納米粒子在甲狀腺癌診治中的研究進展

詹立升 楊思嘉 吳劍超 崔敏

暨南大學附屬珠海醫(yī)院（廣東珠海519000）

甲狀腺癌是最常見的內分泌系統(tǒng)惡性腫瘤，約占內分泌系統(tǒng)腫瘤的95%，占所有癌癥的1%［1?2］。甲狀腺癌按病理類型分為：甲狀腺乳頭狀癌（PTC）、甲狀腺濾泡狀癌（FTC）、甲狀腺髓樣癌（MTC）和甲狀腺未分化癌（ATC），其中甲狀腺乳頭狀癌和甲狀腺濾泡狀癌統(tǒng)稱分化型甲狀腺癌（DTC），占所有甲狀腺癌的90%以上［3］。傳統(tǒng)解剖成像方法如磁共振成像（MRI）、正電子發(fā)射計算機斷層掃描（PET）、超聲（US）均難以發(fā)現(xiàn)＜1 cm 腫瘤［4］。目前甲狀腺癌治療手段是以手術治療為主，結合放射性碘治療、放化療和靶向治療的個體化綜合治療。分化型甲狀腺癌容易淋巴結轉移，少數失去攝取碘功能成為碘難治性分化型甲狀腺癌（RAIR?DTC）。RAIR?DTC 惡性程度高、預后差、病死率高，放射性碘治療、TSH 抑制治療以及放化療效果均不理想。所以目前迫切需要找到更有效的成像和治療方法，以提高甲狀腺癌患者遠期生存率。

隨著納米醫(yī)學的不斷發(fā)展，納米材料在腫瘤的預防、診斷和治療中越來越扮演著重要的角色。納米粒子本身具有的尺度效應、表面效應、量子效應以及光、聲、電、熱、磁等特性使納米科技與生物醫(yī)學充分對接，從而發(fā)揮對腫瘤成像和治療的作用。由于納米材料的尺寸遠比腫瘤細胞小得多，其可攜帶藥物靶向至腫瘤細胞，并發(fā)揮成像和治療等作用［5］。一方面，納米顆粒能夠在生理環(huán)境中保持穩(wěn)定性，通過EPR 效應對腫瘤細胞產生被動靶向的能力。另一方面，納米粒子表面易于修飾和功能化，連接靶向分子及其他功能基團，利于增強其生物相容性和對腫瘤細胞的靶向能力?；诩{米粒子的以上特性，有望利用其對腫瘤細胞進行精準的靶向成像及治療。目前已使用納米粒子在實體器官腫瘤上進行了一系列的臨床試驗，包括結直腸癌［6］、非小細胞肺癌［7］、胃癌［8］、乳腺癌［9］和食管腺癌［10］等，并且取得了較好的療效。納米粒子應用于腫瘤的診斷和治療受到越來越多的研究人員和臨床工作者的重視。本文將從納米粒子應用于甲狀腺癌成像和治療進展進行綜述，對納米粒子結合傳統(tǒng)影像、光學成像及各種治療方法進行綜述。

1 納米粒子應用于診斷甲狀腺癌

1.1 納米粒子結合經典影像 目前甲狀腺癌影像學檢查以B 型超聲為主，CT、MRI 為補充檢查方法。這些解剖成像方法如磁共振成像（MRI）、正電子發(fā)射計算機斷層掃描（PET）、超聲（US）均難以發(fā)現(xiàn)＜1 cm 腫瘤，極易造成漏診。分子影像利用各種分子探針，與特定的腫瘤細胞表面生物標志物結合，增強成像信號，從而提高了靈敏度和特異度。

