表皮生長(zhǎng)因子受體與腫瘤分子成像研究進(jìn)展

洪雅敏 涂蓉* 尤曉光

隨著腫瘤靶向治療藥物在臨床應(yīng)用的日趨成熟和不斷發(fā)展，分子病理學(xué)中的靶分子診斷技術(shù)得到了長(zhǎng)足進(jìn)步，也給活體分子成像帶來(lái)了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。通過(guò)合成靶向?qū)Ρ葎?duì)腫瘤進(jìn)行活體靶分子診斷已經(jīng)成為目前的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)，分子成像有望通過(guò)醫(yī)學(xué)成像的方法直接或間接地在分子水平對(duì)活體生理和病理情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)成像。分子成像主要由對(duì)比劑和靶分子兩部分組成，針對(duì)不同類型的腫瘤，選擇特異性高表達(dá)的靶分子對(duì)選擇和構(gòu)建對(duì)比劑具有重要意義。目前較常見(jiàn)的靶分子有表皮生長(zhǎng)因子受體 （epidermal growth factor receptor，EGFR）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體、整合素αvβ3受體、生長(zhǎng)抑素受體、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體、葉酸受體等，其中EGFR在許多上皮組織中表達(dá)，在人類所有癌癥中約有三分之二過(guò)表達(dá)，是理想的抗腫瘤治療和成像的靶分子。以EGFR作為靶分子的分子成像方法包括 CT、MRI、正電子發(fā)射體層成像（PET）、單光子發(fā)射體層成像（SPECT）、熒光成像、超聲成像及光聲成像等，本文就上述成像方法在腫瘤研究中的特點(diǎn)、價(jià)值和發(fā)展前景進(jìn)行綜述。

1 EGFR的特性

人表皮生長(zhǎng)因子受體（human epidermal growth factor receptor，HER）家族為Ⅰ型跨膜酪氨酸激酶生長(zhǎng)因子受體，包括EGFR/ErbB1/HER1、HER2/ErbB2/c-neu、HER3/ErbB3和 HER4/ErbB4共 4種受體，EGFR是HER家族成員之一。EGFR對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖和分化起著重要作用[1]，可在人類許多上皮起源的惡性腫瘤中發(fā)生突變或過(guò)度表達(dá)，主要存在于非小細(xì)胞肺癌、乳腺癌、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）、 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，也可見(jiàn)于卵巢癌、前列腺癌、結(jié)直腸癌、食管癌、膀胱癌、胰腺癌及腎癌。由于EGFR水平與病人預(yù)后有關(guān)，臨床上常將EGFR作為靶分子進(jìn)行抗腫瘤藥物治療。

2 EGFR的分子成像

EGFR是大小為170 ku的跨膜糖蛋白，廣泛存在于不同腫瘤表面。針對(duì)EGFR的治療藥物在臨床上已有應(yīng)用，如西妥昔單抗、帕尼單抗和耐昔妥珠單抗已經(jīng)是美國(guó)食品藥物監(jiān)督管理局（food and drug administration，F(xiàn)DA）批準(zhǔn)的EGFR單克隆抗體。耐昔妥珠單抗和帕尼單抗用于治療非小細(xì)胞肺癌和轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌，西妥昔單抗用于頭頸部癌和結(jié)直腸癌。由于并非所有腫瘤都有EGFR高表達(dá)，因此篩選其高表達(dá)的腫瘤是治療的關(guān)鍵。EGFR分子成像時(shí)需先找到特異性靶向EGFR的轉(zhuǎn)運(yùn)載體，并設(shè)法使其成像，才能實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用。目前已用于與EGFR相結(jié)合進(jìn)行成像的轉(zhuǎn)運(yùn)載體包括表皮生長(zhǎng)因子（epidermalgrowthfactor，EGF）、EGFR 單克隆抗體（如西妥昔單抗、帕尼單抗等）及抗體片段[如F(ab’)2]、蛋白結(jié)構(gòu)域（如Gp2結(jié)構(gòu)域）和GE11多肽[2]等。現(xiàn)針對(duì)以EGFR為靶分子的不同成像方法予以介紹。

