基于光敏剂的疗法促进皮肤伤口愈合的研究进展.pdf

http:/专家笔谈Aug.2023,Vol.40,No.4DermatologyBulletin2023年8 月皮肤2023年8 月第40 卷第4期科学通报基于光敏剂的疗法促进皮肤伤口愈合的研究进展冉雨桐，宁晓莹，夏育民摘要皮肤伤口愈合涉及多重复杂过程，其中细菌感染是阻碍伤口愈合的重要因素之一。基于光敏剂的疗法发展迅速，有望抑制感染及促进皮肤组织愈合。该疗法主要是通过适当的光源照射光敏剂，产生活性氧成分而杀死微生物。同时,它还能调控皮肤常驻细胞的生物学功能,加速表皮再生化、血管生成和组织重塑来促进伤口愈合。最后，该疗法促进免疫细胞的募集，诱导促炎细胞因子产生，增强吞噬细菌与清除细胞碎屑效应。近年，诸多动物模型实验和临床试验，验证了新型光敏剂或治疗新策略在感染伤口中的有效性和优势。本文对基于光敏剂的疗法促进皮肤伤口愈合的机制与发展趋势进行综述。关键词皮肤伤口；光敏剂；光动力疗法；抗感染中图分类号R 751【文献标识码A文章编号2096-4382(2023)04-0419-05Advances in Photosensitizer-Based Therapies for SkinWoundsRANYutong,NING Xiaoying,XIAYumin(Department of Dermatology,the Second Affiliated Hospital of Xian Jiaotong University,Xian710004,ChinaCorresponding authorXIAYumin,E-mail:xiaythorXIA Yumin,E-mail:xiayumin1202 AbstractSkin wound healing involves multiple complex processes,with bacterial infectionbeing one of the most important factors impeding wound healing.Photosensitizer-based therapies are developing rapidly,promising to inhibit infection and promotehealing of skin tissue.The treatments focus on killing microorganisms by irradiatingthe photosensitizer with an appropriate light source to produce reactive oxygen基金项目国家自然科学基金面上项目（8 2 17 3445）作者单位西安交通大学第二附属医院皮肤科，陕西西安7 10 0 0 4通信作者夏育民,E-mail:http:/.420.皮肤科学通报2 0 2 3年8 月第40 卷第4期species.Moreover,they can regulate the biological functions of skin resident cells,accelerating re-epithelialization,angiogenesis and tissue remodeling to promotewound healing.Finally,the therapies promote the recruitment of immune cells,induce the production of pro-inflammatory cytokines,and enhance the phagocytosisof bacteria and clear cellular debris.In recent years,numerous animal modelexperiments and clinical trials have verified the effectiveness and advantages of novelphotosensitizers or therapeutic strategies in infected wounds.This article reviews themechanisms and development trends of photosensitizer-based therapies to promoteskin wound healing.Key wordsSkin wound;Photosensitizer;Photodynamic therapy;Anti-infection皮肤伤口愈合是一个复杂的、动态连续的过程，涉及凝血、炎症、再上皮化、新生血管形成、肉芽组织形成和重塑，各阶段有重叠性 。