量子點(diǎn)納米熒光探針在胃癌診療中的新進(jìn)展

孫旭陽(yáng)，劉 昶，紀(jì)艷超，王 垚，張成森

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院普外三科，黑龍江 哈爾濱 150001

專題·胃癌

量子點(diǎn)納米熒光探針在胃癌診療中的新進(jìn)展

孫旭陽(yáng)，劉 昶，紀(jì)艷超，王 垚，張成森

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院普外三科，黑龍江 哈爾濱 150001

近年來(lái)，隨著環(huán)境不斷惡化，癌癥發(fā)病率不斷提高。癌癥的早期診斷和治療顯得尤為重要。量子點(diǎn)(quantum dots，QDs)納米熒光探針因具有熒光時(shí)間長(zhǎng)、特異性和靈敏性高等獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，在腫瘤細(xì)胞標(biāo)記和生物治療領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，已成為現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。通過(guò)QDs納米熒光探針對(duì)腫瘤的特異性標(biāo)記作用，對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)探針對(duì)腫瘤的診斷、治療和評(píng)估預(yù)后的作用，本文將對(duì)不同QDs納米熒光探針對(duì)胃癌的診斷和治療作一概述。

量子點(diǎn)；熒光探針；胃癌；腫瘤微環(huán)境

胃癌是國(guó)際上公認(rèn)的第四大常見腫瘤[1]，是導(dǎo)致癌癥患者死亡的第二大腫瘤[2]。在胃癌的治療上提倡多學(xué)科治療，而外科手術(shù)切除仍是治療胃癌的主要方式，但治療效果不能令人滿意[3-5]，主要原因是治療后的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移[6]。如何盡早發(fā)現(xiàn)并治療胃癌患者且評(píng)估他們的預(yù)后，為胃癌的診治提出了新的問(wèn)題。一個(gè)世紀(jì)前，Paul Ehrlich提出了“魔彈”假說(shuō)，量子點(diǎn)(quantum dots，QDs)納米熒光探針的應(yīng)用使得這個(gè)假說(shuō)成為現(xiàn)實(shí)，QDs納米熒光探針不但可對(duì)胃癌細(xì)胞進(jìn)行精準(zhǔn)定位，同時(shí)可發(fā)出熒光便于識(shí)別[7]，為胃癌早期診斷治療提供了新思路。

1 QDs納米熒光探針的優(yōu)勢(shì)

QDs納米熒光探針一般由QDs與單克隆抗體組成，QDs是一種由Ⅱ～Ⅵ族或Ⅲ～Ⅴ族元素組成的，粒徑為1～100 nm的納米微晶體[8]，在探針中主要起發(fā)光作用，且擁有其他成像材料所不具備的優(yōu)勢(shì)：物理特性克服了熒光染色法的障礙，可較容易地控制其發(fā)射波長(zhǎng)，且具有近似有機(jī)染劑100倍的較長(zhǎng)半衰期；在照射達(dá)100次的情況下還可保持70%的高熒光率，且能在多次激發(fā)后保持基本無(wú)衰減狀態(tài)，故納米熒光探針可對(duì)標(biāo)記物進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的高靈敏度觀測(cè)[9]。而對(duì)組織具有較強(qiáng)穿透力的特性[10]，特別適合對(duì)體內(nèi)腫瘤組織標(biāo)記成像。QDs在成像方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使QDs納米熒光探針成為一種具有高發(fā)展?jié)撃艿捏w內(nèi)成像工具[11-12]。而單克隆抗體則起到與腫瘤細(xì)胞特異性結(jié)合作用。正是由于QDs納米熒光探針在分子影像方面所具備的各種優(yōu)勢(shì)，使得它成為真正可識(shí)別腫瘤細(xì)胞的探針。

