熒光成像技術(shù)在胰腺癌術(shù)中的導(dǎo)航作用

馬濤 呂毅

西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院肝膽外科 精準(zhǔn)外科與再生醫(yī)學(xué)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，西安 710061

【提要】 胰腺癌是常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，具有高度侵襲性，患者預(yù)后極差，而早期診斷、術(shù)中精準(zhǔn)識(shí)別腫瘤原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶對(duì)改善患者預(yù)后極為重要。近年來(lái)熒光成像技術(shù)已應(yīng)用于乳腺癌、肝癌、胰腺癌等多種實(shí)體腫瘤的早期檢測(cè)和術(shù)中定位以及病灶周?chē)馨徒Y(jié)、組織灌注檢測(cè)等方面。本文就熒光成像技術(shù)應(yīng)用于胰腺癌術(shù)中診斷及輔助治療的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行探討。

胰腺癌是常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，早期癥狀不典型，具有高度侵襲性，患者預(yù)后極差，5年生存率不足5%，中位生存期僅6～10個(gè)月[1-3]。早期診斷、術(shù)中精準(zhǔn)識(shí)別腫瘤原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶對(duì)改善患者預(yù)后、提升生存質(zhì)量及延長(zhǎng)生存時(shí)間非常重要，這也是目前胰腺癌治療的主要目的[4-5]。分子影像學(xué)是應(yīng)用影像學(xué)的方法對(duì)活體狀態(tài)下的生物過(guò)程進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的定性及定量研究[6]。熒光成像技術(shù)是基于分子影像學(xué)發(fā)展起來(lái)的較為成熟、應(yīng)用廣泛，在腫瘤早期診斷中發(fā)揮實(shí)時(shí)、非侵入式、特異性跟蹤與探測(cè)功能的診療手段[7]。近些年熒光成像技術(shù)已獲得臨床上的認(rèn)可，應(yīng)用于乳腺癌、肝癌、胰腺癌、結(jié)直腸癌等實(shí)體腫瘤的早期檢測(cè)及術(shù)中定位，同時(shí)根據(jù)熒光探針的理化特性也應(yīng)用于病灶周?chē)馨徒Y(jié)、組織器官灌注檢測(cè)等方面。本文介紹熒光成像技術(shù)及其在胰腺癌中的應(yīng)用。

一、熒光成像技術(shù)原理

1．熒光成像基本原理：熒光成像包含靶點(diǎn)(靶器官)、探針及成像系統(tǒng)3個(gè)要素。術(shù)前通過(guò)靜脈或者局部注射熒光探針，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生物代謝，熒光探針到達(dá)靶器官，或可與其相應(yīng)的靶點(diǎn)結(jié)合。術(shù)中使用具有特定波長(zhǎng)的激發(fā)光照射目標(biāo)部位，產(chǎn)生另一波段的熒光信號(hào)，被成像系統(tǒng)捕獲，即可實(shí)現(xiàn)腫瘤病灶的精準(zhǔn)定位。每種熒光探針根據(jù)理化性質(zhì)不同，其激發(fā)波長(zhǎng)與發(fā)射波長(zhǎng)均不相同，也就需要針對(duì)探針的成像系統(tǒng)進(jìn)行熒光信號(hào)的激發(fā)與采集[8]。由于熒光信號(hào)都非常微弱，所以一般的成像系統(tǒng)還包含信號(hào)增強(qiáng)模塊[9]。

