中国细胞生物学学报Chine Journal of Cell Biology 2021，43(3): 592-600DOI: 10.11844/cjcb.2021.03.0013
综述英讯
脱镁叶绿素光动力疗法抗前列腺癌的研究进展
谢立国谭文莉朱国东魏云林*
(昆明理工大学生命科学与技术学院，昆明650500)
摘要 脱镁叶绿素(3是一种从高等植物和海集中提取的化合物，具有抗菌、抗炎、抗病毒、抗氧化和抗肿瘤的药理作用；作为一种天然光敏剂，其与光动力疗法联用，对于多种肿瘤表现出良 好的抑制效果。近年来，脱镁叶绿素a在癌症治疗方面的研究取得了重大进展，在抗前列腺癌方面 表现出巨大的潜力。该文从脱镁叶绿素a结构特征、应用及抗前列腺癌作用机制方面进行简要综述。
可鄙关键词脱镁叶绿素^光动力疗法；抗前列腺癌；作用机制
Rearch Progress of Pheophorbide fl-Photodynamic Therapy Against
Prostate Cancer
X IE Liguo,TAN Wenli,ZHU Guodong,WEI Yunlin*
放声大笑{Faculty of L ife Science and Technology, Kunming University of S cience and Technology, Kunming 650500, China)
Abstract Pheophorbide a is the compound extracted from higher plant and marine algae.It shows antibacterial,anti-inflammatory,antiviral,antioxidant and anti-tumor effects.As a natural photonsitizer,pheophorbide a exhibits good inhibitory effect on a variety o f tumors in combination with photodynamic therapy.In recent years,some great progress have been made in cancer treatment,especially showing great potential in anti-prostate cancer.The structural characteristics,applications,and the mechanism of pheophorbide a-photodynamic therapy against prostate cancer are briefly reviewed in this paper.
大连新东方Keywords pheophorbide a\photodynamic therapy;anti-prostate cancer;mechanism
光动力疗法(photodynamic therapy,PDT)是一种基于光敏剂和光辐射的治疗手段，较常见的方法是 联合光敏剂染料，通过靶向激光照射，激发光敏剂，产生具有细胞毒性的活性氧，引发一系列生化反应，诱导细胞凋亡或坏死，并选择性损伤病变组织以达 到治疗的目的。相比于传统手术、放疗、化疗等疗 法，PDT具有创伤小、耐受性好、治疗部位创面美观、术后发病率低，能在同一部位重复治疗、
安全性好、高效且具有靶向性等优点叭近年己成为国内外医学领域的研究热点。
no way光动力治疗的效果取决于多种因素，如光敏剂的 化学性质和浓度、光照强度和波长、细胞种类等。最 初人们研发并以血卩卜啉类化合物(hematoporphyrin derivative，HpD)为第一代光敏剂，将其应用于体外和 动物实验，后应用于大规模临床治疗；但迫于其化学纯 度低、组织渗透性差、半衰期较长且易引发皮肤光敏 反应p]，人们转向研发第二代光敏剂。
第二代光敏剂主要包括卟啉类的衍生物、酞
communication是什么意思收稿日期:2020-12-01 接受曰期:2021-01*07
云南省教育厅科学研宄基金项目(批准号:2020J0343)资助的课题
*通讯作者。Tel: 0871 ~65920148,E-mail:******************
Received: December 1, 2020 Accepted: January 7,2021
This work was supported by the Scientific Rearch Fund Project of Y unnan Education Department (Grant N〇.2020J0343) •Corresponding author. Tel: +86-87 卜65920148,E-mail:******************
URL: www.cjcb/arts.asp7ids5489
谢立国等：脱镁叶绿素^-光动力疗法抗前列腺癌的研宄进展