2.1 MRI MR分子成像依靠靶向?qū)Ρ葎┰鰪?qiáng)掃描，目前可用于MR分子成像的對(duì)比劑主要有釓劑（如Gd-DTPA）、超順磁性氧化鐵（superparamagnetic iron oxide，SPIO）、硒和錳[3]。 盡管已有研究[4-6]表明，應(yīng)用Gd-DTPA偶聯(lián)EGFR-iRGD蛋白合成的對(duì)比劑較傳統(tǒng)對(duì)比劑對(duì)EGFR高表達(dá)人胃癌細(xì)胞（BGC-823）有更好的腫瘤靶向成像能力，且沒(méi)有明顯的細(xì)胞毒性；但由于游離Gd具有毒性，制備含Gd分子對(duì)比劑需要對(duì)游離Gd進(jìn)行包裹，合成難度較大且價(jià)格昂貴，因此SPIO是目前分子對(duì)比劑研究的主要方向。一些SPIO成像的研究[7-8]結(jié)果均顯示注射對(duì)比劑后腫瘤區(qū)在T2WI上呈更低信號(hào) （SPIO為陰性對(duì)比劑，強(qiáng)化越明顯，T2WI信號(hào)越低），表明SPIO用于分子成像的可行性。鐵劑很容易被肝臟的網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞吞噬及非特異性結(jié)合，會(huì)使腫瘤背景比降低，為了提高腫瘤背景比，Chen等[9]研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體包裹氧化鐵納米顆粒表面可以有效減少體內(nèi)目標(biāo)細(xì)胞非特異性結(jié)合，并可防止納米顆粒沉降。Colecchia等[10]對(duì)小鼠HNSCC腫瘤模型注射EGFFe納米顆粒，F(xiàn)e納米顆粒經(jīng)腹膜注射比經(jīng)靜脈注射能夠更快地在腫瘤積累，強(qiáng)化速度更快。分子靶向?qū)Ρ葎┏蓡为?dú)用于診斷外，也可用于診斷治療一體化，Tseng等[11]將超順磁性氧化鐵納米顆粒（由高碘酸氧化與葡聚糖包被）與西妥昔單抗結(jié)合制備納米顆粒，將其用于EGFR過(guò)表達(dá)的細(xì)胞系A(chǔ)431和32D/EGFR，能夠比單獨(dú)用西妥昔單抗檢測(cè)到更多的凋亡細(xì)胞。Liao等[12]應(yīng)用載有多柔比星和SPIO的西妥昔單抗免疫膠束靶向EGFR過(guò)表達(dá)的腫瘤細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其比非靶向?qū)φ战M更能有效抑制細(xì)胞增殖，表明該對(duì)比劑具有使腫瘤細(xì)胞成像和治療腫瘤的雙重作用?？傊?，MR靶向?qū)Ρ葎┰谀[瘤靶分子的定量診斷和診治一體化方面具有研究前景，但成像敏感性不及核醫(yī)學(xué)成像。

2.2 PET及SPECT PET能夠反映病變的分子、代謝及功能狀態(tài)，已有利用各種放射性核素（包括124I、64Cu、89Zr和86Y等）標(biāo)記西妥昔單抗進(jìn)行分子成像的實(shí)驗(yàn)與臨床研究。Krüwel等[13]建立了原位人乳腺癌MDA-MB-468、MDA-MB-231及皮下人表皮樣癌A431小鼠模型，使用99Tcm標(biāo)記的EGFR納米抗體在3種小鼠腫瘤模型中觀察小腫瘤（＜100 mm3）病變，給藥后45 min腫瘤即可顯像，其中MDA-MB-468和A431腫瘤均呈高攝取，MDA-MB-231腫瘤未見(jiàn)明顯攝取，表明對(duì)比劑對(duì)較小腫瘤早期顯像有一定的特異性和敏感性，有望用于改善腫瘤病人的預(yù)后。有研究者[14]合成EGFR靶向?qū)Ρ葎?9Zr-西妥昔單抗來(lái)評(píng)估能否區(qū)分對(duì)西妥昔單抗治療有無(wú)應(yīng)答的結(jié)直腸癌病人，結(jié)果顯示10例直腸癌病人中有6例腫瘤病變顯示攝取，其中4例病人的攝取具有臨床意義。van Dijk等[15]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)HNSCC病人進(jìn)行PET可以監(jiān)測(cè)腫瘤治療效果。除化療外，放射免疫療法也是靶向治療EGFR陽(yáng)性腫瘤的有效方法。Song等[16]研究食管鱗狀細(xì)胞癌模型中64Cu-/177Lu-西妥昔單抗的免疫PET和放射免疫治療療效，結(jié)果表明64Cu-西妥昔單抗免疫PET可以顯示食管鱗狀細(xì)胞癌腫瘤中EGFR的表達(dá)水平和治療效果。