影响伤口愈合最常见的挑战是感染，长期以来，抗生素被经验性地用于预防伤口感染。耐药菌在全球范围内不断增加，迫切需要在不产生耐药菌的情况下同时控制感染和促进伤口愈合的新策略。在过去的几十年里，基于光敏剂的疗法的研究主要集中于肿瘤性疾病。最近，一些研究已经清楚地证明了基于光敏剂的疗法在感染伤口愈合中的有益作用，其中，光动力疗法（p h o t o d y n a mi c t h e r a p y,PD T）因其治疗细菌、真菌、病毒和寄生虫的功效,而被称为抗菌PDT(aPDT)或光动力灭活2 。本文将对近年来基于光敏剂的疗法促进皮肤伤口愈合的机制与发展趋势进行简要综述。1种类、原理及优缺点基于光敏剂的治疗主要包括光动力疗法和光热治疗(photothermal therapy,PTT）。PD T 的三要素是光照、光敏剂和氧气。光敏剂经光照射后转化为第一激发态，通过发出荧光或热释放能量返回基态，也可以发生系间窜越到激发三重态，随后通过两类化学反应促进活性氧（reactiveoxygen species，R O S）的产生：一是光敏剂通过电子转移反应诱导自由基和自由基离子的产生，二是光敏剂与分子氧反应的能量转移到三重态分子氧，产生高活性单线态氧3。在PTT中,光热剂在受到特定波长的光照射时吸收能量，转变为激发态的单线态，然后发生振动弛豫并回到基态，在此过程中增强了局部区域的产热，引起局部热损伤4。总之,PDT作用机制是产生ROS来诱导细胞毒性，而PTT主要是产生局部热损伤。与常见的抗菌药物相比,PDT和PTT具有不易耐药、高效及选择性杀菌的优点。一般为局部用药，非侵人性的应用及易于与其他治疗方法联用的优势,使其成为治疗感染的新选择5。但在临床应用中也存在一定的局限性，例如光通过生物组织的穿透力有限；疼痛为主要不良反应,其他光毒性病变表现为红斑、水肿、荨麻疹,而糜烂、色素改变、瘢痕形成等较少见6 。然而,这些缺点并不妨碍PDT成为一种有前景的肿瘤和感染的无创治疗方法。2抗感染作用基于光敏剂的疗法对细菌进行非特异性攻击，被认为是一种有潜力的微生物根除方法。生物被膜是保护微生物免受各种环境侵袭的微生物群落，使其对抗菌剂的敏感性显著降低。多项研究表明基于光敏剂的疗法能有效消除微生物，包括细菌、真菌、原生动物和病毒及其生物膜。细菌耐药性的产生是一个临床难题,aPDT在解决细菌耐药性问题中逐渐显示出优势。采用溶剂热法可以合成光谱吸收范围较广（350 7 0 0 nm）的红色荧光发射碳点，其不仅具有抗菌活性，还能通过产生活性氧有效杀灭多重耐药菌，如多重耐药鲍曼不动杆菌和多重耐药金黄色葡萄球菌（MRSA），并且可以消除和抑制MRSA生物被膜的形成，而对正常细胞几乎没有副作用7 。另一项研究用叶啉金属有机骨架搭载硝普钠开发了一种可注射水凝胶，在近红外光照射下，同时产生活性氧和热疗效应，有助于去除MRSA和大肠杆菌的生物膜，还能通过促进血管生成、胶原蛋白沉积和抑制炎症反应来加速MRSA感染和铜绿假单胞菌感染伤口的愈合8 。可见，aPDT对于目前临床上治疗较困难的耐药菌有良http:/.421.皮肤科学通报2 0 2 3年8 月第40 卷第4期好的杀菌效果红色毛癣菌是最常见的皮肤癣菌。亚甲蓝介导的aPDT在体外对红色毛癣菌孢子和菌丝均有抑制作用，且孢子更敏感，其抗真菌疗效与亚甲蓝浓度和光照剂量呈正相关9 。此外,aPDT后皮肤癣菌生物被膜对真菌药物的敏感性增加。白念珠菌细胞壁是叶啉基光敏剂的主要结合位点，辐照后细胞膜变得通透，使光敏剂能进人细胞质，导致细胞死亡。由于作用机制主要位于细胞壁和细胞膜，而非细胞质，因此不太可能产生耐药。人乳头瘤病毒感染与宫颈癌和生殖道尖锐湿疣有关。有研究表明,基于5-氨基酮戊酸的PDT(ALA-PDT)抑制HeLa细胞的增殖,有效降低病毒载量，并呈时间和剂量依赖性10 。