1.1.1 納米粒子應用于放射性核素顯像 目前臨床上常用的核素顯像方法為放射性碘全身顯像，根據檢查目的可分為診斷性全身顯像（Dx?WBS）和治療后全身顯像（Rx?WBS），Dx?WBS 可在放射性碘治療前評估頸部殘余甲狀腺組織量，探查殘余及遠處轉移病灶，從而指導及調整治療方案［11］。131I 是放射性碘全身顯像的常用核素，但由于其γ射線能量過高等原因造成圖像質量欠佳，此外還可能產生“頓抑”效應［11］。多靶點的多模成像納米探針不僅可提高靶向性和增強信號，并且減少了造影劑劑量和使用頻率，更全面地反映了腫瘤細胞分子信息。KO 等［12］以鎵?68設計并合成一種多靶點的，可用于熒光、放射性核素、磁共振成像的三模態(tài)成像探針細胞實驗表明此探針對PTC 細胞有很好的靶向性。由于其靶向能力不依賴于碘鈉同向轉運體，對去分化的甲狀腺癌亦有較好的成像效果，可避免產生“頓抑”效應。

1.1.2 納米粒子應用于磁共振成像 磁共振成像有較好的軟組織分辨能力，并且能從矢狀位、冠狀位和橫軸位顯示甲狀腺癌頸部侵犯情況，同時也有邊界不清、信號不均、診斷準確率不如超聲等缺點。近年來，磁性納米粒子已被廣泛應用于多種腫瘤的成像與治療研究。磁性納米粒子既具有納米粒子的特性，又具有超順磁性，可在外加磁場下定向移動，在交變磁場下吸收電磁波產熱。其中JEE 等［13］用四氧化三鐵結合抗碘鈉同向轉運體抗體制備對DTC 進行MRI 成像及磁熱療的納米探針，它不僅顯著增強了MRI T2 加權象，而且磁熱療有效抑制腫瘤的生長。

1.1.3 納米粒子應用于CT 成像 CT 顯像具有良好的斷層顯像效果，但其局限性在于軟組織造影差，其敏感性和特異性均不及超聲。CHEN 等［14］合成近紅外熒光/CT 雙模態(tài)成像的納米探針，該探針由牛血清蛋白、金納米簇和碘離子組裝而成，可分辨體積小至2 mm3的甲狀腺組織，成像性能可與臨床使用造影劑相媲美。綜上，近紅外熒光/CT 雙模態(tài)成像的納米探針在前臨床研究上有廣闊的應用前景。

1.2 納米粒子結合光學成像

1.2.1 光聲成像及近紅外熒光成像 當脈沖激光照射物質時，吸收電磁波能量熱膨脹而產生應力變化，進而激發(fā)聲波，即光聲效應。光學成像具有高對比度、高靈敏度的優(yōu)點，但其成像深度不足。聲學成像有成像深度大、分辨率高，但是靈敏度、特異度較低。而光聲成像作為功能成像同時兼顧了上述兩者的優(yōu)點，即光聲成像具有對比度、靈敏度高和成像深度大、分辨率高的優(yōu)點。CHENG 等［15］合成可同時用于光聲成像及近紅外二區(qū)（1 000～1 700 nm）熒光成像的雙模探針，在甲狀腺濾泡狀癌裸鼠移植模型成像實驗中獲得很高的時間、空間分辨率，并增強光聲及熒光信號的效果。

1.2.2 拉曼成像 細針抽吸活檢（FNA）是目前診斷甲狀腺癌的金標準，但其不僅存在較高的假陰性率，而且還難以從形態(tài)學上區(qū)分如增生性結節(jié)、濾泡性腺瘤、濾泡狀癌等不同甲狀腺病理形態(tài)。拉曼光譜學因其獨特的“指紋”特征可以反映生物分子和結構信息，其他優(yōu)勢如對水低靈敏度，制樣簡單等都在生物醫(yī)學診斷領域引起廣泛的關注，目前其應用范圍已涉及腦、乳腺、肺、消化道、鼻咽、候及皮膚等多個器官。然而，傳統(tǒng)拉曼光譜學由于低信號的缺點限制了臨床應用。表面增強拉曼散射可通過將分子吸附在粗糙金屬或金屬溶膠顆粒，如金銀銅等表面上獲取比傳統(tǒng)拉曼散射增強的信號。在眾多的研究中，HUANG 等［16］采用銀納米粒子增強拉曼散射效應來診斷甲狀腺正常組織和癌組織。在LI 等［17］以銀納米粒子為增強基的甲狀腺離體組織SERS 光譜研究中，實驗中以三組樣品進行檢測：甲狀腺癌（n＝32）結節(jié)性甲狀腺腫（n＝20）正常甲狀腺組織（n＝25），檢測結果通過主成分分析、線性判別分析及留一法交叉驗證分析后發(fā)現(xiàn)SERS 法診斷甲狀腺組織靈敏度分別為92%、75% 和87.5%；特異度分別為82.6%、89.4%和84.4%。

