光动力疗法历史回顾及发展现状

一、光动力疗法的历史回顾 （一）光动力疗法的发展简史 从临床医学的角度纵观光动力疗 法的发展历史，大致可以分为四个阶 段： 1. 现象探索阶段（二十世纪 40 年代以前） 尽管早在 4000 年前古埃及人就 通过口服含光敏剂的植物后照光来治疗白癜风，但有关光动力疗法的科学探索 则始于二十世纪初。在二十世纪的前 40 余年中，人们通过对某些染料（丫啶橙、 伊红等）和粗品血卟啉（Hp）的研究，发现了光动力疗法中的一些重要现象、 作用和基本规律，为现代光动力疗法奠定了基础。此后，光动力疗法的发展更 主要的则是技术方面的突破、应用方法的改进和作用对象的拓展。这一时期的 重要事件： 1841 年，Scherer 用浓硫酸处理干血粉得到不含铁的代色产物，后来被 Hoppe-Seyler 称为血卟啉（haematoporphyrin,Hp）。 1900 年，Raab 发现丫啶橙(Acridine orange)染色使草履虫发生光敏致死 现象。 1904 年，Tappeine 首次提出光动力作用（Photodynamic effect）的概念。 1913 年，Meyer-Betz 在给自己注射 200mg Hp 后，发生了强烈的光过敏反 应，这一症状持续了几个月。这是人类首次观察到 Hp 导致人体皮肤的光敏现象。 1924 年，Policard 首次在肿瘤组织观察到 Hp 的荧光。 1942 年，Auter 和 Figge 给大鼠注射 Hp 后，观察到 Hp 能优先在肿瘤组织 等新生组织中富集，当用紫外光照射时肿瘤区产生桔红色荧光，当用日光照射 时可以损伤肿瘤组织。这是人类首次发现 Hp 对肿瘤组织光敏杀伤作用。 2. 肿瘤诊断阶段（二十世纪 50 年代-60 年代） 在二十世纪 50 年代，人们开始将光动力反应用于肿瘤的早期诊断，称之为 肿瘤荧光定位诊断（TumorPhotolocatization），标志着光动力疗法开始进 入了临床实用阶段。同期还研制开发出血卟啉衍生物（HPD）。这是人类在光敏 剂研究方面取得的最关键进展，对于 PDT 的发展和普及产生了至关重要的促进 作用。此期对肿瘤的光动力治疗也进行了初步探索，但由于是采用普通光作为 光动力反应的激发光源，强度不够，波长也不匹配，始终未能取得重大突破。 这一时期的重要事件： 1955 年，RassmussenTaxdal1给 11 例肿瘤患者静脉注射总剂量为 5001000mg 的 Hp，其中 8 例患者的肿瘤组织中桔红色荧光。这是光动力反应 首次用于人体癌症的光动力诊断。 1956 年前后，Schwarty 用冰醋酸-硫酸处理市售的 Hp 二盐酸盐，制备得到 一种复杂的混合卟啉制剂，将其称之为血卟啉醋硫酸盐，后来被称为血卟啉衍 生物（Haematoporphyrin derivatives,HPD），并观察到 HPD 在肿瘤组织的荧 光定位特性显著好于 Hp。HPD 至今仍然是临床上使用的主要光敏剂之一。 1959 年，Lipson 在硕士论文中首次报告 HPD 的肿瘤荧光定位诊断特性和光 动力杀伤作用显著优于 Hp。 1961 年和 1964 年，Lipson 先后报告 50 例支气管肺癌和食道癌患者的 HPD 诊断结果，阳 性符合率在 80%以上，并首次提出 “荧光内窥镜诊断”的概念。 1966 年，Lipson 首先提出了利用 HpD 的光敏化作用来治疗肿瘤的设想，并给一位乳腺 癌患者进行了光动力治疗，注射 HpD 数小时后，用白光照射胸壁上的转移乳腺癌，发现肿 瘤部分坏死。