2．臨床常用熒光探針：熒光成像的核心在于熒光探針的理化性質(zhì)，它決定了激發(fā)與發(fā)射波長(zhǎng)、定位目標(biāo)。目前臨床上常用的熒光探針有吲哚菁綠(indocyanine green, ICG)和亞甲藍(lán)(methylene blue, MB)等[8]。ICG和MB是近紅外區(qū)域的非特異性造影劑，它們不與腫瘤配體結(jié)合，但經(jīng)特定器官代謝。ICG是經(jīng)FDA批準(zhǔn)的熒光染料，其激發(fā)波長(zhǎng)為760～810 nm，發(fā)射波長(zhǎng)在830 nm左右，處于近紅外波段，具有良好的穿透深度[10]。ICG在體內(nèi)的半衰期為150～180 s，血管注射后隨血液循環(huán)迅速分布于全身血管內(nèi)，高效率、選擇地被肝細(xì)胞攝取，又從肝細(xì)胞以游離形式排泄到膽汁中，經(jīng)膽管入腸，隨糞便排出體外[11-13]。依據(jù)ICG的生物代謝規(guī)律可用于肝臟顯影、肝臟腫瘤定位、膽道顯影、血管造影等。皮下或黏膜下局部注射可經(jīng)淋巴循環(huán)代謝應(yīng)用于淋巴管道顯影，定位前哨淋巴結(jié)。MB激發(fā)峰在700 nm 左右，主要經(jīng)由腎臟代謝清除，隨尿液排出，可用于泌尿系統(tǒng)顯影及術(shù)后腔內(nèi)導(dǎo)管的通暢及滲漏測(cè)試[12]。

二、熒光成像技術(shù)在胰腺癌診療中的應(yīng)用

1．腫瘤及淋巴結(jié)定位：目前術(shù)前常用的影像學(xué)檢查如CT、MRI等，由于體位的改變、操作者主觀評(píng)估及缺乏微小病變敏感度而與術(shù)中所見(jiàn)存在一定的差距[14]。而熒光成像技術(shù)實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的特性恰好能彌補(bǔ)這一不足。雖然ICG可以很容易識(shí)別肝臟腫瘤，因?yàn)槠渫ㄟ^(guò)肝臟清除，對(duì)于腹部其他類(lèi)型的實(shí)體腫瘤如胰腺等不具備特異性，但是其可以顯示胰腺腫瘤周?chē)馨徒Y(jié)及肝臟微轉(zhuǎn)移灶。Tummers等[15]通過(guò)熒光探針劑量遞增的前瞻性研究評(píng)估了在胰腺癌手術(shù)后患者中使用西妥昔單抗-IRDye800檢測(cè)胰周轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)(lymph nodes, LNs)的可行性。研究共評(píng)估了144個(gè)LNs，其中低劑量72個(gè)，高劑量72個(gè)。結(jié)果顯示在低劑量(50 mg)隊(duì)列中通過(guò)熒光成像檢測(cè)轉(zhuǎn)移性LNs效果更好，在組織樣本中靈敏度和特異度分別為100%和78%，在顯微鏡下分別為91%和66%。更重要的是，該方法能夠檢測(cè)到直徑<5 mm的隱匿病灶，其靈敏度為88%(15/17 LNs)。另一方面，Yokoyama等[16]對(duì)49例術(shù)前檢查未發(fā)現(xiàn)肝臟微轉(zhuǎn)移灶的胰腺癌患者進(jìn)行了術(shù)中熒光成像評(píng)估。采用術(shù)前靜脈注射ICG，術(shù)中使用近紅外成像系統(tǒng)觀察肝臟及組織病理學(xué)檢測(cè)異常熒光病灶的方法，在13例患者的肝臟內(nèi)觀察到最大直徑至少1.5 mm的異常熒光信號(hào)，但肉眼卻未見(jiàn)明顯腫瘤病灶，其中8例(16%)組織學(xué)檢查證實(shí)為肝臟微轉(zhuǎn)移灶。術(shù)后6個(gè)月復(fù)查CT，8例肝臟微轉(zhuǎn)移患者中7例(88%)發(fā)生明顯的肝臟轉(zhuǎn)移，而術(shù)中未發(fā)現(xiàn)肝臟微轉(zhuǎn)移的41例患者中4例發(fā)生肝轉(zhuǎn)移，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。Katada等[17]的研究報(bào)道，術(shù)前檢查未發(fā)現(xiàn)肝轉(zhuǎn)移的133例胰腺癌中，術(shù)中發(fā)現(xiàn)肝臟微轉(zhuǎn)移20例(15%)，免疫組織化學(xué)檢查也提示這20例患者的轉(zhuǎn)移灶癌細(xì)胞均表達(dá)CEA。由此可見(jiàn)，以ICG為探針代表的熒光成像可以在術(shù)中有效發(fā)現(xiàn)肝臟微轉(zhuǎn)移病灶。

