光动力介导的免疫调控作用及其在口腔医学领域中的作用特点

    光动力疗法（photo dynamic therapy，PDT）是指光敏剂通过近紫外光至近红外光范围内特定波长的激发，利用光化学反应产生活性氧（reactive oxygen species，ROS），损伤光敏剂周围组织的一种治疗方法。PDT在口腔疾病的治疗中有较为广阔的应用前景。一方面，口腔解剖结构特殊，疾病位置表浅，利于局部激光照射。另一方面，口腔相较于皮肤和淋巴组织血液循环更加丰富，药物血液浓度相对更高，有利于光敏剂的局部使用并保护健康组织。
    PDT还可以通过激活免疫应答增强治疗效果，在抑制口腔肿瘤增殖、调节口腔炎性疾病进展及促进口腔组织再生方面具有良好的应用前景。
    1.PDT介导的免疫调控作用
    PDT通过调控自然杀伤细胞（NK细胞）、中性粒细胞、树脂状细胞（dendritic cells，DC）、T细胞及其相关炎性因子的表达介导免疫应答。目前大量PDT相关研究主要集中在肿瘤治疗领域。PDT可以快速募集NK细胞发挥直接杀伤作用，还可进一步激活CD8+T细胞放大杀伤效应。
    PDT也可以通过增加中性粒细胞浸润和损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP）的释放，促进DC的交叉抗原提呈，增强肿瘤的免疫原性细胞死亡（immunogenic cell death，ICD）。部分光敏剂在PDT中发挥抑制炎症的效果，如减少炎症细胞浸润、调控免疫细胞极化、降低组织炎症细胞因子和基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的表达等。此外，PDT可以通过改变血管及血脑屏障通透性等方式调节局部炎症进程。
    具有过氧化氢酶活性的光敏剂可以维持PDT后组织内较低的ROS水平，从而缓解组织氧化应激状态，通过形成免疫抑制微环境，促进内皮细胞、软骨细胞和成纤维细胞的增殖分化。由于免疫细胞特点不同及光敏剂修饰的差异，PDT可选择性地激活免疫细胞。PDT依赖于光化学反应产生的ROS发挥作用。依据PDT主要产生的ROS种类不同可分为Ⅰ型反应和Ⅱ型反应。Ⅰ型反应的特征是通过光敏剂自由基阴离子的电子转移产生超氧阴离子（O2-）、过氧化氢（H2O2）和羟基自由基（OH-）。Ⅱ型反应的特征产物主要是单线态氧（1O2）。
    常见的以Ⅰ型反应为主的光敏剂有吩噻嗪染料、富勒烯和二氧化钛，其优势在于降低了对氧分压的需求，且相较于Ⅱ型反应，其对含有较多色氨酸等光敏性残基的组织细胞毒性更大。Ⅰ型反应是调控巨噬细胞M1极化来发挥抗肿瘤作用的主要原因。而1O2可直接破坏肿瘤细胞和细菌，所以目前临床应用的大多数光敏剂主要依赖于Ⅱ型反应促进肿瘤消融和杀菌。
    2.PDT在口腔医学领域中介导的免疫调控作用
    2.1口腔肿瘤及潜在恶性疾病
    2.1.1口腔肿瘤
    PDT在提高早期局限性口腔鳞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）患者的治疗效果，改善晚期OSCC患者的生存质量方面具有良好的应用潜力。PDT主要通过ROS直接破坏OSCC或募集免疫细胞引起ICD，发挥肿瘤杀伤作用。PDT在口腔肿瘤中对免疫的调节主要表现为巨噬细胞的M1极化、中性粒细胞募集、NK细胞的活化、DC的抗原提呈与T淋巴细胞的募集和活化。负载氯e6（chlorinee6，Ce6）的多功能水凝胶可以成功募集巨噬细胞并调控其转化为具有分泌抗肿瘤细胞因子的M1表型，从而诱导抗肿瘤免疫。
    PDT诱导后的垂死黑色素瘤细胞ML19B01-PDT和ML19B02-PDT含有ICD标志物，如钙网蛋白、高迁移率族蛋白1、热休克蛋白等，以启动抗原呈递细胞的活化，并被骨髓来源的DC有效吞噬，有利于建立抗肿瘤免疫以保护小鼠免受黑色素瘤的再次攻击。PDT处理后的黑色素瘤细胞可以通过增强共刺激信号（CD80、组织相容性复合体）和肿瘤定向趋化性来促进DC的成熟，进而激活T细胞介导的适应性免疫应答。
    研究表明，PDT可以促进NK细胞激活性受体的表达，恢复其抗黑色素瘤效果，导致肿瘤消退和延长生存期。PDT还可以诱导急性炎症来募集中性粒细胞，进而调控肿瘤微环境抑制黑色素瘤细胞的增殖。
    2.1.2口腔潜在恶性疾病
    口腔扁平苔藓（oral lichen planus，OLP）和口腔白斑作为常见的口腔潜在恶性疾病，PDT的疗效不劣于糖皮质激素。Cosgarea等使用氯化吩噻嗪作为光敏剂进行PDT后OLP的黏膜病损范围明显减少，同时发现在血浆中CXC趋化因子配体10（CXC chemokine ligand-10，CXCL-10）的表达降低，黏膜组织中CD4+T细胞和CD8+T细胞的浸润减少。
    Mostafa等的研究指出PDT治疗OLP时，在止痛程度和恢复速度方面优于皮质类固醇治疗。这一结果可能与ROS诱导的线粒体凋亡通路、白细胞介素（interleukin，IL）-1和IL-6的表达局部上调有关。在PDT治疗的前2周可观察到促炎因子分泌增多，而2周后炎症细胞开始减少，这一动态变化过程提示PDT有助于OLP的治疗和术后的组织再生。
