釓類分子探針在腫瘤靶點(diǎn)顯像中的研究進(jìn)展

張亞力 綜述 蘇丹柯 審校

惡性腫瘤嚴(yán)重威脅人類的生命健康，其發(fā)生率及死亡率正呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，是我國居民主要死亡原因之一[1]。因此，針對惡性腫瘤的早期診斷及治療是提高患者生存質(zhì)量和改善預(yù)后的關(guān)鍵。

磁共振分子影像學(xué)是醫(yī)學(xué)影像學(xué)研究的熱門課題，其特征性優(yōu)勢是在傳統(tǒng)的磁共振技術(shù)的基礎(chǔ)上以細(xì)胞的特異性位點(diǎn)作為靶點(diǎn)將非特異性物理成像構(gòu)建為特異性分子成像，并給予精準(zhǔn)、定量的信息，能夠?yàn)榧膊≡缙诘脑\斷和精準(zhǔn)治療提供重要參考信息。MR分子探針主要由轉(zhuǎn)運(yùn)載體和顯像劑兩部分組成，按照顯像劑的成像機(jī)制不同，分子探針被分為兩類：一類是陰性對比劑(T2弛豫縮短效應(yīng))，以超順磁性納米鐵顆粒為代表；另一類是陽性對比劑(T1弛豫增強(qiáng)效應(yīng))，以釓、錳、鋅等離子螯合物為代表。目前以釓劑的應(yīng)用最為廣泛，其臨床應(yīng)用率接已近40%[2]。本文主要針對釓類分子探針在腫瘤靶點(diǎn)顯像的研究做一綜述。

1 釓類分子探針的發(fā)展

近三十年里對提高釓劑的安全性的研究取了很大的突破，Guo等[3]研究發(fā)現(xiàn)與樹枝狀玻璃酸結(jié)合的釓劑復(fù)合物是一種非常安全、有效的微分子磁共振對比劑，具有很高的靈敏度且在人體內(nèi)殘留的較少。此外，釓劑在臨床應(yīng)用上具有其它對比劑無可比擬的優(yōu)勢[4]：釓離子為強(qiáng)順磁性的物質(zhì)，在T1加權(quán)圖像表現(xiàn)為高信號，并能與多種物質(zhì)結(jié)合為穩(wěn)定的復(fù)合物，空間分辨率和信噪比較高。但是常規(guī)釓對比劑存在以下局限性：常規(guī)的釓螯合物靶向性欠佳且相同濃度的釓螯合物弛豫率低于順磁性納米鐵顆粒(USPIO)。為解決上述問題，研究者們將釓離子連接于大分子結(jié)構(gòu)上(例如脂質(zhì)體、樹突狀分子、葡聚糖等)，以增強(qiáng)T1弛豫效應(yīng)，再將其與腫瘤靶點(diǎn)的配體相結(jié)合制備分子探針，以實(shí)現(xiàn)腫瘤的靶向成像。

2 釓類分子探針的腫瘤靶點(diǎn)顯像

為實(shí)現(xiàn)對腫瘤的精確顯像，選擇合適的腫瘤靶點(diǎn)尤為重要[5]。隨著對腫瘤細(xì)胞表面過表達(dá)受體的深入研究，針對腫瘤細(xì)胞表面特異性受體的分子影像探針逐漸應(yīng)用廣泛[6]，比如對腫瘤新生血管受體、雌激素受體、葉酸受體等研究為腫瘤顯像劑技術(shù)的成熟開拓了新的視野，現(xiàn)就釓類分子探針在各個(gè)靶點(diǎn)的應(yīng)用現(xiàn)狀展開具體的討論。

