肝臟磁共振對比劑的過去、現在和未來

張水興，劉于寶 綜述，梁長虹 審校

自20世紀80年代磁共振對比劑Gd-DTPA應用于臨床以來，含其他元素、肝細胞特異性的MR對比劑等已相繼問世并部分已應用于臨床。了解肝臟MR對比劑種類及其成分、作用機制、臨床應用方法及副反應等，對臨床工作、科研等均具有重要意義。

根據MRI對比劑在肝臟內的選擇性生物分布特點，分為四大類：(1)分布于細胞外間隙或間質間隙MR對比劑；(2)分布于網狀內皮細胞系統或巨噬細胞-單核細胞吞噬細胞系統MR對比劑；(3)肝細胞選擇性吸收的MR對比劑；(4)血管內或血池性MR對比劑。按照所作用的靶物不同，特異性MR對比劑可分成肝膽特異性、網狀內皮細胞特異性、腫瘤特異性及血池性等。根據MRI對比劑化學結構及所含金屬元素不同可分為含釓類、含鐵類、含錳類以及金屬卟啉化合物對比劑[1-3]。

1 細胞外間隙分布的MR對比劑：非特異性含釓對比劑(釓螯合物)

目前應用于臨床的含釓磁共振對比劑(簡稱釓對比劑，Gadolinium based contrast agent, GBCA)。按照其配體結構不同分為大環(huán)類和線性類兩類。又可以分為離子型和非離子型，離子型和非離子型在增強效能及臨床應用的副反應方面無顯著差別。離子型螯合物比非離子型螯合物穩(wěn)定，大環(huán)類螯合物比線性螯合物穩(wěn)定[2,3]。

GBCA特點為分子量小，具有親水性，在肝臟分布無特異性，分布于血管和組織間隙，不能進入細胞內。靜脈注射后迅速分布到全身血管系統，隨即彌散到血管外細胞間隙。主要通過其順磁作用縮短組織T1時間，使對比劑分布區(qū)域T1WI信號升高而起到陽性增強作用[4-7]，主要反映組織血液供應狀態(tài)。因此要求使用各種MR快速掃描序列進行肝臟多期多時相MR掃描，動態(tài)觀察肝內病灶強化方式的演變過程。目前有關該類對比劑掃描延遲時間的準確把握以及快速掃描序列技術的改進等為臨床關注的熱點。

GBCA不足及展望：含釓對比劑的使用可能導致腎功能不全患者出現腎源性系統纖維化(nephrogenic systemic fibrosis, NSF)。FDA指出應該首先對患者腎功能不全程度做出評估并以此來決定對比劑的使用量。一般對于嚴重腎功能不全的患者應當禁止使用對比劑檢查；對于中度腎功能不全患者應該低劑量使用或慎用。隨著含釓對比劑與NSF發(fā)病相關性的報道，降低含釓類MR對比劑劑量頗受關注。劑量與注射流率、場強高低的相關性等、能否通過提高注射流率達到最大濃度而降低劑量等、相繼誕生的不同快速掃描序列對對比劑的劑量如何影響？不同注射流率及生理鹽水沖洗量的多少對各期強化峰值、達峰時間及強化噪聲比的影響如何等，均有待進一步研究。

2 肝細胞特異性對比劑

包括肝細胞特異性含釓類及含錳類對比劑。

2.1 肝細胞特異性含釓類對比劑

肝細胞特異性含釓對比劑主要包括G d-BOPTA(莫迪司, MultiHance)和Gd-EOB-DTPA(普美顯, Promovist)。

Gd-BOPTA由芐氧基修飾DTPA制得。Gd-EOB-DTPA是在Gd-DTPA分子結構上添加脂溶性EOB (ethoxybenzy1)基形成。兩者經腎臟排泄與經膽管排泄率不同，Gd-EOB-DTPA經膽管排泄率約為41.6%～51.2%，Gd-BOPTA膽管排泄率約為0.6%～4.0%，其余經腎臟排泄。肝細胞特異性期最佳成像時間：Gd-BOPTA為注射對比劑后40min，Gd-EOB-DTPA為注射對比劑后20min，對肝功能正常無肝硬化者Gd-EOB-DTPA肝細胞特異性期成像時間可縮短至注射對比劑后10min。Gd-BOPTA、Gd-EOB-DTPA推薦劑量分別為：0.05 mmol/kg、0.025 mmol/kg[8]。

