超聲分子成像在腫瘤新生血管評(píng)價(jià)中作用的研究進(jìn)展

陳夢(mèng)杰，周軍

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌 443003)

超聲分子成像在腫瘤新生血管評(píng)價(jià)中作用的研究進(jìn)展

陳夢(mèng)杰，周軍

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌 443003)

實(shí)體瘤的生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移依賴于血管生成，對(duì)腫瘤血管的成像是早期診斷惡性腫瘤的重要途徑，而血管生成與腫瘤組織內(nèi)表達(dá)的分子物質(zhì)(如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子VEGFR-2、整合素αvβ3、共刺激分子B7-H3等)密切相關(guān)，這些分子可成為靶向超聲造影劑的靶點(diǎn)，為腫瘤新生血管的顯影提供條件。分子成像評(píng)價(jià)腫瘤新生血管的研究使人們對(duì)腫瘤血管生成有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，此為腫瘤的臨床診斷和治療提供了新的可能研究方向。

腫瘤血管；靶向造影劑；超聲分子成像

近年來(lái)，新超聲分子靶向造影劑的出現(xiàn)使新興超聲分子成像技術(shù)呈現(xiàn)出巨大前景，引起研究者們的廣泛關(guān)注。不同的抗原或受體分子會(huì)在病理過程中高水平表達(dá)，在正常組織中往往不表達(dá)或低水平表達(dá)，超聲分子成像技術(shù)就是利用相應(yīng)的親和分子與微泡造影劑結(jié)合，使其主動(dòng)結(jié)合至靶區(qū)并聚集，從而在分子水平觀察疾病進(jìn)程。超聲分子成像技術(shù)不僅具有傳統(tǒng)超聲的優(yōu)點(diǎn)，如高分辨率、低成本和無(wú)電離輻射等，而且結(jié)合了分子靶向超聲造影劑，對(duì)分子靶點(diǎn)的定量評(píng)估具有高敏感性[1]。目前這一新興技術(shù)較廣泛用于腫瘤、血栓及炎癥的顯像研究中。血管生成在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中扮演重要角色，在腫瘤組織內(nèi)特異性高表達(dá)的血管生成相關(guān)因子可作為腫瘤超聲分子成像及腫瘤治療的靶向作用位點(diǎn)。超聲分子成像技術(shù)通過定量評(píng)估腫瘤新生血管生成情況來(lái)間接反映腫瘤組織增殖、轉(zhuǎn)移及侵襲活性，且可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察,反復(fù)診斷。超聲分子成像的多功能臨床應(yīng)用潛能使其成為超聲分子影像學(xué)發(fā)展的熱點(diǎn)?，F(xiàn)對(duì)超聲分子成像在腫瘤新生血管評(píng)價(jià)中作用的研究進(jìn)展綜述如下。

1 超聲靶向造影劑的組成及特性

分子影像技術(shù)的關(guān)鍵在于分子探針選擇，靶向超聲造影劑作為新型的超聲分子探針是目前研究熱點(diǎn)。超聲靶向造影劑的設(shè)計(jì)思路是將靶向分子的疾病特異性配體或抗體連接至微泡外殼，造影劑經(jīng)靜脈注射到達(dá)人體內(nèi)各器官微循環(huán)后，依靠抗體、抗原或受體、配體的特異性結(jié)合主動(dòng)與疾病高特異性分子結(jié)合，達(dá)到分子成像及定量分析疾病某一階段特定分子標(biāo)志物的目的[2]，這亦是超聲影像學(xué)從非特異性成像到靶顯像、從宏觀形態(tài)到微觀分子的轉(zhuǎn)變。

1.1 靶向造影劑的組成 傳統(tǒng)造影劑是由外層殼包裹氣態(tài)芯組成，不同氣體芯(如空氣、氮?dú)?、全氟化碳或六氟化?和不同外殼(如清蛋白、半乳糖、脂質(zhì)或高分子聚合物)組成不同類型造影劑。靶向造影劑是在傳統(tǒng)微泡的基礎(chǔ)上將特異性分子連接至微泡外殼表面，其制作過程極為復(fù)雜，大致分為兩種連接方式，即共價(jià)連接與非供價(jià)連接。前者主要靠微泡與配體之間的離子鍵、物理吸附等作用，此方法穩(wěn)定性不高，適用于小分子配體的連接；后者是利用生物素-親和素等橋梁進(jìn)行連接，結(jié)合效率高，尤其適用于不能耐受微泡制作過程的大分子單抗[3]。

