光动力学诊断与治疗在泌尿外科应用的研究进展

涂门江;贺海清;艾凯;刘臻

【摘 要】光动力学诊疗是近年来兴起的新技术,引起了部分泌尿外科医生和学者的重视.光动力学诊断在泌尿系肿瘤筛查及辅助手术方面有良好的发展前景.随着新型光敏剂的开发,光动力学治疗也被广泛用于泌尿系肿瘤治疗的临床研究.本文着重将光动力学诊断和治疗在近年来泌尿外科疾病临床应用研究的发展现状作一综述. 【期刊名称】《现代泌尿外科杂志》 【年(卷),期】2016(021)009 【总页数】6页(P721-726)

【关键词】光动力诊断;光动力治疗;膀胱癌;前列腺癌 【作 者】涂门江;贺海清;艾凯;刘臻

【作者单位】中南大学湘雅二医院泌尿外科,湖南长沙410000;中南大学湘雅二医院泌尿外科,湖南长沙410000;中南大学湘雅二医院泌尿外科,湖南长沙410000;中南大学湘雅二医院泌尿外科,湖南长沙410000 【正文语种】中 文 【中图分类】R69

光动力学在临床的应用包括光动力学诊断(photodynamic diagnosis，PDD)和光动力学治疗(photodynamic therapy,PDT)。其广泛应用于皮肤、消化道、神经和妇产科等疾病的诊疗[1-4]。在泌尿外科，由于膀胱是空腔脏器，且有自然腔道与外界相通，适于光纤引入，光动力学被较早应用于膀胱癌。随着光敏剂的更新换代，

近年来PDD与PDT在包括膀胱癌、前列腺癌、肾癌等更广泛的泌尿外科疾病中的应用研究成为热点。

光动力学诊疗通常分为两步，首先给予机体一种光敏药物，或称光敏剂。光敏剂可被肿瘤细胞特异性吸收，然后在特点波长的光照下，由于光敏剂分子的外层电子吸收特定波长的光子后处于不稳定的高能状态，部分外层电子在恢复到中间能量状态时，一方面释放二级光子产生荧光，另一方面可以使组织内的氧转化为单肽氧、过氧化物和羟基团，对细胞、组织产生破坏或诱导细胞内线粒体、溶酶体、细胞膜的破坏，启动蛋白激酶瀑布式反应，从而引发细胞的凋亡或坏死[5]。前者被用于对肿瘤灶的显影，称为PDD;后者被用于肿瘤灶的治疗，称为PDT。但PDT对肿瘤细胞的杀伤和诱导细胞凋亡的具体机制尚不明确。光动力学的发展主要在于光敏剂的种类。目前临床的研究应用大多以5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid， 5-ALA)为代表的第二代光敏剂，依据不同疾病的特点选择不同的光敏剂，并寻找最佳的光照条件，以达到最优的诊疗效果。 2.1 PDD和膀胱癌

2.1.1 PDD和膀胱癌的诊断 膀胱镜下活检是诊断膀胱癌最可靠的方法。自上世纪30年代开始至今，白色光膀胱镜(white light cystoscopy，WLC)已成为膀胱癌检查、电切、术后监测的标准方法。但WLC下活检仍存在一定的漏诊，因此，需要新的技术和方法来提高膀胱镜下对微小病变或原位癌的诊断率。

1975年，KELLY等[6]首先发现血卟啉衍生物(hematoporphyrinderivative,HPD)在膀胱癌细胞中特异性富集。但因为血卟啉等第一代光敏剂存在诸如光敏毒性、过敏反应、显像时间过短等缺点，所以并没有大规模应用于临床。1994年，KRIEGAIR等[7]首次报道了利用5-ALA作为荧光标记来确定膀胱肿瘤的位置。5-ALA是一种前体药物，在细胞内被转化为活化的光敏剂原卟啉IX，并能特异性富集在恶性肿瘤组织中。5-ALA作为第二代光敏剂，较第一代有着更高的安全性。