2 QDs納米熒光探針對(duì)胃癌診療的研究現(xiàn)狀

Li等[13]認(rèn)為成功開發(fā)安全高效的納米探針在體內(nèi)早期胃癌的靶向顯像是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，他們選擇以硫化鋅(CdSe)為核殼的QDs作為典型的材料，利用齒狀烷基鏈和多個(gè)羧基修飾QDs，所得的兩親聚合物工程化量子點(diǎn)(PQDs)綴合以乳腺癌1號(hào)(BRCAA1)和HER-2的單克隆抗體，制備出的納米熒光探針用于在體外MGC803胃癌細(xì)胞的標(biāo)記和裸鼠體內(nèi)胃癌細(xì)胞靶向成像。結(jié)果表明：PQDs具有良好的水溶性、生物相容性和熒光強(qiáng)度。BRCAA1抗體和HER-2抗體偶聯(lián)的PQDs納米探針對(duì)胃癌細(xì)胞的跟蹤標(biāo)記均有良好效果，并能針對(duì)胃癌細(xì)胞成像及治療。相信在不久的將來(lái)納米熒光探針對(duì)早期胃癌的診斷和治療具有巨大的潛力。

研究[2]表明，在腫瘤組織中，癌細(xì)胞、腫瘤浸潤(rùn)巨噬細(xì)胞和腫瘤新生血管在空間上緊密相連，形成了能夠促進(jìn)腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的侵襲單元，這是促使腫瘤轉(zhuǎn)移的重要腫瘤微環(huán)境。Hu等[6]通過(guò)原位分子成像技術(shù)揭示了侵襲單元在胃癌轉(zhuǎn)移中起到的重要作用。開發(fā)一種計(jì)算機(jī)輔助算法，驗(yàn)證了以QDs為基礎(chǔ)的多路復(fù)用技術(shù)在分子成像中的優(yōu)勢(shì)，利用促進(jìn)胃癌轉(zhuǎn)移的腫瘤侵襲單元成像使我們更深入了解腫瘤侵襲的機(jī)制。

Peng等[14]利用QDs同時(shí)檢測(cè)胃癌組織中浸潤(rùn)巨噬細(xì)胞、腫瘤微血管密度(microvessel density,MVD)和新生血管成熟度等生物標(biāo)志物來(lái)預(yù)測(cè)臨床胃癌患者的預(yù)后。驗(yàn)證了與HE染色及其他傳統(tǒng)染色方法相比，QDs在同時(shí)檢測(cè)多種生物標(biāo)記物時(shí)存在明顯優(yōu)勢(shì)，且成像清晰。揭示了腫瘤基質(zhì)在癌癥生物學(xué)的重要作用，并從腫瘤微環(huán)境的角度開辟了新的領(lǐng)域來(lái)預(yù)測(cè)胃癌患者的預(yù)后。

He等[15]在對(duì)123例胃癌患者的研究中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)制作出能特異性標(biāo)記胃癌基質(zhì)中成纖維細(xì)胞的小窩蛋白1(CAV-1)和輕鏈3B蛋白(LC3B)納米熒光探針，利用QDs免疫熒光成像技術(shù)對(duì)胃癌患者的病理切片進(jìn)行染色，在熒光顯微鏡下成像發(fā)現(xiàn)，胃癌基質(zhì)中CAV-1含量越低，可預(yù)測(cè)胃癌患者生存時(shí)間越短，而基質(zhì)中高水平的LC3B可能對(duì)應(yīng)的是更長(zhǎng)的生存時(shí)間。如果將CAV-1與LC3B結(jié)合起來(lái)研究，對(duì)預(yù)測(cè)胃癌患者死亡更有意義。使用先進(jìn)的QDs探針成像技術(shù)可更好地評(píng)估CAV-1與LC3B兩種蛋白對(duì)胃癌患者生存時(shí)間的影響。

阮靜等[16]通過(guò)共價(jià)鍵偶聯(lián)胃癌組織高表達(dá)的分子標(biāo)志物BRCAA1的單克隆抗體制備出熒光磁性納米探針，利用分子影像技術(shù)、免疫熒光技術(shù)和等離子體質(zhì)譜技術(shù)共同表征分析納米探針在體內(nèi)的分布及靶向胃癌能力。結(jié)果表明：熒光磁性納米粒子具有良好熒光性能和磁響應(yīng)性能，納米探針對(duì)胃癌具有良好的靶向特異性和檢測(cè)靈敏度，為胃癌的早期檢測(cè)和診斷奠定基礎(chǔ)。而利用熒光磁性納米粒子標(biāo)記人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞成功制備了具有良好熒光性能的干細(xì)胞納米探針，制備的干細(xì)胞納米探針具有好的靶向識(shí)別胃癌的能力，干細(xì)胞納米探針主要分布在體內(nèi)的腫瘤組織和肝部，且隨著注射時(shí)間的增加，腫瘤組織的熒光信號(hào)越來(lái)越強(qiáng)，在外加交變磁場(chǎng)產(chǎn)熱的輔助作用下，干細(xì)胞納米探針可以顯著抑制胃癌腫瘤組織的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)荷瘤小鼠的生存時(shí)間，對(duì)胃癌的治療具有非常重要的指導(dǎo)意義。

