1、光動力療法原理；鮮紅斑痣的病理解放軍總醫院激光醫學科 顧瑛光動力療法機理 光動力療法（Photodynamic therapy，PDT）的作用機理包括了三個層次，首先是光敏劑吸收光后產生光毒性物質，其次是這些毒性物質破壞生物大分子，最后導致細胞和組織的破壞，產生生物學效應。分述如下：在光動力過程中，光敏劑分子發生能級的變化基態光敏劑吸收光子的能量后，經單重態（壽命11000 ns）系間竄越到三重態（壽命11000 s），三重態敏化劑可進行以下兩種形式的反應1：經過氫原子或電子轉移，直接同底物或溶劑反應，形成自由基或自由基離子，此型反應叫類型（Type）反應；將能量轉移給分子氧，形成單線態氧，單

2、線態氧是高活性的氧化劑，可使底物被氧化，此型反應叫類型（Type）反應。型反應的產物統稱活性氧（Reactive oxygen species，ROS），活性氧除了單線態氧、超氧陰離子、羥自由基、過氧化氫外，還包括脂質過氧化的中間產物LO·、LOO·和LOOH·。也有人還把臭氧O3和幾種氮的氧化物包括在內2。圖1 光敏化作用的兩種類型 ROS與生物大分子的作用可被ROS破壞的生物分子，包括某些有機酸、醇、胺、碳水化合物、含氮雜環分子、核酸和某些核酸堿基，一些植物激素、蛋白和某些氨基酸，吡咯、膽固醇、不飽和類脂、某些維生素等。單糖，多糖如纖維素，復糖如肝素和透明質酸

3、，都可以被ROS氧化。脂類如脂肪酸、脂肪、磷脂、類固醇及其衍生物，不飽和脂肪酸及含不飽和脂肪酸的脂肪和磷脂等在光動力過程中被破壞，形成復雜的產物。在大致20個氨基酸中僅有五個可以在光敏劑存在下被快速光氧化，它們是含硫醇的半胱氨酸、含咪唑基的組氨酸、含硫醚鍵的蛋氨酸、含吲哚的色氨酸和含酚的酪氨酸。這些氨基酸都含富電子的側鏈。有100多種蛋白都可以被光敏氧化。蛋白分子的作用點一般是上述提到的五種氨基酸殘基，處在蛋白分子表面的敏感的殘基被氧化的速度比埋在蛋白內部的要快得多。如果蛋白是非折疊的，所有的敏感殘基都可被氧化。大多數情況下肽鏈在光動力反應后并不斷裂。經光動力過程處理的蛋白的物理化學性質會發生

4、很大的變化，如吸收光譜、聚集性質、金屬同蛋白結合的性質、構象、光學活性、溶解性、粘度等。它們正常的生物功能都會變化或遭破壞，如幾乎所有的酶都可以失去他們的生物催化性質；有的蛋白的抗原性以及它們同抗體反應的能力降低；一些肽荷爾蒙如血管緊張素，胰高血糖素，胰島素受到光動力作用時，生物功能被破壞，來自細菌、植物和蛇的毒性蛋白也會失去活性。對嘌呤和嘧啶、核苷和核苷酸、以及一些有關化合物進行過研究。在生理條件下，嘌呤比嘧啶更容易被光敏氧化，鳥嘌呤和它的衍生物比其他嘌呤更敏感。DNA的單股鏈會斷裂，除了鏈斷裂，還會引起構象的變化、光譜位移、溶液黏度降低、易被酶分解等生物活性發生變化，進而核酸翻譯活性被改變

5、。除了上述生物分子以外，還有些生物分子對光動力攻擊也是敏感的。如維生素C在光敏劑卟啉的作用下可發生光氧化，形成自由基。鯊烯形成過氧化物，另外象維生素E、維生素B12、黑素等都可被不同程度地光氧化。細胞殺傷作用PDT可直接殺傷細胞。就大多數光敏劑而言，細胞膜、線粒體和溶酶體是對PDT最敏感的亞細胞結構，其他細胞器如內質網、微管、核糖體、細胞核等也可都可能受到損傷破壞。當細胞結構的損傷破壞達到不可修復的程度時，細胞就會死亡。細胞膜的主要成分是脂質和蛋白質，兩者對光敏作用都很敏感。PDT可引起膜蛋白肽鏈內、肽鏈間的共價交聯，Na+ /K+ ATP酶、Mg+ ATP酶、5-核苷酸酶等多種與膜結合的酶失

