微生物（microorganisms）是指一類體積微小，結構簡單，大多是單細胞的，必須用顯微鏡觀察形態的微小生物的通稱[1]。包括細菌、病毒、放線菌、立克次氏體、衣原體、支原體、螺旋體、真菌、原蟲、單細胞藻類共10大類。它與人類生活密切相關，如人類疾病的發病機理，抗生素的生產，機體的免疫狀態等。如何控制微生物有害方面，利用其有益方面是多年來人們一直研究的課題。目前控制微生物方法較多，本文就光動力療法（PhotodynamicTherapy,PDT）治療細菌與病毒性疾病作一綜述。
細菌與病毒特性及其防治
細菌的特性
細菌（bacteria）是微生物的一大類群，屬原核生物。有如下特點[2]：（1）種類多、分佈廣；（2）繁殖快、代謝強，如一般細菌20~30分鐘繁殖一代；（3）個體小、作用大，光學顯微鏡放大40~100倍才能察見；（4）易變異，由於變異的結果使子代的特性不同於親代，這種特性可使致病菌產生耐藥性，給臨床治療帶來不利影響。大部分人畜的疾病幾乎都是由細菌引起的，所以它對人類的健康帶來嚴重的危害。凡能引起人體或動物疾病的細菌稱致病菌或病原菌（pathogenicbacteria）。病原菌侵入機體後，在一定的部位生長繁殖。由於雙方的力量不同以及環境因素的影響，有時表現出臨床症狀，有時不表現出臨床症狀，表現為隱性傳染或帶菌狀態。所以病原菌侵入機體後不一定都引起疾病，能否引起主要決定於病原菌的致病作用，機體抵抗力（即免疫力）和環境等三大因素。而病原菌的致病性與其毒力、侵入機體的數量以及侵入途徑都有密切的關係。按革蘭氏染色法，常將細菌分為革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌。目前認為，革蘭氏陰性細菌細胞壁中脂類物質含量較高，肽聚糖含量較低，革蘭氏染色過程中經脂溶劑乙醇的處理，溶解了脂類物質，結果使革蘭氏陰性細菌細胞壁增加通透性，結晶紫-碘複合物亦被乙醇抽提出，於是革蘭氏陰性細菌細胞被脫色，而呈復染液的紅色。革蘭氏陽性細菌由於細胞壁肽聚糖含量高，脂類含量低，乙醇處理中被脫水引起細胞壁肽聚糖層中的孔徑變小，通透性降低，結晶紫-碘複合物被保留在細胞內而呈紫色。此染色法在細菌分類、臨床選藥等方面有重要的意義。
抗菌常規治療的現狀
目前控制細菌主要有物理方法和化學方法。物理的消毒滅菌方法包括機械除菌法、熱力滅菌法、射線照射法等。一些物理因子能夠達到滅菌（sterilization）的要求即殺滅或除去所有的生命體，但它只適用於一些器械、器皿、空氣等預防性消毒。對於已感染病原菌的人體基本不適用。化學方法可分為化學消毒劑和化學治療劑。化學消毒劑的種類很多，包括：鹵素、苯酚及其衍生物、醇類、烷化劑、氧化劑、重金屬、表面活性劑、酸和鹼、染料等，各有不同的抗菌作用。概括起來有以下幾方面：（1）使微生物細胞組分氧化、水解；（2）與細胞蛋白質結合生產鹽類；（3）使蛋白質凝固變性；（4）通過干擾作用使酶失活；（5）改變膜通透性；（6）使細胞破裂。化學消毒劑適用範圍基本同物理消毒法，但它很少能達到滅菌要求，它們只能從物體上除去病原微生物，也就是消毒（disinfection）。它同樣不適合已感染病原體的人的治療。化學治療劑（chemotherapeuticagents）的最大特點是選擇性的殺滅或抑制細菌，對機體沒有毒性或較少毒性。