KRIEGAIR的试验中用5-ALA介导的PDD(5-ALA-PDD)检测膀胱肿瘤的敏感性高达100%，特异性为68%[7]。多项多中心随机试验也表明，对于Ta、T1及Tis分期的膀胱癌，ALA-PDD的诊断率都要较WLC高10%～32%[8]。由于5-ALA脂溶性低且发出荧光时间短，在行膀胱镜前数小时就需要予以高浓度的5-ALA行膀胱灌注，并且5-ALA在膀胱壁的分布并不均匀。近期，一项随机双盲多中心临床Ⅱ/Ⅲ期试验利用口服ALA介导的PDD用于荧光膀胱镜检测膀胱癌，证实了口服5-ALA的安全性，并表明无论是初发或复发的膀胱癌，还是乳头状瘤或扁平病变，其敏感度都明显高于普通白色光膀胱镜，这就简化了进行PDD的操作过程[9]。同样作为第二代光敏剂的氨基酮戊酸己酯(hexaminolevulinate acid，HAL)近年来也被广泛用于临床研究。相较于5-ALA，HAL有更好的脂溶性，更稳定，发出荧光的时间也更长。虽然HAL对于膀胱癌的诊断率与5-ALA相比并没有表现出明显的优势，但大量报道表明基于HAL的荧光膀胱镜用于诊断膀胱癌比WLC更加有效[10-12]。金丝桃素(hypericin)也属第二代光敏剂，由静脉给药，有更长的荧光显示时间，但溶解度较低。与5-ALA与HAL相比，金丝桃素有更高的敏感性及特异性。有研究显示其诊断原位癌(carcinoma in situ, CIS)的敏感性和特异性分别为94%和95%[13]。为了增加金丝桃素的水溶解度，有学者研发出一种聚氯乙烯吡咯烷酮与金丝桃素的化合物(PVP-hypericin)，众多研究表明PVP-hypericin用于诊断非肌层浸润性膀胱癌(non muscle invasive urothelial carcinoma，NMIBC)的敏感性明显高于WLC[14-15]。除了NMIBC外，有研究显示，对肌层浸润性膀胱癌(muscle invasive urothelial carcinoma, MIBC)、行卡介苗(bacillus calmette-guérin,BCG)灌注治疗失败或行二次TUR的患者，PDD介导的TUR下取活检诊断膀胱肿瘤有较高的敏感性[16]。

近年来有报道更为新型的利用PDD进行膀胱癌诊断的技术。NAKAI等[17]利用分光光度计检测由5-ALA孵化过的患者尿液中脱落细胞内的原卟啉IX含量，结果显

示患膀胱癌组原卟啉IX含量明显高于对照组，且高级别的膀胱癌患者尿液细胞内的原卟啉IX含量显著高于低级别膀胱癌患者。MIYAKE 等[18]利用名为“细胞荧光分析单位”(cellular fluorescence analysis unit，CFAU)的红色荧光定量分析系统，定量分析由5-ALA孵化过的膀胱癌患者尿液中原卟啉IX的含量，发现基于ALA的CFAU检测低级别和低分期膀胱癌的敏感性达68%～80%，而传统尿脱落细胞学的敏感性只有8%～20% 。这为利用光敏剂作为膀胱肿瘤标记物在体外非侵入性地诊断膀胱癌提供了可能。

2.1.2 PDD和经尿道膀胱肿瘤电切术(transurethral resection, TUR) 由于对膀胱肿瘤的显影，PDD近年来也被应用于TUR(PDD-TUR)，对NMIBC的预后也有积极的影响。DEZINGER等[19]报道了301例膀胱肿瘤患者，随机分组为接受单纯WLC下的TUR和联合5-ALA-PDD介导的TUR。术后6周时行再次TUR并送病检，发现单纯WLC组的肿瘤残余率为25.2%，而PDD组为4.5%。之后经过长达8年的随访，发现PDD组的无复发生存率为84%，而单纯WLC组为64%。早前的一项包含102例膀胱癌患者的随机对照研究中也显示，PDD-TUR 术后5年的肿瘤复发率为16%，而WLC组为41%，并认为PDD组的低复发率归功于初次膀胱电切时可视化的提升和更加完整的肿瘤切除[20]。一项对808例低中危NMIBC患者电切术后的随访表明，即便是与高质量的WLC介导的TUR相比，HAL介导的PDD-TUR术后早期的复发率也有明显降低[21]。不同的光敏剂对PDD-TUR术后肿瘤复发的影响也不同。LEE等[22]对近期多篇随机对照试验报道进行Meta分析，认为5-ALA介导的PDD-TUR较HAL介导的PDD-TUR表现出更低的复发率。

