金絲桃素介導的光動力學療法在腫瘤治療中的應用研究

邵文麗， 姚 佳， 張雪青， 邱士真， 趙鐵軍， 徐玲玲

(浙江師范大學化學與生命科學學院，浙江省野生動物生物技術與保護利用重點實驗室，浙江金華 321004)

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金絲桃素介導的光動力學療法在腫瘤治療中的應用研究

邵文麗， 姚 佳， 張雪青， 邱士真， 趙鐵軍*， 徐玲玲*

(浙江師范大學化學與生命科學學院，浙江省野生動物生物技術與保護利用重點實驗室，浙江金華 321004)

主要介紹了金絲桃素的理化性質、光敏活性和藥理活性，詳細闡述了金絲桃素作為一種新型光敏劑在腫瘤治療的應用，重點介紹了金絲桃素抑制腫瘤細胞生長的各種抗腫瘤機制，為腫瘤的臨床治療提供理論依據。

金絲桃素；光動力療法；細胞凋亡；腫瘤治療

近年來，光動力療法(photodynamic therapy,PDT)已成為世界腫瘤防治科學中最活躍的研究領域之一。1994年，光動力治療用藥新光敏素Ⅱ在加拿大被批準上市，標志著PDT正式成為手術、放療、化療之后的第4種成熟的腫瘤治療方法。光動力療法也稱光化學療法，是一種依賴于氧氣的光敏作用物理療法。腫瘤光動力療法主要利用正常細胞與腫瘤細胞或組織對光敏劑的親和力不同，光敏劑更多地累積于腫瘤細胞或組織，通過直接作用腫瘤細胞(引發細胞凋亡或壞死)、腫瘤血管損傷、局部炎癥或免疫反應的方式特異地殺傷腫瘤[1-2]，達到治療的效果。光敏劑在光化學反應中指能把光能轉移到一些對可見光不敏感的反應物上以提高或擴大其感光性能的物質。PDT作為一種對機體整體侵襲微弱、破壞病變局部組織的非產熱性治療方法，在腫瘤的診斷治療中，具有創傷小、毒性低、特異選擇高、能消除癌病灶、惡性并發癥少、保護正常器官不受損傷等優勢。目前，PDT已被證實是在技術上可行的腫瘤診斷與治療的新方法，尤其是對一些失去手術機會或難治性的腫瘤，均具有良好療效。金絲桃素(hypericin，HY)作為光動力療法的新型天然光敏劑，在許多體內外的試驗中均表現出良好的光動力學活性和獨特的腫瘤組織親和性，因此在光敏活性、吸收光譜和組織選擇性方面較傳統光敏劑如血卟啉等有很大的改進，對腫瘤更有選擇性，而對健康組織損傷變小。筆者主要介紹了金絲桃素的理化性質、光敏活性和藥理活性，以及其在腫瘤治療中的應用，并重點闡述了金絲桃素的抗腫瘤機制。

1 金絲桃素

圖1 金絲桃素的化學分子結構式Fig.1 Chemical molecular structure of hypericin

1.1 理化性質 金絲桃素(結構式見圖1)是從天然中草藥貫葉金絲桃(HypericumperforatumL. 國外名為 St. John’s Wort)中提取的最具有活性的物質[3]。金絲桃主要分布于我國西北、西南各省區市以及浙江、福建等省，在我國資源豐富、產量大。金絲桃素首次由Dietrich于 1891 年分離得到，并在 20 a后被命名為“hypericin”，屬于多羥基萘苯二蒽酮類化合物，呈藍黑色針形晶體，熔點>320 ℃，見光易分解，需干燥避光保存，易溶于吡啶、有機胺類以及堿性水溶液，溶解后呈紅色并帶有紅色熒光，在590 nm附近有最大吸收峰。1.2 光敏活性 金絲桃素有2個最大的光吸收峰(590和550 nm)，它們分別對應黃色可見光和綠色可見光。為了取得良好的治療效果，在PDT過程操作中，一般選用接近金絲桃素最大吸收峰，同時又對組織具有一定穿透能力的黃光進行照射。金絲桃素是目前證實最有效的天然光敏劑藥物之一，在吸收光譜范圍，光敏活性效果以及作用組織細胞選擇特異性方面較血卟啉有很大改進，表現出作用波長范圍較大，因此增加了進入組織的深度；另外，金絲桃素光敏活化期短，且能產生更多的毒性單線態氧，對腫瘤組織更有選擇性，更加符合理想光敏劑的特點。試驗證明，金絲桃素作用靶細胞光毒性強，暗毒性低[4]，在多種腫瘤的治療中均表現出比較好的光化學活性。光活化的金絲桃素能夠對蛋白激酶C、酪氨酸激酶以及其他生長因子刺激蛋白激酶的活性起到一定的阻止作用[5-6]；誘導細胞膜過氧化反應作用[7-9]；損傷線粒體功能[10-11]等多種光動力活性。金絲桃素的光動力活性依賴于細胞組織中的氧，據文獻報道，在低氧下金絲桃素表現出極低甚至沒有光毒性[12]。