但此研究结果未能引起人们的关注。 1968 年，Gregorie 等报告了对 226 例肿瘤患者的诊断结果，恶性肿瘤 173 例（包括乳腺 癌、宫颈癌、喉癌、肺癌、基底细胞癌、皮肤鳞癌、食道癌、黑色素瘤和视网膜母细胞瘤 等） ，其中有 132 例可以看到典型的桔红色荧光，阳性符合率为 76.3%。 3. 肿瘤治疗阶段（二十世纪 70 年代80 年代） 1960 年世界第一台红宝石激光器问世，到 70 年代已有多种激光器用于临床医疗中。由 于激光的单色性好、功率大，故可以更有效地激发光动力反应。激光器的出现不仅改善了 光动力治疗的效果，同时也极大地激发起人们对光动力疗法的研究热情，以至于在 70 年代 末至 80 年代形成了肿瘤光动力疗法的研究高潮，使光动力疗法成为继手术、放射治疗和化 学治疗之后治疗肿瘤的又一重要手段。这一时期的重要事件： 1972 年，Diamond 等在手术刀杂志报道用光照注射过血卟啉的实验动物，导致肿瘤 组织坏死。光动力治疗此时才真正引起人们的注意。 1974 年，Tomson 将荷瘤小鼠腹腔注射丫啶橙，用 488nm 波长的 Ar+激光照射，除观察 到肿瘤特异性荧光外，也发现光动力治疗具有明显的抑肿瘤作用。这是激光首次用于光动 力疗法。 1974 年和 1975 年，美国的 Dougherty 在北大西洋公约组织癌症研究所杂志 上连续报 道以 HPD 为光敏剂结合红光照射，对乳腺癌、子宫癌、基底细胞癌、鳞状上皮癌等十几种 癌症进行治疗，收到良好效果。这些研究结果极大促进了 PDT 的发展，Dougherty 也因此 被公认为是肿瘤光动力治疗的先驱者。 1980 年以后，日本东京医科大学早田一博、加藤等人报道用染料激光器为治疗光源，治 疗早期肺癌、胃癌、食道癌，癌细胞于二周内全部被杀死，疗效满意。 1993 年 4 月 16 日，加拿大健康保护局（The Health Protection Bureau of Canada）宣布， 批准光敏素（Photofrin ）商品化，用于治疗膀胱癌。 此后日本、美国和欧洲也相继批准了用 PDT 来治疗一些癌症，如胃癌、肺癌等。至此， 光动力疗法正式确立了其在临床应用中的地位。 4. 临床应用拓展阶段（二十世纪 90 年代以来） 1990 年，国内顾瑛等开始探索用 PDT 治疗鲜红斑痣，经过系统研究，根据 HpD 的吸收 代谢特点和光敏激发特性，建立了一种全新的治疗鲜红斑痣的 PDT 方案。该疗法于 1991 年 1 月首先在解放军总医院激光科临床应用成功，随后在国内多家医院推广，现已治疗鲜 红斑痣患者 3000 余例，有效率达 98%以上，治疗后的病变色可完全消褪，增厚的病变皮 肤变平，无疤痕，在十年的随访中未见复发。该疗法开创了 PDT 治疗非肿瘤疾病的先河， 标志着 PDT 进入了一个新的发展阶段，并于 1997 年获得中国国家发明奖。 光动力疗法历史回顾及发展现状 2005/7/27/9:16 作者：刘凡光 顾瑛 1995 年，视网膜黄斑变性 （AMD）的/期临床研究在美国 4 个中心同时开展，共观察 128 名 AMD 患者，荧光血管造影结果显示新生血 管完全封闭，无典型的荧光渗漏，所 有病人的视力有改善。在此基础上进 行了期临床研究，共有 22 个中心 同时进行研究，其中 11 个在美国，2 个在加拿大，9 个在欧洲。312 个月 的随访的结果显示，PDT 治疗不仅能 够避免中至重度视力丧失，而且还可 以改善视力。