分子影像在膠質(zhì)瘤中的應(yīng)用

李道爽，孫夕林，申寶忠

膠質(zhì)瘤是發(fā)生于神經(jīng)外胚層的并且是顱內(nèi)最常見的腦原發(fā)性腫瘤，其中惡性比例約占50%[1]。目前影像診斷膠質(zhì)瘤最常用的方法為磁共振成像（MRI）和計算機X線斷層掃描（CT）兩種方法。MRI因其空間分辨率較高，可以多方位、多序列成像因而成為膠質(zhì)瘤診斷的首選方法。但是MRI的信號特點不具有特異性，并且增強MRI不能準(zhǔn)確反映膠質(zhì)瘤的細(xì)胞代謝、血管生成等生物特性[2]。所以如何對膠質(zhì)瘤的生物學(xué)行為進(jìn)行全面準(zhǔn)確的判斷是影像學(xué)需要克服的一個難題。美國哈佛大學(xué)分子影像中心Weissleder等[3]在1999年首次提出分子影像學(xué)的概念，通過使用高特異的探針，無創(chuàng)地與體內(nèi)細(xì)胞特定的分子靶位結(jié)合，以影像方式反映分子水平的變異信息以便在細(xì)胞和分子水平上定性和定量地研究活體的生物過程。正電子發(fā)射計算機斷層顯像（positron emission computed tomography，PET）集核物理、放射化學(xué)、分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)于一身，可以無創(chuàng)地對血流灌注、物質(zhì)代謝、基因表達(dá)等進(jìn)行分子水平的顯像因而是腫瘤分子影像的代表[4]。此外，PET分子影像技術(shù)探測靈敏度高，在納摩爾甚至皮摩爾水平的探針濃度下就能獲得理想的圖像質(zhì)量，而MRI由于探測靈敏度有限，即使在分子探針濃度較高的情況下獲得的信號也非常小。分子影像技術(shù)中高靈敏和高特異性的分子探針的制備和應(yīng)用是最為關(guān)鍵的技術(shù)。只有研制對腫瘤有高靈敏和高特異性的分子探針再通過先進(jìn)的分子影像技術(shù)（例如PET）對獲得的生物信號進(jìn)行放大，才能推動膠質(zhì)瘤乃至其它腫瘤的分子影像的發(fā)展。

葡萄糖代謝顯像

惡性腫瘤由于代謝旺盛會導(dǎo)致葡萄糖的消耗增加。因此將正電子核素18F標(biāo)記在葡萄糖上即18F-氟脫氧葡萄糖（18FFDG）可準(zhǔn)確反映體內(nèi)器官／組織的葡萄糖代謝水平，因此18FFDG被譽為“世紀(jì)分子”，是目前PET顯像最廣泛應(yīng)用的示蹤劑[5]。由于腫瘤的增殖活性和腫瘤對氟脫氧葡萄糖的攝取關(guān)系密切，18F-FDG PET對腫瘤的分型，分級以及對腫瘤的增殖活性的評估有重要作用[6]。然而18F-FDG PET顯像也有一些不足之處，例如18F-FDG是一種非特異性示蹤劑，18F-FDG PET顯像提供的有關(guān)病灶信息較少，只能反應(yīng)病灶代謝的高低情況，因此對均表現(xiàn)為高代謝的惡性腫瘤或均表現(xiàn)為低代謝的良性腫瘤的具體類型不能進(jìn)一步區(qū)分；其次，雖然大多數(shù)腦膠質(zhì)瘤呈現(xiàn)不同程度的高18F-FDG攝取灶，但一些影響18F-FDG攝取的因素如腫瘤的大小、組織學(xué)類型及不同級別腫瘤所占比例等會導(dǎo)致假陰性的結(jié)果的產(chǎn)生；而且一些非腫瘤性疾病，如炎癥、癲癇發(fā)作期等則會造成18F-FDG攝取較高，導(dǎo)致假陽性結(jié)果的產(chǎn)生。除此之外，F(xiàn)DG在大腦皮層和灰質(zhì)的高濃聚也會對位于此處的膠質(zhì)瘤的診斷造成困難。

