细胞器靶向光动力治疗的研究进展

细胞器靶向光动力治疗的研究进展

何阳

摘要

光动力治疗(PDT)是用于治疗包括癌症在内的一些疾病，主要通过诱导细胞死亡来产生作用，虽然光动力治疗学发展相比其他领域时间较短，但其应用前景广阔，本文就由此发展出的细胞器靶向光动力治疗研究发展展开介绍。一方面，光敏剂中不同的取代集团会靶向不同的细胞器；另一方面，通过选择性的将光敏剂传递至不同指定亚细胞作用位点可以引起不同的细胞死亡类型。

关键词：光动力治疗，细胞器靶向，细胞死亡

ABSTRACT

Photodynamic therapy (PDT) for the treatment of a number of diseases, including cancer, mainly to produce an effect by inducing cell death, although the development of photodynamic therapy compared to other areas of learning time is shorter, but its has application prospects,In this paper, which developed out of the organelle-targeted photodynamic therapy research and development expanded introduction. On the one hand, the photosensitizer different substituted groups may target different organelle; on the other hand, by selective transfer of the photosensitizer to the cellular site of action different from the specified sub-cell death can cause different types.

Key words Photodynamictherapy（PDT），organelle-localized，Cell Death

1. PDT用途及作用机制

PDT最初用于治疗一些非恶性疾病，如光化性角化病和巴雷特食管。在过去的二十年里，PDT已通过美国食品和药物管理局和其他许多国家卫生机构关于各种癌症的规范，包括头，脖子，食道，肺，胃，宫颈和膀胱头状癌等。在对细胞或组织治疗时结合的光敏性药物（无毒染料）及无害的可见光会产生高度活性氧（ROS），而这些活性氧可以将肿瘤细胞杀死。在PDT研究过程中使用过几种有效的光敏剂，包括一些染料如玫瑰红和亚甲蓝，也有一些像四环素，氯丙嗪，卟啉等药物。

血卟啉衍生物(HpD)是第一代PDT光敏剂，也是在临床应用最广泛的并第一次被FDA批准对癌症治疗的光敏剂，其往往会积累在高度增殖的组织中，对640nm波长的光有较好的吸收，因此当用此波长的光对组织进行照射时可吸收光子激发其活性，从单重态变成三重态，这种光敏剂可以诱导两种类型的反应。首先，光敏剂可以直接与生物物质反应，将氢原子激活与氧气结合；另外，三重态光敏剂能量转移到基态氧，产生单线态氧，这种氧分子高度活泼，会攻击多种生物分子，包括脂质，蛋白质和核酸从而造成破坏。

2. PDT的细胞器靶向研究进展

在近几年许多科学家致力于PDT中细胞器靶向的研究，2000年，J. Y. Chen 小组采用激光共聚焦扫描显微镜和荧光细胞器探头，在小鼠的骨髓中检查部花青素540（MC540）在白化病M1和粒巨噬系祖细胞中的亚细胞定位。MC540被发现靶向于溶酶体中，并且将MC540的细胞器定位作用与PDT诱导的细胞死亡关系进行了研究，发现当MC540定位于线粒体的不同位点引起PDT介导的细胞光损伤也会不同[1]。

2005年，Fiorenza Rancan等人分别在细胞中培养二氢卟酚和细胞器特异性探针，用荧光显微镜观察前者显红色荧光，后者显绿色荧光，将两者合并后发现仅在某处细胞器中显示橙黄色荧光，此细胞器为溶酶体。然而当把溶酶体中的多余的组分放至有机溶剂中时它们会转移至线粒体，高尔基体以及内质网，而在细胞核中是观察不到荧光的。由此可以得出结论，这些衍生物主要积累在溶酶体

中。而在其后分别调查了四种卟啉结构对于癌细胞的光毒性，首先发现卟酚(3)结构相比于卟啉(1)在红外区域有更强的吸收，另外发现在5号位加入己基的(2a)和(2b)由于亲脂性增强后，对溶酶体，线粒体等细胞器的靶向性也增强。

2008年，Rong Chen小组用双光子激发荧光显微镜测量由5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）诱导滤泡性淋巴DHL肿瘤细胞产生原卟啉IX荧光，实验用5-ALA标记的DHL细胞与用已知的不同细胞器靶向荧光探针：罗丹明123（线粒体），DioC6（内质网）和LysoTracker绿（溶酶体）放于细胞中培养后在相同条件下观察，发现5-ALA诱导的原卟啉IX主要靶向于内质网和线粒体，其在溶酶体中的浓度要低的多，即证明其具有明显细胞器靶向性。[3]

2010年，Ya-Ju Hsieh,Jau-Song Yu,和Ping-Chiang Lyu等科学家们对PDT 过程中以A431细胞内一些特定的细胞器为目标的光敏剂的特点进行了观察，发现有足够的证据表明大部分PV都是从内质网中产生，并且PV的结构与PDT 治疗后产生的活性氧有很大关联。光敏剂的亚细胞定位在光活化导致细胞死亡占据很重要的地位，当光敏剂靶点在质膜上时细胞坏死为主要途径，而细胞凋亡则主要发生在光敏剂内化时。光敏剂在人类表皮样A431癌细胞上展示了一个动态分布，这类化合物往往最先以血浆膜为靶点，但是经过一段时间后便会进入到细胞内的细胞器，PDT正是利用这种在A431癌细胞中血浆膜靶向的光敏剂诱导细胞死亡，造成更具有选择性的细胞死亡。在细胞内光敏剂潜伏位点用较低的激光能量进行PDT治疗会产生PV构造，实验发现经过PDT过程的细胞比未处理的细胞纤维连接蛋白和Mac-2BP水平在PDT治疗中明显的降低，这说明PDT治疗对蛋白分泌途径的重要影响很可能是由于细胞内细胞器如高尔基体和内质网损伤造成。[4]

同年，Nicole Cauchon等人对四氮杂卟啉结构进行分析，发现其是在萘环上被炔基长链取代的光敏剂，三磺化的四氮杂卟啉结构（A）定位于细胞内细胞器，等离子和核周膜，但无法在细胞核中找到，在四氮杂卟啉结构中加入苯并环（B）可以增加其亲脂性，有更好的亲近细胞器作用。染料的总细胞摄取不与光毒性相关，这表明定位在某些细胞内细胞器，并配入细胞内的关键部位其中是其光动力活性的重要决定因素。己炔基三磺化四氮杂卟啉结构相比于类似锌酞菁的原三磺化四氮杂卟啉结构能提供一个更宽范围的激发波长的光，并改善光动力效应。[5]