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菁、稠环醌类等。相比第一代而言，它的结构组成 更加明确，组织选择性更好且更加稳定。
第三代光敏剂也被称为新型光敏剂，主要由 两大类组成，一类是以卟啉类、酞菁类等第二代光 敏剂为基础，通过修饰特异性基团而产生的光敏 剂；另一类是光敏物质与纳米材料通过物理或者 化学方式结合构建而成的复合光敏剂。脱镁叶绿 素类化合物大多存在于高等植物、海洋藻类、蚕、 苔藓类之中。这类化合物作为天然光敏剂，广泛应 用于光动力治疗上，不仅在植物自身光合作用的电 子转移和光转化中发挥重要功能，还在临床治疗中 起到诱导光敏化因子的作用[3]。脱镁叶绿素类化 合物能够吸收波长为670 nm 及以上的光，在靶向位 点产生单线态氧、羟基自由基和超氧负离子，从而 发挥抗菌、抗炎、抗病毒、抗氧化和抗肿瘤等药 理作用[4】。
目前，已知的脱镁叶绿素类化合物共有26种， 其中脱镁叶绿素a(pheophorbide a , PPBa )广泛应用 于癌症治疗中。P P B a 联合光动力疗法治疗肿瘤是 一种很有前途的非手术性治疗肿瘤的手段。
虽然目前对PPBa -PDT 的研究已取得了巨大进 展，但其抗前列腺癌的具体机制尚未明确，本综述将 从脱镁叶绿素结构特征、应用、抗前列腺癌作用及 其机制等几个方面来介绍PPBa 。
1 PPBfl 的化学结构及其特征
脱镁叶绿素类化合物从结构上可分为七类，分 别为 Phaeophytin 、Pheophorbide 、Chlorophyllone 、
Purpurin 、Corallistin 、Bonellin 和Benzoporph (图 1)。
作为研宄最广泛的叶绿素类化合物，PPBa 化学 结构一般由含4个甲基、1个乙基、1个乙烯基、1个 甲氧羰基和1个丙酰基的四吡咯环组成。最为典型 的特点是C -13和C -15之间形成五元环。
叶绿素a 经过叶绿素酶和镁脱氢酶介导的脱植 醇化反应和脱金属产物反应后形成P P B a (图2)[5]。
P P B a 的UV -vis 光谱Soret 带位于390 nm , Q 带位于
500-700 nm ，可被波长大于630 nm 的红光激活（图 3)'因此成为光动力疗法中光敏剂的合适选择。
2 PPBa 的应用
2.1抗肿瘤活性
PPBa 可抑制多种人类癌细胞生长(表1)，如肝细
胞癌m 、子宫癌肉瘤'头颈癌[9]、食管癌[1°]、胶 质母细胞瘤[111、结肠癌细胞[1]和乳腺癌细胞™等。
20世纪90年代，RC )EDER ^[131比较了多种光敏 剂在Lew is 肺癌小鼠体内的光动力效率和光物理性 质，发现PPBa 光敏效果更强。1^?0221等[14]的研究 发现，PPBa 在14 J /cm 2光辐射下，对不同类型的癌细 胞均存在光动力效应，其IC 5〇值约为70-200 nmol /L 。
Corallistin compounds
图1脱镁叶绿素类化合物
Fig.l
Pheophytin compounds
594.综述.
Chlorophyll a
图2脱镁叶绿素fl合成途径
lanier
Fig.2 Synthetic route of pheophorbide a
PPBa (dotted line)
mPEG-PPBa (full line)
Spectrum /nm
图3 PPBa和mPEG-PPBa在PBS/DMSO(9/l)中的吸收光谱(根据参考文献丨6]修改）Fig.3 Absorption spectra of PPBa and mPEG-PPBa in PBS/DMSO (9/1) (modified from the reference [6])
单独使用P B B a对乳腺癌细胞无明显效果，但 PPBa-PDT对MD-M B-231(人乳腺癌细胞)具有明显 的细胞毒性[15]。对U87M G(人恶性胶质母细胞瘤细 胞)也具有强效抗癌作用，但对正常H UYEC(人脐静 脉内皮细胞)无毒性作用[11]»同时，PPBa-PDT对雄 激素依赖性前列腺癌细胞具有强效致命性，对细胞 增殖具有明显抑制效果[16]。丁人\〇等[17]先后证实了 PPBa-PDT对Hep3B(人肝癌细胞)和M ES-SA(人子宫 肉瘤细胞)具有抑制效果，能够显著抑制其增殖，并发现PPBa-PD T主要通过激活线粒体依赖性凋亡途 径诱导细胞程序性死亡。tti
HOI等研宄发现，PPBa-PDT对于不同类型人 乳腺癌细胞(M CF-7/M DA-M B-231)均存在促进凋亡 作用，同时他们建立了雌性荷瘤BALB/c裸鼠动物模 型，证实了PPBa-PDT能显著抑制MCF-7荷瘤裸鼠肿 瘤增殖。
【18]验证PPBa-PDT在体内和体外对YD-10B(人口腔鱗状细胞癌）的作用，发现在AT
-84动物
帕克回家谢立国等：脱镁叶绿素1光动力疗法抗前列腺癌的研宄进展595
表1PPBfl对不同类型癌细胞的抗癌活性
Table 1Anticancer activities of PPBa against different types of cancer cells