尽管大多数报道显示了PDD在膀胱肿瘤诊断以及辅助TUR中的价值，但仍有部分研究认为PDD的价值存在争议和局限性[23]，尤其是对于高风险的膀胱癌患者，PDD的诊断率与传统WL相比没有差别[24]。另外，与传统膀胱镜检相比，PDD

介导的膀胱镜检对更高级别的膀胱癌进展没有更多的优势[25]。

2.2 PDT和膀胱癌 膀胱是空腔脏器，大多数膀胱肿瘤尤其是NMIBC属表浅肿瘤，非常适用PDT进行治疗。1976，KELLY等[26]将PDT用于一例膀胱癌电切术后、膀胱内放化疗后广泛复发的患者，发现有良好的治疗效果。此后虽有较多的临床试验，但由于HPD的副作用诸如局部红斑、水肿、坏死、膀胱挛缩等，PDT未能大规模应用于临床。随着光敏剂研究的突破，相继开发的第二代光敏剂具有良好的性质，如成分单纯、靶组织选择性高、激发后活性氧含量高、体内清除率高、毒副作用小等特点，使得PDT治疗膀胱癌的研究发展迅速。

5-ALA介导的PDT(ALA-PDT)最早也最广泛用于膀胱癌的治疗研究[27]。多项研究显示ALA-PDT的有效率达到40%以上[28-29]。己基氨基酮戊酸

(hexaminolevulinate, HAL)也作为常用光敏剂用于PDT(HAL-PDT)治疗膀胱癌的研究。BADER等[30]对HAL-PDT用于中高危NMIBC患者TUR术后的辅助治疗进行了Ⅰ期临床研究，发现52%的患者无瘤生存率为6个月，23%为9个月，11.8%为21个月。目前，建议在膀胱原位癌，控制膀胱出血、肿瘤多次复发、不能耐受手术治疗等情况可以选择此法。

近年来的多项研究主要集中在开发新型光敏剂和以新技术优化原有光敏剂的疗效。第二代光敏剂用于PDT的限制性在于其最适激活光照波长较短，而较短的波长对组织的穿透性不强，无法对表浅区域以外的癌灶产生作用。一种新型光敏剂替莫泊芬(四间羟基二氢卟吩，mTHPTS，Foscan)的最适激活光照的波长为接近红外区的760 nm，此时，激光可穿透大于15 mm的组织。NEUHAUS等[31]通过小鼠膀胱癌模型，证实了mTHPTS用于PDT的安全性及疗效，为PDT治疗更深层的癌灶，甚至是MIBC提供了可能。DU LIHUAN等[32]研发出一种新型的光敏剂叶绿酸e4(chlorophyllin e4)，可通过诱导凋亡和细胞自噬来杀伤膀胱癌细胞株。CANDARA等[33]在体外细胞实验发现水飞蓟素(silybin)可以增强ALA-PDT诱导

膀胱癌细胞凋亡的作用，并在可能一定程度上削弱其侵袭能力。为减少PDT治疗后出现的膀胱刺激症，FRANCOIS等[34]分析了不同激光照射注量率的影响，发现低注量率的红光可以在不影响治疗效果的情况下最大程度的减少膀胱壁局部炎症反应。但这些结论大都还限于基础研究，需要临床研究进一步确认其发展的意义。 3.1 PDD和前列腺癌 由于PSA筛查的推广，加之核磁共振(Magnetic resonance imaging, MRI)及经直肠超声引导下前列腺穿刺活检的应用，前列腺肿瘤的诊断并不困难。同PDD用于膀胱癌一样，NAKAI等[35]利用5-ALA处理138例直肠指诊或PSA异常患者的尿液，再利用荧光显微镜检测其代谢产物原卟啉IX的阳性率，从而诊断前列腺癌，其敏感性和特异性分别为74%和70.2%。虽然这种方法不能替代MRI和活检，但其敏感性较直肠指诊高，特异性较PSA高，可作为一种非侵入性的检查方式用于前列腺筛查。