    口腔白斑的PDT后完全缓解率和部分缓解率分别为32.9%和43.2%，复发率低于20%。研究显示，PDT6h后CD31阳性微血管密度显著降低，而24h后可见微血管密度增加及中性粒细胞的渗出，通过短时多次的PDT可能有助于增强口腔白斑的疗效。而对口腔白斑施行多次单独激光治疗对疗效无明显改善。上述研究提示通过调控新生血管通透性以增强免疫应答反应是改善PDT疗效的潜在研究方向。
    2.2口腔炎症性疾病
    2.2.1牙周炎
    牙周炎的PDT主要应用在抗菌和促进组织再生方面。低浓度的光敏剂具有良好的生物相容性，局部使用可以在抑制细菌增殖的同时减少对正常牙周组织的损伤。PDT治疗牙周炎的效果与传统龈下刮治和根面平整（scaling and root planning，SRP）效果相近。SRP联合PDT能更好地改善慢性牙周炎患牙的临床附着水平；研究发现，联合治疗后，牙周炎患者龈沟液中IL-1β、IL-6、IL-8和MMP-8的表达显著降低，抗炎细胞因子IL-10浓度升高。此外，ROS引起的巨噬细胞M1极化会促进炎性吸收，而及时清除ROS可在抗菌的同时促进巨噬细胞M2极化。
    Sun等在PDT中应用纳米陶瓷二氧化铈（ceric dioxide，CeO2）来减少ROS积聚，将该复合纳米粒子用于脂多糖诱导的小鼠牙周炎处，光照后数分钟内ROS水平升高，随后CeO2清除过量的ROS。4d后可见牙周组织中巨噬细胞M2极化、牙周成骨标志物表达水平上升。此外，PDT可以杀灭牙龈卟啉单胞菌、放线菌、中间普氏菌等种植体周围炎的致病菌，缓解炎症状态，但作用有限。
    2.2.2牙髓炎
    PDT可以抑制牙髓炎症的进展。PDT应用于根管治疗能显著减少根尖炎症细胞的浸润，但根尖再生的纤维组织较少，这可能与光敏剂的细胞毒性有关，并在动物模型中得到了验证。在兔模型中，应用PDT进行根管消毒可促进根尖周骨组织再生。PDT可以增强牙源性干细胞活性，促进其分化。成牙本质细胞是牙体组织固有免疫的关键组成部分，将5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid，5-ALA）混入矿物三氧化物凝聚体（mineral triozide aggregate，MTA）后光照可有效促进牙髓干细胞成牙本质分化。此外，PDT可促进根尖乳头干细胞分泌血小板衍生生长因子和血管内皮生长因子，增加干细胞活性。
    综上所述，PDT可减少根尖炎性浸润，适量的光敏剂可促进骨组织再生，但该过程中相关的免疫机制仍需进一步探究。
    2.3组织再生
    2.3.1血管再生
    既往研究表明PDT可通过改变组织再生相关因子的分泌水平来促进血管再生。研究表明，与SRP相比，在光动力联合治疗组中，牙龈组织在术后30d具有更高的血管生成数量。在口腔黏膜病变处经PDT治疗后，该处的肥大细胞数量和脱颗粒增加，从而促进血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）的释放，诱导VEGF相关的血管生成。Ce6衍生物Fotoditazin与PluronicF127联合用药可减少对毛细血管内皮的损伤，使红细胞进入周围组织的数量减少，从而提高肉芽组织成熟程度，有利于创口尽早愈合。
    2.3.2骨再生
    PDT可以有效抗菌，同时可以直接调节细胞成骨相关信号分子的表达。细菌生物膜可以阻碍组织再生，引起组织炎症和坏死。PDT能有效减少双膦酸盐相关性颌骨坏死患者病灶中金黄色葡萄球菌的数量，提高新生骨的质量。在PDT联合富血小板纤维蛋白（platelet-rich fibrin，PRF）治疗时能有效减少复发性骨感染的风险。PRF促进抗炎细胞因子IL-4分泌，从而加速血管生成，促进成纤维细胞和成骨细胞的增殖。
    这一治疗手段还可以显著减少种植体周围炎患者龈沟液内肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-1β、IL-6和IL-17的含量，进而抑制炎性骨吸收。PDT还可通过促进健康牙龈的成纤维细胞矿化来促进骨再生，但不能促进种植体周围炎性骨缺损的直接修复。而PDT产生的ROS可以激活小鼠成骨前体细胞的激活蛋白1来促进成骨细胞分化。
    3.结语
    本文总结了PDT在口腔肿瘤及潜在恶性疾病、炎症性疾病中的应用，以及组织再生领域中的应用潜力，同时概述了PDT调控免疫应答的机制。PDT通过促进免疫细胞活化、增殖和分化来破坏肿瘤细胞；通过促进巨噬细胞抗炎极化，减少炎性细胞浸润来治疗炎症性疾病；通过调节目标组织中细胞因子表达水平等方式促进内皮细胞、软骨细胞和成纤维细胞的增殖或分化。光动力联合免疫治疗可能是未来PDT应用于口腔疾病的重要发展方向。然而，目前PDT在实际应用中还存在很多亟待解决的问题。
    PDT的穿透性不足大大限制了PDT的应用范围。解决这一问题的经典思路是结合介入技术，双光子光动力技术能有效提高光的穿透性。目前临床应用的光敏剂渗透性欠佳，PDT治疗肿瘤后也存在一定的复发和远处转移率，这为PDT的临床转化带来挑战。而提高组织环境中DAMP或病原相关分子模式的局部浓度可有效激活免疫细胞从而降低原有疾病的复发率。
总之，目前对PDT介导的免疫调控作用的研究并不充分，需要进一步在细胞及分子水平上探究PDT相关的调控机制。