SPECT可同時(shí)對(duì)多個(gè)對(duì)比劑進(jìn)行成像，但其敏感性不及PET。常用于標(biāo)記西妥昔單抗的放射性核素多為111In、188Re、177Lu 等。 van Dijk 等[17]使用111In-西妥昔單抗-F（ab’）2對(duì)HNSCC小鼠進(jìn)行成像的結(jié)果顯示，相比使用111In-西妥昔單抗，其在24 h時(shí)具有更高的腫瘤背景對(duì)比（69.7±3.9和107.0±17.0）。有研究[18-19]表明188Re-西妥昔單抗是EGFR陽(yáng)性腫瘤的潛在靶向?qū)Ρ葎┘爸委焺?，通過(guò)小動(dòng)物SPECT/CT評(píng)估188Re-西妥昔單抗在荷人肺癌NCI-H292小鼠中有腫瘤靶向和抗腫瘤作用。

總之，核醫(yī)學(xué)成像是最早用于腫瘤分子靶向成像研究的技術(shù)，在腫瘤分子靶標(biāo)的定量診斷，特別是診治一體化方面有良好的研究與臨床應(yīng)用前景，但因檢查費(fèi)用高限制了其臨床應(yīng)用。

2.3 熒光成像 熒光成像是用于表淺部位病變的一種成像技術(shù)，熒光物質(zhì)合成方便是其主要優(yōu)點(diǎn)。目前用于研究EGFR分子靶向熒光成像的熒光物質(zhì)有水溶性熒光染料、熒光量子點(diǎn)、熒光有機(jī)納米粒子、兩性離子近紅外熒光團(tuán)等。熒光成像敏感性高，檢查過(guò)程無(wú)創(chuàng)且經(jīng)濟(jì)，但空間分辨力較差并受限于興趣區(qū)的組織深度。為避免人體組織的自發(fā)熒光造成的背景信號(hào)過(guò)高，Ryu等[20]將近紅外熒光團(tuán)（Cy5.5）和黑洞淬滅劑（black hole quencher-3，BHQ-3）依次綴合至EGF制備成自淬滅的EGF納米顆粒，可以減少乳腺癌腫瘤模型背景信號(hào)并增強(qiáng)熒光強(qiáng)度。熒光成像除了用于單純腫瘤診斷外，也可用于治療，Kim等[21]將抗EGFR適配體耦合量子點(diǎn)（診斷）和抗癌小干擾RNAs（治療）用于三陰性乳腺癌小鼠模型的診斷和治療，與非靶向?qū)φ战M相比，實(shí)驗(yàn)組顯示更有效的基因沉默和腫瘤信號(hào)增強(qiáng)。熒光成像也可借助于內(nèi)鏡診斷體內(nèi)臟器病變，Liu等[22]將熒光綴合物AF488標(biāo)記西妥昔單抗合成熒光靶向?qū)Ρ葎?，在結(jié)直腸腫瘤病人中通過(guò)共聚焦激光內(nèi)鏡成像，對(duì)37個(gè)腫瘤病灶進(jìn)行體內(nèi)EGFR染色后，在癌（94.7%）和腺瘤（66.7%）的成像中可見(jiàn)特異性熒光信號(hào)和EGFR積聚，表明通過(guò)內(nèi)鏡進(jìn)行熒光分子成像對(duì)術(shù)中精確定位病變組織具有一定的臨床應(yīng)用潛力。熒光成像多用于表淺空腔臟器，但也可用于術(shù)中對(duì)實(shí)質(zhì)性臟器腫瘤的顯示，Tummers等[23]對(duì)接受胰導(dǎo)管腺癌手術(shù)切除的病人進(jìn)行評(píng)估，使用西妥昔單抗-IRDye800進(jìn)行腫瘤靶向熒光成像及光聲成像，結(jié)果顯示腫瘤的平均熒光強(qiáng)度（0.09±0.06）明顯高于周圍正常胰腺組織（0.02±0.01）和胰腺炎組織（0.04±0.01），腫瘤部位的平均光聲信號(hào)高于周圍組織3.7倍，表明在人體中使用熒光成像進(jìn)行術(shù)中檢測(cè)具有安全性和可行性，對(duì)外科醫(yī)生識(shí)別腫瘤邊界有重要意義?？傊?，熒光成像對(duì)表淺腫瘤和空腔臟器腫瘤的成像，以及術(shù)中顯示腫瘤邊界具有良好的應(yīng)用前景，但對(duì)深部實(shí)質(zhì)性臟器腫瘤難以顯示，且很多熒光物質(zhì)不能用于體內(nèi)，故其臨床應(yīng)用受到限制。