此外，胰腺的神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤，如胰島素瘤，通常難以定位，而完全切除對(duì)于疾病治愈至關(guān)重要。 Winer等[18]將0.25～2 mg / kg體重的梯度MB注射入荷胰島素瘤鼠體內(nèi)，通過(guò)FLARE熒光成像系統(tǒng)觀察MB檢出病灶的有效性。當(dāng)注射劑量≥1 mg/kg體重時(shí)，MB也會(huì)在正常胰腺組織聚集，信背比(signal-to-background ratios, SBR)≥1.6，維持熒光信號(hào)長(zhǎng)達(dá)1 h。同時(shí)胰島素瘤與正常胰腺組織的熒光信號(hào)比值為3.7，與肌肉的比值為16.2，可見(jiàn)胰島素瘤對(duì)MB的攝取比正常胰腺組織更高。 van der Vorst等[19]報(bào)道1例神經(jīng)內(nèi)分泌瘤患者，術(shù)中靜脈注射MB，5 min后SBR值穩(wěn)定在3左右，持續(xù)15 min。胰島素瘤能夠攝取MB產(chǎn)生近紅外熒光信號(hào)，可以在術(shù)中提供高靈敏度檢測(cè)。因此基于MB的熒光成像對(duì)胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤術(shù)中定位具有一定的優(yōu)勢(shì)。

2．胰十二指腸切除術(shù)評(píng)估：胰十二指腸切除術(shù)是胰腺癌手術(shù)治療最重要的術(shù)式之一，手術(shù)質(zhì)量評(píng)估在患者術(shù)后轉(zhuǎn)歸過(guò)程中占有非常重要的地位[20]。 Hutteman等[21]對(duì)8例接受胰十二指腸切除術(shù)的患者在術(shù)中靜脈注射ICG，并通過(guò)Mini-FLARE近紅外熒光成像系統(tǒng)對(duì)胰腺、腫瘤、膽總管和周?chē)鞴龠M(jìn)行實(shí)時(shí)成像。結(jié)果未觀察到腫瘤組織與正常胰腺組織的明顯熒光信號(hào)差別，但在ICG注射后10 min可清晰看到膽總管熒光顯影，在注射后30～90 min之間具有最大對(duì)比度。由于膽汁持續(xù)排泄，可觀察到膽管吻合的通暢性。Rho等[22]也指出，在胰十二指腸切除過(guò)程中利用熒光成像產(chǎn)生的視覺(jué)差可以為外科醫(yī)師提供非常有效的實(shí)時(shí)熒光信號(hào)，進(jìn)而指導(dǎo)手術(shù)。Hirono等[23]通過(guò)ICG熒光成像詳細(xì)分析了胰十二指腸切除術(shù)患者的淋巴引流途徑，并確定了7條主要的淋巴引流路徑，用以明確胰腺癌手術(shù)淋巴結(jié)清掃范圍。20例患者中4例(20%)觀察到腸系膜上動(dòng)脈左側(cè)的淋巴途徑，17例(85%)觀察到主動(dòng)脈區(qū)域，且到達(dá)腸系膜上動(dòng)脈周?chē)钠骄鶗r(shí)間比到達(dá)主動(dòng)脈區(qū)域的時(shí)間更長(zhǎng)。

三、胰腺癌熒光探針的研發(fā)