细胞系 Cell lines 作用通路
Pathway
半抑制浓度
IC5〇
Brukitt lymphoma (Raji cells)Not clear 3.30 ^mol/L Hepatocellular carcinoma (Hep3B)Extrinsic and intrinsic apoptotic pathway 1.50 M，m ol/L Uterine sarcoma (MES-SA)Intrinsic apoptotic pathway0.50 nmol/L Resistant human hepatoma cell (R-HepG2)INK pathway0.60 |imol/L Human breast adenocarcinoma (MDA-MB-231)JNK pathway0.50 ^imol/L Human breast tumor (MCF-7)Extrinsic and intrinsic apoptotic pathway0.50 ^imol/L Human oral squamous cell carcinoma (YD10B)Inactivating ERK pathway0.50 ^mol/L Murine oral squamous cell carcinoma (AT-84)Apoptotic pathway0.25 ^imol/L Glioblastoma cells (U87MG)Apoptotic pathway 2.80 ng/mL
模型中实验组肿瘤体积显著降低，最高可抑制60%肿瘤生长，同时阐明其机制，PPBa-PDT通过产生活 性氧(reactive oxygen species,RO S)抑制 E R K憐酸 化过程，激活内源性凋亡途径，从而引起细胞凋亡。CHO等1n]研究发现，PPBfl呈剂量依赖性方式影响人 胶质母细胞瘤细胞U87M G生长。
RUIZ-GO NZ人L E Z等【|9]使用 0.4|amol/L阿霉素 (doxorubicin,DOX)处理HeLa细胞（人宫颈癌细胞）24 h，洗涤后补加 2 pmol/L PPBa和 0.4 pmol/L DOX 共同孵育4 h，相比常规疗法提高25%的细胞凋亡率; 使用 2 jmiol/L PPBa联用 0.2 gmol/L DOX处理 HeLa 细胞，能显著降低其细胞活力
ZH AN G等联用化学-光动力疗法，制备了 DOX/F127-PPBa胶束，联合光动力疗法治疗黑色素 瘤，相比单独使用而言，具有更好的治疗功效。
前列腺癌作为世界上最常见的恶性肿瘤之一，同时也是男性癌症相关死亡的第二大原因1211。传统 治疗前列腺癌方案包括手术、放射性治疗、化疗和 抗激素药物治疗等。如今前列腺切除是治疗前列腺 癌的一线治疗手段，但手术切除或放射性治疗预后 较差和风险较大，同时伴有严重副作用，如血尿、勃 起障碍、排尿困难等，故低风险前列腺癌患者不建 议采用此类疗法，并且部分前列腺癌患者往往易发 展为雄激素非依赖性前列腺癌，因此，寻找有效的 前列腺癌治疗手段是目前抗前列腺癌研宄的热点之
一。相比传统治疗手段，PDT具有特异性高、并发 症少等特点，因此广泛应用于癌症治疗。
通过对11项研宄中654名患者进行分析，发现了 PDT对于治疗前列腺癌确实是有效的，并验证了该 疗法的安全性[22]。研究发现，PDT在根治性前列腺切 除术后复发和先前放疗失败患者的后续治疗中发挥 重要作用，且相比于传统疗法副作用较小[23]。经过 一系列临床研宄发现，难治性膀胱癌或者原位膀胱 癌，经PDT治疗后3-4个月有效率为60%~100%，治疗 后1~3年内复发率仅为40%〜70%。
在体外实验中，使用单纯疱疹病毒I型胸苷激 酶/更昔洛韦联合焦脱镁叶绿素-a甲酯介导的PDT，选取4 J/cm2、（670±10) nm波长光照联合治疗处理后PC-3M(人前列腺癌细胞)存活率显著降低，联合 治疗组细胞存活率仅为约10%p4]。PPBa-PDT对雄 激素依赖性前列腺癌具有一定的治疗效果[251。实 验发现，以不同浓度PPBa联合声光动力学疗法相比 单独声动力学/光动力学疗法效果更好，能有效抑制 LNCaP(雄激素依赖性前列腺癌细胞)和PC-3细胞系 的细胞增殖率，证实PPBa介导的声光动力学疗法更 能有效激活前列腺癌细胞的凋亡机制[261。
2.2抗病毒活性
011丁八等[271通过NMR(nucIear magnetic resonance)和MS(mass spectrometry)分析发现，由藻类中提取的脱镁叶绿素化合物能显著抑制单纯疱瘆病毒 (herpes simplex virus,HSV)活性，纯化后 5 ng/m L即能完全抑制细胞吞噬作用。从植物巴戟天和焦脱镁 叶绿酸a提取的PPBa对于丙型肝炎病毒具有明显的 抗病毒活性，其IC5。分别为0.3 [ig/mL和0.2 ng/m L[28]。
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.综述.
