膀胱癌光动力学诊断及治疗

光动力学诊断及治疗宋晓东华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科前言定义所谓光动力学即一种光敏化作用，是一种特殊的物质经光照射而引起所含这种物质增多的细胞内的反应过程。这种光敏化反应称为光动力作用在医学上，光动力学可用于PhotodynamicDiagnosisPDDPhotodynamicTherapyPDT发展史简介•1900年德国Raab首次发现光和光敏剂的结合能够产生细胞毒性效应•此后数十年的发展历史中，由于早期开发的光敏剂存在着组分不明，对红光吸收少，皮肤光毒反应明显等到缺点，从而限制了这项医学新疗法在临床的推广•1993年4月19日加拿大卫生部在世界上首次正式批准了卟吩姆钠（porfimersodium,Photofrin)应用于临床，PDT的基础研究和临床应用才得到广泛开展的关注，被认为是PDT发展史上的一个重要里程碑•之后，美国、日本、荷兰、挪威、德国、英国等国卫生部通过论证，确立了这一肿瘤新疗法的合法性PDD&PDT原理激光基态光敏剂激态光敏剂物理退激化学退激+O2荧光活性氧诊断治疗PDD&PDT概念示意图光敏药物（HpD）光源450nm光源630nm光敏剂荧光1O2物理退激化学退激II型反应I型反应过氧化物羟基自由基荧光吸收光子基态单线态S0激发单线态S1激发三线态T1O2磷光单线态氧1O2细胞毒性系间窜跃PDT的作用机理光敏剂通过静脉注射（或局部给药）进入人体后患，在一段时间里会在肿瘤组织中形成相对高浓度积聚，此时用特定波长激光照射肿瘤组织，将激活其中的光敏剂分子，在肿瘤组织内引发一系列光化学反应，生成活性很强的单态氧，进而和生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒作用杀死肿瘤细胞光动力杀灭肿瘤细胞的作用机理细胞死亡PDT细胞凋亡细胞坏死与质膜结合为主的光敏剂，大多引起细胞坏死与线粒体亲和性强的光敏剂，常引起细胞凋亡与溶酶体结合的光敏剂则常使溶酶体膜破坏，释放水解酶进入胞浆，也易引起细胞坏死光动力学作用的两种反应机制I型反应：PS+hν→1PS（光敏剂分子+光子→单线态激发态的光敏剂分子)1PS→3PS（单线态激发态的光敏剂分子→三线态激发态的光敏剂分子）PS*+A→PS+A*（激发态光敏剂分子+底物→基态光敏剂分子+底物分子自由基）光动力学作用的两种反应机制II型反应：PS+hν→1PS（光敏剂分子+光子→单线态激发态的光敏剂分子）1PS→3PS（单线态激发态的光敏剂分子→三线态激发态的光敏剂分子）PS*+O2→1O2+PS（激发态光敏剂分子+基态分子氧→单线态氧+基态光敏剂分子）光动力疗法的特点：优点：选择特异性好，只杀伤肿瘤细胞，对正常组织和细胞影响小微创性，无需手术，可经内窥镜可穿刺针插入进行介入治疗可协同手术、放疗和化疗，耐受性好，无耐药性，可反复治疗治疗设备操作简单，维护费用低光动力疗法的特点：不足：激光在组织中的穿透力不足，一般1.5cm，腔内肿瘤需经腔镜将光导纤维导入病灶部位照射肿瘤体积较大，则需列阵点照射，较为繁琐，有些光敏剂治疗后需避强光1个月有些患者在治疗数天内可能出现局部皮肤过敏反应光敏剂过敏者及光导纤维不能到达的深部肿瘤不能用该法治疗影响光动力疗法的因素PDT作用的基础是光动力效应影响光动力效应的因素主要有：光敏剂系首要因素——其优劣直接与疗效有关照射光波长、功率密度、能量密度氧光敏剂得到光照射后，组织中的氧会迅速显著下降光敏剂光敏剂是指能吸收特定波长光的能量传递给周围分子，从而产生活性氧等毒性物质的一类化学物质光敏剂作为PDT的三大关键要素之一，其性能在很大程度上直接决定了PDT的疗效和该疗法在临床的应用和推广理想光敏剂的基本特征组分明确材料来源广泛，且易于化学合成在没有光照的条件下毒性小肿瘤细胞对其具有选择性吸收，即特异性高单态氧的量子产率高经人体新陈代谢快速排出体外，药物不良反应小在人体内没有