2.1 釓類分子探針與整合素受體

整合素是由α亞基和β亞基兩個(gè)亞單位通過非共價(jià)鍵組成的跨膜異二聚體蛋白，目前發(fā)現(xiàn)18種α亞單位，9種β亞單位，它們以不同組合組成24種整合素分子[7]。作為細(xì)胞黏附分子家族的一員，整合素介導(dǎo)了細(xì)胞之間以及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間的相互黏附和識別。整合素αvβ3作為整合素家族的重要成員之一，因其在腫瘤新生血管表達(dá)的特異性增高，受到了研究者們的廣泛關(guān)注。Zhou等[8]以β-環(huán)糊精連接的POSS(多面體低聚倍半硅氧烷)納米金屬作為載體，將整合素αvβ3的特異性配體RGD序列(精氨酸、甘氨酸、天冬氨酸)與釓劑合成cRGD-POSS-βCD-(DOTA-Gd)分子探針，通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在乳腺癌磁共振/熒光顯像中相較非靶向?qū)Ρ葎鋱D像清晰度及信號對比度得到顯著提升。Park等[9]合成了兩種整合素受體顯像劑Gd-DOTA-c(RGD-ACP-K)和Dd-DOTA-c(RGD-ACH-K)，分別用體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)評估它們在腫瘤靶點(diǎn)的顯像效能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們對受體靶點(diǎn)都有很強(qiáng)的親和力，且在血液中表現(xiàn)出較高的馳豫效應(yīng)和較好的穩(wěn)定性。Lalit等[10]同樣通過RGD多肽與釓離子螯合物合成了整合素αvβ3受體靶向?qū)Ρ葎〤A-12，與Omniscan(一種臨床常用小分子對比劑)相比，CA-12顯示出更高的弛豫率及靶向性。在小鼠注射CA-12對比劑4小時(shí)后的磁共振成像表明其藥物代謝方式類似于Omniscan的腎臟消除途徑；在注射后24小時(shí)內(nèi)，小鼠無明顯毒性反應(yīng)，24小時(shí)后利用ICP-OES(電感耦合等離子體發(fā)射光譜法)分析組織樣本也沒有檢測到釓離子的殘留?？梢姡谡纤厥荏w的釓類分子探針在腫瘤新生血管顯像中表現(xiàn)出了高靶向性、高對比度及低生物毒性，是未來腫瘤的診斷和治療手段提升的有效切入點(diǎn)。

2.2 釓類分子探針與逆轉(zhuǎn)錄酶受體

現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道，約80%的惡性腫瘤高表達(dá)端粒酶活性[11]，而在正常細(xì)胞中除了胚胎干細(xì)胞、活化的生殖細(xì)胞、淋巴細(xì)胞外幾乎都不表達(dá)。反義技術(shù)是根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原理，將靶標(biāo)基因DNA或mRNA合成的互補(bǔ)核苷酸鏈(反義核苷酸)通過轉(zhuǎn)基因載體導(dǎo)入腫瘤細(xì)胞中，從而達(dá)到沉默并標(biāo)記目標(biāo)基因的技術(shù)?；诖隧?xiàng)技術(shù)，朱高紅等[12]將人工合成的逆轉(zhuǎn)錄酶反寡義核酸與釓離子通過1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷-1，4，7，10-四羧酸(DOTA)黏合，制備出逆轉(zhuǎn)錄酶特異性反義探針Gd-DOTA-hTERT ASON，以黑色素瘤A375細(xì)胞進(jìn)行體外顯像實(shí)驗(yàn)，并成功構(gòu)建人黑色素瘤A375裸鼠模型，分別于腹腔注射前后行T1W1顯像，最后以免疫組織化學(xué)方法檢測端粒酶活性。結(jié)果顯示A375細(xì)胞對靶向探針攝取率明顯高于非靶向組；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中注射Gd-DOTA-hTERT ASON組相較Gd-DTPA組表現(xiàn)出更長的強(qiáng)化時(shí)間及更高的信噪比。更值得注意的是，其免疫組化顯示反義探針處理組腫瘤細(xì)胞端粒酶活性均低于非處理組，表明該分子探針對腫瘤端粒酶的高表達(dá)具有一定抑制作用，有望達(dá)到腫瘤的精確診斷與抑制治療相結(jié)合的目的。

