結直腸癌的光動力治療進展

王　鵬，熊　力，雷振東，賀海清，劉繼強，趙　華,劉奎杰

(中南大學湘雅二醫院普外科， 湖南 長沙, 410011)

結直腸癌的光動力治療進展

王鵬，熊力，雷振東，賀海清，劉繼強，趙華*,劉奎杰*

(中南大學湘雅二醫院普外科， 湖南 長沙, 410011)

摘要：結直腸癌是消化系統最常見的惡性腫瘤之一，且發病率逐年上升，但其治療往往僅限于手術、放療、化療等傳統方法。近年來，光動力療法在結直腸癌治療中取得了滿意效果。本文對近年來國內外應用光動力療法治療結直腸癌的文獻進行綜述，系統闡述這一治療方法的起源與發展、作用原理及機制、光敏劑與光源的選擇、臨床效果、不良反應、制約發展因素及可能解決辦法。希望通過本文，為臨床醫師治療結直腸癌提供一種新的治療手段。

關鍵詞：光動力療法；結直腸癌；光敏劑；臨床效果

0引言

結直腸癌(colorectal cancer，CRC)是起源于結直腸粘膜的惡性腫瘤，是消化系統最常見的惡性腫瘤之一，其發病率、死亡率均較高[1]。由于早期癥狀不典型，導致早期診斷比較困難。大多數患者出現臨床癥狀時，已處于中晚期。近年來，隨著結直腸癌分子生物學的研究進展，其治療模式也在發生變化[2]，但其5年生存率仍然不高。隨著纖維結腸鏡的普及、激光器及光敏劑的改進，光動力療法(photodynamic therapy，PDT)治療結直腸癌受到越來越多的重視。

1光動力療法的起源與進展

1900年，Oscar Raab[3]博士偶然發現吖啶經激發后可殺死草履蟲，而單純吖啶或激發光源并不能殺死草履蟲，Raab這一發現被認為是關于PDT的最早觀察。1904年，Tappeiner[4]研究發現光敏劑聯合光照殺滅細胞的現象具有氧依賴性，并首次提出了光動力效應(photodynamic effect)的概念來描述這一光敏化現象，這一發現為光動力療法的深入研究奠定了基礎。其后，人們開始將光動力拓展到腫瘤的診斷等多方面研究。20世紀70年代隨著激光技術的發展，加速了光動力治療臨床腫瘤的技術轉化。1972年，Diamond[5]等首次提出聯合卟啉化合物的腫瘤-定位和光毒性來治療腫瘤，從此光動力療法真正引起人們的關注。此后，科學家又陸續進行了PDT治療膀胱癌、食管癌、胃癌的研究。1993年，加拿大健康保護局(The Health Protection Bureau of Canada)批準卟吩姆鈉商品化，用于治療膀胱癌。至此，光動力療法正式確定了其在腫瘤治療中的臨床地位。

2光動力療法的治療原理與機制

光動力療法是以光、光敏劑和氧的相互作用為基本原理的一種疾病治療新手段，有別于傳統的手術、放療、化療三大腫瘤治療方法。此外，其創傷小、毒性低、靶向性強、適用性廣、可重復等優點，逐漸被越來越多的患者所接受。光動力療法的治療原理為：給予機體一定量光敏劑后，經適當波長的光照，病變組織便可產生具有細胞毒性的活性氧(reactive oxygen species, ROS)(如單線態氧、氧自由基等)，通過氧化作用，破壞細胞器的結構與功能，導致細胞凋亡與壞死，從而達到治療腫瘤的目的[6]。其作用機制主要有三方面：(1)活性氧誘導細胞凋亡與壞死，直接殺傷腫瘤細胞；(2)破壞腫瘤滋養血管，導致腫瘤缺血缺氧；(3)促進炎癥介質的釋放，啟動免疫應答，導致腫瘤的破壞[7]。

3光敏劑的選擇

光敏劑是一種可以傳遞激發光能量到氧分子的化合物，它本身不參與化學反應，其理化性質直接決定了光毒性作用，對其療效起關鍵作用。目前用于治療結直腸癌的光敏劑主要有：

3.1第一代光敏劑

第一代光敏劑主要包括血卟啉衍生物(haematoporphyrin derivative, HpD)。 HpD為一種混合物，是目前文獻報道使用最多的光敏劑之一。盧麗琴[8]等報道，以其作為光敏劑，濃度為2 mg/kg，光照波長為630 nm,能量密度200 J/cm2,治療中晚期結直腸癌患者12例，結果CR 1例(8.3%)，PR 8例(66.7%)， MR 1例(8.3%)，NR 2例(16.6%)，總有效率(CR+PR)為75%，結果喜人。但第一代光敏劑成分復雜，代謝緩慢，避光時間長，皮膚光毒性大，因此限制了其在結直腸癌患者中的進一步應用。

