分子靶向核醫(yī)學(xué)顯像

朱廣文 劉 佳

1.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，遼寧大連 116011；2.大連醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，遼寧大連 116044

分子靶向核醫(yī)學(xué)顯像針對分子靶點有：反義分子、適體、抗體和抗體片段、腫瘤和神經(jīng)細(xì)胞受體等。分子核醫(yī)學(xué)影像可以提供疾病的病理生理及活體生物化學(xué)的相關(guān)信息，包括代謝、乏氧、細(xì)胞增殖、凋亡、血管生成、多藥耐藥等。

1 分子靶向核醫(yī)學(xué)

所謂的分子靶向核醫(yī)學(xué)，是在細(xì)胞分子水平上，針對已經(jīng)明確的位（靶）點（該位點可以是腫瘤細(xì)胞內(nèi)部的一個蛋白分子，也可以是一個基因片段等），設(shè)計相應(yīng)放射性核素標(biāo)記的顯像劑或治療藥物，其進(jìn)入體內(nèi)會特異地選擇這個位（靶）點，結(jié)合發(fā)生作用，達(dá)到顯像或放射治療的目的。

目前，幾個分子顯像劑已經(jīng)進(jìn)入臨床應(yīng)用。其中最重要的是18F-FDG，作為葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)的標(biāo)記，被譽(yù)為“千年分子”。18F-FDG PET應(yīng)用得到迅速地發(fā)展，作為一種常規(guī)的臨床成像工具，它已被證明是一個敏感的腫瘤顯像劑，可以提供腫瘤生物特性；可以監(jiān)測腫瘤治療反應(yīng)等；其應(yīng)用還包括評估存活心肌和癲癇的診斷等。兩個生長抑素受體靶向顯像劑，111In標(biāo)記的奧曲肽和99Tcm-depreotide，可以對神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤或肺癌進(jìn)行特異的腫瘤顯像。雖然抗體成像尚未充分發(fā)揮其潛力，一些抗腫瘤抗體已經(jīng)成熟并具備實用的特點，這包括：靶向黏液狀的表面糖蛋白TAG-72的111In-satumomab pendetide（Oncoscint），用于直腸癌或卵巢癌的診斷；靶向前列腺特異性膜抗原的111In-capromab pendetide（Prostascint），用于前列腺癌的診斷；靶向癌胚抗原（CEA）的99Tcm-arcitumomab（CEA Scan），用于腸道惡性腫瘤的診斷；靶向血小板糖蛋白Ⅱb /Ⅲa受體的一種肽類，99Tcm-Apcitide（AcuTect），用于檢測下肢深靜脈血栓形成等。這些成功的應(yīng)用表明，分子核醫(yī)學(xué)影像時代已經(jīng)到來。

2 目前已經(jīng)取得的進(jìn)展

2.1 反義靶向

反義基因顯像是利用放射性核素標(biāo)記的反義寡核苷酸分子探針，與腫瘤中過度表達(dá)的目標(biāo)mRNA特異性互補(bǔ)結(jié)合，在體外通過SPECT（單光子發(fā)射型斷層顯像）、PET（正電子斷層顯像）等檢查手段，在基因表達(dá)水平早期、定性診斷疾病。雖然反義基因顯像在細(xì)胞及動物實驗取得一定的成功[1-2]，但是目前報道經(jīng)修飾或不同載體的反義寡核苷酸分子探針由于穿透生物屏障、細(xì)胞膜的能力，體內(nèi)穩(wěn)定性等方面原因，導(dǎo)致反義寡核苷酸分子探針進(jìn)入腫瘤細(xì)胞靶點的數(shù)量少，靶區(qū)/本底比值低，不能滿足體外顯像的要求。這使反義分子探針的進(jìn)一步設(shè)計合成及加載必要的載體成為迫切的需要。

除了典型的DNA-DNA和DNA-RNA雜交，寡核苷酸還可以綁定到胞漿內(nèi)或核內(nèi)蛋白質(zhì)。反義寡核苷酸成像應(yīng)用還包括病毒（艾滋病毒，巨細(xì)胞病毒，EB病毒）感染，炎癥，心肌缺血（熱休克蛋白70）等[3]。

