤乏氧与PDT效应之间的矛盾关系以及改善措施等问题值得进一步深入去探讨。2.2光敏剂19在光动力学疗法中，光敏剂是首要因素，光敏剂的优劣直接与疗效相关，影响着细胞死亡的各个环节。在角质化HaCaT细胞株体外实验中，二氢卟酚e6的杀伤能力是脱镁叶绿甲酯酸a的5倍

5、[5]；卟啉和二氢卟酚成分单一，在人源性结肠腺癌HCT116细胞株实验中比光敏素（含有卟啉成分的混合物）显得更有杀伤力[6]。高亲脂性的光敏剂3THPP和光敏素容易透过细胞膜定位在线粒体，PDT后凋亡启动快，较早就可以检测到DNA梯带，但没有典型的凋亡小体，而低亲脂性的TPPS2a和TPPS4只能通过内吞方式先进入溶酶体水解成单体，然后释放出来经光照才启动凋亡，速度缓慢，所以较晚检测到凋亡小体[7]。在人源性表皮样癌A431细胞株中，低剂量(7～28mg/ml)光敏素通过线粒体介导的内部途径来启动凋亡，

6、高剂量（28mg/ml）则直接使线粒体肿胀、裂解等[8]。光敏素与内皮细胞、3T3Balb成纤维细胞株、人源表皮状癌A431细胞孵化时间较短时，PDT后主要引起细胞凋亡，孵化时间长就直接导致坏死[9]。由此可见，不同光敏剂的种类、理化性质、构成、剂量、跨膜方式、亚细胞定位、孵化时间等因素均可影响着细胞死亡进程、方式以及启动环节，而且，即使是同一光敏剂，由于条件不同，光照后也会在促进细胞死亡过程中产生差异，呈现一种复杂性、多样化特点。2.3光源PDT技术应用的光源大致可分为普通光源和激光光源两类，普通光

7、源由于自身存在许多缺陷而遭摒弃，目前应用最广泛的是激光光源。光能量密度和功率密度是光源两个重要的影响因素。Engbrecht以光敏素为光敏剂，在恒定的250mW/cm2功率密度上，应用50～30019J/cm2不同的光能量密度作用于裸鼠肉瘤模型，在100J/cm2能量密度时才达到多数裸鼠产生完全治疗反应而又不致死，进一步研究发现PDT后最早在4小时出现肿瘤闭塞血管壁上的内皮细胞首先凋亡，随后才广泛出现[10]。在相同的光功率密度时，低能量密度（2.5～3.5J/cm2）可使人源性表皮样癌A431细胞产生

8、凋亡和死亡两种方式，高能量密度（＞6J/cm2）则大部分表现为死亡，以至于Henderson认为光功率密度是PDT机制的“调节器”[11,12]。2.4凋亡调节相关基因凋亡是细胞死亡的主动形式，目前认为，凋亡启动主要有两条途径：一条是激活肿瘤坏死因子(TNF)基因家族的细胞表面死亡受体，然后活化caspase家族中的caspase8前体开启凋亡程序，常称为外部通路；另外一条是通过破坏线粒体功能，释放细胞色素c，活化caspase9而引发