張?jiān)迄i等[17]將胃癌特異性抗原TAG-72(tumor-associated glycoprotein 72)的單克隆抗體CC49與碲化鎘(CdTe)QDs結(jié)合，制成具有特異性標(biāo)記功能的靶向碲化鎘量子(CdTe QDs)探針，并采用透射電鏡觀察、熒光光譜分析及高效液相色譜分析(HPLC)等方法對(duì)制成的探針進(jìn)行研究分析。利用蛋白質(zhì)印跡(Western blotting)和免疫組織化學(xué)法(IHC)對(duì)細(xì)胞株表面的抗原TAG-72進(jìn)行檢測(cè)，分析探針對(duì)正常胃黏膜上皮細(xì)胞與胃癌細(xì)胞免疫成像。結(jié)果表明：制作出的靶向CdTe QDs探針，在體外能夠?qū)ξ赴┘?xì)胞株進(jìn)行特異性免疫熒光成像而不能與胃黏膜正常上皮細(xì)胞結(jié)合。這為QDs熒光探針應(yīng)用于胃癌診斷、定位、治療及預(yù)后提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

3 QDs納米熒光探針在胃癌診療中存在的問(wèn)題與展望

QDs熒光探針因獨(dú)特的屬性被廣泛應(yīng)用于生物成像，但其生物毒性仍使人們憂心忡忡，甚至適度酸性或堿性條件都可能導(dǎo)致QDs重金屬暴露，出現(xiàn)對(duì)正常細(xì)胞的毒害作用，因此，QDs的生物相容性和生態(tài)毒性測(cè)試應(yīng)該在體內(nèi)和體外得到驗(yàn)證[18]。為了減輕毒性，研發(fā)聚合物涂層已經(jīng)成功應(yīng)用，這種方法不僅增大QDs直徑，使其停留在血管內(nèi)的時(shí)間增長(zhǎng)，同時(shí)增強(qiáng)肝臟網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)QDs的吸收能力[19]，間接降低了QDs探針對(duì)細(xì)胞的毒害作用。但在臨床上制作出無(wú)毒的或低毒的QDs納米熒光探針，并將探針應(yīng)用于人體仍需進(jìn)一步的研究。

HER-2基因是癌基因，主要調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)、繁殖,還可以增強(qiáng)癌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、生存及轉(zhuǎn)移能力[20]，受到環(huán)境及其他因素影響后被激活開始表達(dá)，促使正常細(xì)胞向腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化。近年來(lái)針對(duì)HER-2 基因研發(fā)的單克隆抗體的分子靶向抗癌藥物赫塞汀(Herceptin)，在治療HER-2過(guò)表達(dá)的轉(zhuǎn)移性乳腺癌方面已取得良好的治療效果。據(jù)文獻(xiàn)[3]報(bào)道，在歐洲Herceptin已經(jīng)用于HER-2高表達(dá)胃癌患者的靶向治療。研究表明，30%以上的人類腫瘤組織中伴有HER-2基因過(guò)度表達(dá)，一些文獻(xiàn)報(bào)道胃癌HER-2蛋白的過(guò)表達(dá)率為5.6%～88%[21-22]，正常胃黏膜未見HER-2的高表達(dá)，HER-2基因與胃癌的診斷及治療有密切關(guān)系[23-24]，其中胃癌細(xì)胞株中的NCI-N87細(xì)胞表達(dá)水平較高[21]。因此，HER-2可作為胃癌治療的靶點(diǎn)，制作出與該靶點(diǎn)特異性結(jié)合的QDs單克隆抗體(QDs-HER-2 mAb)熒光探針，利用探針能與胃癌細(xì)胞中HER-2特異性結(jié)合的特性，發(fā)揮探針標(biāo)記胃癌組織及前哨淋巴結(jié)作用，對(duì)胃癌細(xì)胞進(jìn)行診斷，而探針上的抗體能夠同時(shí)對(duì)HER-2mAb起到封閉作用，影響HER-2表達(dá)，從而起到治療作用。利用特殊手術(shù)設(shè)備對(duì)胃癌組織及細(xì)胞進(jìn)行實(shí)時(shí)術(shù)中成像，精準(zhǔn)切除腫瘤將是外科手術(shù)以后努力的目標(biāo)。總之，QDs納米熒光探針在胃癌診療中的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此，有待我們進(jìn)一步探究。