1．ICG改良探針：ICG作為經(jīng)FDA批準(zhǔn)的最常用的熒光染料之一，因其經(jīng)肝臟代謝而對(duì)胰腺腫瘤原發(fā)病灶不具有特異性，限制了其應(yīng)用，所以很多學(xué)者在ICG生物學(xué)特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，研發(fā)了一系列ICG改良探針。Qi等[24]將透明質(zhì)酸衍生的納米顆粒與ICG綴合形成NanoICG用于胰腺癌的術(shù)中近紅外熒光檢測(cè)。NanoICG對(duì)正常胰腺上皮細(xì)胞無(wú)細(xì)胞毒性，沒(méi)有誘導(dǎo)趨化或吞噬作用，且在原位胰腺癌模型內(nèi)明顯聚集，使胰腺病灶的熒光強(qiáng)度較胰腺非病變部分顯著增強(qiáng)，也較單純ICG聚集胰腺病變部位的熒光強(qiáng)度更高。Aung等[25]將大鼠IgG2b抗組織因子(抗-TF)單克隆抗體1849(抗-TF1849)標(biāo)記至ICG，合成了抗-TF 1849-ICG綴合物，通過(guò)蛋白質(zhì)印跡法觀察BxPC-3細(xì)胞TF表達(dá)量，結(jié)果與通過(guò)熒光顯微鏡觀察到的優(yōu)先結(jié)合1849-ICG的細(xì)胞內(nèi)定位一致，說(shuō)明這種1849-ICG綴合物可用于治療高表達(dá)TF的胰腺癌，為胰腺癌治療提供了新的策略。

2．其他新型探針：Neesse等[26]研究了花青染料(Cy5.5)標(biāo)記的緊密連接蛋白-4與產(chǎn)氣莢膜梭菌腸毒素耦聯(lián)的無(wú)毒C端片段(C-CPE-Cy5.5)在胰腺癌動(dòng)物模型中的定位診斷效果。通過(guò)與熒光成像方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了緊密連接蛋白-4陽(yáng)性小鼠胰腺腫瘤及其前驅(qū)病變的無(wú)創(chuàng)可視化，探索了一種新型的早期診斷模式。Park等[27]制備了熒光團(tuán)共軛的胰島素樣生長(zhǎng)因子-1受體(IGF-1R)抗體，可以標(biāo)記顯示胰腺癌細(xì)胞膜上的熒光灶，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)術(shù)中胰腺腫瘤病灶的定位。 Hoogstins等[28]研發(fā)了一種新型熒光標(biāo)記的抗CEA抗體，即SGM-101。術(shù)前注射SGM-101，術(shù)中發(fā)現(xiàn)其特異性地聚集在表達(dá)CEA的原發(fā)性腫瘤、腹膜及肝轉(zhuǎn)移病灶中，原發(fā)病灶SBR為1.6，轉(zhuǎn)移性病變SBR為1.7，表明使用熒光標(biāo)記的抗CEA抗體對(duì)于術(shù)中檢測(cè)原發(fā)性胰腺癌病灶和轉(zhuǎn)移瘤是安全有效的。

四、總結(jié)和展望

熒光成像作為一種新型的診斷方法，可以使用具有高靈敏度和空間分辨率的熒光探針，使探針劑量最小化并允許實(shí)時(shí)確定組織狀態(tài)[29-30]。這種方法已經(jīng)在腫瘤定位診斷、前哨淋巴結(jié)顯影、組織灌注等方面發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢(shì)。熒光成像作為胰腺癌術(shù)中檢測(cè)的新型又精準(zhǔn)的方法，可以使惡變組織切除最大化。目前臨床使用的ICG和MB分別經(jīng)過(guò)肝臟或腎臟代謝，隨膽汁或尿液排出體外，對(duì)于胰腺癌的診斷不具有特異性，但其能夠清楚顯示病灶周?chē)馨徒Y(jié)及肝微轉(zhuǎn)移病灶，而且能夠?yàn)橐仁改c切除術(shù)提供一種評(píng)估方法，在一定程度上有助于胰腺癌術(shù)中診斷及治療。盡管目前能夠使用的熒光探針?lè)浅Ｓ邢蓿胰狈σ认侔┨禺愋?，但隨著眾多學(xué)者對(duì)基于ICG耦合的探針改良和新型探針的研發(fā)，這些探針對(duì)于胰腺癌早期診斷、術(shù)中定位更具有特異性。隨著熒光成像技術(shù)的不斷發(fā)展，其在胰腺癌的診斷與治療中會(huì)展現(xiàn)出更廣闊的前景，也對(duì)提升患者預(yù)后起到積極的推動(dòng)作用。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突