氨基酸代謝顯像

在膠質(zhì)瘤分子影像研究中，氨基酸示蹤劑11C-蛋氨酸（11CMET）最為常用。由于正常腦組織不以氨基酸為能量來源，使得11C-MET在正常腦組織中攝取較低，而腫瘤細(xì)胞可以過度利用氨基酸，因此11C-MET在腫瘤的檢測和勾畫方面具有較高的特異 性[7]。Yamamoto等[8]對5例低級別膠質(zhì)瘤（WHOⅡ級），3例間變型星形細(xì)胞瘤（WHOⅢ級），7例惡性膠質(zhì)瘤（WHOⅣ級）共15例患者分別行18F-FDG及11C-MET PET顯像，結(jié)果顯示11C-MET在15例患者中的攝取程度均明顯增高，其診斷敏感度為100%，而18F-FDG的診斷敏感度僅為40%。但是11C-MET作為膠質(zhì)瘤分子影像的探針也存在一些弊端，例如某些良性病灶造成的局部血流增加、炎細(xì)胞浸潤等也可以出現(xiàn)11C-MET攝取進(jìn)而造成假陽性結(jié)果。Zhao等[9]在鼠的左右腓腸肌上分別接種桔橙紅球菌和異源鼠C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞，建立攜帶肉芽腫和腫瘤的鼠模型。在接種10d后注射11C-MET，并用小動物PET進(jìn)行動態(tài)11C-MET PET成像，在禁食過夜后的第二天又對模型注射18F-FDG，同時行動態(tài)18F-FDG PET成像。計算時間-活性曲線，靜態(tài)顯像和病變的平均標(biāo)準(zhǔn)攝取值。結(jié)果顯示肉芽組織和腫瘤組織對11C-MET攝取的動態(tài)分布有顯著差異而在11C-MET的靜態(tài)分析中兩者無明顯差別。而腫瘤和肉芽組織中的18F-FDG的動態(tài)分布和靜態(tài)分析都無差異。此結(jié)果表明動態(tài)11C-MET PET成像對區(qū)分肉芽腫病變中的惡性腫瘤有一定的價值。

在腫瘤勾畫方面，許多研究表明[10]分子成像對原發(fā)腫瘤邊界的劃定往往大于解剖成像（如MRI）的結(jié)果，這可能與血腦屏障完整的瘤區(qū)MRI成像缺乏對比增強有關(guān)。與FDG PET相比MET PET能更好的顯示腫瘤邊界，而且有助于研究腫瘤浸潤與功能性腦區(qū)的聯(lián)系，從而為臨床實施范圍更準(zhǔn)確的腦腫瘤外科切除提供有力幫助。

核苷酸代謝顯像

18F-氟胸腺嘧啶（18F-FLT）是胸腺嘧啶類似物，在細(xì)胞質(zhì)中與DNA合成期表達(dá)有關(guān)的胸苷激酶-1（TK-1）作用于18F-FLT生 成18F-FLT-磷酸鹽，18F-FLT-磷酸鹽滯留在細(xì)胞內(nèi)不參與DNA的進(jìn)一步合成[11]。腫瘤組織DNA合成劇增，而炎癥細(xì)胞和其他良性病變多為成熟細(xì)胞，DNA合成活性很低，所以可以通過18F-FLT顯示TK-1的活性這一特點對腫瘤細(xì)胞分裂增殖情況進(jìn)行顯像。van Waarde等[12]對神經(jīng)膠質(zhì)瘤合并無菌性炎癥的裸鼠模型中發(fā)現(xiàn)在膠質(zhì)瘤和炎癥病灶中都有18F-FDG的攝取，而18F-FLT僅在腫瘤病灶中有攝取。18F-FLT還對膠質(zhì)瘤的級別和增殖能力的評估有一定價值，Yamamoto等[13]對56例接受18F-FLT PET檢查的膠質(zhì)瘤患者（新發(fā)患者36例，復(fù)發(fā)患者20例）進(jìn)行回顧性研究，測量腫瘤和正常對側(cè)大腦半球的標(biāo)準(zhǔn)攝取值，計算靶組織和非靶組織比值（T／N比值）。結(jié)果顯示不同級別的新發(fā)膠質(zhì)瘤的T／N比值有明顯差異，并且高級別和低級別的新發(fā)膠質(zhì)瘤的T／N比值都和復(fù)發(fā)膠質(zhì)瘤的T／N比值也都有差別。表明18F-FLT PET可用于膠質(zhì)瘤，尤其是新發(fā)膠質(zhì)瘤的分級的評估。然而18F-FLT和18F-FDG一樣均為非特異性顯像劑，所以腫瘤細(xì)胞增殖的數(shù)量、病灶的大小和18F-FLT與TK-1的親和力低于正常胸腺嘧啶等因素都會對18F-FLT PET的診斷結(jié)果造成影響。