2.3 釓類分子探針與纖連蛋白受體

纖連蛋白是一種多聚體糖蛋白，純化的纖連蛋白可增強(qiáng)細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與基質(zhì)之間的黏附。有研究顯示[13]，纖連蛋白與腫瘤的侵襲和復(fù)發(fā)有密切關(guān)系，可作為腫瘤組織分化程度高低、侵襲性強(qiáng)弱、是否復(fù)發(fā)的判斷指標(biāo)，對臨床發(fā)現(xiàn)早期腫瘤浸潤、指導(dǎo)治療及推測預(yù)后具有重要價(jià)值。小分子五肽精氨酸-谷氨酸-賴氨酸-半胱氨酸-丙氨酸(Cys-Arg-Glu-Lys-Alas，CREKA)能靶向結(jié)合腫瘤中的纖連蛋白分子，而不與正常組織中的這類物質(zhì)相結(jié)合。Wu等[14]應(yīng)用CREKA制備出靶向釓對比劑CREKA-dl-(DOTA-Gd)4，并構(gòu)建裸鼠前列腺癌移植瘤模型，注射較低劑量對比劑后，磁共振及活體熒光圖像上腫瘤在短時(shí)間內(nèi)便顯示出很強(qiáng)的信號，說明CREKA-dl-(DOTA-Gd)4是一種潛在的前列腺癌早期診斷高分辨率的靶向?qū)Ρ葎?。Zhou等[15-16]同樣利用了五肽分子(CREKA)成功合成了靶向探針CREKA-dl-(DOTA-Gd)3，發(fā)現(xiàn)探針在裸鼠乳腺癌組織中具有同樣高的信號強(qiáng)度，并且當(dāng)裸鼠晚期轉(zhuǎn)移的乳腺腫瘤小于0.5 mm時(shí)仍可以測出精確的定位，纖連蛋白受體合成的釓類分子探針大大提高了腫瘤早期檢出率。

2.4 釓類分子探針與血管內(nèi)皮因子受體

作為血小板源性生長因子超基因家族的成員之一，血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)在調(diào)節(jié)血管生成和淋巴管的生成過程中起到了關(guān)鍵作用。腫瘤的生長極度依賴腫瘤新生血管的供養(yǎng)，因此通過抑制腫瘤新生血管中的血管內(nèi)皮生長因子-血管內(nèi)皮生長因子受體(VEGF-VEGFR)系統(tǒng)無疑成為了抑制惡性腫瘤發(fā)展的重要手段[17]。Jun等[18]構(gòu)建了腫瘤新生血管靶向分子探針Gd-DTPA、血管內(nèi)皮生長因子受體2(VEGFR2)抗體復(fù)合物——Gd-DTPA-anti-VEGFR2。體外實(shí)驗(yàn)表明，探針能與高表達(dá)VEGFR2的MS-1細(xì)胞特異性結(jié)合，為Gd-DTPA-VEGFR2抗體復(fù)合物在腫瘤新生血管顯像奠定了基礎(chǔ)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中利用CT-26結(jié)腸癌小鼠模型評估腫瘤血管生成情況，實(shí)驗(yàn)組注射Gd-DTPA-anti-VEGFR2，對照組注射Gd-DTPA抗大鼠IgG。T1加權(quán)成像顯示，實(shí)驗(yàn)組信號強(qiáng)度約為對照組的3倍，并且實(shí)驗(yàn)組峰值增強(qiáng)時(shí)間明顯延遲。最后，免疫組織化學(xué)方法驗(yàn)證了血管內(nèi)皮生長因子受體2在腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞中呈現(xiàn)高表達(dá)。Kuo等[19]在體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮生長因子抗體與脂質(zhì)體、磁共振對比劑結(jié)合的探針可以用于臨床上追蹤腫瘤的變化和判斷腫瘤患者的分期。以血管內(nèi)皮生長因子受體為靶標(biāo)的釓類分子探針實(shí)現(xiàn)了非侵入性腫瘤新生血管的可視化，成為了追蹤腫瘤動態(tài)變化的新手段。

