MR分子成像在腫瘤診斷中的研究進(jìn)展

劉婧，梁宇霆

1.北京市海淀醫(yī)院放射科，北京 100080；2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院放射科，北京 100006； *通訊作者 梁宇霆 liangyuting688@sina.com

分子影像學(xué)是在活體內(nèi)進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的生物過程的描述和測(cè)量[1]，目前其主要成像方式包括MRI、光學(xué)成像、正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像（PET）和單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像（SPECT）。核醫(yī)學(xué)影像敏感性高，是目前最成熟的分子影像技術(shù)，其葡萄糖代謝和受體顯像已成功應(yīng)用于臨床檢查及治療。盡管已有較成熟的顯像設(shè)備將PET和MRI 相結(jié)合，以彌補(bǔ)核醫(yī)學(xué)本身圖像背景差的缺點(diǎn)，提高圖像質(zhì)量，便于觀察及診斷[2]，但其檢查費(fèi)用昂貴，核素具有一定的放射性，不易廣泛使用及頻繁檢查同一對(duì)象。光學(xué)成像是將熒光材料與特異性靶向載體相結(jié)合，活體內(nèi)靶向標(biāo)記靶向目標(biāo)，進(jìn)一步熒光激發(fā)成像，臨床可借助此特性在熒光影像下引導(dǎo)多種外科手術(shù)[3]，但其組織穿透力弱，難以用于深部組織顯像。MR分子成像以組織內(nèi)特異性受體或供體作為成像靶點(diǎn)，利用特異性分子探針在細(xì)胞和分子水平了解生物體內(nèi)生理及病理過程，定性、定量研究基因水平和代謝規(guī)律等細(xì)胞活動(dòng)過程，為研究疾病的發(fā)生發(fā)展及臨床治療等提供了更加精準(zhǔn)的生物學(xué)和影像學(xué)信息。本文擬對(duì)MR分子成像在腫瘤診斷中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 MR分子影像學(xué)內(nèi)容

MR分子影像學(xué)的內(nèi)容包括分子探針和分子成像，合成的分子探針可與選定的靶點(diǎn)特異性地結(jié)合并被核磁影像監(jiān)測(cè)，成像則是通過相應(yīng)的影像技術(shù)將觀察到的信息表現(xiàn)出來。

1.1 靶點(diǎn) 分子成像的靶點(diǎn)通常選取在某些特殊狀態(tài)下特異性表達(dá)或高表達(dá)的物質(zhì)，主要包括肽類、受體、特異性酶、抗原。腫瘤靶點(diǎn)可以是腫瘤細(xì)胞、腫瘤血管或間質(zhì)細(xì)胞。

1.2 分子探針的特點(diǎn) 分子探針即能和靶特異性結(jié)合的物質(zhì)（如配體或抗體等）與產(chǎn)生影像學(xué)信號(hào)的物質(zhì)（如同位素、熒光素或順磁性原子）通過特定的方法連接構(gòu)成，應(yīng)具備以下特點(diǎn)：①具有生物兼容性，能參與人體生理代謝過程；②以微量分子為標(biāo)記物載體，不會(huì)對(duì)人體造成任何傷害；③能夠克服體內(nèi)的生物屏障，如血-腦屏障、血管壁、細(xì)胞膜等與目標(biāo)靶分子結(jié)合；④能夠高靈敏度地與靶分子特異性結(jié)合。

1.3 MR分子成像內(nèi)容

1.3.1 細(xì)胞標(biāo)記MR 成像 最常用于干細(xì)胞、祖細(xì)胞或巨噬細(xì)胞的研究，多使用超順磁性氧化鐵（superparamagnetic iron oxide，SPIO）類對(duì)比劑，也可使用Gd3+類對(duì)比劑進(jìn)行細(xì)胞標(biāo)記和顯像。

1.3.2 腫瘤特異性成像 MR分子成像可促進(jìn)癌癥非侵入性檢測(cè)、特征描述、圖像引導(dǎo)干預(yù)和精確藥物療效評(píng)估[4]。腫瘤標(biāo)記的非侵入性敏感成像對(duì)于準(zhǔn)確檢測(cè)癌癥和腫瘤侵襲特征至關(guān)重要[5-6]。

2 MR分子影像學(xué)在常見腫瘤中的應(yīng)用

2.1 肝癌 原發(fā)性肝癌是嚴(yán)重威脅人類健康的疾病，是全球第五大常見惡性腫瘤，第二大癌癥致死病因[7]。肝癌早期易發(fā)生轉(zhuǎn)移、治療后易復(fù)發(fā)，故應(yīng)用分子影像學(xué)研究肝癌具有重要意義。臨床上常用的肝癌靶點(diǎn)有血管生長(zhǎng)因子VEGF、甲胎蛋白及新型靶點(diǎn)CD 147等，已有研究利用腫瘤高表達(dá)的上述蛋白作為靶點(diǎn)進(jìn)行靶向成像。