選擇毒性小的最好例證是青黴素，它抑制細胞壁的合成，由於人體和動物細胞沒有細胞壁，因而青黴素對人體無毒性。化學消毒劑則不然，如使蛋白質凝固的酚類對所有的細胞有毒，無選擇性。目前化學治療劑主要包括磺胺類、抗生素類和其它類。其機制主要是通過干擾細菌的代謝、作用於細胞壁合成、作用於核酸合成、影響蛋白質合成、干擾細胞膜功能等途徑起到抗菌效果。雖然它有抑菌活性強、選擇性高、抗菌譜廣等特點，但使用化學治療劑仍有四大臨床問題亟待解決：毒性、過敏（變態反應）、二重感染和耐藥性。其中耐藥性的問題極大地影響了臨床療效。
病毒的特性
病毒（virus）屬於非細胞型微生物。它是一類最小的致病因子，明顯不同於其他微生物。具有以下特徵[3]：（1）個體極小，是迄今所知最小的一類有生命體。（2）沒有細胞結構，由核酸和蛋白質外殼構成。每種病毒只含有一種核酸：DNA或RNA。（3）嚴格寄生在活的宿主細胞上。不能以橫分裂法進行繁殖，而是以複製方式增殖。因沒有完整的酶系統，不能獨立進行新陳代謝，必須依賴宿主細胞進行自身的核酸和蛋白質的合成來繁殖後代。（4）有感染性，絕大多數病毒能使人和動植物致病。據估計，人類傳染病中約有75％是由病毒引起的。
抗病毒常規治療的現狀
控制病毒感染目前有兩種方法：一是預防為主，廣泛使用疫苗（減毒活疫苗或滅活疫苗），已有多年經驗，由於病毒種類很多，且易發生變異，因此尚不能生產出各種有效的疫苗來防治各類病毒。另一是應用化學治療劑，可惜至今還沒有控制病毒的理想藥物，其原因宿主細胞和病毒的關係過於密切，抗病毒作用強的藥物必然對宿主細胞有很高的毒性。
PDT抗細菌治療
目前抗菌、抗病毒治療都存在上述一些待解決的問題，人們開始尋求新的方法進行治療。由於細菌、病毒等微生物有象腫瘤一樣生長、繁殖快的特性，於是想到了治療腫瘤的新方法―光動力療法（PDT）。PDT治療腫瘤已取得了很大臨床進展，目前人們在PDT治療許多非腫瘤性疾病也獲得突破，如治療鮮紅斑痣[4]、血管成型術後再狹窄[5]、類風溼性關節炎[6-9]等，PDT抗微生物治療已在研究之中，目前主要用於防止血製品的汙染，特別是病毒汙染。雖然很多技術問題尚待解決，但體外研究已證明此方法可有效抗菌（包括耐藥菌）、抗病毒，並可用多種光敏劑，自然的和人工合成的均可。
Bertoloni等[10]於1984年發現細菌可用PDT方法殺滅。一些研究[11-12]發現革蘭氏陽性細菌比革蘭氏陰性細菌對PDT敏感。有些報道[13]對革蘭氏陰性細菌用大劑量光敏劑也可使其損傷，但也有報道[14]顯示革蘭氏陰性細菌對PDT有抵抗性，除非改變它的細胞壁的通透性。Minnock等[15]證明革蘭氏陰性的大腸桿菌和綠膿桿菌與革蘭氏陽性細菌一樣對PDT敏感。分析這是由於革蘭氏陽性和陰性細菌的細胞壁結構不同所致。
Dahi等[16]用rosebengal作光敏劑，以殺門氏菌為靶生物，用熒光反應觀察rosebengal在細菌上的分佈，發現其主要在膜系統上，尤其在細胞壁上，而非在細胞體內。這說明PDT抗細菌治療原理可能是利用光敏劑選擇性地瀦留於細菌，主要位於細菌細胞壁和細胞膜上，鐳射照射時便產生單態氧和其它活性氧（ROS）直接損傷細菌細胞壁及膜系統，影響其新陳代謝，導致細菌死亡。