1.3 生物傳感應用 在過去的幾十年里，眾多研究者發(fā)現(xiàn)絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路在甲狀腺癌發(fā)生發(fā)展中起到關鍵作用［2，18?19］。而最常見的激活MAPK 信號通路的突變點有BRAF 原癌基因突變、RET/ PTC 基因的重排及RAS 突變等［20］。金納米粒子由于其獨特的光學特性如局部表面等離子體共振（local surface plasma resonance，LSPR）和共振光散射（resonance light scattering，RLS）等十分適合作為超靈敏生物傳感器的高效探針。

LIAO 等［21］成功地用金納米粒子生物標記物和方波剝離伏安法檢測乳頭狀癌BRAF 基因突變，該法被證實可在224 個核苷酸序列中分辨突變型和野生型BRAF 基因。WANG 等［22］用13 nm 大小的金納米球成功制備了基于共振光散射（resonance light scattering assay，RLS）分析法的基因微陣列，可對甲狀腺乳頭狀癌突變基因進行檢測。金納米粒子獨特的光學為了檢驗共振光散射分析法的實用性，他們以此法（光散射強度反映基因突變水平）對50 例乳頭狀癌患者甲狀腺組織進行突變基因檢測，用高表達PTC 突變基因的K1 細胞系做陽性對照，正常甲狀腺組織做陰性對照。分析結果顯示，NRAS 密碼子61 位點突變與PTC 有密切關聯(lián)，其檢測結果與桑格測序法所得到的結果高度一致。

2 納米粒子應用于治療甲狀腺癌

DTC 的治療通常是以手術治療為主，選擇性放射碘治療和內分泌治療；而針對RAIR?DTC 的化療藥物如多柔比星、阿霉素在腫瘤內分布較低且具有心臟毒性，因而限制了其應用；多激酶抑制劑如索拉菲尼僅延長了無進展中位生存時間，而未能提高整體生存率，相關不良反應發(fā)生亦非常普遍，如皮膚毒性、高血壓、胃腸道毒性等?；谝陨现委煬F(xiàn)狀，臨床上迫切需要高效低毒的治療方法。利用各種納米材料本身具有的尺度效應、表面效應、量子效應以及光、聲、電、熱、磁等特性，可對RAIR?DTC 進行一系列的載藥治療、光熱療法、磁熱療、光動力療法以及siRNA 遞送治療。

2.1 納米粒子載藥靶向治療 高分子材料PLGA?COOH是已獲FDA 批準可用于注射型藥物控釋劑的材料，具有安全無毒副作用，穩(wěn)定，生物相容性好的特點。在2012年國內已有報道［23］用PLGA?COOH 成功制備TSH 受體介導的靶向甲狀腺癌細胞的高分子納米靶向藥物，在體外與FTC?133 細胞有較強結合能力。這為甲狀腺癌靶向藥物的研究奠定了一定的基礎。GAO 等［24］以脂質體多聚物合成160 nm 的納米粒子包載順鉑，對FTC?133 細胞移植瘤小鼠治療，療效確切。此項研究中的材料歸功于此納米級藥物特有的EPR 效應、對TSHR 靶向性和酸響應性釋放順鉑。