2.4 超聲與光聲成像 超聲分子成像通過(guò)分子靶向微泡對(duì)比劑在體內(nèi)進(jìn)行超聲成像。靶向EGFR的單純超聲分子成像研究較少，Knowles等[24]研究表明西妥昔單抗標(biāo)記的超聲微泡對(duì)EGFR高表達(dá)HNSCC裸鼠進(jìn)行超聲成像具有可行性，注射靶向微泡對(duì)比劑的腫瘤內(nèi)回聲明顯高于對(duì)照組微泡對(duì)比劑（IgG）。由于超聲成像獲得的信息量十分有限，所以目前的研究多集中于超聲引導(dǎo)的光聲成像（photoacoustic imaging，PAI）。 PAI比常規(guī)超聲成像的影像分辨力更高，且比熒光成像檢測(cè)組織的深度更深及更高的空間分辨率，產(chǎn)生超聲信號(hào)的脈沖激光在安全水平時(shí)，PAI檢測(cè)組織深度可達(dá)5～6 cm，而普通光學(xué)成像的檢測(cè)深度在5 mm左右[25-26]。常用的光聲成像對(duì)比劑包括金納米棒和納米球、二氧化硅包覆的金納米棒和銀納米片，納米顆粒的生物安全性尚未得到驗(yàn)證，還有待廣泛的測(cè)試和臨床前試驗(yàn)?，F(xiàn)已有亞甲藍(lán)、吲哚菁綠等近紅外熒光染料經(jīng)FDA批準(zhǔn)用于實(shí)驗(yàn)研究，如Sano等[26]使用吲哚菁綠標(biāo)記的帕尼單抗對(duì)乳腺癌小鼠進(jìn)行體內(nèi)外成像，體外PAI結(jié)果顯示在EGFR高表達(dá)A431和MDAMB-468細(xì)胞中的光聲信號(hào)強(qiáng)度較對(duì)照細(xì)胞分別增加109%和62%，體內(nèi)PAI顯示對(duì)比A431荷瘤小鼠靜脈注射對(duì)比劑前后的光聲信號(hào)影像，注射后的腫瘤光聲信號(hào)強(qiáng)度增加了114%。有研究[27]表明EGFR靶向PAI可以對(duì)人類三陰性乳腺癌小鼠模型中的原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)成像，可以早期顯示已遷移至區(qū)域性淋巴結(jié)內(nèi)的乳腺癌細(xì)胞。PAI目前在臨床應(yīng)用中的主要不足是成像穿透的組織深度有限，易受背景信號(hào)干擾，可以通過(guò)使用內(nèi)鏡檢查和交替波長(zhǎng)來(lái)最大限度地減少背景信號(hào)?？傊?，超聲成像具有簡(jiǎn)便性和普及性優(yōu)勢(shì)，為EGFR腫瘤成像的臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，但其影像分辨力仍顯不足，還需要進(jìn)行大量的深入研究。

