光敏劑5-氨基酮戊酸酯類衍生物的研究進展

呂玲，劉宏（1.廣州軍區武漢總醫院藥劑科，武漢市 430070；2.湖北中醫藥大學藥學院，武漢市 430065）

光動力療法（Photodynamic therapy，PDT）是一種聯合應用光敏劑及相應光源，通過光動力學反應選擇性破壞病變組織的臨床治療手段[1]。PDT開創于20世紀70年代，近年來由于光敏物質等的發展和進步，其已逐步成為治療腫瘤的基本手段之一。自從1990年加拿大學者Kennedy首次把5-氨基酮戊酸（5-aminolevulinic acid，5-ALA）應用于腫瘤消融療法以來[2]，5-ALA已逐漸成為臨床最常用的光敏劑，其屬于第2代光敏劑，是一種內源性光動力治療藥物。5-ALA具有不良反應小、療效確切等優點，但由于其親水性特征，局部應用時透皮效果不理想，影響了其療效的發揮，又因其呈酸性故不適于制成口服或注射劑型。為了改善5-ALA的皮膚滲透性，獲得理化性質穩定、靶組織選擇性高、光動力效應強的衍生物，對5-ALA進行酯化成為解決上述問題的一種較為理想的選擇。本文將就近年來5-ALA酯類衍生物研究的有關進展作一綜述。

1 5-ALA酯類衍生物的合成

5-ALA酯類衍生物可通過經典的酯化反應的方法和步驟來制備。挪威PhotoCure公司報道5-ALA甲酯、乙酯、丙酯、己酯、庚酯和辛酯及其鹽的制備方法，即將5-ALA與相應的醇經過酯化反應形成其酯類衍生物[3]。Perotti等[4]也有合成5-ALA己酯鹽酸鹽的報道:將5-ALA的鹽酸鹽溶解于氯化亞砜中，再與己醇直接酯化，然后添加二乙醚在4℃下使產物5-ALA己酯結晶，產物可由薄層色譜（TLC）和核磁共振（NMR）證實。目前，PhotoCure公司已有2個產品上市:5-氨基酮戊酸甲酯（商品名:Metvix?，用于光化性角化病和表面結節性基底細胞癌）與5-氨基酮戊酸己酯（商品名:Hexvix?，用于膀胱癌的熒光診斷）[5]。

2 5-ALA酯類衍生物的作用機制

5-ALA酯類衍生物通過細胞內酯酶作用轉換成ALA進入靶細胞，ALA是機體許多細胞的正常成分，為血紅素的前體，經ALA脫水酶及其他一系列酶促作用，生成具有強光敏作用的原卟啉Ⅸ（ProtoporphyrinⅨ，PpⅨ）[6]。在正常情況下，機體通過負反饋調節機制嚴格控制ALA的合成，如給予大量外源性ALA，代謝旺盛的腫瘤細胞吸收ALA明顯增加，產生大量的PpⅨ并蓄積在細胞內，經相應波長的激光照射后發生光動力學反應，在有氧的情況下產生化學性質非常活潑的單態氧或某些活潑的自由基，與腫瘤組織和細胞內的脂質、氨基酸、核酸等多種生物大分子發生作用，產生毒性光化學產物，引起細胞和組織的功能障礙和結構損傷，殺傷、破壞腫瘤細胞，引起腫瘤細胞的壞死或凋亡，達到治療目的。PpⅨ是線粒體上苯二氮受體的配基，而線粒體上苯二氮位點具有誘發線粒體小孔轉運的能力，后又有實驗觀察到如果采用對線粒體苯二氮受體具有更高親和力的化合物與PpⅨ共同作用于線粒體，則PpⅨ的光致敏性大大降低[7]。因而有人提出假設推斷:結合于苯二氮受體位點的光敏劑PpⅨ在光的輻照下能使線粒體上的小孔打開，釋放引起凋亡的因子而導致細胞的死亡[8]。Casas等[9]也發現在PDT中，線粒體、內質網與質膜是在早期主要受破壞的結構，隨后可觀察到細胞質損傷、細胞核解體。