1.3 藥理活性 傳統中醫觀點認為，貫葉連翹植物具有明目清心、解毒消炎、緩解疲乏、調經活血的功效[13]，現代藥理學研究證實金絲桃素具有收縮血管、調節血壓、促進腸胃蠕動、抗病毒、抗抑郁、抑制腫瘤等作用[14-15]。

1.3.1 抗病毒作用。近年研究發現，金絲桃素對多種病毒如艾滋病病毒(HIV)、流感病毒、口炎病毒、肝炎病毒、牛痘天花病毒、孢疹病毒等逆轉錄病毒和包膜病毒具有較強的抑制作用[16-17]。目前，國內外已完成了金絲桃素治療艾滋病患者的醫學臨床試驗[18-19]。此外，研究證實金絲桃素對高危險性禽流感病毒、口蹄疫病毒也有較優的抑制療效。

1.3.2 抗抑郁作用。早在20世紀90年代，國外醫學領域已將貫葉金絲桃作為抗抑郁的處方藥物[20-21]。試驗表明，在對非重度的抑郁癥患者的治療上，金絲桃素的療效明顯優于安慰劑和三環類標準類治療藥物，并表現出副作用小、安全有效的優勢[22]。

1.3.3 其他作用。金絲桃素具有抗腫瘤、消炎止痛、抑菌、延緩衰老等生物醫學作用。研究表明，金絲桃素對一些常見細菌如葡萄球菌、破傷風桿菌和大腸桿菌等具有抑制效果，可用于家養禽類的痢疾、葡萄球菌病、大腸桿菌病等的防御與治療。

2 金絲桃素在腫瘤治療中的應用

3 金絲桃素的抗腫瘤機制

3.1 引發細胞凋亡或壞死 PDT能夠誘導腫瘤細胞凋亡或壞死。Chen等[32]將卟啉類作為光敏劑，利用光動力療法作用于人胃癌細胞后發現染色質縮合、細胞核斷裂和凋亡小體出現等明顯的凋亡現象。康玲等[33]研究發現二氫卟吩e6介導的光動力療法(Ce6-PDT)通過誘導細胞周期阻滯來抑制人結腸癌SW620細胞的增殖，抗凋亡蛋白Bcl-2及Caspase3參與其光活化作用殺傷腫瘤細胞的進程。此外，PDT可通過誘導FAS或腫瘤壞死因子的產生，參與Caspase-8介導的外源性細胞凋亡途徑，致使皮膚T細胞淋巴瘤細胞死亡[34]。

3.2 導致腫瘤血管損傷 腫瘤快速增殖時，需從血管內吸收大量的營養，血管是癌細胞的營養來源和轉移途徑，因此腫瘤組織中血管往往大量增生。而腫瘤組織中大量血管的生成依賴于腫瘤血管增生性因子(VEGF)的作用。PDT能夠引起腫瘤組織血管的損傷，導致組織細胞缺血或缺氧性死亡。Yi等[35]利用δ-氨基-γ-酮戊酸(5-ALA，5-aminolevulinic acid)作為光敏劑，結合光照治療大鼠膠質瘤，結果表明，腫瘤體積明顯減小，腫瘤微血管密集度(MVD)降低，但治療后發現并沒有引起細胞明顯的凋亡現象。該研究證實了PDT可能通過降低腫瘤血管的生成速度來干擾神經膠質瘤的生長。張波等[36]研究表明,PDT治療小鼠胰腺癌后，血卟啉衍生物可以與血管基質結合，導致腫瘤血管內皮組織破壞，內皮細胞核血管腔壁嚴重受損并最終消失。Kawczyk-Krupka等[37-38]研究表明,PDT能夠通過血管靶向性治療的方式作用于黃斑病和前列腺癌。