國內學者LI 等［25］以二氧化硅納米粒子作為載體，將對碘難治性分化型甲狀腺癌（RAIR?DTC）有效的抗腫瘤藥物阿霉素（DOX）鍵合在納米粒子上，并在DOX 與SiO2之間設定酸響應性連接，最后將人促甲狀腺激素（TSH）通過二硫鍵與納米顆粒連接制備對RAIR?DTC 進行靶向治療的酸響應性納米粒子。與此相類似地，另一項研究［26］以聚乳酸?羥基乙酸共聚物（PLGA）和脂質體合成130 nm 的球形納米粒子，具有TSHR 靶向性和PH 響應性釋放索拉菲尼的能力。這類以促甲狀腺素受體為靶點的藥物被證明在體外可對高表達TSHR 的癌細胞如FTC133 進行載藥靶向治療。然而，參與甲狀腺癌發(fā)生發(fā)展的分子機制亦十分復雜，對各種病理類型的乃至不同時期的療效尚有待進一步的研究觀察。

2.2 納米粒子應用于光熱療法 光熱療法是借助光熱材料把特定波長的激光能轉化為熱能，利用局部組織熱效應來殺滅腫瘤細胞，達到治療腫瘤的目的。光熱療法迄今發(fā)展了四代材料體系：第一代光熱材料是以金銀鉑為代表的貴金屬材料，其光熱轉換效率高，但價格昂貴；第二代光熱材料是碳類材料，雖有較大的光熱轉換面積，但近紅外區(qū)吸收能力差；第三代光熱材料主要是金屬和非金屬的化合物，如硫化銅、硫化鋅等；第四代材料是有機染料類，如吲哚菁綠、普魯士藍；其中第三、四代光熱材料正處于研究熱潮。近年來，各種低毒性、高光熱轉化效率的納米材料被開發(fā)用于治療腫瘤。ZHOU 等［27］設計并合成一種可同時用于光熱治療及放射治療的硫化銅納米粒子PEG?［64Cu］CuS 研究結果表明，PEG?［64Cu］CuS 介導的放射治療、光熱治療及放射結合光熱治療均有效延緩了甲狀腺癌的生長，其中以放射結合光熱治療療效最為顯著，明顯提高了荷瘤鼠生存率。DOTAN 等［28］以多壁納米碳管為光熱材料，結合抗促甲狀腺素受體抗體、促甲狀腺素作為靶向分子。以上研究中各材料顯示靶向性良好，療效確切，但均存在可視化程度低、高熱過程難以控制的缺點，若聯(lián)合多模態(tài)成像（如熱成像、光聲成像、CT 及MRI）、復合材料可合成診療一體的多功能納米探針，在提高光熱轉換效率的同時，實時動態(tài)評估療效和監(jiān)測復發(fā)、轉移。

2.3 磁熱療與溫度響應釋藥 磁熱療的概念最早在20 世紀50年代末被提出來：磁熱療是一種通過局部注射或靜脈注射等方式使磁性納米粒子聚集到腫瘤區(qū)域，在交變磁場下產生磁熱效應破壞腫瘤細胞促使其凋亡。但由于材料、溫度測定方法、磁場等條件限制了其發(fā)展。20 世紀90年代初，氧化鐵納米顆粒被發(fā)現(xiàn)具有很高的磁熱效應，且磁場強度和頻率均在臨床允許范圍內。磁性納米顆粒除了用于磁熱療之外，亦可被修飾為載藥體，但由于載藥效率低和缺乏有效的釋藥機制限制了其應用。KOPPOLU等［29］用有溫度響應性的正異丙基丙烯酰胺?丙烯酰胺?烯丙胺聚合物包覆氧化鐵納米粒子和阿霉素，該材料可磁靶向富集在腫瘤區(qū)域，在磁熱作用下實現(xiàn)溫度響應性釋藥。

