2025年Cancers最新期刊揭示5-ALA在抗肿瘤中的先进效果
在对抗癌症的战争中,科学家们一直在探索如何更聪明地调动人体自身的免疫系统来攻击肿瘤。近日,一项由日本著名肿瘤学家前川英高发表于Cancers期刊的研究,为我们揭示了5-氨基乙酰丙酸(5-ALA),在光动力疗法(PDT)中扮演的全新角色:它不仅能直接杀死癌细胞,更能奇妙地激发全身性的抗肿瘤免疫反应。
这项研究的核心发现是:用低剂量光照的5-ALA-PDT处理过的肿瘤细胞,在被注射回体内后,竟然能够像“癌症疫苗”一样,激活体内的CD8+ T细胞(免疫系统的“主力杀手”),促使它们浸润并攻击远端的其他肿瘤。 这意味着,对局部肿瘤进行治疗,可能对体内其他尚未被发现的转移灶产生“隔山打牛”式的抑制效果。
研究还发现,这种神奇的免疫激活与一种名为“钙网蛋白”的信号分子有关。经过特殊处理的癌细胞会在表面高表达这种蛋白,相当于向免疫系统举起了“我是坏细胞,快来消灭我和我同类”的旗帜。
更令人振奋的是,为了将这种方法应用于血液系统恶性肿瘤(如白血病、淋巴瘤),研究团队独创性地开发了一套“体外血液循环光动力治疗系统”。简单来说,就是将患者血液引出体外,让血循环系统中的癌细胞接受5-ALA-PDT的“精准打击”后,再回输体内。实验证实,该系统能有效杀死循环中的肿瘤细胞,并诱导肿瘤特异性的原卟啉IX(PpIX)积累,为治疗提供了清晰的靶点。
总结而言, 这项研究不仅揭示了5-ALA-PDT作为一种免疫激活剂的巨大潜力,还为攻克血液癌症提供了一种全新的、可能比传统化疗副作用更小的治疗策略。它标志着癌症治疗正朝着“诱导免疫、系统抗癌”的精准医学方向又迈出了坚实的一步。
5-氨基乙酰丙酸
5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)是一种天然存在于所有有核哺乳动物细胞中的氨基酸,同时也是血红素生物合成途径中的第一个前体物质(Rehani et al., 2019; Howley et al., 2023)。在光动力疗法(PDT)与光动力诊断(PDD)中,外源性施用5-ALA可绕过该合成途径的限速步骤,促使原卟啉IX(PpIX)在肿瘤组织中选择性积累。PpIX作为一种荧光团兼光敏剂,在特定波长光照下可产生活性氧(ROS),从而选择性诱导癌细胞死亡。基于上述机制,5-ALA在癌症诊断与治疗方面显示出重要的应用潜力。此外,它在糖尿病管理及植物生长调节等其他领域也展现出多样化的功能。
5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)是一种内源性氨基酸,存在于所有有核哺乳动物细胞,并为血红素生物合成途径提供了首个前体(Rehani et al., 2019; Howley et al., 2023)。其在光动力干预中的应用关键在于:外源性5-ALA能够绕过血红素合成的限速步骤,促使原卟啉IX(PpIX)在肿瘤组织中选择性积聚。PpIX作为光敏剂与荧光分子,在特定波长光激活下可产生活性氧(ROS),实现对癌细胞的选择性杀伤。正是基于这一特性,5-ALA在癌症诊疗领域显示出广阔前景,并在糖尿病管理与植物生长调控等其他领域展现出多样化功效。
一、基于靶点的癌症识别与干预
Part.01
1. 光动力荧光诊断(PDD)
5-ALA 能够在肿瘤细胞中选择性地蓄积原卟啉IX(PpIX),这一特性使其成为一种高效的肿瘤荧光诊断工具。在蓝光激发下,PpIX 可发出鲜明的红色荧光,从而在外科手术中清晰勾勒出肿瘤边界,辅助医生实现更完整的病灶切除(Namikawa et al., 2015; Aebisher et al., 2024)。例如,在浅表性膀胱癌的诊断中,膀胱内灌注 5-ALA 后进行荧光检测,可显著提升病变识别的准确性(Popken et al., 2000; Inoue et al., 2006)。此外,动物模型研究也显示,5-ALA 所诱导的荧光在腹腔镜下诊断卵巢癌腹膜转移方面具有潜在应用价值(Canis et al., 2001)。
如图所示,在胸膜恶性肿瘤模型中,5-ALA介导的光动力诊断(PDD)可依据荧光差异有效区分组织性质。其原理在于肿瘤细胞对5-ALA的选择性富集与代谢,导致光敏物质PpIX在异常组织(U)中特异性蓄积,进而在蓝光激发下产生强烈的紫色荧光;与之对照,正常组织(C)仅呈现本底的粉红或蓝色。这种荧光反差为术中精准识别肿瘤边界提供了依据(Prosst et al., 2002)。
