介绍光动力治疗的化学基础

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2007-11-21

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审评三部马磊

摘要：从光化学反应的机制和特点出发，介绍光动力治疗与光敏化反应之间的内在联系。
关键词：光动力治疗光化学反应光敏剂

人类采用自然光治疗疾病有着非常悠久的历史。早在4000年前，就有古埃及人吞服含光敏剂的植物，然后曝露在阳光下治疗白癜风的记载。自上世纪初开始，对于光疗（phototherapy）的研究报道日益增加。通常情况下，以电子波谱中的可见光、以及与可见光接近的紫外和红外光的能量作为治疗手段的光照疗法可以分为两种类型：一种是直接光照治疗，临床上光照治疗小儿黄疸即是这一类型的典型例子；另一种类型则是在对病人的局部或全身给与光敏剂的前提下，以特定波长的光照射病灶部位，使之发生光敏化反应，进而产生各种高反应活性的化学物质，来达到破坏病灶、治疗疾病的目的。第二种光疗类型是光敏化作用在医学上的应用，又称为光敏化治疗（Photodynamic Therapy）。
光动力治疗的化学基础是光化学反应。在化学反应动力学的完整框架下，我们通常所说的化学反应一般是指热化学反应，即通过提供热能，可以使通常情况下不发生反应的惰性分子变成活泼分子，可以使慢反应变成快反应，而且随着温度升高，反应速度会越来越快，甚至发生爆炸。光化学反应则是一种完全不同的过程，在这一过程中，热能并非引发或者加速反应的关键影响因素。在适当波长的光照下，光化学反应甚至可以在极低的温度下发生。
光反应是由光照引发的，当分子吸收特定波长的光子后，会引发电子跃迁到达激发态，处于激发态的分子能量很高且极不稳定，急于通过光化学或光物理过程释放能量，重回基态。但是我们知道，电子跃迁是一个量子化的过程，也就是说只有当分子接受的光子的能量与电子跃迁能级间的能差接近时，才会发生电子跃迁。而光辐射的能量是由波长决定的（E＝hn），因此，对于某个特定结构的分子，只有吸收特定波长的光才能发生电子跃迁，并进而发生光化学反应；对于其它波长的光照则无动于衷。
激发态的分子处于一种高能态，性质极不稳定，就如同发疯的猛兽一般，在某些特定的环境里可能产生极大的破坏作用。光动力治疗就是利用了激发态分子的这种破坏性作用。一般认为，光动力治疗的化学机制主要包括两种类型，分别称为I型反应和II型反应。I型反应是指采用适当波长的光激发光敏药物到达高能激发态，激发态的药物与环境中的其它分子发生电子转移或氢原子转移反应，生成自由基或自由基离子来达到组织损伤的目的；II反应是指激发态的药物分子与氧分子发生能量传递生成单重态氧（1O2）后者是一种高反应活性物质，具有强亲电性，能够与多种生物分子发生氧化反应，如核酸、蛋白质、不饱和脂肪酸等。两种机制的主要差别在于反应过程中是否有单重态氧的参与。
实际上，光动力治疗研究的起始是光敏反应对生物机体的伤害作用。因此无论是光动力治疗还是某些药物（如喹诺酮类药物）的光毒性反应，其本质都是由光能引发的一系列对生物机体的损伤反应。所不同的是光毒性是一种与治疗作用的相伴的副反应，而光动力治疗则是一种针对病灶的积极的治疗手段，是在破坏中进行建设的过程。

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