光动力疗法对肿瘤细胞DNA损伤的研究进展

万丹丹

【摘 要】光动力疗法(PDT)是近年来发展起来的一种肿瘤治疗新技术.光敏反应产物中单线态氧及活化氧自由基致DNA损伤是引起肿瘤细胞凋亡的因素之一.对DNA损伤的检测是光动力治疗肿瘤效果评价的一种方法,特别是在细胞核靶向定位光敏剂介导的PDT肿瘤治疗中,有着更好的应用价值.该文综述PDT肿瘤治疗对肿瘤细胞DNA损伤检测及评价的研究进展. 【期刊名称】《医学综述》 【年(卷),期】2013(019)014 【总页数】3页(P2552-25)

【关键词】光动力疗法;光敏剂;DNA损伤 【作 者】万丹丹

【作者单位】中国医学科学院放射医学研究所编辑部,天津,300192 【正文语种】中 文

【中图分类】R4.2;R73-33

光动力疗法(photodynamic therapy，PDT)是一种通过能够被肿瘤细胞吸收的光敏剂外加特定波长的光照而诱发肿瘤细胞组织破坏的新技术。由于PDT具有肿瘤治疗特异性高、范围广、不良反应少等优点，近年来得到医务人员和科研工作者的广泛关注。PDT需要具备三要素:光敏剂、激发光和氧分子。光敏剂在激发光的激

励下诱发产生单线态氧和活性氧［1-2］，引起一系列的生物化学反应，继而引起肿瘤组织的坏死和细胞的凋亡。其生物作用机制主要有两种:一种是由光化学反应引起的肿瘤组织周围血管封闭而形成栓塞，造成肿瘤组织的缺氧和坏死;另一种是氧自由基引起DNA损伤、蛋白的改变、细胞凋亡等。其中DNA损伤研究是探索PDT肿瘤治疗机制的一个热点。 1 光敏剂与DNA损伤

光敏作用是PDT的基础，是指光敏剂吸收特定波长光照后在氧分子的参与下发生光敏氧化，产生单线态氧或活性氧，进而氧化破坏肿瘤细胞中的生物大分子。其中，DNA的氧化损伤是光敏氧化的一个重要作用，也是导致细胞生长阻滞和凋亡的重要原因之一。

一般认为光敏氧化机制有两种类型，一种是通过直接的电子转移形成的光敏剂自由基和底物在氧分子参与下产生自由基活性氧分子;另一种是光敏剂直接与基态氧分子作用产生单线态氧［3-4］。这两种作用机制的发生与光敏剂的性质、氧浓度等因素有关，不同的光敏剂在PDT应用中有着不同的作用方式、不同的细胞定位以及不同的DNA等大分子物质作用机制。例如，在 5-氨基酮戊酸-PDT中，5-氨基酮戊酸通过血红素生物合成途径合成原卟啉Ⅺ定位在细胞质膜上［5］，能够通过线粒体途径引起细胞凋亡。金属酞菁试剂-PDT同样定位于细胞质膜，对治疗白色念珠菌等真菌感染有较好的疗效［6］。四-(N-甲基-4-吡啶基)卟啉是一种主要通过单线态氧途径引起DNA损伤的光敏剂，定位于细胞核膜上，在氧分子的参与下，能够通过电子吸收形成8-羟基-2'-脱氧鸟嘌呤(8-oxo-G)，引起鸟嘌呤富集区8-oxo-G的产生与聚集，是一种单线态氧途径的 DNA损伤，提示四-(N-甲基-4-吡啶基)卟啉是一种细胞核靶向PDT的潜力药物。利用32 P标记的DNA检测发现，其引起的DNA损伤是DNA片段修饰后损伤断裂，且DNA单链断裂多于双链断裂［7］。Binder等［8］研究发现，镁联四(对-磺酸钠苯基)卟啉相比联四(对-磺

酸钠苯基)卟啉具有更好的致DNA损伤效应，提示金属基光敏剂在光敏反应致DNA损伤中具有一定的作用。

不同的光敏剂在光敏反应致DNA损伤中有着不同的作用和效果，第一代光疗药物血卟啉及其第二代衍生物虽然具有较好的肿瘤选择性和杀伤性等特点，但也存在吸收能力弱、代谢慢、不良反应多等缺陷，新的非卟啉类光敏剂已成为近年来的研究热点，例如一些蒽醌类化合物、吩噻嗪类化合物、苝醌类化合物、亚甲蓝、甲苯胺蓝、金丝桃素、吖啶类、酞菁等光敏剂［6，8-10］。通过诱导 DNA损伤途径探索新型光敏剂以及评价其对肿瘤细胞DNA的损伤是发展第三代光敏剂的一个重要思路。

2 DNA损伤修复与PDT的治疗抗性

与放疗和化疗的肿瘤治疗方法不同，PDT具有双因素影响，即光源和光敏剂两个因素，在高浓度光敏剂或高强度光照剂量下都有明显的治疗抗性产生［11-12］。一方面，PDT的治疗抗性可能和机体抗药性有着相同的机制，改变药物摄取率和代谢速度，改变细胞内药物运输途径和降低药物活性;另一方面，大量的单线态氧和活性氧的聚集诱导抗氧化去污酶、热休克蛋白、细胞应急信号通路的增加及DNA修复机制的启动［13］。光敏剂的结构及其细胞内定位是产生PDT拮抗的关键，尽管PDT的治疗抗性有着同抗药性相同的机制，但研究表明两者并不存在交叉抗性，且化疗联合 PDT在肿瘤治疗中有较好的效果［14-17］。