2.3抗氧化活性
1990年，采用抗氧化剂硫氰酸铁方法首次证实
PPBfl 存在一定的抗氧化作用％
通过p -胡萝卜素漂
白法进一步证实PPBa 存在抗氧化活性，但其抗氧化 效果低于PPB 6。光谱分析表明，绿藻浒苔中有效的 抗氧化活性成分物质主要为PPBa ^。2.4抗寄生虫活性
利什曼原虫是引发利什曼病的主要原因。研宄 发现，PPBa -PDT 能有效抑制亚马逊乳杆菌前鞭毛体 和拟扁桃体增殖。该处理能够增加活性氧和活性氮
(reactive nitrogen species , RNS )的水平，使其产生氧
化应激反应，并通过改变线粒体膜电位，使线粒体功 能出现障碍，致使利什曼原虫死亡【3〃。
3 PPBfl -PD T 抗前列腺癌作用机制
探寻抗前列腺癌相关机制对于研宄PPBa -PDT 抗 癌作用至关重要。目前，研宄发现的机制包括以下 几种(图4)。
3.1通过激活前列腺癌细胞中氧分子，增加单线 态氧和活性氧释放
PPBa -PDT 主要依靠光动力效应来发挥治疗作
用，通过光动力反应使光、光敏剂和氧分子在目标 组织中相互作用(图5)，产生预期效果。
主要通过以下反应来激活氧分子：
(1)在给予光敏剂和适当波长光的条件下，光敏
剂以某种方式进入细胞后吸收光，从单重态S 〇转变 成激发态5,，同时产生能量。部分能量以荧光形式 辐射(该部分多用于光动力诊断)，剩余能量引导光 敏剂分子形成激发三重态T P 2#。在三重激发态T 1 下，光敏剂将能量转移至周围生物分子中，通过与靶 向组织间转移氢离子或电子，形成自由基和阴离子 自由基；之后电子和氧分子相互作用，生成溶于细胞 内的ROS ，进而引发氧化应激反应，在长期的氧化应 激条件下，破坏动态平衡，激活细胞死亡机制，如凋 亡、坏死、自噬等从而达到治疗效果。
(2)
三重激发态条件下，能量直接转移至基本
jdf
态氧分子中，产生单线态氧[3'单线态氧具有极强 的氧化性，氧化生物大分子，引起脂质过氧化物酶失 活、蛋白质变性、交联和结构变化，造成靶向组织 或部位损伤甚至直接死亡[3\
(3)
光激活后，脂质过氧化和线粒体膜的去极化
开始进行，同时ROS 靶向线粒体，导致细胞色素C 释 放，促使癌细胞凋亡。
3.2影响线粒体膜蛋白并诱导细胞膜损伤
线粒体在细胞程序性死亡中发挥重要作用， 为抑制肿瘤增殖提供了靶点。线粒体靶点通过阻 碍癌细胞线粒体功能，致使癌细胞内RO S 水平增加 并激活内源性死亡信号通路，诱导线粒体释放细胞 色素C ，促进其与调亡酶激活因子-l(apoptotic pro
teaactivating factor -1, A paf -1) 结合形成阔亡体
Fig.4 Mechanism of pheophorbide a
against prostate cancer