1.2 靶向造影劑的特性及優(yōu)勢(shì) 在超聲場(chǎng)作用下，造影劑內(nèi)的氣體芯經(jīng)壓縮和膨脹可產(chǎn)生有效背向散射，可被超聲探頭接收并經(jīng)成像系統(tǒng)檢測(cè)成像。造影劑經(jīng)靜脈注射到達(dá)人體內(nèi)各器官微循環(huán)后，可使超聲回波信號(hào)顯著增強(qiáng)，從而大大提高超聲診斷效果[4]。微米級(jí)造影劑可自由通過肺循環(huán)，但因自身大小的限制不能透過血管，不能對(duì)血管外疾病進(jìn)行診斷和治療，因此具有局限性。隨著納米技術(shù)及納米材料的發(fā)展，新型納米級(jí)造影劑的研發(fā)日益崛起，并憑借著其相對(duì)分子質(zhì)量小、穿透力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)推動(dòng)分子成像技術(shù)的發(fā)展。研究表明，腫瘤血管內(nèi)皮間隙比正常血管內(nèi)皮間隙大，能允許直徑小于700 nm的粒子穿過，在7.5 MHz的頻率下，粒徑小至500 nm的微泡能產(chǎn)生有效造影效果[5]，這為納米級(jí)超聲造影劑用于血管外靶組織顯像提供了理論依據(jù)。靶向造影劑是由普通造影劑與靶向分子結(jié)合而成,不但有傳統(tǒng)造影劑的特性，且在靶向分子的引導(dǎo)下，造影劑可靶向到達(dá)某特定部位進(jìn)行顯影，從而顯著提高超聲診斷的效果。傳統(tǒng)超聲造影劑不能有效停留于病變組織，只能短暫地在病變組織內(nèi)顯影，因此對(duì)疾病的診斷欠佳，而靶向造影劑可延長(zhǎng)造影劑在病變組織中的停留時(shí)間，使造影劑的增強(qiáng)效果相對(duì)持久。另外，將靶向造影劑與治療藥物或基因結(jié)合，可將治療藥物、基因定向地輸送到某特定的病變組織，達(dá)到定向基因或藥物治療病變的目的。

2 腫瘤新生血管成像中的靶向造影劑

實(shí)體瘤的生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移依賴于血管生成，對(duì)腫瘤血管的成像是早期發(fā)現(xiàn)癌癥的重要途徑。腫瘤血管的形成可發(fā)生于腫瘤生長(zhǎng)的晚期，為此，研究者們建立了血管生成開關(guān)模型學(xué)說[6]。一般情況下，血管生成受激活因子和抑制因子影響，當(dāng)激活因子和抑制因子保持相對(duì)平衡時(shí)血管生成處于相對(duì)平靜狀態(tài)，而在腫瘤發(fā)生過程中某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，激活因子上調(diào)打破該平衡，從而啟動(dòng)“血管生成開關(guān)”,促進(jìn)血管生成。因此，“血管生成開關(guān)”啟動(dòng)是惡性腫瘤發(fā)病早期的關(guān)鍵性標(biāo)志。由于血管生成刺激因子的上漲，內(nèi)皮表型發(fā)生了變化并過度表達(dá)大量與血管生成相關(guān)的分子，如VEGFR-2和αvβ3，這些分子水平的變化使腫瘤血管不同于正常、成熟血管的形態(tài)與生物學(xué)特性，這種差異又稱為腫瘤血管的異質(zhì)性。這些與血管生成相關(guān)的分子可成為藥物及造影劑的靶點(diǎn)[6]。目前，主要的腫瘤血管靶向造影劑有B7-H3靶向造影劑、VEGFR-2靶向造影劑、整合素αvβ3靶向造影劑及發(fā)展起來(lái)的雙靶、多靶造影劑。