Schafer等[17]以rosebengal為光敏劑，以大腸桿菌、放線菌和芽胞桿菌為靶生物，發現細胞與光敏劑孵育的溫度、PH值對光敏效應均有影響。芽胞桿菌作為非活躍性系統對PDT不敏感。結果提示DNA不是PDT靶目標，而細菌胞膜似乎是PDT攻擊目標。Vander等[18]把副流感嗜血桿菌與ALA共同孵育，用630nm鐳射照射，細菌生存數顯著下降，而沒有加ALA的對照組細菌生存數無變化，結論為體外條件下PDT可殺滅副流感嗜血桿菌。Hillson等[19]鼠用作模型，在體PDT治療胃腸道螺旋菌感染，顯微熒光觀察光敏劑分佈，發現熒光最大集中在感染細菌粘膜上，包裹細菌，結果證明PDT殺滅螺旋菌的能量不能損害其下面的粘膜，結論PDT可用於殺滅粘膜上皮上的螺旋菌。
由於細菌聚在牙周形成菌斑侵害牙周粘膜，目前常用機械方法洗除菌斑，同時應用抗菌素和防腐劑。但易造成牙周機械損傷，產生耐藥性和牙周組織菌群失調。Wilson等[20]證實可用PDT方法消除菌斑而不傷及正常牙周粘膜。Soukos等[21]設計試驗用多聚賴氨酸（PL）與Chlorine6（Ce6）結合物作光敏劑，該結合物表面分別帶正、中性、負電荷，用三種結合物分別與致口腔牙周菌斑的革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌共同孵育，用671nm的紅光照射，在孵育後1分鐘照射紅光10分鐘，對革蘭氏陽性菌，用帶陽離子電荷的光敏劑的殺菌率大於99.99％，而不損傷粘膜上皮細胞。對革蘭氏陰性菌，帶陽離子電荷的光敏劑的殺菌率99％，帶中性電荷的光敏劑的殺菌率91％，帶陰離子電荷的光敏劑的殺菌率76％。結果提示帶陽離子電荷的光敏劑PL-Ce6結合物可能在PDT治療牙周並有很好的應用。
PDT用於骨髓移植淨化
自身和同種異體骨髓移植常被用於治療白血病和其它體液腫瘤。自身骨髓移植有幾項優點，可明顯避免排斥反應的危險、病毒感染和淋巴組織增生紊亂。但遺憾的是複發率高[22]。
PDT是一種體外骨髓移植淨化的新技術，已有幾種光敏劑被用於研究，包括DHE、BPD、CIAIPc和MC540。骨髓移植包括懸浮的單個細胞易於被光敏反應損傷。MC540已廣泛被用於臨床研究，此染料優先結合白血病細胞、淋巴瘤細胞和一些病毒感染的細胞。在保留多能幹造血細胞50％的條件下，PDT能減少早幼粒白血病細胞達8Log[23]。淨化非霍奇金氏淋巴瘤已被研究[24]，在光敏劑劑量能保證50％正常造血祖細胞情況下，MC540介導的PDT在體外試驗，可降低非霍奇金氏淋巴瘤細胞4-5Log。MC540是第一種用於臨床試驗的光敏劑，在臨床中發現它可比臨床前試驗用大幾倍的劑量。另外，還發現MC540介導的光敏反應可抑制T和B細胞免疫[25]。因此在自身骨髓移植時可引起免疫抑制，在異體骨髓移植時能明顯降低免疫排斥反應。
PDT抗病毒類疾病
第一個研究PDT治療病毒是在噬菌體上，發現光敏劑的滲透是個可變因素。一些動物病毒，包括腺病毒和牛痘病毒，都可被PDT所抑制。有抵抗力的病毒與光敏劑一起培養，在增加病毒衣殼通透性的情況下，可對PDT變得敏感[26]。最早病人是患面板單純皰疹病毒，用中性紅色染料光敏劑和白光[27]。PDT抗病毒治療仍然處於前臨床研究，試用不同的光敏劑和光照射。
乳頭狀瘤病毒
乳頭狀瘤是一種快速生長的良性上皮性腫瘤，由乳頭狀瘤病毒引起，可變得很嚴重並威脅生命。通常由外科切除，但易復發並使病程延長[28]。該病在兒童和成人發病率相同。PDT已被認為是一種治療喉乳頭狀瘤的有效方法。
