MR納米分子影像探針靶向示蹤口腔鱗狀細胞癌研究進展

林李芃，王 永*，譚 新，袁崢鼎，陳 卓，滕 榮，閆翔宇，費 杰，徐 凱,3

(1.徐州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，2.口腔醫(yī)學(xué)院，江蘇 徐州 221004；3.徐州醫(yī)科大學(xué) 附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 徐州 221004)

口腔癌約占所有癌癥的3%～4%，口腔鱗狀細胞癌(oral squamous cell carcinoma， OSCC)為其中最常見的類型，在口腔癌中約占90%[1]。OSCC易發(fā)生區(qū)域淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，預(yù)后較差，控制腫瘤轉(zhuǎn)移對臨床治療及預(yù)后均具有重要意義。既往有關(guān)OSCC細胞在體內(nèi)遷移能力的實驗大多為對口腔頜面部組織的病理切片分析[2]，需要在細胞移植后的一定時間內(nèi)處死實驗動物，無法動態(tài)觀察同一動物體內(nèi)OSCC細胞的遷移情況。近年來，代謝同位素示蹤、量子點熒光示蹤、多路復(fù)用生物標志物檢測、分子影像示蹤等非侵入性體內(nèi)示蹤技術(shù)不斷發(fā)展，分子影像示蹤相對更有助于明確目標腫瘤的轉(zhuǎn)移路徑和部位，并在此基礎(chǔ)上同時顯示原發(fā)病灶和轉(zhuǎn)移病灶之間的空間位置關(guān)系，為臨床切除OSCC病灶及頸部淋巴結(jié)清掃提供參考，也可為術(shù)后隨訪提供依據(jù)[3]。本文主要對MR納米分子探針靶向示蹤OSCC的研究進展進行綜述。

1 MR技術(shù)示蹤癌細胞

MR通過有磁距的原子核在磁場作用下產(chǎn)生能級間躍遷進行斷層成像，目前作為高空間分辨率的非侵襲性生物目標層析成像技術(shù)，在生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，已成為腫瘤早期篩查及腫瘤植入模型示蹤研究的主要手段之一[4-5]。MR平掃對腫瘤的敏感度有限，應(yīng)用MR對比劑可通過影響水質(zhì)子弛豫率來改善這一缺陷，利用自身磁學(xué)性質(zhì)改變靶組織內(nèi)水分子的弛豫時間來增強對比效果，從而增強病變組織與正常組織的影像灰度比[6]。目前臨床常用的MR對比劑一般分為陽性對比劑和陰性對比劑兩大類。陽性對比劑以金屬離子為代表，能顯著縮短T1并使MR信號增強。目前最常見的陽性對比劑為釓(Ⅲ)螯合物；在順磁性金屬中，釓離子順磁性最強，同時具有相對較長的電子自旋弛豫時間[7]。陰性對比劑以超順磁性氧化鐵(superparamagnetic iron oxide， SPIO)為代表，其主要成分Fe3O4，能顯著縮短T2，使成像信號變暗[8]。

2 MR分子影像手段在OSCC中的應(yīng)用

臨床診斷OSCC時，除常規(guī)病史采集和病理診斷外，影像學(xué)檢查也起到重要作用，尤其在頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移判定及OSCC術(shù)前分期等方面，MR技術(shù)有助于評估手術(shù)的可操作性及原發(fā)性腫瘤預(yù)后等。有研究[9]報道，MR分子影像學(xué)檢查具有極佳的軟組織對比度，用于口腔成像有助于準確區(qū)分腫瘤和鄰近正常組織，從而更好地顯示腫瘤實際大小及其對鄰近結(jié)構(gòu)的侵犯等情況。Goel等[10]研究表明，細胞轉(zhuǎn)移與口腔損傷密切相關(guān)，在一定時間間隔內(nèi)多次進行MR檢查，可清晰觀察到腫瘤轉(zhuǎn)移的路徑、部位并預(yù)估轉(zhuǎn)移速度，從而為頸部淋巴結(jié)清掃術(shù)提供依據(jù)。Wendi等[11]采用全身DWI觀察OSCC患者淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況，發(fā)現(xiàn)MR診斷與同期患者病變處淋巴結(jié)病理檢查結(jié)果相符。與淋巴結(jié)病理切片、內(nèi)鏡分光比色技術(shù)等其他分期診斷方法相比，MR對OSCC的前瞻性評估更加及時、有效。Frood等[12]針對MR技術(shù)應(yīng)用于OSCC，提出“輻射組學(xué)”概念，將可見的分子影像圖像轉(zhuǎn)化為非可見的成像數(shù)據(jù)，分析產(chǎn)生不同的統(tǒng)計測試或模型；對提取的數(shù)據(jù)進行過濾后，基于直方圖分析，繼而產(chǎn)生一系列的一階參數(shù)，如熵、偏斜度和平均值等。通過DWI可直接觀察活體口腔組織內(nèi)水分子彌散運動狀態(tài)，進而檢測出與其狀態(tài)改變相關(guān)的病理學(xué)變化，可在一定程度上提高MR診斷腫瘤的效率。