3.3 引起局部炎癥或免疫反應 PDT介導的免疫反應(圖 2)往往伴隨著粒性白細胞浸潤、促炎癥因子和細胞因子分泌，促使壞死腫瘤組織細胞釋放某種物質，刺激機體先天免疫和免疫自適應[39]。羅榮輝等[40]研究表明，苯并卟啉衍生物(BPD)光敏劑介導的光化學療法作用Louis 肺癌鼠后，除細胞增殖受到抑制、出現壞死現象外，大量淋巴細胞侵潤到細胞間質。PDT治療后導致荷瘤鼠脾細胞 LAK 和 NK的活性增強，脾和胸腺的淋巴細胞的轉化率下降，同時引起細胞CD8+與CD4+的比值也降低。Zulaziz等[41]研究發現,PDT治療后能夠促進成纖維細胞-巨噬細胞的相互作用激活免疫相關信號通路，導致促炎細胞因子(TNF-α、IL-6 和 IL-1β)和中性粒細胞趨化因子MIP-2 和 KC 的分泌，從而清除腫瘤壞死組織細胞。

3.4 協同效應 大量研究表明,PDT對腫瘤細胞增殖抑制或直接殺死往往不是通過單一的方式，而是2種或3種方式同時作用以達到高效殺死腫瘤的作用。Engbrecht等[42]研究發現，光卟啉介導的光動力學療法可以誘導人類肉瘤異種移植模型鼠血管閉塞損傷，并同時引起細胞凋亡。Tong等[43]證實苯并卟啉衍生物單酸環A介導的PDT和阿霉素的聯合使用能夠引起機體 Bax/Bcl-2 蛋白表達比率上調、組織微血管密集度減小來最終抑制乳腺癌細胞的增殖。

圖2 金絲桃素引起機體損傷機制Fig.2 The mechanism of hypericin induced the body damage

4 小結

金絲桃素作為光動力學療法的新型天然光敏劑，已廣泛應用于臨床并取得可觀的科研成果與醫學效果[44]，在光敏活性、吸收光譜和獨特的腫瘤組織親和性方面較傳統光敏劑有很大的改進，表現出作用波長范圍較大、光敏活化期短，且對腫瘤組織更有選擇性。雖然目前研究已證實金絲桃素對多種實體瘤具有顯著的抗腫瘤效應，多種體內外試驗初步發現了金絲桃素的某些光敏作用機制，但仍有許多研究機理尚未闡明，且應用安全性也有待于進一步的研究與論證。因此，如果要將金絲桃素應用于人類腫瘤臨床治療或其他臨床開發，其具體作用機制還有待于進一步探索。金絲桃素介導的光動力學療法在腫瘤治療中的研究仍在繼續。

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Application Research of Photodynamic Therapy Mediated by Hypericin for the Treatment of Tumor

SHAO Wen-li，YAO Jia，ZHANG Xue-qing，ZHAO Tie-jun*, XU Ling-ling*et al

(Zhejiang Wild Animal Biotechnology and Key Laboratory of Protection and Utilization,Zhejiang Normal University,College of Chemistry and Life Science,Jinhua,Zhejiang 321004)

The physicochemical property，photosensitive property，pharmacological activity of hypericin(HY) were introduced,the application of hypericin as a new photosensitizer in tumor therapy was described in detail,the anti-tumor mechanism of hypericin in inhibiting tumor cell growth was introduced,which provide a theoretical basis for clinical treatment of tumor.

Hypericin;Photodynamic therapy (PDT); Cell apoptosis;Tumor therapy

浙江省公益性技術應用研究計劃項目(2015C33149)；浙江省“重中之重”學科“生物學”2014年度開放基金項目 (KFJJ2014003)；2015年浙江省大學生科技創新活動計劃暨新苗人才計劃項目(2015R404011)。

邵文麗(1993- )，女，浙江樂清人，從事分子細胞生物學研究。*通訊作者，趙鐵軍，教授，博士，碩士生導師，從事分子細胞生物學研究；徐玲玲，實驗師，碩士，從事細胞生物學研究。

2016-09-21

R 285

A

0517-6611(2016)31-0122-03