使用姜黄素作为光敏剂对利什曼原虫前鞭毛体进行PDT治疗皮肤利什曼病，光剂量8 J/cm（450 n m，36 mW/c m222s）可降低利什曼原虫前鞭毛体的活力，并引起细胞形态的明显变化,诱导细胞凋亡。不论细菌、真菌、病毒或原虫，aPDT均表现出优异的抗感染特性。PDT抗感染的临床应用仍处于相对早期阶段，主要治疗浅表和局部感染，伤口感染是最常见的应用。综上所述，aPDT可成功清除多种病原微生物，在临床感染性疾病中疗效显著。3对皮肤细胞的影响皮肤损伤后的伤口愈合涉及多种细胞之间的相互作用，主要包括角质形成细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞、募集的免疫细胞以及相关的细胞外基质。在适当的参数下,PDT可以通过直接影响皮肤常驻细胞的功能和行为来促进伤口愈合，也能诱导中性粒细胞、肥大细胞、单核细胞或巨噬细胞等免疫细胞向伤口部位募集，从而诱导促炎细胞因子产生并促进伤口清除受损组织再上皮化是伤口愈合的关键事件。这一过程需要静止的表皮干细胞的激活、增殖并迁移到损伤部位，分化为各种表皮细胞，最终发育构建出完整的皮肤。ALA-PDT可以增加瞬时扩增细胞（具有增殖能力的表皮干细胞子代细胞）的比例,增强表皮干细胞增殖、迁移和分化来加速伤口闭合，从而促进再上皮化12 。研究表明成纤维细胞功能障碍是慢性溃疡不愈合的关键因素,而PDT能使成纤维细胞早期激活。成纤维细胞的增殖和分化可能是通过触发磷酸肌醇3激酶、蛋白激酶B磷酸化和细胞外信号调节激酶信号通路实现的13。PDT增强成纤维细胞的功能活性，从而促进伤口修复。中性粒细胞是最先到达伤口的免疫细胞，其浸润在4h达到高峰。在PDT的影响下，成纤维细胞最初通过表达热休克蛋白，触发NF-kB通路，促使巨噬细胞分泌促炎细胞因子如肿瘤坏死因子（T NF）-、白细胞介素（IL)-1、IL-6 和巨噬细胞炎性蛋白-2,由此可以促进中性粒细胞迁移14。中性粒细胞被动员后，随之转换为单核-巨噬细胞反应。ALA-PDT可激活和促进巨噬细胞从损伤早期的促炎M1表型到中后期的抗炎M2表型,这种变化与炎症因子（IL-1,TNF-）/生长因子（转化生长因子-1、血管内皮生长因子）比例的改变一致,说明PDT通过促进抗炎因子的释放来减弱免疫炎症反应对组织细胞的损伤15。以往研究表明,PDT可引起固有免疫系统的有益激活，促进伤口愈合，但其在适应性免疫反应中的作用仍有待探索。4对动物模型的影响最近，PDT在组织再生和伤口愈合方面的潜力引发许多关注。在将PDT应用于人体临床试验之前，已经用各种动物模型进行了许多体内研究，包括烧伤、切除和擦伤等。大部分研究的伤口是被感染的。细菌感染会扩大炎症反应，产生毒力因子，从而加重对局部组织的破坏，延缓愈合。研究表明，在烧伤伤口中，基于光敏剂5-氨基乙酰丙酸甲酯（MAL）的PDT（光剂量2.5J/cm）产生的局部的、短暂的ROS可以调节干细胞和组织的功能，激活小鼠皮肤和毛囊干细胞的细胞增殖，从而促进伤口愈合和毛发生长16 。刘全宏教授研究小组17 开发了基于智能水凝胶的啉光敏剂华卧啉钠和碱性成纤维细胞生长因子纳米杂化材料，在30J/cm的温和光照下，8 M材料（用华叶啉钠浓度定量）在体外对金黄色葡萄球菌和MRSA的清除率几乎达到9 9.9 9%，并在这些烧伤创面中发现生长因子增加，促炎因子减少，促进小鼠烧伤伤口的愈合。所以,PDT不仅具有抑菌作用,而且有利于烧伤伤口的愈合。手术切口是另一种常见的伤口类型。有研究15 将小鼠全层皮肤切除后建立急性感染模型，发http:/O1XOXZ：42 2皮肤科学通报2 0 2 3年8 月第40 卷第4期现ALA-PDT处理后铜绿假单胞菌的负荷明显减轻进一步的机制探索表明PDT不仅杀灭细菌,还通过调节炎症因子、影响巨噬细胞极化状态、促进肉芽组织形成、血管生成、胶原再生和重塑等促进皮肤感染伤口的愈合。最近一项研究建立小鼠浅表皮肤擦伤感染模型后分别使用MB-aPDT(635nm,74J/cm）、M B-a PD T和每日外用莫匹罗星联合或仅使用莫匹罗星治疗。结果表明MB-aPDT诱导的伤口愈合效果最好。MB-aPDT联用莫匹罗星后提高了抗菌活性，但对伤口愈合没有助益18 。关于擦伤伤口的研究大多集中于PDT的抗菌性能,治疗后观察到明显杀菌效果。无论伤口类型如何,PDT均能有效促进其愈合。然而，也有一些研究存在不同的结论。