6、去活性，導致膜轉運功能障礙，核苷和氨基酸轉運被抑制，鈣、鈉離子進入細胞增加，鎂、鉀離子外流。PDT可使細胞膜脂質過氧化物積聚，脂膜流動性降低。單態氧使膜脂中不飽和脂肪酸被氧化成丙二醛，破壞膜結構的完整性，可引起紅細胞溶血反應。光動力可引起線粒體的顯著破壞，線粒體的呼吸活動和氧化磷酸化中斷、鈣離子攝取被抑制，線粒體腫脹，線粒體膜破裂。PDT后細胞內ATP水平下降，且與藥物濃度和照光劑量呈依賴關系。PDT對細胞核有一定的損傷作用，引起DNA發生單鏈斷裂和形成一些單鏈區，DNA單鏈斷裂和姐妹染色單體交換、DNA-蛋白質交聯等改變。DNA損傷涉及到PDT是否有致癌突變的問題，但迄今尚未見到肯定PDT有

7、致癌突變的報道。許多研究表明，PDT引起的染色體畸變率低于放射線，引起的姐妹染色單體交換也比紫外線低。低劑量HpD-PDT對細胞增殖的抑制作用僅持續數小時，隨即恢復正常，DNA合成抑制在24小時內可逐漸恢復到正常水平，表明DNA損傷的可修復性。此外，溶酶體、微粒體、內質網、微管都可被光動力作用損傷。PDT對照射區域微血管的封閉作用是導致靶細胞損傷的另一重要機制。活體微循環觀察照光開始后數分鐘，微血管特別是小動脈的收縮就比較明顯，局部血流減少。內皮細胞受PDT損傷后，細胞表面電荷消失，導致血細胞貼壁，血流紊亂；同時釋放出許多花生四烯酸類物質，如血栓烷、前列腺素、白三烯B4等，導致血管收縮和通透性

8、增加，血小板聚集，形成血栓，滲出增多，導致組織水腫。綜合作用的結果是造成血流郁滯、血管閉合，靶細胞因缺氧和營養枯竭而死亡。鮮紅斑痣（PWS），又稱葡萄酒色斑，是一種先天性的、良性的、不自然消褪的血管畸形。特點在于血管擴張和血管數目的實際增多。鮮紅斑痣的發病情況及病理特點 鮮紅斑痣（PWS）在人群中的發病率為3。1982年Mulliken根據內皮細胞培養，光電鏡形態學觀察及肥大細胞計數研究，將鮮紅斑痣歸入血管畸形，即具有正常的內皮細胞周期和肥大細胞計數，是出生時即有的，以擴張為特征的血管異常3，表現為明顯可見的粉紅色、平坦、邊界清晰的斑塊。隨年齡的增長，顏色加深變紅、變紫，65的患者在40歲前可

9、增厚和出現結節，創傷后易出血。病灶面積隨身體生長而相應增大，不能自行消褪而延至終身。可發生于任何部位，但以面頸部多見，占7580，多為單側。鮮紅斑痣的畸形特點在于血管擴張和血管數目的實際增多，真皮的血管無神經支配，可能與擴張呈加重趨勢有關，血管進行性擴張使色斑顏色也相應地加重4。 鮮紅斑痣的組織病理學改變為真皮淺層毛細血管網擴張畸形，如圖所示。正常的毛細血管直徑僅為10 m，PWS擴張的血管直徑隨病變程度的不同在60180 m之間，血管的平均深度在表皮下460 m±170 m，畸形血管的內皮細胞無增生，管壁仍為單層內皮細胞構成，病變層表面覆蓋著正常的表皮層。中位型鮮紅斑痣在嬰幼兒期常

10、無明顯異常；成人期僅見真皮乳頭層毛細血管擴張。側位型鮮紅斑痣在10歲以前真皮乳頭層毛細血管擴張不明顯，以后隨患者年齡增長而逐漸擴張。當損害隆起和產生結節時，不僅真皮乳頭層毛細血管擴張，而且真皮深層和皮下組織內部分毛細血管也擴張，擴張血管周圍有排列疏松的膠原纖維，管腔內充滿紅細胞。由于真皮乳頭層毛細血管網管腔擴張，皮膚淺層單位面積的血細胞數量增多，致使皮膚呈現異常的紅或紫紅色。雖然側位型鮮紅斑痣的真皮深層和皮下組織的毛細血管有時也有擴張，但由于位置較深，一般不影響皮膚顏色。鮮紅斑痣病變區的顏色主要取決于乳頭層毛細血管的擴張程度。流程圖參考文獻1 Foote CS. Definition of type and type photosensitized oxidation. Photochem Photobiol，1991，54：659.2 陳瑗，周玫主編.自由基醫學基礎與病理生理. 北京：人民衛生出版社. 2002，8-13.3 Mulliken JB，Glowacki J. Hemangiomas and vascular malformations in i