不足及展望：Gd-EOB-DTPA推薦劑量動脈期成像、動脈及靜脈血管成像與非特異性含釓對比劑存在的差異？目前Gd-EOB-DTPA推薦掃描方案為：在增強掃描完成動態(tài)期掃描后，再進行常規(guī)T2WI平掃及DWI、MRS等掃描，平掃及注射對比劑后不同時間段ADC值、MRS峰值等是否存在差異或差異是否有統計學意義等均需進一步進行多中心、大宗病例的研究。對特殊類型病變如肝腺瘤的強化方式、機制等尚需深入研究。

2.2 肝細胞特異性含錳類對比劑

Mn-DPDP(泰乃影, Teslascan)屬于肝細胞膽汁分泌的對比劑。錳與2個5巰基維生素B6蔟形成配合體，參與維生素B6的代謝，分解出的錳在肝內聚合成大分子，因此產生MRI高T1弛豫。臨床應用劑量5～25 mmol/kg，推薦劑量5 mmol/kg，成人總量為30～50ml。

Mn-DPDP可用于肝細胞源性病變與非肝細胞源性病變的鑒別，Mn-DPDP能使肝實質顯著強化，無肝細胞功能的病灶不能攝取Mn-DPDP而保持原有信號，病灶與背景肝對比增加，提高肝臟病變的檢出率[12]。肝癌的分化程度與Mn-DPDP的強化程度有一定相關性，分化良好者，仍保留正常肝細胞的部分功能，可攝取一定量的Mn而出現強化[13]。膽系梗阻會影響Mn-DPDP的排泄，可導致肝實質持續(xù)強化。

Mn-DPDP不足：部分高分化肝癌能攝取，不宜團注，在體內不穩(wěn)定，不良反應發(fā)生率較高。游離的錳易引起肝內膽管炎。

3 網狀內皮細胞系統靶向性對比劑：含鐵類對比劑

含鐵類對比劑主要指直徑40～400nm的超順磁性氧化鐵(superparamagnetic iron oxide, SPIO)顆粒，其核心為Fe3O4和Fe2O3，外被葡聚糖或碳氧葡聚糖，如：AMI-25(菲立磁, Ferumoxides)，SHU555A(內二顯, Resovist)，AMI-227 (Ferumoxtran)等。AMI-25是葡聚糖包被的氧化鐵顆粒，平均粒徑80nm，核心氧化鐵晶體粒徑20nm。SHU555A為二氧化碳葡聚糖包被的氧化鐵顆粒，平均粒徑60nm，其副作用較AMI-25更小，已有臨床應用于肝臟增強及灌注的研究報道[7-13]。AMI-227為超微粒SPIO (USPIO)，顆粒直徑僅有17～20nm，能在血液中循環(huán)相當長的時間(半衰期200分鐘)不被網狀內皮細胞清除，USPIO又被稱為血管內MR對比劑。分子量較大的SPIO在體內注射后將被RES細胞(如巨噬細胞)吞噬攝取，短期內不會進入鐵代謝途徑。

此類對比劑主要影響T2弛豫時間，MR增強掃描序列應選擇對磁場不均勻性比較敏感的T2加權SE序列、T2*加權GRE序列、EPI等。由于SPIO作用時間較長，從提高信噪比的角度，宜選用不屏氣序列。正常內皮細胞和Kupffer吞噬細胞攝取對比劑后，降低T2加權像上信號強度，產生“黑肝”效應；不含吞噬細胞或吞噬細胞功能異常的病變組織維持原有的信號。

含鐵類對比劑現狀：在國內臨床上曾試用SPIO一段時間，但在國內肝臟疾病診斷方面效果不如國外文獻報道理想。其主要原因為國內肝癌大部分有肝硬化背景，此類患者肝內鐵沉積影響強化效果；另外部分肝癌病灶內少量Kupffer細胞殘留以及價格昂貴等因素限制了其在臨床應用，目前國內大多僅限于實驗進行分子影像學標記方面的研究。

4 金屬卟啉化合物對比劑

卟啉參與組成血紅蛋白及細胞色素鏈，釓(Gd)、錳(Mn) 等可與卟啉類結合成為金屬卟啉化合物。金屬卟啉化合物對比劑又稱為“壞死親和性對比劑”(necrosis avid contrast agents, NACAs)[14]。研究者認為NACAs 通過殘存的血供進入壞死組織。壞死組織自身溶解導致細胞膜完整性受損，有利于NACAs 與壞死組織碎片如變性蛋白等作用，產生集聚效應，導致局部弛豫率增加使壞死組織持續(xù)增強。