3.2第二代光敏劑

第二代光敏劑主要包括5-氨基酮戊酸(5-aminolevulinic acid, 5-ALA),替莫泊芬(temoporfin),他拉泊芬(talaporfin),酞菁(phthalocyanines)類光敏劑等，其中5-ALA為最先上市的第二代光敏劑。5-ALA是血紅素合成過程中的代謝產物，本身不具有光敏活性，而其產物原卟啉IX(protoporphyrin IX)是一種可在腫瘤細胞中選擇性積聚的光敏物質。Kamada[9]等報道，人結腸癌HT29細胞荷瘤小鼠，經5-ALA-PDT處理后，與無5-ALA、僅光照組荷瘤小鼠相比，腫瘤體積明顯縮小(第5天：P值=0.0489，第8天：P值=0.0318，第12天：P值=0.0394)，腫瘤生長速度明顯受抑制。與第一代光敏劑相比，第二代光敏劑殺傷作用更強，可多途徑給藥，光毒性較低，熒光特性及組織選擇性更好。

理想的光敏劑應具有靶向性強、光毒性強而暗毒性低、良好的熒光性、不在特定組織滯留且痛苦小等優點[10]。為此，在第二代光敏劑的基礎上，偶聯有靶向基團如脂質體(liposomes)、多聚體(polymers)、抗體(antibody)、抗腫瘤藥(antineoplastics)等的第三代光敏劑成為新的研究熱點。Peng C L[11]等曾于2009年報道將7-乙基-10-羥基喜樹堿(SN-38)包埋于二氫卟吩(chlorin)形成微膠粒SN-38/CSBC，治療人結腸癌HT29細胞株小鼠皮下移植瘤模型，結果顯示SN-38/CSBS腫瘤積聚性好，抗腫瘤活性增加，60%的移植瘤模型經過3個周期治療后消失，并且腫瘤細胞增殖受抑制，微血管密度降低。但目前尚未見此類光敏劑在臨床應用中的報道。

4光源及光照劑量的選擇

PDT過程中的光源目前常用的有非相干光源和相干光源兩種。非相干光源，如發光二極管(LED)，價格低廉，但是組織穿透深度淺，較多用于體表腫瘤及皮膚病的治療；而相干光源即激光，波長單一，穿透力強，光強分布均勻，可通過不同的光纖輸出端，進行體表、腔道器官病變的照射治療。此外，不同光敏劑最佳吸收光譜不同，故光源波長的選擇要與光敏劑的吸收光譜相匹配。目前，各種波長的半導體激光器已成功應用于臨床。與以往的CO2激光器等相比較，半導體激光器體積小，易攜帶，其中已有英國生產的DIOMED630型半導體激光治療儀治療結直腸癌的報道，照光波長630 nm,輸出功率2 W[8]。

隨著內窺鏡系統的發展，對人體自然腔道系統部位的病變而言，往往是與內窺鏡系統相結合進行的。對結直腸癌來說，可通過電子腸鏡活檢孔導入光纖，實現對病灶的精準照光，同時，可通過顯示屏觀察治療情況。不同的光敏劑其標準治療規程不同，Photofrin的標準治療規程為：給藥劑量2 mg/kg，給藥后48 h給予200-300 J/cm2的照光劑量[12]；已于國外上市的替莫泊芬，常規用藥劑量為0.1-0.2 mg/kg,照光波長為652 nm，劑量僅需20 J/cm2，而給藥后4天為最佳治療時機[13]。

5療效觀察

經腸鏡介導光動力治療結直腸癌，尤其是對于晚期腫瘤失去手術時機或因高齡、心肺功能不全而不宜手術的患者而言，更是一種有效減輕痛苦、提高生活質量、延長生命的治療手段。盧麗琴[8]等報道，腸鏡下Photofrin介導的PDT治療中晚期結直腸癌患者12例，總有效率75%，患者腸道刺激癥狀及排便習慣改變、便血和不完全性腸梗阻等主要癥狀均得到顯著改善，癥狀改善率分別為80%、100%、50%。Dohmoto[14]等對71例晚期直腸癌患者行PDT治療，結果表明79%患者癥狀有所緩解，其中完全緩解率為35%，而相關的治療并發癥發生率低于10%，結果喜人。Bart[15]等報道，PDT治療早期結腸癌患者2例，后經腸鏡檢查，病變消失，病檢未見癌細胞，無瘤生存期分別達到20和28個月，由此可見，PDT對早期結直腸癌可達到根治效果。