RGD肽PET顯像

RGD肽是含有精氨酸-甘氨酸-門冬氨酸（Arg-Gly-Asp）序列的一類短肽，具有能夠特異結(jié)合細(xì)胞表面的整合素的特點。研究表明對腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及血管生成起重要作用的整合素αvβ3在骨肉瘤、肺癌、乳腺癌和膠質(zhì)瘤等多種腫瘤細(xì)胞表面和新生血管內(nèi)皮細(xì)胞中高表達(dá)，而在正常細(xì)胞和血管中呈低水平表達(dá)[14]。用正電子放射性核素18氟（18F）標(biāo)記含RGD基序的多肽，然后用正電子放射性型計算機斷層掃描儀（PET／CT）進(jìn)行顯像可無創(chuàng)性地在活體上顯示腫瘤生長過程中ανβ3受體的表達(dá)量變化，可間接反映新生血管生成及腫瘤的增長情況，在腫瘤的診斷及臨床治療的療效評價方面具有重要價值。所以，外源性RGD肽競爭性結(jié)合腫瘤細(xì)胞表面的整合素受體αvβ3得到了廣泛研究。Chen等[15]報道將18F標(biāo)記的環(huán)狀RGD肽c（RGDyK）（[18F]FB-RGD）并在皮下和原位腦膠質(zhì)瘤模型中對整合素的表達(dá)進(jìn)行顯像，具有較好的腫瘤／背景比率，但肝膽管排泄和腫瘤清楚率較快對其臨床應(yīng)用造成了限制。吳等[16]采 用 一 種 新 型PET受 體 靶 向 顯 像 劑18F-AlF-NOTAPRGD2，將其經(jīng)尾靜脈注入荷有U87MG膠質(zhì)瘤的裸鼠體內(nèi)后行體內(nèi)放射性生物學(xué)分布和PET／CT顯像研究。結(jié)果顯示18FAlF-NOTA-PRGD2能靶向腫瘤病灶，靜脈注射后1h和2h腫瘤攝取量分別達(dá)4.14±1.44、2.80±1.18%ID／g（t＝1.910，P＝0.070），腫瘤／腦比值分別達(dá)2.95±0.61、5.21±2.62（t＝-1.686，P＝0.167）。雖然存在肝膽排泄，但是在注射顯像劑1h后肝臟的放射性分布已降到比較低的水平（腫瘤／肝＝2.02±0.50）。另外值得重視的是骨骼的放射性分布也一直很低，提示18F-AlF-NOTA-PRGD2的體內(nèi)穩(wěn)定性很好，無脫氟現(xiàn)象。

PD153035PET顯像

近年來表皮生長因子受體（EGFR）的過表達(dá)和其下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路例如RAS-RAF-MAPK的活化，已經(jīng)被認(rèn)為在惡性膠質(zhì)瘤的發(fā)生、發(fā)展中起著重要的作用[17，18]。Verhaak等[19]報道稱在惡性程度最高的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中有97%出現(xiàn)EGFR擴增，而在其他亞型和低級別的膠質(zhì)瘤中EGFR則很少表達(dá)。此外，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中EGFR信號升高也已被證實與復(fù)發(fā)間隔變短和生存率下降有關(guān)聯(lián)[20]。因此，應(yīng)用抗體或酪氨酸激酶抑制劑（TKI）對EGFR進(jìn)行靶向抑制是一種非常有效的膠質(zhì)瘤治療方法。已有研究表明EGFR擴增或過表達(dá)的膠質(zhì)瘤患者較EGFR低表達(dá)或不表達(dá)的患者對表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑（EGFR-TKI）具有更好的反應(yīng)。因此在適合靶向藥物治療的患者篩選中，如何對腫瘤組織EGFR水平的評估是需要首先解決的問題。而現(xiàn)有的生物學(xué)標(biāo)志物的檢測方法，如免疫組織化學(xué)法（IHC）劑酶聯(lián)免疫吸附實驗（ELISA）等，多為有創(chuàng)性檢查，且不能全面評價腫瘤組織內(nèi)EGFR的水平及活性狀態(tài)。