在2 0%MAL联合10 0 mW/cm光照强度的PDT处理后第2 周观察到延迟的伤口再上皮化，CD31阳性血管较少，I型胶原蛋白密度没有增加。因此,推断PDT延缓了小鼠急性伤口愈合19 。这种差异可能是由于光照强度、光敏剂或观察期长短不同造成的。低水平的光照强度被证明具有刺激作用，而高水平的光照强度可以对细胞产生抑制作用。5对人体皮肤伤口的影响鉴于PDT在体外和动物研究中表现出的优异杀菌效果,以及对皮肤细胞的生物刺激和促进伤口愈合的作用，已被应用于人体伤口的研究。临床研究涉及多种伤口以及其他疾病的难治性溃疡性病变，如皮肤利什曼病、脂质坏死、寻常型天疱疮等。慢性腿部溃疡常见但具有挑战性,PDT在临床上逐渐应用于慢性腿部溃疡。一项研究用含0.5%ALA和0.0 0 5%乙二胺四乙酸二钠（410 nm,10J/cm）的PDT治疗常规治疗1个月无效的、合并MRSA和铜绿假单胞菌感染的皮肤溃疡，联合每天简单的清创处理，连续2 8 d的PDT治疗后，7 例病人中有6 例的伤口面积减少了40%2 0 。PDT治疗后肥大细胞脱颗粒指数增加及神经元介质表达增加，初步提示ALA-PDT可能通过刺激静息状态的外周神经以促进慢性腿部溃疡的愈合，其机制可能是通过肥大细胞脱颗粒释放炎性分子2 1。进一步更详细的机制仍需要更多的研究糖尿病足溃疡的治疗非常棘手，感染是与延迟愈合和截肢风险增加相关的最常见并发症,PDT联合全身抗生素治疗糖尿病足溃疡预后较好。在一项多中心研究中2 ,6 4 例糖尿病足溃疡患者接受重复PDT（红光照射8 min,60J/cm），以研究RLP068对细菌负荷和溃疡愈合的影响，单次治疗后细菌负荷明显减轻，获益持续2 周。在随访期间，即使是感染了革兰氏阴性菌或骨外露的患者，溃疡面积也明显缩小。另一项研究中2 3,5 例感染性糖尿病足溃疡患者经2 0%ALA-PDT（6 35n m，10 0 J/c m,80mW/cm）联合清创控制感染，治疗后所有感染性糖尿病足溃疡分泌物中均未检出细菌。研究者推断ALA-PDT不仅可以控制感染，也是促进伤口愈合、避免感染糖尿病足截肢的有效方法皮肤利什曼病主要表现为瘢痕皮肤溃疡。1例15岁男童因小腿溃疡接受PDT治疗,既往对五价锑、口服氟康唑和局部酮康唑耐药，反复ALA-PDT后溃疡完全愈合2 4。与系统治疗相比,这种方法应该被认为是一种有前景的抗寄生虫治疗，特别是对于耐药病例。MAL应用于寻常型天疱疮患者颈部的持续性溃疡，经过两次PDT(635nm，光剂量37 J/cm）治疗后完全愈合2 5。MAL-PDT可能是治疗寻常型天疱疮患者难治性溃疡的有效辅助手段。值得注意的是，以上研究均显示了PDT对伤口愈合的益处，尤其是对于一些复杂且难以愈合、对常规治疗耐药的慢性溃疡。然而，也应认识到一些局限性：临床资料不详，样本量较小，有些研究只是个案报告或病例系列；随机对照研究有限；使用不同的光敏剂，治疗方案不同，治疗周期不等，目前尚无标准化治疗方案;缺乏不同光敏剂PDT疗效的对比研究。未来需要更多大样本、多中心的临床研究来探讨PDT在伤口愈合中的作用。6结语PDT不仅具有良好的杀菌效果，还能促进皮肤再生过程，从而促进伤口愈合。不同的光敏剂已被用于不同的体外实验和动物实验，然而仅有几种光敏剂被应用于临床，未来需要更多的研究探索该疗法更详细的分子机制，开发更广泛的光敏剂品种，例如结合一些功能活性基团以提高疗效，或是通过脂质体、磁性纳米粒子、金属有机骨架等运输载体将其递送到靶组织以提高选择性。PDT的出现将减少抗生素的应用，减缓耐药菌株的出现，为难治性皮肤溃疡的治疗提供了一种有前景的武器http:/.423.皮肤科学通报2 0 2 3 年8 月第40 卷第4期参考文献1 Rousselle P,Braye F,Dayan G.Re-epithelialization of adult skinwounds:Cellular mechanisms and therapeutic strategies J.AdvDrug Deliv Rev,2019,146:344-365.2 Piksa M,Lian C,Samuel IC,et al.The role of the light source inantimicrobial photodynamic 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