分子探針在磁共振成像靶向檢測(cè)腫瘤中的應(yīng)用進(jìn)展

周代兵　許國(guó)雄復(fù)旦大學(xué)附屬金山醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，上海201508

分子探針在磁共振成像靶向檢測(cè)腫瘤中的應(yīng)用進(jìn)展

周代兵許國(guó)雄
復(fù)旦大學(xué)附屬金山醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，上海201508

分子影像學(xué)利用腫瘤微環(huán)境中特異性生物靶點(diǎn)的分子探針，借助磁共振分子成像超高空間分辨率、靶向性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地獲取腫瘤三維解剖結(jié)構(gòu)及生理、病理等信息，可為腫瘤早期、精準(zhǔn)診斷和治療提供重要的參考依據(jù)。

磁共振成像；腫瘤微環(huán)境；生物靶點(diǎn)；分子探針；早期診斷

1999年Weissleder等［1］提出分子影像學(xué)的概念，基本原理是以攜載配體的分子探針和體內(nèi)靶分子（核酸或蛋白質(zhì)［2］）特異性結(jié)合，通過(guò)磁共振圖像準(zhǔn)確地顯示細(xì)胞或分子水平的病理生理過(guò)程。腫瘤微環(huán)境中的代謝、免疫和內(nèi)分泌改變影響著腫瘤的發(fā)生發(fā)展。針對(duì)微環(huán)境中新生血管內(nèi)皮細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞上高表達(dá)的特異性受體，合成靶向性分子探針，輸注并與體內(nèi)受體特異性結(jié)合，從微觀分子層面上解讀腫瘤的發(fā)生發(fā)展及其結(jié)構(gòu)特征［3］。本文就分子探針在磁共振靶向檢測(cè)腫瘤方面的應(yīng)用進(jìn)展予以綜述。

1　腫瘤磁共振分子探針概述

腫瘤靶向性分子探針由靶向性配體、轉(zhuǎn)運(yùn)體和對(duì)比劑三部分組成［4］，為實(shí)現(xiàn)機(jī)體內(nèi)目標(biāo)靶點(diǎn)的特異性顯影，這就要求分子探針在體內(nèi)具有放大效應(yīng)、較強(qiáng)的穿透能力、較長(zhǎng)的半衰期以及較快的排出能力，而靶分子具有高分泌或者高表達(dá)、高親和力等特點(diǎn)，并且能很好地代表靶點(diǎn)生物特性。

常用的分子探針按成像材料可分為兩大類：一類是以釓（gadolinium，Gd）和錳（manganese，Mn）元素為基礎(chǔ)的順磁性對(duì)比劑，在T1彌散加權(quán)成像（T1WI）上表現(xiàn)為高信號(hào)；另一類是含有或包裹氧化鐵的超順磁性對(duì)比劑，在T2WI上表現(xiàn)為低信號(hào)［5］。

1.1釓類分子探針

釓類對(duì)比劑是一種順磁性物質(zhì)，具有7個(gè)不成對(duì)電子。不成對(duì)電子在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)波動(dòng)，使得組織縱向（T1）與橫向（T2）弛豫時(shí)間縮短，從而改變組織的磁共振信號(hào)。釓濃度在臨床劑量?jī)?nèi)（約0.1 mmol/kg），以影響T1弛豫時(shí)間為主，用于T1WI［6］。當(dāng)釓對(duì)比劑使用超過(guò)臨床劑量時(shí)，T2的增強(qiáng)作用超過(guò)T1增強(qiáng)作用，在部分組織中T1WI顯示為低信號(hào)，稱之為陰性造影［7］。但有研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于腎功能不全患者（除急性腎損傷外），特別是腎小球?yàn)V過(guò)率小于30mL/（min·1.73m2）的患者，釓對(duì)比劑劑量加大會(huì)加重腎功能損害［8］。目前臨床上應(yīng)用的釓螯合物對(duì)比劑Gd-DTPA（MagnevistR）及Gd-DOTA（DotaremR）等為離子型非特異性細(xì)胞外液對(duì)比劑，因具有非特異性分布、化學(xué)毒性、檢查劑量高、滯留時(shí)間長(zhǎng)等不足，限制了其在臨床上的廣泛應(yīng)用。