[1] NCCN. NCCN guidelines for gastric cancer (version 1.2014) [EB/OL]. Fort Washington: NCCN, 2014 [2014-07-09]. http://www.nccn.org/professionals/physician_gls/f_guidelines.asp.

[2]Shen L, Shan YS, Hu HM, et al. Management of gastric cancer in Asia: resource-stratified guidelines [J]. Lancet Oncol, 2013, 14(2): 535-547.

[3]Waddell T, Verheij M, Allum W, et al. Gastric cancer: esmo-esso-estro clinical practice guidelines for diagnosis, treatment and follow-up [J]. Radiother Oncol, 2014, 110(1): 189-194.

[4]Shuang JB, Qi SB, Zheng J, et al. A case-control study of laparoscopy-assisted and open distal gastrectomy for advanced gastric cancer [J]. J Gastrointest Surg, 2011, 15(1): 57-62．

[5]Zhao Y, Yu P, Hao Y, et al. Comparison of outcomes for laparoscopically assisted and open radical distal gastrectomy with lymphadenectomy for advanced gastric cancer [J]. Surg Endosc, 2011, 25 (9): 2960-2966．

[6]Hu WQ, Fang M, Zhao HL, et al. Tumor invasion unit in gastric cancer revealed by QDs-based in situ molecular imaging and multispectral analysis [J]. Biomaterials, 2014, 35(2): 4125-4132.

[7]Yang K, Liu C, Ji YC, et al. Study of quantum dots and the prospect of its application in the diagnosis and treatment of gastric cancer [J]. Chin J Gastroenterol Hepatol, 2015, 24(2): 223-225. 楊凱, 劉昶, 紀(jì)艷超, 等. 量子點(diǎn)研究進(jìn)展及其在胃癌診療中的應(yīng)用前景[J]. 胃腸病學(xué)和肝病學(xué)雜志, 2015, 24(2): 223-225.

[8]Byers RJ, Hitchman ER. Quantum dots brighten biological imaging [J]. Prog Histochem Cytochem, 2011, 45(4): 201-237.

[9]Kairdolf BA, Smith AM, Stokes TH, et al. Semiconductor quantum dots for bioimaging and biodiagnostic applications [J]. Annu Rev Anal Chem (Palo Alto Calif), 2013, 6: 143-162.

[10]Yang K, Cao YA, Li ZG, et al. Visual imaging for buccal carcinoma with near-infrared fluorescent quantum dots in vivo [J]. Chin J Stomatol, 2011, 46(3): 134-138．

[11]Li ZG, Kai Y, Cao YA, et al. In vivo study of the effects of peptide- conjugated near- infrared fluorescent quantum dots on the tumori-genic and lymphatic metastatic capacities of squamous cell carcinoma cell line Tca8113 and U14 [J]. Int J Mol Sci, 2010, 11(4): 1413-1422.

[12]Sun D, Yang K, Zheng G, et al. Study on effect ofpeptideconjugated near- infrared fuorescent quantum dots on the clone formation, prolifer-ation, apoptosis, and tumorigenicity ability of human buccal squamous cell carcinoma cell line BcaCD885 [J]. Int J Nanomedicine, 2010(5): 401-405.

[13]Li C, Ji Y, Wang C, et al. BRCAA1 antibody and Her2 antibody conjugated amphiphilic polymer engineered CdSe/ZnS quantum dots for targeted imaging of gastric cancer [J]. Nanoscale Res Lett, 2014, 9(1): 244.

[14]Peng CW, Tian Q, Yang GF, et al. Quantum-dots based simultaneous detection of multiple biomarkers of tumor stromal features to predict clinical outcomes in gastric cancer [J]. Biomaterials, 2012, 33(8): 5742-5752.