喹唑啉衍生物之一PD153035已被證明是一種特異性較高的EGFR胞內(nèi)區(qū)ATP競爭性酪氨酸激酶抑制劑。而且，11C標(biāo)記的PD153035不僅有較高的比放射性和放射化學(xué)純度，而且具有更高的生物穩(wěn)定性和更低的基礎(chǔ)代謝率。目前11CPD153035已經(jīng)作為PET示蹤劑來測量體內(nèi)腫瘤中EGFR的表達(dá)情況[21]。Sun等[22]對11名經(jīng)病理證實的膠質(zhì)瘤患者在手術(shù) 前 行11C-PD153035PET／CT檢 查。將MRI圖 像 與11CPD153035PET／CT圖像進(jìn)行結(jié)合，在每個腫瘤腦組織中不同的11C-PD153035攝取區(qū)選取2個樣本并且在正常腦組織中選取1個樣本，通過立體定位技術(shù)將選取的樣本作為活檢靶區(qū)。以感興趣區(qū)中最大標(biāo)準(zhǔn)攝取值（SUVmax）對放射活性濃度進(jìn)行分析?；顧z組織中EGFR的表達(dá)情況用免疫組化染色和免疫蛋白印跡法分析。用感興趣區(qū)中最大標(biāo)準(zhǔn)攝取值與對側(cè)正常大腦半球白質(zhì)中的攝取值之比（SUVmax／WM）反映感興趣區(qū)中EGFR的表達(dá)水平，并與免疫組化染色和免疫蛋白印跡法分析所得的EGFR表達(dá)情況進(jìn)行關(guān)聯(lián)。結(jié)果顯示8名膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者中有6名患者腫瘤顯像清晰，而另外5名EGFR不表達(dá)或低表達(dá)（2例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，1例間變性星形細(xì)胞瘤，2例少突神經(jīng)膠質(zhì)瘤）患者沒有明顯的11C-PD153035攝取。SUVmax／WM比值與免疫組化染色和免疫蛋白印跡法分析所得結(jié)果有正向關(guān)性。此結(jié)果表明11C-PD153035PET／CT檢查是人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤有效的EGFR靶向分子成像方法，并且在適合EGFR靶向治療的患者的篩選中以及在惡性膠質(zhì)瘤早期靶向治療反應(yīng)的評估中將發(fā)揮重要作用。

隨著分子生物學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)以及材料化學(xué)的不斷進(jìn)步。這些學(xué)科與影像學(xué)交叉的機會越來越多，使分子影像學(xué)正在從抽象的概念向?qū)嵺`中轉(zhuǎn)換，成為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)成果向臨床應(yīng)用過渡的橋梁。如今，對膠質(zhì)瘤的分子生物學(xué)及基因組學(xué)的認(rèn)識越來越清晰，借助分子影像學(xué)對膠質(zhì)瘤進(jìn)行分子水平檢測的重要性已被廣泛認(rèn)同。雖然大多數(shù)的分子影像研究還處于實驗階段，但隨著分子探針的不斷改進(jìn)和成像技術(shù)的日益完善，相信在不久的將來分子影像學(xué)在臨床應(yīng)用中會彰顯其巨大的魅力。

[1]Sanai N，Alvarez-Buylla A，Berger MS.Neural stem cells and the origin of gliomas[J].The New England J Medicine，2005，353（8）：811-822.

[2]van den Bent MJ，Vogelbaum MA，Wen PY，et al.End point assessment in gliomas：novel treatments limit usefulness of classical Macdonald＇s Criteria[J].J Clinical Oncology，2009，27（18）：2905-2908.

[3]Weissleder R，Mahmood U.Molecular imaging[J].Radiology，2001，219（2）：316-333.

[4]Schaller BJ，Cornelius JF，Sandu N，et al.Molecular imaging of brain tumors personal experience and review of the literature[J].Current Molecular Medicine，2008，8（8）：711-726.