药物聚集现象具有很好的光稳定性，光漂白效应不显著最大吸收峰位于近红外，能获得足够的光学穿透深度光敏剂的分类根据化学结构和组成分为：•卟啉类，如Photofrin,ALA/PpIX,维替泊芬（苯并卟啉单酸环A，verteporfin,BPD-MA)等•叶绿素类，如二氢卟吩类（chlorins）,紫红素类（purpurins）,菌绿二氢卟吩类（bacteriochlorins）等•染料类，如酞菁类（phthalocyanine）,萘酞菁类（naphthalocyanine）等按时间年限分为：•第一代光敏剂，通常界定为上世纪70年代末和80年代初的光敏剂•第二代光敏剂，上世纪80年代后出现的光敏剂•第三代光敏剂，正处于研究中，以解决生物相容性，特别是选择适合于光敏剂传输的药物传输系统（drugdeliverysystems,DDSs）为目标的光敏剂商品化的光敏剂光敏剂商品名治疗的病种治疗波长（nm）卟吩姆钠Photofrin子宫、呼吸道、食管、630Porfimersodium膀胱、胃癌，脑部肿瘤维替泊芬Visudyne基底细胞癌689BPD-MA替莫听芬foscan头颈部和胰腺肿瘤652temoporfinHPD(喜泊芬)基底细胞癌6305-氨基酮戊酸Levulan基底细胞癌，头颈部肿瘤，6355-ALA妇科肿瘤，诊断脑部，头颈部和375~400膀胱肿瘤5-ALA-甲酯Metvix基底细胞癌6355-ALA-methyldsther商品化的光敏剂光敏剂商品名治疗的病种治疗波长（nm）5-ALA-苯酯Benzvix胃肠道肿瘤6355-ALA-benzylesther5-ALA-己酯Hexvix诊断膀胱肿瘤375~4005-ALA-hexylesther罗他泊芬Purlytin皮肤转移性乳癌664rostaporfin基底细胞癌Kaposi肉瘤，前列腺癌硼酸原卟啉Npe6脑部肿瘤630BoronatedprotoporphrinN-天冬氨酰二氢卟吩N-Aspartyl-chlorine6金丝桃素VIMRxyn皮肤、银屑病600hypericin等5-ALA诱导的膀胱肿瘤光动力学诊断PDD背景膀胱癌发病率：泌尿系肿瘤第一位生长特点：80%表浅生长、多中心发生膀胱镜检查为主要诊治手段不易发现微小扁平样早期病变，导致膀胱癌术后易复发及进展荧光染色膀胱镜原理：癌肿——染色正常上皮——不染色在普通膀胱镜不易发现的原位癌或较小的癌肿，经膀胱内染色处理后很易辨认，结合活组织检查能提高早期膀胱癌的检出率荧光染色膀胱镜发展史：1960年代—四环素族物质1980年代—亚甲蓝及血卟啉衍生物（HPD）1990年代后—5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）及其衍生物氨基酮戊酸己酯（HAL）、NBI光动力学诊断5-ALA诱导荧光的光动力学诊断原理：膀胱腔内灌注ALA后，在蓝光（激发光）的照射下，肿瘤组织会呈现独特红色荧光，与正常黏膜区别开来，因此可大大提高肿瘤早期检出率光动力学诊断设备激发光源系统（D-LICHT系统）荧光膀胱镜CCD成像系统摄像系统以及监视器PDD系统示意图激发光源录像系统图像整合系统CCD成像系统分光计观察滤光器石英导光纤维脚踏切换装置5-ALA诱导荧光的光动力学诊断过程5-ALA膀胱灌注被肿瘤细胞摄取在细胞内进行生物合成转变为荧光物质原卟啉Ⅸ（PpIX）经波长为407nm的激光照射使该荧光物质发出红色荧光肿瘤红色正常上皮蓝色操作方法膀胱灌注5-ALA缓冲液2～3h后，在局麻或硬膜外麻醉下进行荧光膀胱镜检：灌洗液充盈膀胱，当膀胱壁无皱折时，变换白光及蓝光近距离垂直位观察膀胱壁，在蓝光下发现的红色区域即荧光阳性，可进行活检，并在荧光指导下可对肿瘤进行电切除注意事项灌注应保留至少30分钟，必要时可用解痉剂，药物保留不足15分钟或超过5个小时应重复灌注观察最佳时间是灌注后2—3小时观察时应注意膀胱黏膜要充分展开，否则可出现假荧光表现荧光强度与照射距离呈负相关，