近年來，金屬卟啉化合物具有壞死親和性及作為NACAs逐漸得到認可。由于其具有壞死或非活性組織親和特性，腫瘤中心壞死區(qū)及腫瘤纖維性包膜強化，可為診斷提供更多信息[14]。在動物肝腫瘤經射頻消融治療后應用Gd-MP進行MR成像，發(fā)現可以明確區(qū)別腫瘤壞死與存活部分，表明NACAs在監(jiān)測肝臟腫瘤治療過程及預測療效方面可能具有一定的價值[15]。但其光敏毒性和染色等副作用限制了其應用。

5 血池性對比劑

指相對分子質量大于20000或進入血液后可逆性與血漿蛋白結合，能較長時間(大于1 h)保留在血管內德對比劑。其特點為能較準確反映組織器官血流灌注水平，能早期發(fā)現血管通透性的異常，其長時間停留在血管內可明顯提高MRA圖像質量；可用于評價器官的血容量。其缺點為體內潴留時間長。

6 內源性對比劑

已有學者進行了肝磁共振BOLD成像的初步研究。其原理為根據體內自身物質：順磁性物質脫氧血紅蛋白，氧合血紅蛋白為抗磁性物質，根據體內這兩種物質的變化，氧合血紅蛋白含量增加時，脫氧血紅蛋白的順磁性大于氧合血紅蛋白，產生縮短作用，檢測到相對高信號。

其用于肝臟存在問題為：因MRI采集時間長，容易受呼吸運動偽影的影響，數據處理復雜，可重復性受多種因素的影響。

7 超極化C-13MR對比劑

超極化C-13 M R對比劑化學名為：Hyperpolarized sodium 1-[13C]pyruvate，為丙酮酸鹽復合物，參與三羧酸循環(huán)、ATP代謝。13C MRS可用于對代謝物進行定量分析并通過測量代謝產物的空間分布判斷代謝酶活性。2010RSNA將此對比劑作為專題進行了討論，2010RSNA初步介紹了活體研究的優(yōu)點及局限性，對已獲得的實驗數據進行評價，并對其將來應用于臨床的價值進行了評估，其用于肝臟MR成像具有廣闊前景，在不久的將來將會廣泛應用于基礎研究及臨床。

8 肝臟MR磁共振對比劑研究

8.1 臨床研究方面

應對使用各種對比劑的臨床效果和效價比作進一步評價。隨著3.0T及以上高場強全身MR設備的出現及各種快速掃描序列的發(fā)展，越來越要求使用各種MR快速掃描序列進行肝臟多期多時相MR掃描，準確動態(tài)評價肝內病灶強化方式的演變過程。對比劑掃描延遲時間的準確把握以及快速掃描序列技術的改進等。

對比劑劑量與注射流率、場強高低的相關性等、不同快速掃描序列對對比劑的劑量的影響，不同注射流率及生理鹽水沖洗量的多少對各期強化峰值、達峰時間及強化噪聲比的影響等，腎源性系統纖維化等方面均有待進一步進行多中心研究。

近期在國內上市的Gd-EOB-DTPA方面尚需結合國內情況進行深入研究：如推薦劑量血管成像與非特異性含釓對比劑是否存在差異，平掃及注射對比劑后不同時間段ADC值、MRS峰值等是否存在差異或差異是否有統計學意義等均需進一步進行多中心、大宗病例的研究，此類對特殊類型病變如肝腺瘤的強化方式、機制等尚需深入研究。

8.2 基礎研究方面

深入研究對比劑生物分布特性和毒性至關重要。MR對比劑要求能進入細胞胞漿后并穩(wěn)定、均勻分布于細胞胞漿內，在細胞分裂增殖時MR對比劑可以被傳到子代細胞內；對細胞的活性與增殖、凋亡與代謝以及性能與表達等各方面的影響應盡可能小。

MR對比劑基礎研究主要集中在免疫成像、受體成像、基因成像等方面。磁共振免疫成像利用抗人腫瘤的單克隆抗體作為載體，將順磁性物質(SPIO)等標記到單抗上，通過抗體與抗原的結合，選擇性改變腫瘤MR信號。目前存在主要問題為敏感性低。

磁共振受體成像指通過順磁性標記的配體，在受體介導下產生特異性濃聚，達到選擇性強化成像的目的，根據信號的變化可了解受體的分布、受體密度和功能變化。目前存在問題為標記的SPIO等的熱穩(wěn)定性及毒性較大。