对于需要行前列腺癌根治性手术治疗的患者，减小术中切缘阳性率对降低肿瘤残留与术后复发至关重要。FUKUHARA等[36]将ALA-PDD应用于16例已确诊前列腺肿瘤患者的耻骨后前列腺癌根治性切除术(retropubic radical prostatectomy，RRP)。术前予患者口服1.0 g ALA，在术中运用荧光腹腔镜探查切缘，显红色荧光的部分被予以切除并送病检，腹腔内组织则全部荧光显示阴性。术后病检显示，PDD对前列腺恶性组织的敏感性为81.8%，特异性为68.8%。术中及术后没有光敏剂相关的副反应发生。之后的多项研究也表明在RRP中运用ALA-PDD确定边界，可以提高切缘的阴性率，从而减少肿瘤的残留[37-38]。这些研究证实了ALA-PDD用于前列腺手术的可行性及安全性，但对预后的影响仍需要长期随访和大样本随机试验。

3.2 PDT和前列腺癌 由于前列腺为实体器官，PDT应用时引入光源就受到一定的限制，因此用于前列腺癌的临床研究起步也较膀胱肿瘤晚。目前，PDT在前列腺癌的应用研究主要在局部消融和放疗失败的挽救性治疗方面。予机体光敏剂后，

通过将单根或多根探针引入前列腺腺体中，再予以照射来达到局部治疗的效果。有学者报道5-ALA用于6例前列腺局限性前列腺癌患者，1例在行广泛性前列腺切除术过程中对临床可疑的病灶行PDT，有3例患者是在接受TURP术后经尿道引入光纤行PDT，还有2例在超声引导下经腹引入光纤治疗。6周后患者血清PSA下降20%～70%，且没有发现任何光敏剂相关的副作用[39]。目前普遍的观点认为，PDT疗效的评价除PSA水平外，还应该包括活检和MRI。MOORE等[40]应用光敏剂替莫泊芬(temoporfin)治疗6例局限性前列腺癌患者后，MRI示所有患者的治疗区域出现明显组织坏死，但是2月后的活检显示该6例患者仍有残留癌灶，其中4例患者接受了二次手术治疗。欧洲有学者对前列腺癌的PDT治疗适应证总结如下：低危前列腺癌(Gleason评分≤6分，临床分期≤T2a期)、预期寿命大于10年的患者；放疗后局部复发的患者；身体条件较差无法耐受手术的患者[41]。

近年来，新型光敏剂padoporfin(WST09)和padeliporfin(WST11)成为前列腺癌PDT的研究热点。他们是一种水溶性血管阻断介质，直接靶向作用于肿瘤血管，在肿瘤血管中即可被活化，并介导血管收缩和血管内皮细胞损伤，引起肿瘤组织缺血，从而达到治疗效果，这种治疗也被称为血管靶向光动力学治疗(vascular-targeted photodynamic therapy，VTP)。但是WST09由于严重的副作用(低血压)，逐渐被WST11取代。目前WST11的PDT(WSTII-PDT)应用已进入Ⅱ/Ⅲ期临床试验。EYMERIT-MORIN等[42]对53例接受WST11-VTP治疗的低危前列腺癌患者在术后6个月进行前列腺活检，观察到治疗区域出现界限分明的玻璃样纤维变性，少部分伴有腺体萎缩，部分组织出现被巨大的多核巨噬细胞包裹的广泛淀粉样变的腺体。另外，广泛的慢性炎症，含铁血黄素和凝固性坏死组织也被观察到。有17例患者存在残留的癌灶，但是这些癌灶都分布在治疗区域的外围。多项研究确定了WST11-VTP治疗的最佳条件为4 mg/kg的WST11(TOOKAD

Soluble)和200 J/cm强度，波长为753 nm光照。在这一条件下治疗的患者在术后第6个月活检阴性率超过80%[43-44]。但目前没有长期的术后随访确认WST11-VTP治疗前列腺癌的预后。