2000 年，美国食品与药物管理局（FDA）正式批准苯并卟啉衍生 物单酸环 A（BPD-MA，商品名为 Verteporfin）用于视网膜黄斑变性的临床治疗。 （二）光动力疗法在我国的发展 我国在 PDT 方面的研究较美国、日本等国起步稍迟，但进步较快。1981 年 7 月北京同仁医院应用北京工业制药研究所研制的 HpD 和北京市光电子技术研 究所提供的激光器，诊治 1 例左下睑基底细胞癌患者获得成功，从而开创了国 内 PDT 应用的先例。同年北京成立了“北京地区 PDT 治疗协作组”，共有 8 家 医院参加，在 1982 年 8 月至 1984 年 12 月期间共采用 PDT 治疗各种肿瘤患者 421 例，总有效率达 86.7%。PDT 诊治肿瘤曾被列为我国“六五”、“七五”科 技重点攻关项目。国家投入了大量人力物力，从药物、设备、基础到临床做了 大量研究，得到了举世瞩目的成就，同时也加快了 PDT 专业队伍的建设和相关 人才的培养，极大地促进了我国 PDT 事业的发展和普及。经过多年的协作攻关， 我国研制出临床需要的多种激光器，开发出癌卟啉、癌光啉和光卟啉等光敏剂， 临床诊治患者达数千例以上，使我国成为开展 PDT 病例数最多的国家。目前， 我国在光敏剂开发、相关基础研究和临床应用等方面已形成自己的特色，某些 领域已走在世界前列。 二、动力疗法的发展现状 （一）光敏剂 1、第一代光敏剂 HpD 是由 8 种组分组成的混合制剂，其有效成分主要是双血卟啉醚或酯 (Dihaematoporphyrin ethers and esters，DHE)，约占药物总量的 2030%左 右。尽管 HpD 从 70 年代末在世界各地被广泛用于肿瘤的光动力诊断和治疗，但 在国外一直没有被注册上市。80 年代研制的光敏素（Photofrin ）是 HpD 二期精制、提纯以后的产物，DHE 等有效成分的含量在 80%以上。1993 年，光 敏素由加拿大 QLT 公司（Quadra Logic Technologies Phototherapeutics Inc）正式投产，商品名为卟非姆钠（Porfimer Sodium）。1994 至 1997 年该 药已先后在美国、加拿大、法国、日本、荷兰、意大利、西班牙和德国等国注 册上市。随后，部分国家也生产了光敏素类制剂，商品有光卟啉 （Photofrin，美国）、光疗素（Photosan，德国），光灵素（Photogem，俄罗 斯）和 haematodrex（比利时）等等。 80 年代我国先后有三种临床试用的混合卟啉制剂，即癌卟啉（HpD，北京） 、癌光啉（PsD-007，上海）和光卟啉（HpD，扬州），其中北京 HpD 已获得国 家新药实验批准文号，商品名为血卟啉钠。国产 HpD 制剂中 DHE 等有效成分的 含量在 25%左右；癌光啉制剂中光敏活性成分的含量在 80%以上，与卟非姆钠近 似。 以 HPD 为代表的混合卟啉类光敏剂属于第一代光敏剂，它们的组分复杂， 各种成分在光动力损伤中的作用至今也未弄清，占药物总量 2080%以上的非活 性成分不仅不能对病变的靶组织产生有效的光动力损伤作用，反而成为导致正 常组织发生光敏反应的祸首。 因此，第一代光敏剂的组织选择性和光动力损伤强度的稳定性都很差，并且容 易引起皮肤光过敏反应，避光时间长。此外，混合卟啉类光敏剂的吸收光谱在 红光部分的吸收带很弱，不能很好地吸收红光，治疗深度不够，也影响其临床 疗效。 2、第二代光敏剂 八十年代以后，第二代光敏剂的 开发研究发展迅速，在光敏活性、吸 收光谱和组织选择性方面比第一代光 敏剂有很大改进。