2. 光动力治疗策略(PDT)
5-ALA光动力疗法(5-ALA-PDT)是一种已被批准用于多种癌症的微创治疗手段,尤其在皮肤癌前病变和早期皮肤鳞状细胞癌中应用成熟(Schary et al., 2022; Rice et al., 2025)。其作用机制依赖于肿瘤细胞对原卟啉IX(PpIX)的特异性蓄积,后者在光照激活后可产生大量活性氧(ROS),进而诱导癌细胞发生凋亡或坏死(XU et al., 2016; Pignatelli et al., 2023)。
该疗法在多种实体瘤中展现出广阔前景。在胶质母细胞瘤中,5-ALA不仅可用于荧光引导手术以提高切除率(Schwake et al., 2022; Aebisher et al., 2024),其PDT方案在体外胶质母细胞瘤类器官模型中也证实有效(Pedrosa et al., 2023)。在消化道肿瘤方面,研究证实5-ALA-PDT对人结肠癌细胞系(如LoVo和CoLo205)具有细胞毒性(马红京, 2008),基于LED光源的PDT方案也显示出治疗潜力(HATAKEYAMA et al., 2013);此外,它对口腔癌和胰腺癌细胞具有抗肿瘤作用(D'Antonio et al., 2024),并已成功应用于早期食管鳞癌的治疗(Eickhoff et al., 2006)。在泌尿系统中,5-ALA除用于膀胱癌的光动力诊断外,还能直接抑制膀胱癌细胞的增殖(Fahmy et al., 2020)。研究还延伸至其他领域:5-ALA-PDT为女性下生殖道疾病提供了无创精准诊疗新方案(Chen et al., 2024);在动物模型中,它对猫乳腺肿瘤细胞具有细胞毒性,并能有效抑制小鼠皮下模型的肿瘤生长(Lin et al., 2024)。
如图所示,在为期14天的观察中,对照组肿瘤体积持续增长,而经5-ALA-PDT处理的组别则在治疗后出现肿瘤体积的急剧缩小,并在此后维持相对稳定,充分证明了该疗法显著的肿瘤抑制效果(Lin et al., 2024)。
为提升5-ALA-PDT的疗效,多种增强策略已被开发。其中,纳米递送系统被用于解决5-ALA自身渗透性差、生物利用度低及靶向性不足等瓶颈。研究人员已构建了包括PLGA纳米颗粒(Shi et al., 2013)、中空介孔二氧化硅纳米颗粒(Ma et al., 2015)以及金纳米颗粒(Li et al., 2024; Bhattacharya et al., 2023)在内的多种纳米载体,这些系统能有效促进5-ALA在肿瘤组织的富集,从而增强PDT疗效(Zhang et al., 2022; Li et al., 2024; Bhattacharya et al., 2023)。
联合治疗是另一重要方向。研究表明,将5-ALA与铋氧化物纳米颗粒介导的PDT和放疗联用,可协同增强对KB细胞的杀伤效果。当采用叶酸(FA)修饰的5-ALA纳米颗粒进行靶向递送时,能进一步将细胞活力抑制在20%以下,展现出优异的协同抗肿瘤潜力(Akbarzadeh & Khoshgard, 2024)。
疗效对比数据证实,FA-5-ALA纳米颗粒与放疗(RT)及光动力疗法(PDT)的联合方案,能实现深度协同杀伤,将细胞活力成功控制在20%以下,效果显著优于其他对照组合(Akbarzadeh & Khoshgard, 2024)。为全面提升5-ALA-PDT的疗效广度与深度,多种协同方案被开发:与5-氟尿嘧啶(5-FU)联用增强了对黑色素瘤的杀伤(Tahmasebi et al., 2016);甲氨蝶呤(MTX)在皮肤鳞癌模型中显示出药理增敏作用(Schary et al., 2022);而与chlorin e6的联用则实现了对皮肤肿瘤荧光诊断与光动力治疗的双重增强(Efendiev et al., 2024)。
值得注意的是,肿瘤微环境与细胞自身的异质性等因素可能导致5-ALA-PDT耐药(Ebrahimi et al., 2024)。为突破此瓶颈,通过发展高效的靶向递送系统以提升5-ALA的细胞内递送与PpIX转化效率,被认为是克服耐药、放大疗效的核心路径(Ebrahimi et al., 2024)。
二、血糖代谢调控与代谢综合征干预
Part.02