自Ehrlich提出藥物靶向治療的設(shè)想［9］，其理念便被迅速運(yùn)用到磁共振靶向檢測(cè)領(lǐng)域，且在腫瘤領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。根據(jù)腫瘤組織器官特點(diǎn)，磁共振靶向可分為被動(dòng)和主動(dòng)兩種方式。被動(dòng)靶向是根據(jù)腫瘤所在組織器官的病理生理特性，設(shè)計(jì)粒子直徑大小合適、特異性高的釓螯合物對(duì)比劑，使分子探針在特定細(xì)胞內(nèi)凝聚并識(shí)別靶點(diǎn)，其中就包括針對(duì)Kupffer細(xì)胞的釓類對(duì)比劑，主要應(yīng)用在肝臟系統(tǒng)，能鑒別肝細(xì)胞來(lái)源腫瘤和正常肝組織［10］。腫瘤高通透性和滯留效應(yīng)亦是腫瘤被動(dòng)靶向成像的因素之一。Betancourt等［11］根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)含釓類高分子化合物的納米顆粒對(duì)比劑，發(fā)現(xiàn)其可以在乳腺癌部位高度聚集，從而區(qū)分乳腺癌組織和正常組織。

腫瘤主動(dòng)方式主要是借助機(jī)體內(nèi)配體和受體特異性結(jié)合原理［12］。靶點(diǎn)可為腫瘤細(xì)胞、腫瘤血管或間質(zhì)細(xì)胞。Zhang等［13］將羥基化納米中孔二氧化硅（hydroxylated mesoporous nano-silica，HMNS）涂覆聚乙烯亞胺再加釓和葉酸，可以顯著增強(qiáng)磁共振對(duì)比效果；加上葉酸能特異地與乳腺癌細(xì)胞表面上的葉酸受體結(jié)合，使得整個(gè)系統(tǒng)具有很高的靶向性能。

將熒光探針與釓劑整合于同一分子探針中，也可用于腫瘤遷移、侵襲功能成像的基礎(chǔ)研究；特異性干擾基因或藥物與釓劑構(gòu)建于同一體系內(nèi)，使其具備診斷和治療一體化。當(dāng)前，有學(xué)者將釓類分子探針應(yīng)用于腫瘤靶向藥物的療效評(píng)估［14］，引起了許多研究者的注意。

1.2錳類分子探針

錳也是一種順磁性金屬，二價(jià)錳具有比較好的T1弛豫增強(qiáng)效果。相比其他對(duì)比劑，錳對(duì)比劑種類多樣化，錳離子螯合物在生物學(xué)上是鈣離子的類似物，它本身就具有分子探針的特性［15］。

錳福地匹三鈉（mangafodipir trisodium，Mn-DPDP）由Mn2+和2個(gè)磷酸吡哆醛基對(duì)稱性螯合而成，被肝臟攝取后，與胞內(nèi)功能蛋白分子相互作用，結(jié)構(gòu)異構(gòu)化，使其T1明顯縮短，從而使肝組織特異性顯影，能夠有效鑒別診斷肝臟病變［16-17］。

將順磁性錳離子與納米粒子結(jié)合起來(lái)制備探針具有穩(wěn)定性好、易于化學(xué)修飾、生物兼容性好、可藥物靶向傳遞等特點(diǎn)。Chen等［18］制備包裹有多柔比星的二氧化硅涂層的中孔空心氧化錳納米粒子對(duì)比劑，在小鼠肝臟中T1像增強(qiáng)效果明顯，此種復(fù)合錳對(duì)比劑在體內(nèi)還具有藥物傳遞的優(yōu)點(diǎn)。

1.3超氧化鐵類分子探針

含鐵金屬納米顆粒粒徑小，易觀察，且可塑性大，弛豫率高。近年來(lái)，高溫?zé)岱纸夥ㄖ苽浯判约{米晶體較為常用，高溫下合成的納米粒子具有良好的生物特性、磁反應(yīng)性和兼容性，副作用輕。目前常用的磁性氧化鐵納米顆粒探針主要分為粒徑大小在50 nm以上的超順磁氧化鐵納米粒子（super-small particle of iron oxide nanparticles，SPIONs）和粒徑在50 nm以下的超微順磁氧化鐵納米粒子（ultrasmall particle of iron oxide nanoparticles，USPIONs）［19］。SPIONs對(duì)比劑縮短T2時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其縮短T1時(shí)間的效應(yīng)，主要用于T2WI增強(qiáng)掃描；USPIONs對(duì)比劑縮短T1時(shí)間效應(yīng)比SPIONs顯著，故常用于T1WI增強(qiáng)掃描［20］。