Shikowitz等先取荷蘭兔乳頭狀瘤病毒，接種於棉尾兔，製成乳頭狀瘤病毒動物模型，靜脈給血卟啉衍生物（HPD），白光照射，結果腫瘤明顯消退。他們[30]用DHE作光敏劑，PDT治療荷蘭兔乳頭狀瘤病毒介導的棉尾兔乳頭狀瘤動物模型。觀察18個月，瘤體未復發，病變附近正常組織活檢亦未見腫瘤，DNA檢測未發現瘤病毒。他們[31]從1988年起用PDT治療此喉乳頭狀瘤病毒病人，將81個年齡在4～74歲、病情為中度至重度的病人隨機分成PDT治療組48人和對照組33人。對照組接受常規抗病毒治療，PDT組一半病人給DHE3.25mg/kg,另一半給DHE4.25mg/kg，在照光前48～72小時給藥。經下喉鏡，由氬離子泵浦染料鐳射輸出630nm鐳射，能量密度為50J/cm2。結果比起對照組，PDT組瘤體明顯消退，其中給DHE4.25mg/kg組更明顯。
Karrer等用5-氨基乙醯丙酸（5-ALA）作光敏劑，PDT治療一個65歲婦女。患者手、上肢多處疣狀損害。病史45年，曾有基底細胞癌病史，電子切片示乳頭狀瘤病毒感染，用20％5-ALA靜脈注射，580～740nm鐳射照射皮損區，功率密度160Mw/cm2。PDT後，出現水皰、結痂，但很快癒合，5周後無疤痕形成，效果顯著。6月後區域性活檢，未見乳頭狀瘤病毒，組織完全正常。12月後，個別皮損區有復發現象。他們認為雖然此法治療的遠期療效尚不能肯定，但對近期治療應為一種好方法。
Abramson等[33]用DHE作光敏劑，PDT治療33個喉乳頭狀瘤病毒病人，即使最嚴重的病例也未復發。Feyh等[34]用HPD作光敏劑，PDT治療21例發生在頭和頸部腫瘤的喉乳頭狀瘤病毒復發感染患者，研究顯示4年的治癒率達95％，雖然此結果令人興奮，但PDT不能消除乳頭狀瘤病毒在正常組織的潛在感染。而且PDT造成常見的面板和生殖器損傷尚未控制。
人免疫缺陷病毒（HIV）和血源性病毒
已有一定的資料證明PDT能有效地從血液中去除致病病毒，而血中細胞和整個血液不受損傷。易感病毒包括人免疫缺陷病毒I（HIV-I）、單純皰疹病毒（HSV）、人鉅細胞病毒、猴病毒。
PDT抑制病毒的光敏劑有DHE、BPD、Aluminiumphthalocyanine和MC540。光敏抑制被認為是氧化病毒衣殼上的脂類和蛋白作用所致。MC540抗病毒機制已被研究[38,39],目前證據提示MC540介導的PDT損傷病毒衣殼，而病毒衣殼是連線病毒寄生宿主細胞的成分，決定病毒粘附和穿透宿主細胞的能力。由於這些光敏劑並不能針對病毒體內的核酸，因此，PDT對無衣殼包裹的病毒無效，如脊髓灰質炎病毒I和人腺病毒I。這些光敏劑可能不接觸病毒DNA，它們不具有促有絲分裂的特性。
PDT被認為是一種用於輸血前淨化、消毒血液病原有機物的有希望的方法。由於其花費低、方法簡單，因而受到重視。當然，一些凝血蛋白如凝血因子Ⅷ和威勒布蘭特因子經PDT作用失去活性是可以接受的[40]。Mathews等[35]發現DHE和BPD介導的PDT治療病毒汙染血液沒有損傷紅細胞、補體和免疫球蛋白。Sieber等[36]證明MC540介導PDT殺滅病毒同時傷及了極少數紅細胞、Ⅷ因子、威勒布蘭特因子。自然感染病毒的血液經BPD介導的PDT後，散在血中的尚未侵襲宿主的病毒和感染病毒的白細胞被有效的殺滅，而紅細胞和未感染病毒的白細胞則無損傷。