紫外线诱导的抗辐射肾间质纤维化细胞系对卟啉素类光敏剂介导的PDT同样具有抵抗能力。同样，对紫外线引起的DNA修复缺陷的LY-R白血病细胞系也表现出对PDT较强的敏感性。这些现象表明，紫外线和 PDT可能引起相同的 DNA修复［12］。DNA修复机制在肿瘤PDT中，特别是在细胞核定位光敏剂介导的PDT中有着重要的作用。研究新型细胞核靶向定位的光敏剂在DNA修复缺陷型肿瘤中的应用，探索抑制DNA修复机制的PDT辅助药物，能够提高细胞核定位的光敏

剂在肿瘤治疗中的效果。 3 PDT引起的DNA损伤评价

PDT引起的DNA损伤检测和评价与遗传毒理学DNA损伤评价方法类似，对DNA氧化损伤标志物，如8-oxo-G等检测有更多的应用［7］。分子生物学实验中，常用的DNA凝胶电泳可用来观察DNA损伤，遗传毒理学中的微核实验、染色体凝集实验、彗星实验等也可用来研究DNA损伤情况。随着技术的发展，新的DNA损伤研究技术不断出现，以下对两种常用的PDT引起DNA损伤分析方法进行介绍。

3.1 单细胞凝胶电泳法 单细胞凝胶电泳(single cell gel electrophoresis，SCGE)是一种细胞水平检测DNA损伤的技术，相比全DNA凝胶电泳更为直观，检测结果更为灵敏，通常分为碱性单链断裂检测电泳和中性双链断裂检测电泳，常用于环境毒理学、放射生物学、肿瘤发病机制及治疗中［18］。肿瘤 PDT中，光敏剂定位在细胞质膜、细胞器膜、细胞核膜中，通过氧化形成的单线态氧和自由基的破坏，引起肿瘤细胞的凋亡及DNA损伤，通常能够造成DNA单链损伤。因此，SCGE在检测PDT引起的DNA损伤中也有较多的应用，尤其对于细胞核定位的光敏剂肿瘤治疗更为突出。

Binder等［8］在研究细胞膜定位的光敏剂联四(对-磺酸钠苯基)卟啉时，使用SCGE法对不同浓度的联四(对-磺酸钠苯基)卟啉和镁联四(对-磺酸钠苯基)卟啉，在414 nm波长、不同光照强度下进行HaLa细胞DNA单链损伤检测，发现在1 J/cm2强度下，5 μmol/L的浓度光敏剂，或15 J/cm2强度光照下，＞1 μmol/L的浓度光敏剂均可以导致较高的DNA损伤水平。其研究表明，SCGE在新型光敏剂应用的细胞水平研究中能够实现对PDT致特定肿瘤细胞系的DNA损伤水平检测，有助于其临床应用方案的制订和判断。

3.2 拉曼光谱分析法 拉曼光谱分析是对入射光频率不同的散射光谱进行分析得到

分子振动、转动等信息，常用于分子结构的研究。显微拉曼光谱分析在生物大分子的分析中也有广泛的应用，PDT引起的生物内某些蛋白及DNA的变化是可以通过拉曼光谱分析来进行研究的，甚至可以用来进行生物组织中原位观察 DNA损伤［19］。张桂兰等［20］在利用拉曼光谱分析研究光敏剂二氢卟吩甲醚对腹水型S180肿瘤组织DNA损伤时发现，腺嘌呤对光敏剂的作用敏感，光敏剂对肿瘤组织 DNA有损伤作用。此外，显微拉曼光谱分析在PDT引起的细胞凋亡检测中，可用于对氧化标志物、细胞色素C等生化指标的研究［21］。 4 DNA损伤评价与肿瘤临床PDT方案

肿瘤PDT中，不同的光敏剂及治疗方法有着不同癌细胞杀伤途径，PDT引起的细胞凋亡及组织坏死有着多方面的影响因素。探索肿瘤PDT中DNA损伤仅仅是其中一种评价方法与研究手段，特别是在核靶向定位的光敏剂介导的PDT中，DNA损伤评价研究显得更有意义。对于此类新型光敏剂的细胞水平及临床研究，DNA损伤评价可作为肿瘤PDT中光敏剂使用剂量与光照强度选择的参考依据［8］。PDT治疗中，不同的肿瘤细胞系对不同的光敏剂及激发光源都有不同的损伤或抵抗反应［12］，对患者肿瘤组织细胞系的个性化治疗方案显得尤为重要。因此，不论是在新型光敏剂的研究开发中，还是在肿瘤临床PDT方案制订中都具有较好的参考价值。 5 结语

肿瘤细胞DNA损伤的评价对的肿瘤PDT有重要作用，DNA损伤的检测能够在靶向定位的光敏剂药物研制与效果检验中发挥重要作用。DNA损伤的修复机制也是光敏反应拮抗作用的因素之一。因此，DNA损伤与修复机制与光敏剂引起的光动力机制探索是肿瘤PDT机制的一个基础研究方向。DNA损伤引起的细胞凋亡途径的肿瘤治疗对细胞核定位的新型光敏剂开发有着指导意义;同时，DNA损伤评价在PDT光敏剂的临床应用中有重要参考价值，在肿瘤PDT光敏剂研究的细胞水平实

验及临床治疗方案制订方面也有很好的应用前景。 参考文献

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