2.1 VEGF及其受體靶向造影劑 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)是一種強(qiáng)大的促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖的因子，只有當(dāng)其與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體(VEGFR)結(jié)合后才有強(qiáng)大的促血管生成作用。研究表明，VEGF/VEGFR-2是血管生成的主要信號(hào)轉(zhuǎn)換器，可通過調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移來(lái)促進(jìn)腫瘤內(nèi)部新生血管的生成，而新生血管可為腫瘤的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送和代謝廢物排泄通道[7]。因此，VEGF/VEGFR-2對(duì)于腫瘤血管生成及腫瘤生長(zhǎng)至關(guān)重要，這為以VEGF/VEGFR 信號(hào)通路為靶點(diǎn)的腫瘤靶向分子成像提供了條件。Pysz等[8]通過制備以VEGFR-2為靶點(diǎn)的超聲靶向造影劑,構(gòu)建小鼠卵巢癌模型,研究靶向造影劑對(duì)胰腺癌血管顯影效果，他們的研究結(jié)果證實(shí)了以VEGFR-2為靶點(diǎn)的超聲靶向分子成像能作為早期診斷惡性腫瘤的一個(gè)新方法。Ehling等[9]運(yùn)用3D SPAQ 技術(shù)和VEGFR-2靶向造影劑(BR55)檢測(cè)了早期微小乳腺癌中VEGFR-2表達(dá)水平，結(jié)果表明VEGFR-2靶向超聲分子成像可有效診斷出微小乳腺病變甚至微轉(zhuǎn)移患者。值得注意的是，BR55在經(jīng)過廣泛動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)與不同物種毒性實(shí)驗(yàn)之后成為第一個(gè)亦是目前惟一一種進(jìn)入美國(guó)及歐洲臨床初期實(shí)驗(yàn)的靶向造影劑，目前研究人員正對(duì)BR55的人體內(nèi)毒性、人體內(nèi)前列腺癌顯影的可行性、人體內(nèi)可疑性卵巢癌和乳腺癌顯影的可行性和有效性進(jìn)行研究。此外，研究者還通過攜帶VEGF或VEGFR表達(dá)抑制劑的靶向微泡來(lái)抑制腫瘤血管生成，以達(dá)到有效治療腫瘤的目的[10]?？梢?，以VEGF/VEGFR為靶點(diǎn)的靶向超聲分子成像對(duì)于診斷和治療腫瘤具有廣闊前景。

2.2 B7-H3靶向造影劑 B7-H3又稱CD276，是共刺激分子B7家族的一個(gè)新成員，共刺激分子在介導(dǎo)T細(xì)胞免疫反應(yīng)中扮演重要角色。對(duì)人乳腺腫瘤、膀胱腫瘤、食管腫瘤等腫瘤組織進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，B7-H3在腫瘤新生血管內(nèi)皮表面特異性高水平表達(dá)，而在對(duì)應(yīng)正常組織的血管內(nèi)皮上少量表達(dá)甚至不表達(dá)[11]。因此，B7-H3在腫瘤新生血管內(nèi)皮和正常組織血管內(nèi)皮上的這種表達(dá)水平差異性使B7-H3成為一個(gè)腫瘤血管靶向分子成像的靶點(diǎn)。Bachawal等[12]用新型的B7-H3靶向微泡在小鼠體內(nèi)對(duì)乳腺腫瘤血管進(jìn)行分子顯像，研究表明以B7-H3為靶點(diǎn)的超聲分子造影劑結(jié)合超聲作用能以較高的診斷性區(qū)分乳腺癌與乳腺良性實(shí)性病變。Lutz等[13]在這方面亦做了相關(guān)研究，他們?cè)诔晒?fù)制小鼠卵巢癌模型的基礎(chǔ)上注入靶向造影劑，發(fā)現(xiàn)攜B7-H3單抗的靶向造影劑可有效聚集至小鼠卵巢癌中,對(duì)卵巢癌腫瘤血管進(jìn)行顯影，并且觀察到靶向造影劑較非靶向造影劑更多地聚集于腫瘤血管內(nèi)。另一方面，有不少研究表明,B7-H3的特異性高表達(dá)使B7-H3成為抗腫瘤血管新生的一個(gè)有效治療靶點(diǎn)。