应近距离观察，图像才会清晰明亮注意事项尿液及出血也可致使视野模糊不清，充分引流尿液、止血并保持术中灌流为防止照射后图像脱色，操作荧光膀胱镜检查应快速，尽早切换到紫兰光模式，所有在白光实施的操作应该在最低可见的光强度，当检查必须被中断时则应暂时关掉D-LIGHT由于PpIX荧光会有光漂白，对病变区域进行观察后应立即行活检、切除或凝固等乳头状癌←蓝光下表现白光下表现→原位癌←蓝光下表现白光下表现→膀胱肿瘤旁卫星灶←蓝光下表现白光下表现→←出血性膀胱炎瘢痕组织→慢性膀胱炎←蓝光下表现白光下表现→膀胱颈正常阳性表现←蓝光下表现白光下表现→尿液在蓝光下显示为绿色荧光膀胱镜下电切临床应用评价PDDofurothelialcarcinomaofthebladderversusWLC:sensitivityandspecificity作者，发表年份病例数光敏剂敏感性%特异性%PDDWLPDDWLKriegmair.1996104ALA96.972.766.668.5Koenig.199955ALA878459__Riedl,199952ALA94.67643----Filbeck。1999120ALA9667.53566.4Zaak,2002713ALA97__65__Grimbergen,2003160ALA97694978Hungerhuber,2007875ALA9276.341.4__Jichlinski,200352HAL96734343D’Hallewin,200040(CIS)Hypericin93__98.5__D’Hallewin,200287Hypericin94__95__SIm,200541Hypericin82629198敏感性及特异性00.10.20.30.40.50.60.70.80.91普通膀胱镜荧光膀胱镜SensSpez临床研究Hungerhuber报道迄今病例数最多的临床试验包括了1713例病人，取活检4630处，92%病变部位为PDD所发现，对照组白光膀胱镜（WL）为76%，其中43%的扁平原位癌只在PDD下被观察到一个多中心临床试验，运用HAL的荧光膀胱镜与白光膀胱镜（WL）进行对照，相比WL，PDD在29%和15%的病人中，分别多观察到至少一个Ta和T1期病变。PDD对Ta和T1期病变的平均检出率为95%和95%，而WL仅为83%和86%，差异显著（P=0.0001）临床研究Fradet研究显示，58例病人的113处原位癌病变中，PDD检出率为92%，而WL检出率为68%，在42%的病人中，PDD单独检出原位癌病变在Hungerhuber的研究中，活检组织存在38%的假阳性率，归因于电切术后膀胱炎症及疤痕的形成；Grossman的研究证实，PDD的平均假阳性率为39%，WL为31%Filbeck等发现经5-ALA膀胱灌注后，代谢产物原卟啉Ⅸ主要沉积在代谢活跃的细胞中，这些组织可以是一些良性病变，包括正常增生的尿道上皮、炎性病变组织、鳞状化生组织、经尿道肿瘤切除术后的肉芽组织及非感染瘢痕组织。其中以炎性病变黏膜上皮的数量较多。假阳性组织的荧光强度要低于膀胱乳头状瘤及癌变组织的荧光强度，因而可以通过荧光量化的方法用红蓝比来剔除假阳性病变以提高肿瘤检出敏感性及特异性Hofstetter及Zaak选择1.43为阈值的红蓝比进行荧光膀胱镜检来提高诊断符合率Junker等认为那些假阳性标本或许存在组织病理学尚未发现的癌前病变，他们用分子生物学技术，对荧光膀胱镜下所取的阳性标本，经病理学诊断分为良性病变及恶性病变，并取荧光阴性的标本做对照进行对比研究，发现荧光诊断阳性的标本多伴有基因的变异，如9号染色体遗传物质的缺失，5、8和11号染色体遗传物质的缺失或插入等，且端粒酶多呈激活状态TUR后肿瘤残留率结论5-ALA诱导荧光膀胱镜检对膀胱肿瘤有很高的敏感性，可用于膀胱肿瘤微小病灶的早期诊断荧光膀胱镜肿瘤诊断特异性有待提高，量化荧光强度可区分良、恶性病变，从而提高荧光膀胱镜检对肿瘤诊断的特异性几乎无光敏副