磁共振基因成像主要應用在以下幾方面：了解基因轉導是否成功，定位靶組織基因分布，評估基因表達水平等。目前存在問題為缺乏理想的順磁性示蹤劑。

8.3 肝臟靶向磁共振對比劑的研究方面

提高肝臟磁共振對比劑組織特異性、增強其弛豫效能、降低總體用藥量等為肝臟疾病診治的內在要求及肝臟靶向磁共振對比劑的研究方向。

8.3.1 提升對比劑弛豫效能方面

富勒烯金屬包合物的高產率合成與高效提取使這方面的研究向前邁進了一大步。將La系金屬如釓形成內嵌金屬富勒烯后，作為對比劑表現出了許多優(yōu)點，如弛豫效能明顯高于目前臨床用釓螯合物，且由于Gd3+被全碳籠保護而不與外界發(fā)生化學反應，避免了裸露Gd3+的毒性。弛豫效能明顯提高(約為Gd-DTPA的20倍)，動物實驗證實其能被網狀內皮系統吞噬[16-19]。

8.3.2 肝臟分子靶向特異性磁共振對比劑研究方面

肝臟特異分子如肝細胞和網狀內皮系統的吞噬細胞，是肝特異性對比劑的有效靶點。為了在靶區(qū)獲得理想的信號，分子成像需要對比劑在靶部位的聚集。根據腫瘤組織病理生理的特點，通過被動靶向和主動靶向兩種實現途徑。被動靶向由包載有對比劑的納米粒達到；主動靶向通過配受體結合反應實現。

脂質體是目前最成熟的納米制劑之一，作為藥物載體用于治療肝臟網狀內皮系統疾病及炎癥，可以快速從血液中清除而聚集至網狀內皮系統或直接達到肝細胞。粒徑較大時主要通過吞噬作用，粒徑在40～100nm則直接被肝細胞攝取。

主動靶向分子顯影對比劑以肝臟表面表達的特異分子及受體為靶點，通過配受體結合反應，實現對比劑定向到達肝臟腫瘤靶組織的目的[20-23]。主動靶向對比劑的關鍵是選擇合適的靶點，制備具有MRI信號增強功能的合適配體。腫瘤細胞表面過表達受體按功能分兩類：代謝性受體和營養(yǎng)性受體。代謝性受體為受體酪氨酸激酶超家族，如表皮生長因子受體(EGFR)、葉酸受體(FR)以及各種激素類受體等。營養(yǎng)性受體有低密度脂蛋白受體(LDLR)、轉鐵蛋白受體(TfR)、葡萄糖受體(GR)等。將以上受體的配體或配體類似物直接與釓螯合物連接，或間接連接于對比劑載體的表面，可制得具有肝臟腫瘤選擇性的釓類MRI對比劑。

9 肝臟MR對比劑前景展望

肝臟磁共振對比劑的廣泛應用及新型對比劑的不斷開發(fā)和研究，為肝臟病變的早期診斷、特異性成像及基礎研究方面提供了廣闊的前景。設計出組織特異性強、弛豫效能高、組織相容性好、無細胞毒性的肝臟磁共振對比劑是研究者及臨床工作者共同努力的方向。將其他成像介質如熒光探針與對比劑、或將各種抗腫瘤藥物或干擾基因與對比劑等構建于同一體系中，進行多功能成像，以提高肝臟疾病檢測靈敏度，或使其具備診斷治療雙重效能，將是肝臟MRI對比劑進一步的研究方向。

[References]

[1]Semelka RC, Helmberger TK.Contrast agents for MR imaging of the liver.Radiology, 2001, 218(1): 27-38.

[2]Juluru K, Vogel-Claussen J, Macura KJ, et al.MR imaging in patients at risk for devoloping nephrogenic systemic fibrosis: protocols, practices, and imaging techniques to maximize patient safety.Radiographics, 2009, 29(1): 9-22.

[3]Thomsen HS, Marckmann P, Logager VB.Update on Nephrogenic Systemic Fibrosis.Magn Reson Imaging Clin N Am, 2008, 16 (4): 551-560.

[4]Schuhmann-Giamperi G, Schmitt-Willich H, Press WR,et al.Preclinical evaluation of Gd-EOB-DTPA as a contrast agent in MR imaging of the hepatobiliary system.Radiology, 1992, 183(1): 59-64.

[5]Vittadini G, Felder E, Tirone P, et al.B-19036, a potential new hepatobiliary contrast agent for MR proton imaging.Invest Radiol, 1988, 23(Supp 1): S246-S248.