3 5-ALA酯類衍生物的吸收機制

對于5-ALA酯類衍生物來說，雖然其脂溶性都要強于5-ALA本身，但由于各自所帶脂肪鏈長短的不同而導致其脂溶性差別也很大。另進入膜內的衍生物需要在酯酶的作用下酶解為ALA才能進入合成血紅素的過程。而對不同長度的脂肪鏈的衍生物來說，細胞內溶菌酶對長鏈脂的酶解速度要快于短鏈脂，且在細胞株和動物模型中證實5-ALA的酯類衍生物更易吸收產生更多PpⅨ[10，11]。由此，因轉運速度與酶解速度的差異而使得對于C原子數≥4的長鏈5-ALA酯類衍生物來說，其最適濃度（指有最大量PpⅨ積聚時所需的前體物的濃度）要低于5-ALA的30～150倍[12]，這也在Uehlinger等[13]的研究中得到證實。由此可見，5-ALA酯化后可顯著改善其吸收。

腫瘤細胞及病理性組織細胞在經5-ALA及其衍生物處理后，能蓄積大量的光敏活性物質，這主要是基于腫瘤細胞對其特殊攝入機制。5-ALA的攝入依賴于膜轉運機制的活化，人結腸癌細胞（WiDr細胞）對5-ALA的攝入就是通過依賴Na+/Cl－的β-丙氨酸轉運系統（BETA）進行的[14]。此外，在卵母細胞和酵母中，還可通過肽轉運系統（PEPT）進行。但有研究認為PEPT系統只能轉運5-ALA，而不能轉運其酯類衍生物[15]。目前，對5-ALA酯類衍生物的轉運機制還不是很清楚。Rodriguez等[16]通過抑制在高轉移人肝癌細胞（LM3）中放射性標記的5-ALA的吸收來研究5-ALA酯類衍生物的運輸系統，指出5-ALA己酯不是通過BETA轉運系統進行的，而是通過簡單擴散實現，5-ALA己酯會通過粘合LM3細胞膜抑制5-ALA的吸收，但5-ALA甲酯沒有抑制5-ALA的吸收，其轉運機制類似于γ-氨基丁酸（GABA），即BETA轉運系統。

從上述細胞對5-ALA及其酯類衍生物的攝入機制可以看出:（1）要提高合成PpⅨ的效率，可將5-ALA與長鏈烴醇酯化，從而將藥物的跨膜轉運由耗能的主動運輸變為被動擴散；（2）不同種類的細胞跨膜轉運系統的構成差異較大，說明轉運系統的成分對前體藥物的轉運具有特異性；（3）腫瘤細胞對5-ALA等前體藥物具有與正常細胞不同的轉運系統。

4 5-ALA酯類衍生物的藥理學研究

5-ALA酯類衍生物克服了5-ALA的不足，其對腫瘤細胞的卟啉積累選擇性更強。Li等[17]通過組織通透性的體內試驗證明，5-ALA的甲基和己基衍生物，對皮膚癌細胞、膀胱癌細胞的PpⅨ累積都具有顯著效果。Perotti等[4]通過在活體內和活體外小鼠乳腺癌腫瘤細胞中比較5-ALA酯類衍生物作為光敏劑的功效，發現5-ALA己酯在能在活體內顯著地誘導PpⅨ的產生，在活體外則不能。這些差別可能因以下原因所致:（1）5-ALA己酯透過血管結構進入腫瘤細胞的能力較差；（2）5-ALA己酯停滯在細胞間隙從而限制了其利用率；（3）在細胞株中的差異表達和酯酶活動[18]。