2.2 腫瘤抗原

隨著雜交瘤技術(shù)、單克隆抗體技術(shù)的快速發(fā)展，放射性核素標(biāo)記的抗體得到相當(dāng)大的進(jìn)展。如目前市售針對顯像使用的癌胚抗原，腫瘤相關(guān)糖蛋白（TAG-72）和前列腺特異膜抗原的抗體；針對角蛋白8、細(xì)胞間黏附分子-1（ICAM-1）、多形性上皮黏蛋白抗原（黏蛋白）和表皮生長因子受體的抗體等；放射性核素標(biāo)記CD20抗體被批準(zhǔn)用于治療淋巴瘤。

然而，抗體成像的技術(shù)問題，包括抗體（HAMA）反應(yīng)、交叉反應(yīng)、非特異性攝取、肝攝取和免疫反應(yīng)等因素，限制了抗體成像的進(jìn)一步發(fā)展。為此，抗體的設(shè)計合成的改進(jìn)、多級抗體的應(yīng)用、人或嵌合鼠抗體的研制等工作是下一步研究的方向。

另一種方法是使用高親和力的肽。檢測內(nèi)源性結(jié)合最優(yōu)的肽序列后，利用放射性核素標(biāo)記，進(jìn)行相關(guān)顯像。肽的優(yōu)點：可以直接合成、無FC受體、更快的吸收動力學(xué)和血液清除率高等[4]，且有價格優(yōu)勢。

2.3 腫瘤受體

2.3.1 σ-受體 σ-阿片受體包括兩個亞型，σ-1和σ-2。包括前列腺癌在內(nèi)的某些腫瘤過度表達(dá)σ-1受體。σ-2受體過度表達(dá)在多種類型的腫瘤，包括惡性黑色素瘤、乳腺癌、前列腺癌和肺小細(xì)胞癌。σ-2受體的表達(dá)與腫瘤細(xì)胞的增殖狀態(tài)（細(xì)胞增殖）相關(guān)。放射性核素標(biāo)記的σ-1或σ-2受體的特異性配體可以進(jìn)行相應(yīng)的受體顯像[5]。

2.3.2 乳腺癌受體 乳腺癌的內(nèi)分泌治療是公認(rèn)的。約55%～65%的原發(fā)性乳腺癌表達(dá)雌激素受體，45%～60%表達(dá)孕激素受體。放射性核素標(biāo)記的雌激素類似物已用于人類乳腺腫瘤檢測，可以評估腫瘤雌激素受體狀態(tài)，并監(jiān)測響應(yīng)抗雌激素治療。Her-2/neu是一種跨膜受體酪氨酸激酶，在17%～30%的原發(fā)性乳腺癌表達(dá)。曲妥珠單抗（赫賽汀）是一種單克隆抗體，131I標(biāo)記anti-HER-2/neu單克隆抗體可以與HER-2/neu細(xì)胞外部分結(jié)合[6]。在荷乳腺腫瘤小鼠實驗中觀察到腫物的攝取。

2.3.3 其他受體 各種在腫瘤過表達(dá)的受體都可以用于顯像。這包括：G-蛋白偶聯(lián)受體、胃泌素釋放肽受體、血管活性腸肽受體、生長抑素受體、酪氨酸激酶受體、血小板衍生生長因子（PDGF）-B受體、生長因子受體（VEGF）、胰島素樣生長因子1型受體、表皮生長因子受體（EGF-R）、白細(xì)胞介素-2受體的β-亞基等。放射性核素標(biāo)記的相應(yīng)配體進(jìn)行的體外顯像，可以用于腫瘤的診斷、靶向抗腫瘤藥物的選擇、藥物治療的監(jiān)測等方面。

2.4 腫瘤代謝

腫瘤細(xì)胞的葡萄糖代謝、蛋白質(zhì)代謝、氨基酸代謝等均發(fā)生異常，利用放射性核素標(biāo)記的相應(yīng)代謝底物，可以進(jìn)行腫瘤代謝顯像。如目前大量應(yīng)用的18F-FDG葡萄糖代謝顯像用于腫瘤的診斷、分級、分期等。因涉及內(nèi)容繁多，這部分內(nèi)容將另文詳述。

