综述：克服黑色素瘤光医学中的生物物理屏障：从光动力疗法到智能纳米递送与光免疫治疗

《International Journal of Molecular Sciences》：Overcoming Biophysical Barriers in Melanoma Photomedicine: From Photodynamic Therapy to Smart Nanodelivery and Photoimmunotherapy

　　

恶性黑色素瘤因内源性黑色素的光学屏蔽和自由基清除、肿瘤微环境的严重缺氧及侵袭性转移播散，给治疗带来了巨大挑战，使得传统光动力疗法(photodynamic therapy, PDT)在临床上尚不成熟。本叙述性综述综合了PubMed/MEDLINE、Scopus和Web of Science中的相关文献，评估了光化学机制、光敏剂、生物工程药物递送系统及邻近光触发策略。临床前证据表明，第三代光敏剂、靶向有机/无机纳米颗粒和透皮溶解性微针(microneedle, MN)阵列能够有效绕过角质层、提高药物生物利用度并缓解缺氧介导的治疗耐药。此外，飞秒双光子PDT将黑色素转化为活性能量转移介质，而纳米技术驱动的光免疫治疗(photoimmunotherapy, PIT)可触发免疫原性细胞死亡(immunogenic cell death, ICD)和全身性CD8⁺细胞毒性T淋巴细胞活化，诱导未照射远处转移灶的远隔消退。然而，关键的转化瓶颈依然存在，包括对静态二维(two-dimensional, 2D)细胞培养的过度依赖、缺乏经过验证的预后或预测性生物标志物，以及完全缺乏随机对照临床试验。最终，推动黑色素瘤光医学从实验室走向临床需要标准化的光物理剂量学、在多细胞三维(three-dimensional, 3D)肿瘤球体中进行系统评估，以及确定其在多模式皮肤肿瘤学中作用的前瞻性临床试验。

**1. 引言**

黑色素瘤为最侵袭性皮肤恶性肿瘤，因快速垂直浸润与高转移倾向导致超过80%的皮肤癌相关死亡。黑色素在可见光谱范围竞争性吸收光子，并作为内源性抗氧化剂清除活性氧(reactive oxygen species, ROS)；肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)缺氧与免疫逃逸机制进一步制约传统PDT。本综述将氧依赖性PDT与光热疗法(photothermal therapy, PTT)、光免疫治疗(photoimmunotherapy, PIT)及光声细胞裂解等邻近光介导策略明确分类。

**2. 方法**

在PubMed/MEDLINE、Scopus、Web of Science和Google Scholar中系统检索，采用主题词与自由文本关键词组合策略，依据预设主题标准纳入79篇同行评审文献，涵盖光化学机制、生物工程药物递送系统及邻近光介导策略。

**3. PDT的机制基础及其与黑色素瘤的相关性**

PDT核心为I型(电子/氢转移形成自由基)和II型(能量转移生成单线态氧¹O₂)光化学反应。黑色素通过吸收500–600 nm光形成物理屏蔽并中和ROS。双光子PDT利用超快近红外脉冲诱导黑色素多光子吸收，产生与光敏剂吸收光谱重叠的宽带荧光，通过辐射重吸收或F?rster共振能量转移实现能量转移，将黑色素从障碍转化为治疗介质。缺氧TME限制II型反应，可联合缺氧激活前药如替拉扎明(tirapazamine, TPZ)，将缺氧转为治疗优势。PDT还经免疫原性细胞死亡(immunogenic cell death, ICD)触发系统性抗肿瘤免疫。

**4. 黑色素瘤生物学、预后背景及其对PDT开发的启示**

第8版AJCC分期中的传统病理变量难以精准预测转移风险。血清乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)是唯一纳入IV期分期的血清标志物，S100B与黑色素瘤抑制活性蛋白(melanoma inhibitory activity, MIA)具临床潜力。循环肿瘤产物(循环肿瘤细胞、循环肿瘤DNA、外泌体microRNA)及商业基因表达谱用于风险分层。空间转录组学可精准获取表型定义的单个细胞。但目前尚无经过验证的预测性生物标志物指导光疗患者筛选。