Liu 等[8]及Huang 等[9]以VEGF 為靶點(diǎn)，以血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子抗體（anti-VEGF）、聚乳酸-聚乙二醇-聚己內(nèi)酯（PLA-PEG-PCL）復(fù)合物為載體連接Gd，合成MR 釓靶向納米分子探針anti-VEGF-PLA-PEG-PCL-Gd，并在肝癌HepG2 細(xì)胞荷瘤鼠體內(nèi)進(jìn)行對(duì)照性成像實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組的腫瘤細(xì)胞在MR 掃描下信號(hào)明顯增強(qiáng)，并且信號(hào)增強(qiáng)顯著延遲達(dá)12 h 以上，而注射未連接anti-VEGF 對(duì)比劑的對(duì)照組信號(hào)增強(qiáng)幅度較實(shí)驗(yàn)組小，并且在10 min 達(dá)到峰值后信號(hào)強(qiáng)度迅速下降至原來水平。因此，帶有anti-VEGF 的分子探針用于早期診斷肝癌具有潛在價(jià)值，而且在體顯像持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，為臨床診斷提供了可能。

丁軍[10]將造影劑 Gd-DTPA 與靶向納米材料MSPIO 對(duì)肝臟移植模型的檢出率進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)對(duì)于直徑＜5 mm 的病灶，MSPIO 檢出率明顯高于Gd-DTPA；而對(duì)于大肝癌的檢出率兩者差異不大。因此，當(dāng)肝癌細(xì)胞表面特異抗原與分子探針偶聯(lián)后，較傳統(tǒng)MRI 可以更早、更準(zhǔn)確地檢測(cè)肝癌細(xì)胞，尤其提高了對(duì)小肝癌的檢出率。

2.2 乳腺癌 是所有癌癥中導(dǎo)致全世界女性死亡的主要病因之一[11]，發(fā)病呈年輕化趨勢(shì)[12]。乳腺癌患者雌激素受體（ER）和孕酮受體在乳腺癌細(xì)胞核內(nèi)具有相對(duì)較特異性的表達(dá)，可利用其分子探針特異性識(shí)別和區(qū)分具有高表達(dá)的受體，以實(shí)現(xiàn)臨床對(duì)乳腺癌的早期診斷、治療方案制訂及預(yù)后評(píng)估[13]，目前最常用的為ER 成像[14]。

然而，也有部分類型的乳腺腫瘤細(xì)胞不表達(dá)或低表達(dá)ER，這類細(xì)胞需要尋找新型的靶點(diǎn)和分子探針以實(shí)現(xiàn)對(duì)其顯像。Zheng 等[14]合成了一種以侵襲性腫瘤為目標(biāo)的三氮化三氧化二氮金屬zd2-gd3n@c80，在種植MDA-MB-231 細(xì)胞的裸鼠體內(nèi)注射低劑量（1.7 μmol/kg，1T）即可產(chǎn)生顯著的對(duì)比效果，但在ER 陽(yáng)性的MCF-7 腫瘤中卻無此作用。另外，該試劑在低風(fēng)險(xiǎn)生長(zhǎng)的腫瘤中也無此作用，證實(shí)分子探針具有高靈敏度，可為乳腺癌的精確治療提供精確的檢測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)分層。

2.3 結(jié)直腸癌 是消化道常見惡性腫瘤，發(fā)病率及病死率僅次于肝癌和肺癌[15]。除常見的上皮源性受體外，尿激酶型纖溶酶原激活物受體（urokinase plasminogen activator receptor，uPAR）是一種與腫瘤增殖、轉(zhuǎn)移及血管生成相關(guān)的膜蛋白。病理研究顯示，結(jié)直腸癌腫瘤組織uPAR 表達(dá)陽(yáng)性[16]。張舒等[17]將uPAR 作為分子靶點(diǎn)，以人類氨基末端片段（hATF）作為靶向材料標(biāo)記SPIO 顆粒，利用該靶向探針在uPAR 中度表達(dá)的HT 29 荷瘤裸鼠體內(nèi)驗(yàn)證該探針的影像效能。MRI 動(dòng)物掃描顯示hATF-SPIO 探針能夠隨血流達(dá)到HT 29 移植瘤，且使HT 29 腫瘤在T2WI 上信號(hào)減低；腫瘤組織普魯士藍(lán)染色顯示hATF-SPIO 探針在HT 29 移植瘤內(nèi)存留，證實(shí)hATF-SPIO 能夠在體內(nèi)靶向顯像uPAR 中度表達(dá)的結(jié)腸腫瘤，為早期特異性檢出腫瘤提供了依據(jù)。