[15]He Y, Zhao X, Gao J, et al. Quantum dots-based immunofluorescent imaging of stromal Fibroblasts caveolin-1 and light chain 3B expression and identification of their clinical significance in human gastric cancer [J]. Int J Mol Sci, 2012, 13(11)： 13764-13780.

[16]Ruan J, Cui DX. Preparation of fluorescent nanoprobes and induced pluripotent stem cells and their application in targeting imaging and therapy of gastric cancer [D]. Shanghai Jiao Tong University, 2012. 阮靜, 崔大祥. 熒光納米探針及誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的制備與在胃癌靶向成像與治療中的應(yīng)用研究[D]. 上海交通大學(xué), 2012.

[17]Zhang YP, Sun P. The studies based on cadmium telluride probe of the gastric cancer cell line MGC803 in vitro immune fluorescence imaging [D]. Fudan University, 2013. 張?jiān)迄i, 孫鵬. 基于碲化鎘探針的胃癌細(xì)胞株MGC803的體外免疫熒光成像研究[D]. 復(fù)旦大學(xué), 2013.

[18]Tang R, Xue J, Xu B, et al. Tunable ultrasmall visible to extended near infrared emitting silver sulfide quantum dots for integrin targeted cancer imaging [J]. ACS Nano, 2015, 9(1): 220-230.

[19]Lin CH, Chang LW, Chang H, et al. The chemical fate of the Cd/Se/Te-Based quantum dot 705 in the biological system: toxicity implications [J]. Nanotechnology, 2009, 20(21): 215101.

[20]Chen J, Li DS, Yu YH, et al. Clinical significance of her-2 protein expression in gastric cancer [J]. World Chinese Journal of Digestology, 2010, 18(13): 1375-1379. 陳娟, 李東石, 余英豪, 等. Her-2蛋白在胃癌中的表達(dá)及其臨床意義[J]. 世界華人消化雜志, 2010, 18(13): 1375-1379．

[21]Kim HL, Jeon KH, Jun KY, et al. A-62176, a potent topoisomerase inhibitor, inhibits the expression of human epidermal growth factor receptor 2 [J]. Cancer Lett, 2012, 325(1): 72-79.

[22]Cui H, Cheng Y, Piao SZ, et al. Correlation between HER-2/neu (erbB-2) expression level and therapeutic effect of combination treatment with HERCEPTIN and chemotherapeutic agents in gastric cancer cell lines [J]. Cancer Cell Int, 2014, 14(1): 10-13.

[23]Park DI, Yun JW, Park JH, et al. HER-2/neu amplification is an independent prognostic factor in gastric cancer [J]. Dig Dis Sci, 2006, 51(6): 1371-1379.

[24]Janjigian YY, Viola-Villegas N, Holland JP, et al. Monitoring afatinib treatment in HER2-positive gastric cancer with 18F-FDG and 89Zr-trastuzumab PET [J]. Nucl Med, 2013, 54(6): 936-943.

(責(zé)任編輯：陳香宇)

New progress of quantum dots nano fluorescent probe in diagnosis and treatment of gastric cancer

SUN Xuyang, LIU Chang, JI Yanchao, WANG Yao, ZHANG Chengsen

Department of General Surgery, the Fourth Affiliated Hospital of Harbin Medical University, Harbin 150001, China

In recent years, with environmental degradation, the incidence of cancer has risen constantly. Thus early diagnosis and treatment seem to be particularly important. Quantum dots (QDs) nano fluorescent probe has characters like long time, high specificity and sensitivity, which make it a hot topic in modern biological medical photography. By the specific making function of QDs nano fluorescent probe, we can locate cancer cells, and realize the diagnosis, treatment, evaluation and predication of cancer. In this article， QDs nano fluorescent probe in the diagnosis and treatment of gastric cancer was reviewed.

Quantum dots; Fluorescent probe; Gastric cancer; Tumor microenvironment

10.3969/j.issn.1006-5709.2016.06.003

孫旭陽(yáng)，碩士研究生，住院醫(yī)師，研究方向：腫瘤的靶向治療。E-mail：120991018@qq.com

劉昶，博士，主任醫(yī)師，研究方向：腫瘤的靶向治療。E-mail：changliu72@163.com

R735.2

A

1006-5709(2016)06-0609-03

2015-10-15