綜上所述，PDT對早期、晚期結直腸癌都具有確定療效。另一方面，對于結腸癌肝轉移，使用包括靶向治療在內的個體化綜合治療等，其5年生存率仍然不高。但Whitacre[16]報道的一項菌綠素(Pc 4)介導的PDT治療結腸癌肝轉移的研究顯示，23例患者共計31個轉移灶，經CT掃描，其中30個病灶可見壞死征象，85%的病灶在治療1個月后達到穩定。由此可見，PDT治療結腸癌肝轉移也是極具前景的。此外，曾崢[17]等對15例失去手術機會的老年中晚期消化道腫瘤患者(食管癌7例，結腸癌4例，直腸癌4例)進行內鏡下光動力聯合化療，結果顯示15例患者半年生存率73%(11/15)，1年生存率40%(6/15)，中位生存期為9個月，這種療法能夠從生理上(近3個月P<0.05)和心理上(近3個月P<0.05)改善患者的生活質量，但對社會關系領域(P=0.192)和生活領域(P=0.742)的生活質量無明顯影響。目前尚未見PDT聯合放療治療結直腸癌的報道。

6不良反應

通常認為，PDT是一種安全有效的治療手段，其治療結直腸癌不良反應亦較少。根據目前文獻報道，較常見的有光敏劑過敏反應及皮膚光敏反應[18]。其中前者主要包括：發熱、皮疹，偶有胸悶、心悸、惡心等不適，以上可通過光敏劑皮試、皮膚劃痕實驗避免；后者主要包括：皮膚紅腫、瘙癢、疼痛、色素沉著等，以上也可通過PDT治療后嚴格避光及對癥處理可緩解。此外，少數患者會出現一過性轉氨酶升高，因此治療前有必要檢查患者肝功能。在PDT治療結直腸癌過程中，由于腫瘤組織壞死、操作不當等有可能出現腸穿孔、消化道出血、腸蠕動消失等罕見并發癥。盧麗琴[8]等報道，Photofrin治療中晚期結直腸癌過程中，1例乙狀結腸癌患者PDT治療1周后出現腸瘺，手術證實腸瘺是由于腫瘤侵犯腸壁全層，光動力治療效果比較徹底導致腫瘤壞死，而形成腸瘺。因此，對結腸癌患者的光動力治療一定要慎重，因為腫瘤有可能侵犯腸壁全層，PDT治療后，可誘腸發穿孔導致腹膜炎。

7PDT治療結直腸癌的制約因素及可能的解決方法

PDT作為一種治療結直腸癌的新選擇，仍有一些不足之處，這些因素約制了PDT在臨床中的進一步應用。

7.1治療后復發

肖衛東[19]等發現5-ALA-PDT處理人結腸癌SW480細胞后12-24 h活細胞總數下降，死亡比例增加，細胞增殖減緩，但PDT治療24 h后，細胞存活率開始緩慢上升。這一基礎研究表明，腫瘤細胞可能存在抵制，為復發埋下了根源。因此有手術機會者，要盡量手術治療，而不宜單純采用PDT治療。對晚期結直腸癌或者不耐受手術患者而言，作為一種姑息治療手段，可多次重復行PDT，以增強治療效果。

7.2組織穿透性有限

不同波長的光對組織穿透能力不同，波長越長的光對組織穿透能力越強。以Photofrin為例[20]，其激活波長為630 nm，但其穿透深度只有0.5 cm左右，因此對體積較大或深在腫瘤并不理想，而當光源波長達到800 nm時,組織的穿透深度可達1 cm。但是短波長光源具有更高的單態氧產率，照光時間更短，因此尋找最佳照光波長及最佳單態氧產率是目前研究熱點。目前，有使用飛秒激光器預先在腫瘤組織上打孔以增強光敏劑的組織滲透能力，從而增強其殺傷深度的報道[21]，但此方法是否會引起腫瘤播散尚無定論。