2.4 前列腺癌 是男性常見的惡性腫瘤之一。目前應(yīng)用于前列腺癌MR分子影像的靶點(diǎn)包括前列腺特異性膜抗原（PSMA）、前列腺干細(xì)胞抗原（PSCA）、纖維連接蛋白（FN）[18-20]。

Banerjee 等[21]合成了PSMA 靶向分子探針，分別向高表達(dá)PSMA 的細(xì)胞株P(guān)C3和低表達(dá)PSMA 的前列腺癌細(xì)胞LNCaP 中加入Gd3-PSMA 靶向分子探針，結(jié)果表明高表達(dá)PSMA 的細(xì)胞信號(hào)強(qiáng)度明顯高于PSMA 低表達(dá)者。在荷瘤小鼠在體成像實(shí)驗(yàn)中，PSMA高表達(dá)組小鼠腫瘤細(xì)胞可以與該靶向分子探針特異性結(jié)合，在MR 掃描下腫瘤信號(hào)明顯高于其他組織，從而提高了MR 顯像的檢出率和準(zhǔn)確率[18-21]。

2.5 腦膠質(zhì)瘤 是最常見的顱內(nèi)惡性腫瘤，由于影像表現(xiàn)缺乏特異性，不典型的腦膠質(zhì)瘤常與脫髓鞘病變、顱內(nèi)感染等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病混淆，用MRI 診斷容易誤診[22]。因此，尋找一種更加有效的靶向顯影方法至關(guān)重要。目前發(fā)現(xiàn)了越來越多的腦膠質(zhì)瘤標(biāo)志物，其中以基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs和CTX）及神經(jīng)纖毛蛋白-1（NRP-1和tLyp1）最為常見。

Xu 等[23]利用CTX和超小型超順磁性氧化鐵粒子（ultrasmall superparama-gentic iron oxide，USPIO）合成分子探針NP-PEG-CTX，并將該分子探針應(yīng)用于膠質(zhì)瘤模型小鼠，對(duì)照組單純使用USPIO 對(duì)比劑，通過MR 成像測(cè)量T2值證實(shí)實(shí)驗(yàn)組的增強(qiáng)效應(yīng)明顯優(yōu)于對(duì)照組，從而證實(shí)該分子探針能有效地提高膠質(zhì)瘤MR 成像效果。

2.6 卵巢癌 卵巢癌在女性婦科惡性腫瘤中死亡率最高，由于發(fā)病隱匿、進(jìn)展迅速，大多數(shù)卵巢癌發(fā)現(xiàn)時(shí)已為晚期，早期診斷至關(guān)重要。

目前卵巢癌的診斷主要依靠血清標(biāo)志物、B 超、CT和MRI，對(duì)于早期診斷均有其局限性。分子成像為卵巢癌的早期診斷、靶向治療提供了可能[24]。目前常用的靶向標(biāo)志物包括葉酸受體、整合素家族αvβ3、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、分化簇13（cluster of differentiation 13，CD13）等[24]。張紫欣等[25]以CD13 為靶點(diǎn)，合成含有其配體NGR 的Fe3O4-Cy5.5-NGR 探針顆粒，選取ES-2 人卵巢癌透明細(xì)胞株傳代培養(yǎng)，在7.0T MR下比較Fe3O4-Cy5.5-NGR和非靶向?qū)Ρ葎〧e3O4-Cy5.5 的磁敏感性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組T2值增強(qiáng)效果明顯高于對(duì)照組，從而證實(shí)對(duì)比劑在ES-2 細(xì)胞的體外靶向性能良好，可滿足體外成像需求，為MR分子成像早期診斷卵巢癌提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

3 存在的問題及展望

MR分子成像在腫瘤的早期診斷與治療中具有良好的發(fā)展前景，但也存在一定的缺點(diǎn)，如部分分子探針分子量小、半衰期短、具有很高的毒性等，限制了其在臨床上的應(yīng)用[26]。不同細(xì)胞存在相同的受體，也會(huì)使分子探針的靶向性減低。因此，目前針對(duì)MR 納米粒的研究尚處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)水平，未能投入臨床試劑研究中，表明從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)到人體的臨床應(yīng)用和轉(zhuǎn)化仍存在巨大的挑戰(zhàn)。

盡管近年分子成像技術(shù)的快速發(fā)展證實(shí)靶向成像運(yùn)用于腫瘤成像乃至腫瘤治療具有可行性，但如何獲得高特異度、高敏感度的探針，如何篩選合適的靶點(diǎn)，如何減少毒性，仍是提高腫瘤早期診斷乃至監(jiān)測(cè)其浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移需要解決的難題。