2.5 CT 含碘化合物是CT的常用對(duì)比劑，但由于其循環(huán)時(shí)間短且有潛在的腎毒性，目前研究了一些高原子序數(shù)的金屬元素，且已被證明具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命和可接受的安全性。已用于CT分子成像研究的金屬有金、銀、鉑、鉍、鉭等，由于CT成像需要對(duì)比劑的用量大且成本較高，故臨床應(yīng)用的可行性不佳。金具有最易合成和純化的特性，在過(guò)去10年中作為CT對(duì)比劑的研究備受關(guān)注，其中有直接用聚乙二醇包裹金納米粒子進(jìn)行被動(dòng)靶向成像，也有金納米粒子通過(guò)連接轉(zhuǎn)運(yùn)載體 （如單克隆抗體）進(jìn)行主動(dòng)靶向的。目前以EGFR作為靶分子的CT分子成像研究較少，Reuveni等[28]將EGFR抗體綴合在金納米顆粒上，靜脈注射至人HNSCC荷瘤鼠中，結(jié)果顯示腫瘤CT值較注射前高5倍[（190±12）HU和（34±5） HU]，而且小腫瘤（直徑 4～5 mm）更易顯示。胸部CT檢查對(duì)肺部小結(jié)節(jié)的檢出效果較好，但對(duì)其良惡性的鑒別仍有難度。Ashton等[29]將西妥昔單抗結(jié)合的金納米粒子，即C225-金納米顆粒（C225-AuNPs）注射到荷肺癌A431腫瘤的裸鼠中，腫瘤區(qū)的金納米粒子沉積明顯高于對(duì)照組，表明C225-AuNPs能夠通過(guò)靶向EGFR使肺癌特異性成像，具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值。

3 小結(jié)

腫瘤的靶分子成像是目前的研究熱點(diǎn)，EGFR在大多數(shù)腫瘤中廣泛表達(dá)，可以作為腫瘤細(xì)胞標(biāo)志物，臨床上已逐漸將其作為靶分子進(jìn)行成像與治療，可以提高臨床靶向診斷和治療水平。不同成像方法各有其優(yōu)勢(shì)與不足，PET和SPECT是最早用于分子靶向成像研究的成像方法，但其空間和時(shí)間分辨力低且有一定的輻射；MRI影像分辨力最高，但掃描時(shí)間較長(zhǎng)，在HNSCC的EGFR腫瘤分子靶向診斷中較其他成像方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并且在胰腺癌的分子診斷方面有一定的潛力[30]。熒光分子成像價(jià)格經(jīng)濟(jì)，對(duì)比劑合成簡(jiǎn)單，雖然成像質(zhì)量受組織深度影響，但在內(nèi)鏡檢查和手術(shù)視野中識(shí)別腫瘤有一定優(yōu)勢(shì)。PAI成像質(zhì)量同樣易受組織深度影響，但其結(jié)合了超聲成像和光學(xué)成像的優(yōu)勢(shì)，具有高空間分辨力和高對(duì)比度，并且在進(jìn)行解剖學(xué)成像的同時(shí)，還可提供腫瘤血管系統(tǒng)等相關(guān)功能信息。CT檢查軟組織分辨力雖不及MRI且有輻射，但以金納米粒子合成的EGFR靶向?qū)Ρ葎?duì)鑒別早期肺結(jié)節(jié)的良惡性有一定價(jià)值。總之，以EGFR為靶分子進(jìn)行成像的不同成像方法具有不同的優(yōu)勢(shì)和不足，在腫瘤診斷中可互為補(bǔ)充，對(duì)腫瘤的靶向診斷和治療具有積極的臨床意義，但真正應(yīng)用于臨床還需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究。在腫瘤的治療療效和預(yù)后評(píng)估方面也有待進(jìn)一步深入研究。