2.3 整合素αvβ3靶向造影劑 整合素αvβ3是由α亞基和β亞基經(jīng)非共價(jià)鍵連接而成。與B7-H3和VEGFR-2類似，αvβ3特異性高表達(dá)于多種腫瘤細(xì)胞表面和新生血管內(nèi)皮細(xì)胞表面，而在多數(shù)正常組織和成熟血管內(nèi)皮細(xì)胞中低水平表達(dá)甚至不表達(dá)[14]。αvβ3通過與相應(yīng)配體結(jié)合黏附至細(xì)胞外基質(zhì)中的多種成分并相互作用，其配體中均含有RGD(Arg-Gly-Asp)序列。RGD肽可通過生物提取或人工合成獲得，且可進(jìn)行修飾與改造。因此，RGD多肽可作為整合素αvβ3用于腫瘤超聲分子顯像甚至治療方面的一個(gè)切入點(diǎn)。Anderson等[15]將含有半胱氨酸末端的環(huán)狀RGD五肽連接至承載吡啶基-丙酸酯的微泡表面成功制成αvβ3靶向微泡，用作腫瘤血管生成的非侵入性超聲分子成像探測(cè)器。此外，有研究者在成功制備出αvβ3靶向造影劑的基礎(chǔ)上,將αvβ3靶向造影劑用于腫瘤血管評(píng)價(jià)和抗腫瘤藥物的輸送，研究證實(shí)超聲靶向微泡不僅能對(duì)腫瘤新生血管顯影,且可聯(lián)合超聲成像系統(tǒng)發(fā)展成為一種的全新藥物輸送系統(tǒng),這對(duì)腫瘤靶向治療有遠(yuǎn)期影響[16]。

2.4 雙靶及多靶造影劑 隨著對(duì)疾病檢測(cè)敏感性要求越來(lái)越高，雙靶和多靶造影劑已被開發(fā)出來(lái)并用于對(duì)腫瘤血管的評(píng)價(jià)。Willmann等[17]成功制備同時(shí)攜帶抗VEGFR-2單抗和抗αvβ3單抗的雙靶向微泡，并成功用于評(píng)價(jià)卵巢癌模型。Warram 等[18]比較了αvβ3、P-選擇素和VEGFR-2三重靶向微泡與雙靶、單靶微泡對(duì)小鼠體內(nèi)乳腺癌腫瘤血管的可視化程度，結(jié)果表明三重靶向微泡的顯影效果較雙靶、單靶均顯著增強(qiáng)。

3 靶向超聲分子成像對(duì)腫瘤血管的定量評(píng)估

迄今，諸多學(xué)者的研究表明微血管密度與腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和預(yù)后密切相關(guān)，亦是評(píng)價(jià)腫瘤血管生成的可靠指標(biāo)[19]。但目前檢測(cè)腫瘤組織中的微血管密度方法是采用術(shù)后獲取病理標(biāo)本進(jìn)行免疫組化，無(wú)法動(dòng)態(tài)觀察。分子聲學(xué)顯影可提供一種術(shù)前、無(wú)創(chuàng)的定量技術(shù),從而動(dòng)態(tài)地檢測(cè)腫瘤組織微血管密度。

綜上所述，雖然超聲分子成像技術(shù)用于腫瘤新生血管評(píng)價(jià)還有部分需要解決的問題，如：①靶向造影劑的構(gòu)建;②血管外靶組織顯像;③雙靶及多靶造影劑制備方法、顯像效果、安全性均有待進(jìn)一步研究；④超聲靶向造影對(duì)腫瘤血管的定量評(píng)估。但其有良好的應(yīng)用前景，對(duì)分子成像的進(jìn)一步研究將推動(dòng)這一集診斷與治療的新技術(shù)逐漸向臨床轉(zhuǎn)化，并擴(kuò)大超聲分子成像技術(shù)的應(yīng)用范圍。

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周軍(E-mail:zjsts8@163.com)

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A

1002-266X(2017)09-0110-03

2016-04-20)