2.5 腫瘤乏氧

組織缺氧是腫瘤、腦血管疾病、缺血性心臟疾病、周圍血管疾病和炎癥性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制的核心之一。腫瘤乏氧程度可以判斷其侵襲力，并與化療或放療抵抗相關(guān)。乏氧誘導(dǎo)因子（HIF）是在這個過程中的關(guān)鍵因子。在腦腫瘤中，HIF-α表達(dá)程度與腫瘤的分級相關(guān)。目前，還沒有直接針對乏氧誘導(dǎo)因子的顯像劑。一些可以反映組織乏氧程度的顯像劑得到應(yīng)用。如18F-fluoromisonidazole（FMISO），18F-fluoroerythronitroimidazole，123I-iodoazomycin arabinoside（IAZA）。SPECT乏氧顯像應(yīng)用較多的是99Tcm-HL91，它是一個非硝基咪唑類化合物；其他PET示蹤劑還有64Cu-和60Cu-標(biāo)記的 copper–diacetyl–bis（N4-methylthiosemicarbazone）（ATSM）[7]。

2.6 腫瘤增殖

不受控制的細(xì)胞增殖是惡性腫瘤的標(biāo)志之一，細(xì)胞有絲分裂活動的組織學(xué)指標(biāo)增強(qiáng)與腫瘤細(xì)胞間變和腫瘤侵襲性增強(qiáng)相關(guān)。針對增殖的顯像可用于區(qū)分良或惡性病變；確定高分化腫瘤的失分化趨勢；確定最佳活檢部位、手術(shù)切除范圍或放射治療布野等。18F-FDG葡萄糖代謝顯像可以間接反映腫瘤的增殖情況；直接反腫瘤映增殖情況的放射性核素標(biāo)記的核苷類似物包括18F-1’-fluoro-5-（C-methyl）-1-β-D–arabino furanosyluracil（FMAU）[8]，124I-iododeoxyuridine 和124I-5-iodo-1-（2-fluoro-2-deoxy-β-D-arabinofuranosyl）-uracil（FIA U）等。

2.7 細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡（程序性細(xì)胞死亡）是一個活躍的、能量依賴的機(jī)制?？梢郧宄呀?jīng)受傷、感染或經(jīng)免疫認(rèn)為有害或多余的細(xì)胞。凋亡級聯(lián)反應(yīng)是復(fù)雜的，為成像提供了一些潛在的目標(biāo)。細(xì)胞發(fā)生凋亡時，通常在細(xì)胞膜內(nèi)的磷脂，突然易位到細(xì)胞膜外部。膜聯(lián)蛋白V可以結(jié)合在暴露的磷脂上。99Tcm-Annexin V已在動物模型用于凋亡顯像[9]。

2.8 血管新生

血管生成抑制劑是最有前途的新的腫瘤治療藥物之一。已經(jīng)確定促血管生成和血管生成抑制因子有幾十個。在血管內(nèi)皮細(xì)胞生成和血管重塑過程中，在VEGF刺激下整合素αvβ3高表達(dá)，而在成熟的血管或在非腫瘤性上皮細(xì)胞無表達(dá)。其包含基序：-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）序列。幾項研究表明：采用18F、99Tcm锝、111In、64Cu標(biāo)記RGD肽，已經(jīng)在荷瘤動物模型上獲得成功[10]。

2.9 神經(jīng)受體和神經(jīng)遞質(zhì)

2.9.1 多巴胺系統(tǒng) 黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的缺失是帕金森氏癥病理生理機(jī)制的核心。這個系統(tǒng)還與精神分裂癥、抽動穢語綜合征、自閉癥和吸毒等有關(guān)。第一個顯像劑是18F-6-L-fluorodopa，它是多巴胺的前體，可以直接評估多巴胺功能；在臨床研究中，對帕金森氏癥病的早期診斷和鑒別診斷方面，已得到了很好的驗證。在歐洲臨床中，SPECT顯像劑2βcarbomethoxy-3β-（4-123I-iodophenyl）tropane（β-CIT）[11]得到廣泛應(yīng)用。

已確定至少5種多巴胺受體亞型，可歸類為D1-D2類，分別激活或抑制腺苷酸環(huán)化酶。D2類受體一般在紋狀體的GABA能神經(jīng)元分布。受體顯像可以幫助鑒別非典型帕金森氏綜合征、漸進(jìn)性核上性麻痹、多發(fā)性系統(tǒng)萎縮下降等。D2受體的配體包括11C-raclopride和123I-s（-）iodobenzamide（IBZM）。D1受體的配體包括11C-SCH 23390和11C-NNC-112，11CNNC-687，和11C-NNC-756等。