第二代光敏剂都是 单体化合物，大多为卟啉类化合物的 衍生物，包括卟啉、卟吩、红紫素、 内源性卟啉等，其它还有金属酞菁、 稠环醌类化合物等。许多第二代光敏 剂经过多年的发展已经比较成熟，有些正在进行临床实验，其商品化和临床应 用前景非常乐观。 （1） 国外的第二代光敏剂 苯卟啉衍生物单环酸 A (BPD-MA) BPD-MA 是目前唯一被批准应用于临床的第二代光敏剂。它是由加拿大 的 QLT 公司开发的，于 2000 年被美国食品与药物管理局（FDA）批准试用于肿瘤 和视网膜黄斑变性的临床治疗。BPD-MA 的优点是能用于治疗人体内位置更深且 更大的肿瘤组织；在靶组织处快速集中，在正常组织处快速清除，药物进入 5 分钟后即可进行光照，而不象用 HpD 那样要有两天等待时间；由于吸收快，清 除也快，使对皮肤的光过敏性时间缩短为一天，而 HpD 要持续几周。但由于 BPD-MA 是源自天然产物的半合成产物，合成过程也比较复杂，总体产率很低， 故原料合成的成本很高，同时其成品药物 Verteporfin 的制剂成本也非常高， 所以一支含有 15 毫克有效成分的 Verteporfin 市场售价要一千美元左右，这就 极大限制了其临床应用。目前该药还未在我国注册上市。 5氨基酮戊酸（5-aminolevulinic acid, 5-ALA） 5-ALA 是一种内源性光敏剂，其本身不具有光敏活性，它是从甘氨酸合成 原卟啉 IX（Protoporphyrin ， Pp），进而转化成亚铁血红素过程中的一 种中间产物。Pp IX 有很强的光敏活性，因为是细胞的正常成份，其毒性低， 代谢快，避光时间只需 12 天 PpIX 可在很多肿瘤细胞内选择性聚集，在胃肠道 肿瘤内比周围组织浓度高 815 倍，在皮肤乳腺肿瘤内比周围正常组织高 10 倍 左右。635nm 波长为 5-ALA 的最佳激发波长。自 Kennedy 等人 1990 年将 5-ALA- PDT 试用于临床以来，它在临床上治疗皮肤癌、食管癌、胃肠道肿、膀胱癌及 肺癌的效果越来越得到肯定，逐步成为研究热点。 间-四羟基二氢卟吩（m-THPC） m-THPC 的单态氧产率高，在 652nm 和 514nm 的光敏化杀伤作用分别是 HpD 及 Photofrin的 100 倍和 10 倍， m-THPC 的肿瘤选择性高，经肿瘤组织选择 性摄取后，浓度可达正常组织的 14 倍。此外，m-THPC 在体内代谢快、副作用 小，皮肤光敏性低，只需避光 10 天左右。m-THPC 对胸膜瘤、弥漫性间皮瘤、 口腔肿瘤、结肠及直肠癌均有良好疗效，并可以有效预防恶性肿瘤的复发。 二氢卟吩 e6 (Chlorin e6) 二氢卟吩 e6 (Chlorin e6)属叶绿素类新光敏剂，经化学处理后可得到单 天冬氨酰基二氢卟吩（ monoaspartyl-chlorin e6，Npe6），后者在体内存留 时间短，清除快，在波长 664nm 处有一强吸收峰，几乎不引起皮肤光敏副作用， 现已进入二期临床试用。 红紫素（purpurins）类光敏剂 红紫素亦属于叶绿素类光敏剂，它是一个家族，较有代表性的有初红紫素（ET2） 、八乙 基红紫素（NT2）等。在有些红紫素大环中加一个金属原子形成金属红紫素如含锡的、锡 原红紫素（SnEF2） ，锡八乙基红紫素（SnNT2）等。它们多在 650-670nm 处有一强吸收峰。 红紫素不容于水，可用脂制体、油乳剂或其它包裹复合物的形式输入体内。 （2） 国内的第二代光敏剂 目前国内正在开发的具有独立知识产权的