作用机制:5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)可上调线粒体功能,这一机制在葡萄糖代谢调控中至关重要。鉴于线粒体功能障碍是糖尿病核心病理生理环节之一,该机制为5-ALA的代谢益处提供了理论依据(Rehani et al., 2019)。
代谢效益与安全性:临床研究证实,5-ALA与柠檬酸亚铁钠(SFC)联用,能显著改善糖尿病前期人群的血糖指标,包括降低空腹血糖和糖化血红蛋白(HbA1c)(Rodriguez et al., 2012; Yamashita et al., 2014)。并且,该补充方案在正接受口服降糖药治疗的糖尿病患者中也显示出良好的安全性(Yamashita et al., 2014)。
神经心理效应探索:除代谢改善外,5-ALA补充还可能对神经心理产生积极影响。一项针对糖尿病前期中老年人的研究发现,每日摄入15mg或50mg的5-ALA,可能有助于改善情绪并增强个体应对压力的能力,相关评估来源于PDS问卷和感知压力量表(Aquino et al., 2018)。
基于对摄入15mg 5-ALA后所获数据的统计分析(以对数优势比与95%置信区间呈现),本研究发现在PDS问卷涵盖的多项指标中,孤独感与努力程度是两个可能受到干预影响的特定维度。该结果为揭示5-ALA对心理生理状态的潜在调节作用提供了初步的统计证据(Aquino et al., 2018)。
通过对50mg 5-ALA摄入后的感知压力数据进行量化,本图揭示了各项指标的变化趋势。分析发现,“进展顺利”(Going Your Way)条目对应的置信区间显著宽于其他项目,这提示5-ALA对该项压力的潜在影响存在较大的不确定性,其真实效应有待后续研究更精确地评估(Aquino et al., 2018)。
三、其他应用
Part.03
1. 调控植物生理代谢:
5-ALA作为一种有效的植物生长调节剂,通过参与叶绿素合成直接促进光合作用与植物生长。例如,外源5-ALA处理可提升假人参光系统II的光化学活性和抗氧化能力,从而直接促进其后期块根的生长(Ma et al., 2022)。在非生物胁迫方面,5-ALA能增强葡萄的耐盐性,通过改善一系列生理特性来帮助植株在盐胁迫下维持正常生长发育(Daler & Özkol, 2024)。
2. 牲畜生产促进:
将5-ALA用作饲料添加剂以提高农场动物的生产性能、铁稳态和免疫反应已有研究,但其效果在不同报告中表现不一(Hendawy et al., 2020)。
3. 提升机体的氧化还原调控能力及有氧代谢效率:
一项采用安慰剂对照的双盲试验证实,补充5-ALA与柠檬酸亚铁钠(SFC)能显著改善健康志愿者的有氧能力与氧化还原平衡状态(Saga et al., 2024)。
4. 皮肤病方面的治疗效果:
对于寻常痤疮这类毛囊皮脂腺疾病,5-ALA光动力疗法(ALA-PDT)展现出显著的治疗潜力(Zhang et al., 2024)。其中,基于脂质体递送的0.5%低浓度5-ALA-PDT方案提供了一种优化策略,该方案在保证对炎症性痤疮有效的同时,显著减少了治疗相关的光敏感副作用(An et al., 2011)。
安全性方面的考虑
Part.04
尽管5-ALA在多个领域展现出广阔的应用前景,其安全性仍是临床转化中不可忽视的关键问题。在光动力治疗中,较高剂量的5-ALA可能引发细胞损伤,尤其在肝细胞中重复施用时,可诱导卟啉类物质的合成并伴随肝特异性酶的释放,提示存在潜在的肝毒性风险(Weiss et al., 2003)。然而,在糖尿病前期及糖尿病患者群体中,低剂量口服5-ALA被证实具有良好安全性,且未见严重不良事件报告(Perez et al., 2013; Yamashita et al., 2014)。因此,在实际应用中需结合具体场景与剂量对5-ALA的风险效益进行严格评估。
综上所述,5-ALA作为一种多功能化合物,其作用范围已跨越癌症诊疗、代谢疾病调控及农业增产等多个领域,显示出显著的跨界应用价值。未来研究应聚焦于深入解析其分子机制,进一步优化其递送策略,并拓展其临床适应症,特别是在解决PDT耐药性方面,融合纳米技术的靶向递送系统以及与其它治疗模式的联合应用,有望成为关键突破方向(Ebrahimi et al., 2024)。
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