2.9.2 膽堿能系統(tǒng) 突觸后毒蕈堿乙酰膽堿受體在大腦皮質(zhì)和基底節(jié)廣泛表達(dá)。被認(rèn)為與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)，并已在AD和匹克氏病、精神分裂癥等出現(xiàn)異常。研究配體包括[N-11C-methyl]benztropine，123I-IPIP 和（R，S）-3-quinuclidinyl-4-123I-iodobenzilate （IQNB）。神經(jīng)元煙堿受體分布相對局限，包括丘腦，海馬，紋狀體和下丘腦等。其在認(rèn)知和記憶，情感，運(yùn)動控制中發(fā)揮的作用；并在抑郁，焦慮、精神分裂癥、帕金森氏病等發(fā)生改變；皮質(zhì)煙堿乙酰膽堿受體受損已被證實與AD的臨床嚴(yán)重程度有關(guān)。代表配體包括11C-nicotine和5-123I-iodo-A-85380[12]。

2.9.3 谷氨酸系統(tǒng) 谷氨酸鈉是一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，是已經(jīng)確定了六個神經(jīng)元上受體家族之一；在海馬錐體神經(jīng)元上這些受體的密度最大，推測在學(xué)習(xí)和記憶中起關(guān)鍵作用。其中，電壓門控鈣通道被稱為NMDA受體，是研究最多的一個。NMDA受體的過度刺激，被認(rèn)為是癲癇和腦缺血神經(jīng)元損傷的主要機(jī)制。其代表配體 N-（1-naphthyl）-N’-（3-125I-iodophenyl）-N’-methylguanidine（125I-CNS1261）[13]。

2.9.4 阿片系統(tǒng) 阿片受體家族中的μ亞型（阿片類鎮(zhèn)痛藥）和δ和κ亞型（腦啡肽和強(qiáng)啡肽）是被研究較多的亞型。阿片受體的改變見于疼痛、成癮及帕金森氏病、亨廷頓氏病、癲癇等。11C-Carfentanil是μ亞型的特異配體，已被廣泛研究。11C-Methyl naltrindole是一種δ亞型的特異配體。Diprenorphine作為非特異的配體，已被11C、18F和123I標(biāo)記，并進(jìn)行相關(guān)研究[14]。

2.9.5 腦組織中的異常蛋白質(zhì) 阿爾茨海默?。ˋD）是一個復(fù)雜的原發(fā)的神經(jīng)退行性疾病。其病變主要包括：tau蛋白磷酸化、神經(jīng)纖維纏結(jié)、神經(jīng)元微管相關(guān)蛋白、老年斑、β-淀粉樣變性等。大多數(shù)研究是針對這些病變成分展開的。如針對殘留的β-淀粉樣蛋白，99Tcm標(biāo)記的單克隆抗體10H3[15]，123I標(biāo)記的血清淀粉樣P成分等。

2.10 多藥耐藥

P-糖蛋白（Pgp）是多藥耐藥基因MDR1的產(chǎn)物。一些惡性腫瘤Pgp過表達(dá)，限制了多種化療藥物如柔紅霉素、長春新堿、阿霉素等的效果。心肌灌注顯像劑99Tcm-sestamibi、99Tcmtetrofosmin和99Tcm-furifosmin可以反映腫瘤的多藥耐藥基因或同源多藥耐藥基因的表達(dá)水平。這些示蹤劑作為分子靶向劑，可以評估Pgp表達(dá)水平，從而預(yù)測化療反應(yīng)[16]。

2.11 報告基因

報告基因是人為地插入目標(biāo)細(xì)胞或組織的一個外源基因，作為一種方便的方式來確認(rèn)成功引入的治療基因表達(dá)情況。迄今，在臨床上已使用的報告基因系統(tǒng)主要包括多巴胺2型報告基因或單純皰疹I(lǐng)型胸苷激酶基因（HSV-TK1）。HSVTK1的 靶 向 制 劑 包 括18F-fluoroganci-clovir（FGCV）、18F-fluoropenciclovir（FPCV），9-[4-18F-fluoro-3-（hydroxymethyl）butyl] guanine（FHBG）等[17]。

3 總結(jié)

目前，分子靶向成像正處于起步階段。開發(fā)、設(shè)計特異的、理化性質(zhì)優(yōu)良的分子探針尤為重要，一個成功的分子顯像可以產(chǎn)生良好的效果。例如，許多癌前病變的成功檢測是非常有益的，使“先發(fā)制人”的方式治療惡性腫瘤成為可能?？梢韵胂笤诂F(xiàn)在和未來，分子靶向顯像正在或?qū)⒁淖兾覀兊呐R床思維方式，從而改變目前患者檢查和治療的流程，以獲得最佳的診療效果。

[1] Kang L，Wang RF，Yan P，et al.Noninvasive visualization of RNA delivery with99mTc-radiolabeled small-interference RNA in tumor xenografts[J].J Nucl Med，2010，51（6）：978-986.