[6]Duda S, Laniado M, Kopp A, et al.Superparamagnetic iron oxide: detection of focal liver lesions at high- fi eld-strength MR imaging.JMRI, 1994, 4(3): 309-314.

[7]Saito K, Shindo H, Ozuki T, et al.Perfusion study hypervascular hepatocellular carcinoma with SPIO.Magnetic Resonance in Medical Sciences, 2005, 4(4): 151-158.

[8]Kopp AF, Laniado M, Dammann F, et al.MR imaging of the liver with Resovist: Safty, ef fi cacy, and pharmacodynamic properties.Radiology, 1997, 204(3): 749-756.

[9]Zhang SX, Liang CL, Huang B.A primary study for dynamic susceptibility-contrast MR perfusion imaging using superparamagnetic iron oxide particles in normal brain of rabbits.Chin J Radiol, 2008, 42(3): 309-313.張水興, 梁長虹, 黃飚.對比劑鐵羧葡胺在正常兔MR腦灌注初步實驗研究.中華放射學雜志, 2008, 42(3): 309-313.

[10]Rockall AG, Planche K, Power N, et al.Detection of neuroendocrine liver metastases with MnDPDP-enhanced MRI.Neuroendocrinology, 2009, 89(3):288-295.

[11]Seale MK, Catalano OA, Saini S, et al.Hepatobiliaryspeci fi c MR contrast agents: role in imaging the liver and biliary tree.Radiographics, 2009, 29(6):1725-1748.

[12]Kim JH, Kim MJ, Park YN, et al.Mangafodipir trisodiumenhanced MRI of hepatocellular carcinoma: correlation with histological characteristics.Clin Radiol, 2008, 63(11):1195-1204.

[13]Liu YL, Huan Y, Ge YL, et al.MnDPDP enhanced magnetic resonance imaging of focal liver lesion.J FourthMil Med Univ, 2004, 25(4): 351-354.劉燕麗, 宦怡, 葛雅麗, 等.Mn-DPDP的MR增強掃描在肝臟病變中的應用.第四軍醫(yī)大學學報, 2004, 25(4):351-354.

[14]Ni Y, Petre C, Miao Y, et al.Magnetic resonance imaging histomorphologic correlation studies on paramagnetic metalloporphyrins in rat models of necrosis.Invest Radiol,1997, 32(12): 770-779.

[15]Ni Y, Cresens E, Adriaens P, et al.Exploring multifunctinal features of necrosis avid contrast agents.Acad Radiol,2002, 9 (Suppl 2): S488-S490.

[16]Schmiedl UP, Nelson JA, Robinson DH, et al.Pharmaceutical properties, biodistribution, and imaging characteristics of manganese-mesoporphyrin.A potential hepatobiliary contrast agent for magnetic resonance imaging.Invest Radiol, 1993, 28(10): 925-932.

[17]Mikawa M, Kato H, Okumura M, et al.Paramagnetic water-soluble metallofullerenes having the highest relaxivity for MRI contrast agents.Bioconjug Chem, 2001,12(4): 510-514.

[18]Lu X, Xu JX, Shi ZJ, et al.Studies on the relaxivities of novel MRI contrast agents- two water-soluble derivatives of Gd@C82.Chem J Chin Universities, 2004, 25(4): 697-700.盧興, 徐建勛, 施祖進, 等.新型核磁成像對比劑──兩種Gd@C82水溶性衍生物的弛豫性能研究.高等學?；瘜W學報, 2004, 25(4): 697-700.

[19]Kabalka G, Buonocore E, Hubner K, et al.Gadolinium labeled liposomes: targeted MR contrast agents for the liver and spleen.Radiology, 1987, 163(4): 255-258.

[20]Moghimi SM, Hunter AC, Murray JC.Nanomedicine:current status and future prospects.FASEB J.2005, 19(3):311-330.

[21]Corot C, Robert P, Lancelot E, et al.Tumor imaging using P866, a high-relaxivity gadolinium chelate designed for folate receptor targeting.Magn Reson Med, 2008, 60(6):1337-1346.

[22]Corbin IR, Li H, Chen J, et al.Low-density lipoprotein nanoparticles as magnetic resonance imaging contrast agents.Neoplasia, 2006, 8(6): 488-498.

[23]Ozaki N, Sankar AU, Yamashita M, et al.Synthesis, in vitro and in vivo studies of Gd-DTPA-XDA-D1-Glc (OH)complex as a new potential MRI contrast agent.Bioorg Med Chem Lett, 2010, 20(3): 932-934.