新型的超順磁性納米探針，多在原SPIONs基礎(chǔ)上通過(guò)納米顆粒表面靶向性結(jié)合配體，如蛋白質(zhì)［21］、多肽［22］、小分子物質(zhì)（如葉酸［23］、糖類［24］）等，與體內(nèi)組織細(xì)胞受體特異性結(jié)合，在微觀水平上輔助腫瘤診斷。Ma等［25］將葉酸修飾到SPIONs表面制備成葉酸-SPIONs靶向探針，顯著提高腫瘤對(duì)葉酸-SPIONs的攝取，從而提高M(jìn)RI對(duì)腫瘤的檢出率。在一項(xiàng)研究中［26］，SPIONs涂覆葡聚糖（DSPIONs）并與鈴蟾肽（BBN）結(jié)合形成靶向?qū)Ρ葎Y(jié)果顯示，DSPION-BBN結(jié)合T47D乳腺癌細(xì)胞，能夠檢測(cè)出過(guò)度胃泌素釋放肽受體的靶向能力。

針對(duì)表皮生長(zhǎng)因子［27］、αvβ3整合素、ERK和AKT信號(hào)通路等信號(hào)受體，制備攜帶有超氧化鐵的分子探針，在腫瘤早期診斷與鑒別方面有著巨大優(yōu)勢(shì)［28-29］。Melemenidis等［30］利用環(huán)狀精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）與USPION偶聯(lián)，檢測(cè)表達(dá)于腫瘤活化血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的αvβ3整合素。RGD-USPIONs可直觀顯示腫瘤血管內(nèi)皮αvβ3整合素活化型的表達(dá)情況。

2　總結(jié)與展望

磁共振分子探針技術(shù)可以在細(xì)胞未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)改變的超早期從分子層面探測(cè)到疾病的變化，從而使活體內(nèi)微環(huán)境改變導(dǎo)致疾病發(fā)生發(fā)展的動(dòng)態(tài)過(guò)程研究成為可能。

釓類對(duì)比劑在體內(nèi)長(zhǎng)期滯留有可能造成腎源性系統(tǒng)性纖維化（nephrogenic systemic fibrosis，NSF）［31］，錳螯合物對(duì)比劑在高濃度使用時(shí)會(huì)引起大腦基底節(jié)、黑質(zhì)等神經(jīng)系統(tǒng)不可逆損害以及以鐵離子為基礎(chǔ)的磁共振分子探針表面修飾復(fù)雜、顆粒形狀不規(guī)則、制備參數(shù)難控等不足，影響著三類對(duì)比劑在臨床的廣泛使用。因此，還需進(jìn)一步優(yōu)化對(duì)比劑的制備參數(shù)和生物特性，以減輕臨床毒副作用。

新型的超氧化鐵類納米探針更加注重特定的生物親和力及靶向性，減少對(duì)非靶點(diǎn)部位的影響。新型納米鐵探針也正快速向包括貴金屬納米顆粒、納米碳管、富勒烯等領(lǐng)域拓展。

目前各類納米探針表面化學(xué)性質(zhì)、偶聯(lián)配體生物活性、顯像效果、生物安全性等諸多因素影響著臨床進(jìn)一步的應(yīng)用。動(dòng)物研究成果轉(zhuǎn)向臨床還需要深入研究，而多模態(tài)成像聯(lián)合核素顯像、光學(xué)成像、等分子影像技術(shù)相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)實(shí)現(xiàn)不同模式下的多重顯像具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，而分子探針在這一領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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App lication progress of molecular probes in magnetic resonance im aging targeting detection for the tumor

ZHOU Daibing XU Guoxiong
Central Laboratory，Jinshan Hospital of Fudan University，Shanghai 201508，China

Molecular imaging utilizes themolecular probes designed to bind to the targets in the tumor environment along with the magnetic resonance imaging，enabling the visualization of three-dimensional anatomical pictures，pathophysiological features，and other important information of the tumor.Therefore，it can be used as a vital tool for the early and precise diagnosis and treatment of cancer.

Magnetic resonance imaging；Tumor microenvironment；Biological target；Molecular probe；Early detection

R445.5；R73

A

1673-7210（2016）06（c）-0046-04

周代兵（1989.4-），男，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院2014級(jí)腫瘤學(xué)專業(yè)在讀碩士研究生；研究方向：腫瘤細(xì)胞分子生物學(xué)。

許國(guó)雄（1960.7-），男，研究員，博士生導(dǎo)師，復(fù)旦大學(xué)附屬金山醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室主任；研究方向：腫瘤細(xì)胞分子生物學(xué)。

（2016-02-03本文編輯：張瑜杰）