[2] Fu P，Shen B，Zhao C，et al.Molecular imaging of MDM2 messenger RNA with99mTc-labeled antisense oligonucleotides in experimental human breast cancer xenografts[J].J Nucl Med，2010，51（11）：1805-1812.

[3] Taggart DP，Bakkenist CJ，Biddolph SC，et al.Induction of myocardial heat shock protein 70 during cardiac surgery[J].J Pathol，1997，182：362-366.

[4] De Jong M，Rolleman EJ，Bernard BF，et al.Inhibition of renal uptake of indium-111-DTPA-octreotide in vivo[J].J Nucl Med，1996，37：1388-1392.

[5] Rybczynska AA，Dierckx RA，Ishiwata K，et al.Cytotoxicity of sigma-receptor ligands is associated with major changes of cellular metabolism and complete occupancy of the sigma-2 subpopulation[J].J Nucl Med，2008，49（12）：2049-2056.

[6] Terw isscha van Scheltinga AG，van Dam GM，Nagengast WB，et al.Intraoperative near-infrared fluorescence tumor imaging with vascular endothelial growth factor and human epidermal grow th factor receptor 2 targeting antibodies[J].J Nucl Med，2011，52（11）：1778-1785.

[7] Skovgaard D，Kjaer M，Madsen J，et al.Noninvasive64Cu-ATSM and PET/CT assessment of hypoxia in rat skeletal muscles and tendons during muscle contractions[J].J Nucl Med，2009，50（6）：950-958.

[8] Plotnik DA，Emerick LE，Krohn KA，et al.Different modes of transport for 3H-thymidine，3H-FLT，and 3H-FMAU in proliferating and nonproliferating human tumor cells[J].J Nucl Med，2010，51（9）：1464-1471.

[9] Kenis H，Zandbergen HR，Hofstra L，et al.Annexin A5 uptake in ischemic myocardium：demonstration of reversible phosphatidylserine externalization and feasibility of radionuclide imaging[J].J Nucl Med，2010，51（2）：259-267.

[10] Liu Z，Li ZB，Cao Q，et al.Small-animal PET of tumors with （64）Cu-labeled RGD-bombesin heterodimer[J].J Nucl Med，2009，50（7）：1168-1177.

[11] Lim SM，Katsifis A，Villemagne VL，et al.The18F-FDG PET cingulate island sign and comparison to123I-beta-CIT SPECT for diagnosis of dementia with Lewy bodies[J].J Nucl Med，2009，50（10）：1638-1645.

[12] Mitsis EM，Reech KM，Bois F，et al.123I-5-IA-85380 SPECT imaging of nicotinic receptors in Alzheimer disease and mild cognitive impairment[J].J Nucl Med，2009，50（9）：1455-63.

[13] Owens J，Tebbutt AA，McGregor AL，et al.Synthesis and binding characteristics of N-（1-naphthyl）-N'-（3-[125I]-iodophenyl）-N'-methylguanidine （[125I]-CNS1261）：a potential SPECT agent for imaging NMDA receptor activation[J].Nucl Med Biol，2000，27：557-564.

[14] Brooks DJ.Imaging approaches to Parkinson disease[J].J Nucl Med，2010，51（4）：596-609.

[15] Shi J，Perry G，Berridge MS，et al.Labeling of cerebral amyloid beta deposits in vivo using intranasal basic fibroblast growth factor and serum amyloid P component in mice[J].J Nucl Med，2002，43（8）：1044-1051.

[16] Wang JH，Scollard DA，Teng S，et al.Detection of P-glycoprotein activity in endotoxemic rats by99mTc-sestamibi imaging[J].J Nucl Med，2005，46（9）：1537-1545.

[17] Gambhir SS，Bauer E，Black ME，et al.A mutant herpes simplex virus type 1 thymidine kinase reporter gene shows improved sensitivity for imaging reporter gene expression with positron emission tomography[J].Proc Natl Acad Sci USA，2000，97：2785-2790.