2.5 釓類分子探針與葉酸受體

葉酸(Folic acid，F(xiàn)A)是一種分子量較小的B族維生素，其受體(Folate receptor，F(xiàn)R)為糖蛋白，在多數(shù)上皮來源的惡性腫瘤(如卵巢癌、胃癌、乳腺癌、膀胱癌等)細(xì)胞膜表面高度表達(dá)；而在絕大多數(shù)正常組織中幾乎不表達(dá)。利用葉酸對葉酸受體的高度親和性，使藥物與葉酸偶聯(lián)，將藥物遞送至腫瘤靶點(diǎn)是近年來一種新興的抗腫瘤治療方法[20]，基于此原理的分子影像學(xué)研究較多。Zheng等[21]研究了葉酸與釓螯合物合成的分子探針Gd-DTPA-poly-L-lysine-folate在葉酸受體陽性的裸鼠肺腫瘤模型中的顯影效果，分別在六個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)測量組織MR信號強(qiáng)度，結(jié)果表明葉酸結(jié)合的釓螯合物能夠長時(shí)間積累在表達(dá)葉酸受體(FR)的肺腫瘤中。其機(jī)制可能是由于與低分子量對比劑相比，基于葉酸綴合的釓螯合物有著較長血漿半衰期，從而增強(qiáng)了血池效應(yīng)。Du等[22]發(fā)現(xiàn)葉酸與釓劑復(fù)合物FA-Dextran-DTPA-Gd在HeLa細(xì)胞中比普通釓劑Gd-DTPA顯示出更高的弛豫效應(yīng)和更低的毒性，表明此復(fù)合物具有作為腫瘤靶向?qū)Ρ葎┑臐摿?。Nan等[23]合成了一種腫瘤葉酸受體(FR)靶向的熒光、順磁性雙模態(tài)脂質(zhì)體，測得其平均直徑為136 nm，分散性良好。通過熒光顯微鏡、磁共振成像(MRI)和流式細(xì)胞術(shù)(FCM)，分析其與FR陽性KB細(xì)胞(人口腔表皮樣癌細(xì)胞)、HeLa細(xì)胞(人宮頸癌細(xì)胞)和FR陰性A549細(xì)胞(人肺腺癌細(xì)胞)的結(jié)合情況。熒光顯微鏡及FCM結(jié)果顯示，用FR-靶向雙模態(tài)脂質(zhì)體處理的KB細(xì)胞的平均熒光強(qiáng)度(MFI)是非靶向脂質(zhì)體處理組的45倍，用靶向脂質(zhì)體處理的HeLa細(xì)胞的MFI是非靶向脂質(zhì)體的33倍。相比之下，用FR-靶向脂質(zhì)體處理的A549細(xì)胞的MFI幾乎與用非靶向脂質(zhì)體處理的MFI相同。MRI結(jié)果顯示，與FR靶向脂質(zhì)體孵育的HeLa和KB細(xì)胞的T1加權(quán)MR圖像具有比用非靶向脂質(zhì)體或游離Gd-DTPA處理組更高的信號強(qiáng)度。此研究證實(shí)了FR靶向雙模態(tài)脂質(zhì)體具有FR特異性和高效的細(xì)胞攝取，為腫瘤的雙模態(tài)分子成像提供了新的思路。

2.6 釓類分子探針與雌激素受體

雌激素受體(ER)在很多乳腺癌細(xì)胞中過表達(dá)，是反映乳腺癌患者預(yù)后的一個(gè)重要因素，研發(fā)出一種分子影像學(xué)技術(shù)能定位出雌激素受體并在乳腺癌患者中評估其功能的意義深遠(yuǎn)。根據(jù)雌激素及其類似物與ER特異性結(jié)合的原理，有兩種針對雌激素受體的對比劑：以釓類化合物材料四甲基吡啶醋酸釓(Pyridine tetra-acetate-Gd，PTA-Gd)為顯像劑，分別與17β-estradiol(一種天然雌激素制劑)和Tamoxifen(雌激素部分激動劑)相偶聯(lián)得到的釓分子探針E-PTA-Gd、T-PTA-Gd。Adi等[24]通過磁共振熒光聯(lián)合實(shí)驗(yàn)對乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231和裸鼠移植瘤模型的研究，發(fā)現(xiàn)E-PTA-Gd和T-PTA-Gd有著相互競爭的作用，并能引起雌激素受體細(xì)胞的增殖、調(diào)控雌激素的基因表達(dá)水平。研究結(jié)果表明E-PTA-Gd對雌激素受體具有靶向性，能明顯區(qū)分ER表達(dá)陽性與陰性的腫瘤；T-PTA-GD對腫瘤不具有明顯靶向性，其信號主要存在于肌肉組織，但對疾病診斷起到了鑒別意義，并值得進(jìn)一步深入研究。

3 小結(jié)與展望

釓類分子探針在腫瘤分子影像學(xué)中的研究具有廣闊的前景，可以為臨床腫瘤患者提供及時(shí)、精確的診斷和治療方向，但目前在腫瘤診斷上的應(yīng)用仍非常有限，針對腫瘤的靶點(diǎn)選擇的研究仍處于初級階段。靶點(diǎn)探針的合成難度大、研發(fā)成本過高，殘留劑對人體的毒性等成為限制靶向分子探針發(fā)展的主要因素[25-26]。相信隨著對生物材料技術(shù)、物理材料技術(shù)的不斷深入研究，越來越多的高穩(wěn)定性、高親和力、廣譜的釓分子探針將被研究出來，為腫瘤分子影像學(xué)不斷開拓新的篇章。