4.1 上尿路移行细胞癌(upper urinary tract transitional cell carcinoma,UT-TCC) 基于光动力学在膀胱移行细胞癌中的应用，近年来光动力在上尿路移行细胞癌诊疗中的应用研究也有所发展。AHMAD等[45]报道了26例可疑UT-TCC患者口服5-ALA后，利用输尿管镜行荧光镜检，结果显示PDD辅助下的输尿管镜检可较传统输尿管镜检对UT-TCC的检出率高38.5%，证实了PDD用于UT-TCC的可行性及安全性。PDT用于UT-TCC的报道较少。COOMBS等[46]报道了3例PDT应用于处于pT1期的UT-TCC的病例，通过静脉应用光敏剂24～72 h后从输尿管镜引入光纤来达到治疗目的，其中2例因此避免了手术从而保留了肾脏，2例患者的无瘤生存率分别为2年和6个月。未来需要更多样本的对照试验来评价PDT在UT-TCC中应用的价值。

4.2 前列腺增生症(benign prostate hyperplasia，BPH)

WST11-PDT用于前列腺癌主要基于其对前列腺血管的影响，因此有研究者建立了实验狗的BPH模型，静脉注射WST11(5～15 mg/kg)后将光纤经尿道引入前列腺照射。所有34例实验狗模型的前列腺都表现出了缺血改变，有25%的模型在18～26周时出现前列腺体积的缩小[47]。这是第1例报道的PDT用于实验动物的BPH，提示了未来PDT用于BPH的可能。

4.3 肾癌 对于肾癌患者，保留肾单位的手术目前是早期的小体积肿瘤和合并有慢性肾衰患者的标准治疗。众多研究者也一直在探索各种非手术治疗，如射频治疗、冷冻消融、以及光动力学等。光动力学用于肾脏的研究报道较少，目前主要在基础试验阶段。早在1999年，就有学者将5-ALA-PDD用于小鼠模型，以确定肾部分切除术中肾透明细胞癌(renal cell carcinoma,RCC)的边界，证实了PDD辅助肾

部分切除术的安全性及可行性。HODA等[48]在2008年报道了他们利用5-ALA-PDD辅助腹腔镜下肾部分切除术治疗肾肿瘤患者。选取的77例肾透明细胞癌患者的肾肿瘤直径均<4 cm，术前4 h口服5-ALA，结果显示5-ALA-PDD对RCC的敏感性和特异性为95%和94%。这是迄今为止光动力学用于临床研究病例数最多的一项报道，但尚没有随访数据。POMER等[49]报道了第1例PDT用于肾肿瘤的动物实验：他们利用4-羟基卟吩甲基多乙基烯二醇(THOPP-MPEG)作为光敏剂介导的PDT治疗种植到裸鼠肾内的人肾透明细胞癌癌灶，结果显示治疗灶有3～5 mm深度的坏死，而非治疗区域组织没有改变。WST09也曾被用于肾肿瘤的研究，但效果并不理想。肾脏由于没有良好的自然腔道与外界相通，使光动力疗法在肾癌的应用受到了限制，基础研究也较其他实体肿瘤少，但随着经皮肾镜等微创治疗手段的发展，人造腔道将为光动力疗法应用于肾癌提供良好的平台。 由于光动力学在膀胱癌和前列腺癌的起步较早，目前临床应用的研究也比较广泛。随着二代光敏剂的成熟和新型光敏剂的开发，更少的副作用、更长的荧光显示时间使得PDD在对肿瘤的诊断或辅助手术方面有较大的潜能。通过多项对照试验，PDT在NMIBC和局限性前列腺癌的应用也显现出无创的优势。而在BPH、上尿路移行细胞癌、肾癌等疾病中，PDT也有一定的治疗潜能。

光敏剂和光纤技术的改进为PDT添加了更广泛的应用空间，但是疾病的治疗，尤其是肿瘤的治疗往往是一项综合方案。正如PDD在TUR、输尿管镜和腹腔镜手术中的应用，PDT也应被当作一项技术被整合进治疗方案。例如经皮肾镜引导下的PDT或许能在局限性肾肿瘤的治疗中占据一席之地。此外，PDT作用机制的明确也将大大改变PDT的有效性。例如近年来研究热度较高的微小

RNAs(microRNAs)为代表的分子机制在PDT中的作用逐渐被揭示，使得通过分子水平增强PDT效用成为可能。

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