5-ALA酯類衍生物在皮膚疾病及腫瘤的診斷、治療中效果顯著。Campbell等[19]對有長期增生性瘢痕病史的患者進行5-ALA甲酯PDT治療，觀察發現瘢痕區域明顯軟化、柔韌性提高、彈性蛋白纖維增多、皮膚硬化緩解。在對表皮非黑色素瘤性皮膚癌（NMSC）如光化性角化?。ˋK）、鮑溫?。˙D）和淺表型基底細胞癌（BCC）等常見惡性疾病的治療中，Ortiz-Policarpio等[20]以5-ALA甲酯PDT進行治療可得到很好的臨床效果:對于AK治療3個月后皮損完全清除率為69%～93%；對于BCC治療3個月后皮損完全清除率為85%～93%，與冷凍手術60個月效果相當；對于BD治療3個月后皮損完全清除率為93%，2年為68%。說明這是一種非侵襲性治療的理想手段。

經細胞內酯酶作用轉換而成的ALA具有一定的細胞毒性效應。5-ALA酯類衍生物在以被動擴散的形式進入細胞內時是不分正常細胞或是腫瘤細胞的，故如果ALA的引入濃度過高，對于正常的細胞來說，細胞內過量的ALA會誘導Ca2+的釋放并參與解耦聯作用使得線粒體腫脹失去活性[21]；另外也有研究[22]表明，ALA對某些細胞具有誘導微脂粒的脂質過氧化作用，使其質粒DNA單鍵斷裂從而引起基因變異。由于ALA對正常細胞的這些負面效應，所以在試驗過程中對所用5-ALA酯類衍生物的濃度以及光照的范圍尤其要謹慎。

5 5-ALA酯類衍生物的藥動學研究

由于各自所帶脂肪鏈長短的不同而導致5-ALA酯類衍生物脂溶性的差別，其在藥動學研究上也存在著差異。Juzeniene等[23]分別在小白鼠表皮局部應用5-ALA、5-ALA甲酯、5-ALA己酯、5-ALA辛酯乳膏，能夠觀察到典型的熒光激發和發射光譜，發現所有藥物在0.5%～20%的濃度范圍內有1個相似的波峰。所有藥物的PpⅨ蓄積的藥動學大致相似，在連續應用乳膏后6～12 h時PpⅨ達到峰濃度。但在藥動學上有差別:于相同條件下，敷用5-ALA甲酯、5-ALA己酯或5-ALA辛酯4～12 h相對于5-ALA在小鼠表皮誘導產生的PpⅨ的量要多50%。

需要注意的是，對不同的細胞系來說，不同衍生物的最適宜濃度是各不相同的。吳淑敏等[24]用5-ALA及其己酯應用于神經母細胞瘤細胞、肝癌細胞、成纖維細胞，對它們的光動力效應進行了比較研究，通過熒光檢測發射光譜，觀察在這3個細胞系中誘導的PpⅨ的量。神經母細胞瘤細胞的細胞質中共聚焦激光掃描顯微鏡顯示了PpⅨ熒光。PpⅨ積累的動力學在這3種細胞上是不同的。在肝癌細胞和成纖維細胞中PpⅨ在應用5-ALA及其己酯12 h后達到峰值，而在神經母細胞瘤細胞則需要8 h左右。

由此可見，在合成相同量PpⅨ時5-ALA酯類衍生物所需濃度比5-ALA小，并且5-ALA酯類衍生物產生PpⅨ在腫瘤細胞中蓄積的選擇性與腫瘤模型、光照時間、用藥劑量有關。

6 結語

一種理想的光敏劑不僅可誘導癌細胞的DNA損傷、突變，而且在無活性光存在時不應該具有細胞毒性，即對正常細胞無損傷作用。5-ALA酯類衍生物通過細胞內酯酶作用轉化為ALA，ALA本身不是光敏劑，沒有光敏活性，是機體許多細胞的正常成分；而5-ALA誘導的PpⅨ是親脂性的，只能處于核周區不會在核內累積，所以在無活性光的條件下，不會引發正常細胞DNA的突變。使用5-ALA衍生物可以改善ALAPDT，減少在光動力治療中5-ALA的用量[25]。5-ALA酯類衍生物在體外細胞培養試驗中已經取得了可喜的成果，但要真正用于臨床還需有大量的臨床試驗資料的支持才能說明其在PDT中的真正潛力[1]。

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