**5. 黑色素瘤中的光敏剂与传统PDT**

第一代光敏剂(血卟啉衍生物、Photofrin)存在纯度低与皮肤光敏性缺陷；第二代(卟啉、二氢卟吩、酞菁)在红光/近红外区吸收增强但亲脂性高易聚集。第三代通过纳米载体封装或靶向配体偶联改善溶解性与选择性。切伦科夫辐射诱导PDT利用放射性核素发光激发曙红，绕过光穿透限制。核黄素乙酰化衍生物3MeTARF光稳定性优异，经MAPK信号通路激活Caspase-3/7诱导凋亡。金丝桃素封装于植物来源外来体样纳米囊泡，黄光LED激活下经I/II型双通路产生活性氧。

**6. 纳米颗粒介导的黑色素瘤PDT**

被动靶向利用EPR效应。有机载体(固体脂质纳米颗粒、脂质体、聚合物胶束)与无机/碳基颗粒(碳量子点、铁掺杂碳点)改善药物递送。主动靶向针对CSPG4、CD44、整合素α_vβ₃等标志物偶联抗体、肽段或适配体。微环境响应平台利用酸性pH触发PEG脱落或共递送化疗药与光敏剂。有机异质结纳米颗粒经I型光化学产生超氧化物和羟基自由基，黑色素反而作为光催化助催化剂增强疗效。

**7. 微针与透皮递送策略**

角质层为限速屏障。微针(高度150–1500 μm)物理穿刺形成微通道，实现无痛递送。溶解性微针共递送替加氟/焦脱镁叶绿酸a或吲哚菁绿/阿霉素前药，激光触发ROS裂解实现协同化学-PDT。静电增强微针利用锌光敏剂与NADH的光致电子转移，在缺氧条件下仍有效。微针还可递送免疫佐剂、PD-L1反义寡核苷酸与钙离子纳米放大器增强光免疫治疗。

**8. PDT、免疫激活与光免疫治疗**

PDT诱导ICD释放损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMPs)，包括钙网蛋白暴露、ATP分泌和高迁移率族蛋白B1释放，激活树突状细胞并启动CD8⁺细胞毒性T淋巴细胞应答。纳米技术驱动的PIT平台共递送光敏剂与免疫调节剂，如生物矿化氢氧化铝纳米颗粒、黑磷纳米片联合TLR7激动剂、γδ-T外来体杂合平台。铱(III)双自由基光敏剂同时激活I型和II型通路诱导PANoptosis。PDT与免疫检查点阻断联合可协同增强抗肿瘤免疫。靶向CD25⁺调节性T细胞的PDT耗竭可逆转免疫抑制微环境。I/II期原位光免疫治疗临床试验在晚期转移患者中观察到远隔效应。

**9. 相关光介导方法：化学光热系统与光声激光杀伤**

PTT经光热转换剂将光子能量转化为热量，不依赖分子氧。化学-PTT协同平台利用脂质聚合物囊泡、二维纳米片、金属有机框架实现热触发释药。光声流式细胞术利用黑色素小体内源性光学吸收对比，以1064 nm纳秒脉冲激光选择性裂解循环肿瘤细胞。超声辅助激光治疗结合低通量纳秒激光与聚焦超声，经机械空化效应选择性破坏黑色素瘤细胞。

**10. 安全性与转化局限性**

疼痛是主要限制性不良事件，光剂量分割通过暗间隔实现组织再氧合提高疗效。黑色素干扰与缺氧为转化核心障碍。纳米载体引入长期生物安全性与清除问题。当前文献过度依赖2D单层培养模型，3D肿瘤球体模型显示疗效较2D显著下降。临床缺乏前瞻性多中心随机对照试验。

**11. 结论**

氧依赖性PDT因生物物理屏障临床不成熟；生物工程纳米递送与先进光介导策略可克服屏障；临床前到临床实施仍存在重大转化差距。

**12. 未来方向**

需转向标准化3D肿瘤球体、器官芯片及人源化模型；标准化光物理剂量学；整合空间转录组学与液体活检建立生物标志物分层算法；建立无菌规模化制造方案；开展前瞻性随机对照试验以确立临床疗效。