7.3光敏劑的理化特性

光敏劑的理化特性直接影響PDT的治療效果。目前我國批準臨床使用的為第一代光敏劑喜泊分，該光敏劑在腫瘤組織內氧化不均[19]，并且在全身血管內消耗多[22]，導致光動力治療效率較低。目前，有學者正在研究將光敏劑與多聚體、脂質體和抗體相偶聯，提高光敏劑對腫瘤的親和力，增強治療效果，降低治療副作用。同時偶聯有抗腫瘤藥物的光敏劑也在在研發中，此類光敏劑憑借本身在病變組織的定向功能，介導抗腫瘤藥物高效到達靶組織，發揮光敏劑與抗腫瘤藥物的多重靶向作用[23]。

7.4腫瘤干細胞和自噬相關因素

腫瘤干細胞(cancer stem-like cells, CSCs)具有自我分化增殖的特性，其對包括PDT在內的治療措施的抵抗導致了腫瘤的復發與進展。而自噬是溶酶體降解細胞器和細胞蛋白的一個過程，最近研究表明自噬可以保護癌細胞免于凋亡[24]。Ming-Feng Wei[25]等發現5-ALA介導的PDT可以促進PROM1/CD133+結直腸癌干細胞中凋亡小體的形成，同時伴有自噬相關蛋白ATG3、ATG5、ATG7、ATG12的上調，而抑制PDT介導的自噬，可以促進PROM1/CD133+結直腸癌干細胞的凋亡及體內致瘤性。這表明自噬在PDT作用于CSCs時起保護作用，抑制自噬可以提高PDT對CSCs的敏感性。因此我們相信針對自噬的抗CSCs PDT治療會是新的治療結直腸癌的靶點。

8總結與展望

縱觀國內外眾多基礎與臨床研究，PDT治療結直腸癌效果是肯定的：對早期腫瘤可達到根治效果，晚期腫瘤以及不能耐受手術的結直腸癌患者，可明顯改善癥狀，提高患者生活質量，延長生存期，且痛苦小。但是PDT作為一種治療結直腸癌新選擇，其優勢仍然沒有得到充分體現。我們相信，隨著光敏劑、激光激發器的不斷進步，PDT治療結直腸癌的前景會更加樂觀。

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Progresses of Photodynamic Therapy for Colorectal Cancer

WANGPeng,XIONGLi,LEIZhendong,HEHaiqing,LIUJiqiang,ZHAOHua*,LIUKuijie*

(General Surgery Department of Second Xiangya Hospital,Central South University, Changsha 410011, Hunan, China)

Abstract：Colorcetal cancer is one of the most common malignant tumors of digestive system, and the occurrences are rising year by year, but the treatment is often limited to the traditional methods such as surgery, radiotherapy and chemotherapy. In recent years, photodynamic therapy has achieved satisfactory effects in the treatment of colorectal cancer. This paper reviews the domestic and foreign literatures of the photodynamic therapy for colorectal cancer and elaborates the origin and development,the principle and mechanism, the choice of photosensitizer and light source, clinical utility, clinical adverse reactions, restricting deve lopment factors and possible solutions. By reading this article, We hope that it can provide a new treatment to treat colorectal cancer for clinicians.

Key words：photodynamic therapy; colorectal cancer; photosensitizer; clinical utility

文章編號：1007-7146(2015)06-0495-05

文獻標志碼：A

中圖分類號：R454

*通訊作者：趙華(1961-)，男，湖南長沙人，博士，中南大學湘雅二醫院普外科教授，碩士生導師，主要研究方向為胃腸外科疾病診治。(電話)13517490905;(電子郵箱)drzhaohua2012@163.com；劉奎杰(1984-)，男，湖南長沙人，博士，中南大學湘雅二醫院普外科主治醫師，主要研究方向為胃腸系統疾病。(電話)13603711654；(電子郵箱)39338194@qq.com

作者簡介：王鵬(1990-)，男，山東聊城人，中南大學湘雅二醫院碩士研究生，研究方向為普外科疾病。(電話)15700731576;(電子郵箱)13455863635@163.com

基金項目：湖南省科技計劃重點項目(S2014W2052)；國家自然科學基金(81402536，81372628)；湖南省自然科學基金(12JJ5048，2013FJ6053)；湖南省科技計劃(2012FJ3129，2013WK3029)；湖南省科技廳項目(2014WK2016)；長沙市科技局科技計劃(K1205018-31)；美捷登青年研究基金(MJR20140011)

收稿日期：2015-08-10;修回日期:2015-10-20

doi:10.3969/j.issn.1007-7146.2015.06.001