3 OSCC細胞中高表達蛋白與MR靶向示蹤

可與腫瘤細胞特異性結(jié)合、并能在其中高表達的蛋白是MR對比劑與靶點結(jié)合牢固，從而使示蹤成像清晰的重要一環(huán)。蛋白精氨酸甲基化轉(zhuǎn)移酶5抗體(protein arginine methylation transferase anti-5，PRMT5)、Wnt5a、熱休克蛋白90(heat shock protein 90， HSP90)等標志物蛋白均可在OSCC細胞內(nèi)特異性高表達，從而用于MR分子影像靶向示蹤。PRMT5在OSCC早期腫瘤發(fā)生至不斷進展過程中、尤其是在間質(zhì)入侵的侵襲模式中發(fā)揮重要作用[13]。Wnt5a是一種分泌信號蛋白，可通過激活非經(jīng)典Wnt信號通路，促進OSCC細胞的遷移和侵襲，其表達隨發(fā)育不良程度加劇而增高，是OSCC的重要生物學(xué)標志物。在諸多特異性高表達蛋白中，熱休克蛋白(heat shock protein, HSP)的靶向性尤為明顯，并主要在細胞分化及基因轉(zhuǎn)錄等方面發(fā)揮作用，又稱為“伴侶蛋白”。HSP分型眾多，HSP90與腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移及預(yù)后密切相關(guān)。Tsutsumi等[14-15]研究表明，HSP90可較松弛地結(jié)合于某些細胞的細胞膜，從而靶向示蹤腫瘤。HSP90陽性表達率在正?？谇火つぜ毎袨?4.61%，而在OSCC細胞中高達77.08%。此外，HSP90的表達還隨OSCC分化程度降低而增高[16]。

4 MR納米探針在靶向示蹤OSCC細胞中的應(yīng)用

隨著近年來納米技術(shù)的發(fā)展，新型分子影像靶向?qū)Ρ葎┑难邪l(fā)與應(yīng)用已達到納米分子探針水平。基于納米顆粒的MR技術(shù)設(shè)計簡單而功能化，已得到越來越多的應(yīng)用。利用納米粒子在近紅外波長下產(chǎn)生的局部表面等離子體共振，可獲得更高圖像對比度和分辨率的MR圖像，從而在口腔惡性腫瘤發(fā)展的不同階段更好地監(jiān)測病情[17]。

4.1 T1對比劑納米探針的應(yīng)用 對背景信號強度較高的病灶采用T1對比劑進行成像，在空間分辨率方面更具優(yōu)勢[18]。Gd2O3納米顆粒作為MR陽性對比劑結(jié)合應(yīng)用于多種分子影像學(xué)檢查，可使對比劑的T1松弛性更為突顯，同時表現(xiàn)出更好的生物相容性，用于在體及體外成像時具有高弛豫率、高穩(wěn)定性、高特異性及低毒性等優(yōu)勢[19]。Cui等[20]對前列腺癌患者靜脈注射Gd2O3系對比劑后獲得T1WI，發(fā)現(xiàn)Gd2O3納米顆粒積聚于癌組織中，表現(xiàn)出良好的靶向能力，且在病灶不同部位有選擇性地積聚。Wen等[21]以五代乙二胺為模板，采用釓螯合物、聚乙二醇、單甲醚合成金納米顆粒，用于小鼠主要器官在體成像，并通過CT/MR雙模態(tài)成像示蹤小鼠口腔、心臟、肝臟等處的種植腫瘤。筆者據(jù)此推測，金納米顆粒用于OSCC體外靶向示蹤研究具有可行性。

由于具有出色的磁性性質(zhì)，超順磁性氧化錳納米顆?？勺鳛榘邢?qū)Ρ葎?，且與其光敏劑熒光靶配體原卟啉Ⅸ結(jié)合后，不僅可用于腫瘤檢測，對包括腫瘤在內(nèi)的高增殖組織具有較強的診斷能力，還可用于光動力療法[22]。此外，由于結(jié)合了生物相容性光敏劑的優(yōu)點，將其用以靶向示蹤OSCC時，較之單純超順磁性氧化錳納米顆粒成像更為清晰，對比增強效果更優(yōu)。

4.2 T2對比劑納米探針的應(yīng)用 SPIO納米顆粒是較為常用的MR對比劑。Cooper等[23]利用超小型超順磁性氧化鐵(ultrasmall superparamagnetic iron oxide， USPIO)對頭頸部腫瘤進行MR分析，發(fā)現(xiàn)腫瘤基質(zhì)中USPIO積累的數(shù)量會影響MR信號強度，且對轉(zhuǎn)移后的腫瘤細胞信號增強效果較好[24]。USPIO有較長的等離子體半衰期，且包含極其微小的粒子，可穿過毛細血管壁，分布于包括淋巴結(jié)和骨髓在內(nèi)的組織中，從而為OSCC的MR預(yù)后分期提供有價值的信息，用于區(qū)分復(fù)發(fā)性O(shè)SCC和放化療引起的間質(zhì)炎癥[25]。

5 小結(jié)與展望

目前MR技術(shù)已經(jīng)成為腫瘤早期篩查及實驗研究動物模型植入腫瘤示蹤的利器，以氧化釓納米對比劑為代表的納米探針為MR高敏感度地示蹤腫瘤細胞奠定了基礎(chǔ)，以分子伴侶HSP90為代表的標志物蛋白可在OSCC細胞中高度特異性表達。然而，根據(jù)目前的臨床實踐，復(fù)合型納米材料仍然存在應(yīng)用時效性較短、靶向范圍較局限等傳統(tǒng)對比劑材料亦面臨的問題，且靶向?qū)Ρ葎┡c癌細胞特異性高表達蛋白靶點結(jié)合是否影響生物標志物的穩(wěn)定折疊與分期轉(zhuǎn)化尚未可知。探究如何在目標細胞中應(yīng)用納米探針對比劑進行高效、準確的示蹤定位，以及如何無損傷性結(jié)合標志物蛋白作為體內(nèi)靶點，將是今后MR納米探針靶向示蹤OSCC細胞的重要研究方向。