Benhur等在輸血前血液用Phthalocyanines和紅光行PDT，發現它可預防紅細胞感染，但可能的併發症是紅細胞聚集。而預先加入抗氧化劑便可預防。North等[37]發現，PDT治療後紅細胞有鉀滲出和IgG抗體結合，提示可能有些紅細胞損害。這項觀察結合在他們試驗中發現對HIV不完全的殺傷，提示用PDT作為商用消毒血或血製品可能尚有距離。然而，作為先行手段是可行的。
由於活躍的細胞對PDT敏感，而HIV僅在活躍的CD4T淋巴細胞中複製，此點利於PDT治療。提示PDT可作為降低病人HIV的一種方法，體外對待HIV感染病人的血或白細胞，由於抑制了病毒，調節白細胞活性，可能穩定或改善免疫功能。因此PDT在此方面可能成為一種有益的治療方法。
Benhur等以SilliconphthalocyaninePc4作光敏劑，對含感染了HIV的紅細胞和淋巴細胞的血液行PDT治療，用600～800nm的紅光照射，能量密度是90J/cm2，對照過的血液進行電泳儀記錄特徵性DNA階梯，可觀察到在照光後30分鐘出現調亡，用調亡試劑盒和流式細胞儀記錄，10.5J/cm2照射後3小時，約92.5％的感染HIV的細胞出現細胞調亡，最終99％的細胞死亡。
Hebeda等觀察了PDT治療人獲得性免疫缺陷綜合症（AIDS）相關的卡波西肉瘤的療效，9例同性戀患者接受治療，按2mg/kg體重注射Photofrin，5例患者光劑量120J/cm2，餘4例為70J/cm2，在治療後3～8個月觀察83處皮損區，發現療效顯著，瘤體消失。頭部皮損較肢端皮損反應強，瘤體大小與反應強度成反比。但在120J/cm2組出現了較強的全身性副反應，如形成疤痕、色素沉著等。因此，他們認為PDT可治療此病，但不宜用70～120J/cm2光劑量。
尚待解決的問題
雖然PDT治療細菌和病毒性疾病有許多優點，但在正式用於臨床之前，筆者認為也有許多問題需進一步討論：首先，目前大量試驗集中在體外培養的細菌和病毒上,個別用於動物模型和患者身上，取得了一定的療效，但機理尚未完全闡明。到該法真正廣泛用於感染細菌和病毒性疾病的患者尚有差距，還需臨床觀察。其次，目前的研究多針對體表或空腔臟器（如呼吸道、消化道等）內表面的感染，對於實質性器官（如肝臟等）的感染，限於目前PDT條件，尚難以解決。再次，為求治療最佳效應，還有選擇鐳射和光敏劑的一系列問題，包括光敏劑的選擇，入徑，劑量和給藥時間，目前尚未找到一種最佳光敏劑。而光源的選擇，照射時間，功率，程度，照射方式等不同，結果也會不同。最後，PDT造成細菌或病毒壞死後，壞死組織將釋放一些炎性介質，能否造成繼發性炎症，並對疾病有何影響還需觀察。
小結與展望
PDT治療細菌與病毒性疾病雖然處於臨床前探索階段，有些問題尚需解決，但該法根據細菌與病毒疾病的病理基礎是細菌與病毒快速生長繁殖,侵害宿主，利用光敏劑特異性瀦留於細菌與病毒的特點，充分發揮PDT治療的優勢，作為一種選擇性殺傷病變組織而不傷及正常組織，方法簡便，且創傷小，費用低的新型療法有著其它療法無法比擬的優點和發展前景。隨著更新的光敏劑和更適宜的鐳射器的出現，PDT治療細菌與病毒性疾病的前景將愈加光明。相信在不久的將來，它會有效地治療眾多的細菌與病毒感染患者。
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