[5]Kumar R，Halanaik D，Malhotra A.Clinical applications of positron emission tomography-computed tomography in oncology[J].Indian J Cancer，2010，47（2）：100-119.

[6]Gulyas B，Halldin C.New PET radiopharmaceuticals beyond FDG for brain tumor imaging[J].Quarterly J Nuclear Medicine and Molecular Imaging，2012，56（2）：173-190.

[7]Jacobs AH，Dittmar C，Winkeler A，et al.Molecular imaging of gliomas[J].Molecular Imaging，2002，1（4）：309-335.

[8]Yamamoto Y，Nishiyama Y，Kimura N，et al.11C-acetate PET in the evaluation of brain glioma：comparison with11C-methionine and18F-FDG-PET[J].Molecular Imaging and Biology，2008，10（5）：281-287.

[9]Zhao S，Kuge Y，Yi M，et al.Dynamic11C-methionine PET analysis has an additional value for differentiating malignant tumors from granulomas：an experimental study using small animal PET[J].Eur J Nuclear Medicine and Molecular Imaging，2011，38（10）：1876-1886.

[10]Dandois V，Rommel D，Renard L，et al.Substitution of11C-methionine PET by perfusion MRI during the follow-up of treated high-grade gliomas：preliminary results in clinical practice[J].J Neuroradiology，2010，37（2）：89-97.

[11]Yamamoto Y，Nishiyama Y，Ishikawa S，et al.Correlation of18FLT and18FDG uptake on PET with Ki-67immunohistochemistry in non small lung cancer[J].Eur J Nuclear Medicine and Molecular Imaging，2007，34（10）：1610-1616.

[12]van Waarde A，Cobben DC，Suurmeijer AJ，et al.Selectivity of18F-FLT and18F-FDG for differentiating tumor from inflammation in a rodent model[J].J Nuclear Medicine，2004，45（4）：695-700.

[13]Yamamoto Y，Ono Y，Aga F，et al.Correlation of18F-FLT uptake with tumor grade and Ki-67immunohisto-chemistry in patients with newly diagnosed and recurrent gliomas[J].J Nuclear Medicine，2013，53（12）：1911-1915.

[14]Brooks PC，Montgomery AM，Rosenfeld M，et al.IntegrinαⅤβ3 antagonists promote tumor regression by inducing apoptosis of angiogenic blood vessels[J].Cell，1994，79（7）：1157-1164.

[15]Chen X，Park R，Shahinian AH，et al.18F-labeled RGD peptide：initial evaluation for imaging brain tumor angiogenesis[J].Nuclear Medicine and Biology，2004，31（2）：179-189.

[16]吳湖炳，王全師，韓彥江，等.PET顯像劑18F-AlF-NOTA-PRGD2的腫瘤靶向性[J].南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2014，34（1）：51-55.

[17]Moriai T，Kobrin MS，Hope C，et al.A variant epidermal growth factor receptorexhibits altered type alpha transforming growth factor binding and transmembrane signaling[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，1994，91（21）：10217-10221.

[18]Hackel PO，Zwick E，Prenzel N，et al.Epidermal growth factor receptors：critical mediators of multiple receptor pathways[J].Current Opinion in Cell Biology，1999，11（2）：184-189.

[19]Verhaak RGW，Hoadley KA，Purdom E，et al.Integrated genomic analysis identifies clinically relevant subtypes of glioblastoma characterized by abnormalities in PDGFRA，IDH1，EGFR and NF1[J].Cancer Cell，2010，17（1）：98-110.

[20]Lo HW.EGFR-targeted therapy in malignant glioma：novel aspects and mechanisms of drug resistance[J].Current Molecular Pharmacology，2010，3（1）：37-52.

[21]Mishani E，Abourbeh G，Rozen Y，et al.Novel carbon-11labeled 4-dimethylamino-but-2-enoicacid[4-（phenylamino）-quinazoline-6-yl]-amides：potential PET bioprobes for molecular imaging of EGFR-positive tumors[J].Nuclear Medicine and Biology，2004，31（4）：469-476.

[22]Sun J，Cai L，Zhang K，et al.A pilot study on EGFR-targeted molecular imaging of PET／CT with11C-PD153035in human gliomas[J].Clinical Nuclear Medicine，2014，39（1）：20-26.