2.4 光動力療法聯(lián)合載藥治療 光動力療法是用特定波長的光照射光敏劑使之產生大量的活性氧，從而產生細胞毒作用。卟啉分子作為常用的光敏劑之一因為存在疏水性所以不利于被遞送到腫瘤細胞內。PRAMUAL 等［30］分別以聚乳酸?羥基乙酸共聚物（PLGA）和3?羥基丁酸酯和3?羥基戊酸酯共聚物（PHBV）包埋卟啉分子。研究發(fā)現(xiàn)，此法不僅可通過納米粒子特有的EPR 效應增強藥物對腫瘤細胞的靶向性，而且提高了單線肽氧的產率和FTC?133 細胞攝取率。因此，多聚物納米材料在光動力治療中作為光敏劑的遞送系統(tǒng)展現(xiàn)出很好的應用前景。

2.5 納米粒子介導的基因治療 基因治療通常使用小干擾RNA（21～25 個核苷酸組成的雙鏈小RNA 分子）誘導與siRNA 序列互補的mRNA 在細胞內斷裂，達到沉默靶向基因的目的，進而影響腫瘤相關基因的表達。由于siRNA 在體內易被降解不能有效進入細胞，導致其應用受限。目前常用作遞送siRNA 載體有病毒載體、脂質體、陽離子聚合物及納米材料等。其中，納米材料不僅具有負載率高、生物相容性好，生物降解性好良好的優(yōu)點，而且表面可耦合靶向配體、熒光染料及藥物，因此近年來備受關注。LOM?BARDO 等［31］以聚乳酸?羥基乙酸共聚物、殼聚糖包載抗人端粒酶逆轉錄酶（hTERT）的siRNA，它可有效地將siRNA遞送到腫瘤細胞內。LIU 等［32］用一種具有近紅外光熒光的多聚物遞送siRNA 沉默甲狀腺癌BRAF 基因?；铙w實驗結果顯示，治療組瘤體平均體積比對照組小三倍，免疫組化染色分析發(fā)現(xiàn)Ki67 表達較對照組明顯減少。

2.6 納米碳在術中淋巴顯影應用 納米炭作為新型淋巴示蹤劑，具有染色迅速、示蹤清晰、無毒副作用和不易外滲等優(yōu)點，已被普遍用于甲狀腺癌淋巴結清掃過程。納米碳可使甲狀腺及引流區(qū)域淋巴結按照甲狀腺淋巴引流順序依次迅速黑染，甲狀旁腺及喉返神經等不染色，便于術中辨認。這主要是因為納米炭平均直徑約150 nm，毛細淋巴管內皮細胞間隙為120～500 nm 且基膜發(fā)育不全，而毛細血管內皮細胞間隙為30～50 nm，故納米炭很容易進入毛細淋巴管，卻難以進入毛細血管［33］。其次，納米炭可以被巨噬細胞吞噬后進入毛細淋巴管，滯留、聚集在淋巴結［33］。ZHU 等［34］對162 例乳頭狀癌患者進行對照研究，結果顯示納米碳組中央區(qū)淋巴結清掃切除率顯著高于對照組，納米碳可提高PTC 患者淋巴結切除率。YU 等［35］在對140 例行甲狀腺全切或次全切的PTC 患者對照研究，發(fā)現(xiàn)納米碳組對轉移淋巴結檢出率明顯高于對照組。因此，納米碳可提高淋巴結清掃率，和前哨淋巴結活檢的靈敏度。XUE 等［36］認為納米碳有助于術中保護甲狀旁腺，降低術后短暫性的低甲狀旁腺素和低血鈣發(fā)生率；然而，在行甲狀腺全切并雙側中央區(qū)淋巴結清掃的患者中并不能有效降低永久性甲狀旁腺功能減退癥的發(fā)生。

3 展望

目前為止，大部分納米粒子在甲狀腺癌中的研究主要以體外和小動物實驗為主，仍有待進一步的人體實驗研究進一步驗證其療效、安全性和毒副反應。納米醫(yī)學在甲狀腺癌的成像以及治療領域有著巨大的潛能，對甲狀腺癌診斷、提高患者生存率方面有重大意義。多功能納米粒子為靶向治療、診療一體化提供了現(xiàn)實基礎，可達到個體化、綜合治療的目的。在腫瘤發(fā)病率不斷上升的今天，納米粒子有望成為治療腫瘤的又一有力武器。