乳腺癌分子成像靶標(biāo)及成像技術(shù)的臨床應(yīng)用進(jìn)展

王保濘，姜一弘，趙 晶，張 莉空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院 超聲診斷科，陜西西安 70038；空軍軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室，陜西西安 7003

乳腺癌(breast cancer，BC)是發(fā)生于乳腺上皮組織的惡性腫瘤，在全世界女性癌癥中發(fā)病率居第2位，已成為當(dāng)前社會的重大公共衛(wèi)生問題之一。因此早期準(zhǔn)確診斷及評估其侵襲性具有重要的臨床意義[1]。傳統(tǒng)影像檢查方法包括X線、CT、超聲、MRI等。近年來分子成像成為一門新興學(xué)科，其可從分子和細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)生物過程的可視化、表征和測量[2]。分子成像利用特定分子靶標(biāo)的示蹤劑，可以在分子和細(xì)胞水平上觀察體內(nèi)的生物過程。與癌癥相關(guān)的特異分子靶標(biāo)的成像將有助于癌癥的早期診斷和治療。目前乳腺癌分子成像靶標(biāo)大致可以分為受體和代謝過程兩大類[3]。下面對這兩類靶標(biāo)及其對應(yīng)的成像方法逐一進(jìn) 行闡述。

1 受體類

1.1 雌激素受體 70%～80%的乳腺癌患者為激素受體陽性[雌激素和(或)孕激素受體陽性]，這使得內(nèi)分泌治療成為重要的治療選擇。雌激素受體(estrogen receptor，ER)在BC的治療方案選擇和預(yù)后預(yù)測中有著關(guān)鍵作用[4]。18F-氟雌二醇(18FFES)是無創(chuàng)評估患者原發(fā)或繼發(fā)腫瘤中ER狀態(tài)的有效工具，可以觀察和量化體內(nèi)ER的表達(dá)[5-6]。且18F-FES PET可檢出的ER陽性病變與腫瘤組織活檢的免疫組化染色結(jié)果高度相關(guān)。多項(xiàng)研究已證明，18F-FES PET對多發(fā)性腫瘤患者或難以活檢的腫瘤患者ER表達(dá)狀態(tài)的評估具有更大潛能。18F-FES PET/CT可能影響新診斷乳腺癌患者的治療。18F-FES目前在法國獲批進(jìn)入臨床，其商標(biāo)名EstroTep[7]。

18F-FES PET也存在一些不足：PET的分辨率存在限制，不能顯示小轉(zhuǎn)移瘤中的FES攝取情況[3]。且目前FES-PET的研究未證明其檢測肝轉(zhuǎn)移的能力。肝代謝的生理性攝取遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過子宮或大多數(shù)ER+轉(zhuǎn)移瘤的FES攝取，因此FES-PET對乳腺癌肝轉(zhuǎn)移的檢測效果較差。此外，F(xiàn)ES的腸-肝循環(huán)也會使腹部成像復(fù)雜化[7]。這些限制有望在后續(xù)的研究中得以解決。

1.2 孕激素受體 孕激素受體(progesterone receptor，PR)是類固醇受體。PR雖然不是乳腺癌內(nèi)分泌治療的靶點(diǎn)，但它是抗雌激素治療效果評估的一個(gè)指標(biāo)，其表達(dá)依賴于功能性ER的存在。有證據(jù)表明，(ER+，PR+)的轉(zhuǎn)移性BC較(ER+，PR-)的轉(zhuǎn)移性BC對抗雌激素治療的反應(yīng)更好。在三苯氧胺輔助治療中，PR的表達(dá)也有很高的預(yù)后價(jià)值。因此，若可以放射性標(biāo)記PR，則能夠間接反映BC的病變及內(nèi)分泌治療效果[8]。

目前最成熟的PR靶向PET顯像劑是18F-FFNP，該化合物對PR具有很高的親和力和特異性。18FFFNP是一種安全的PET顯像劑，其臟器和全身輻射劑量與18F-FES及其他臨床常用放射性藥物相當(dāng)。用于PET顯像標(biāo)記的孕酮類似物可檢測PR激活過程中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子ER的激活，并可用于評估PR的表達(dá)，以規(guī)劃內(nèi)分泌治療方案，特別是作為搶救性治療時(shí)的應(yīng)用[9]。與ER成像相比，使用放射性配體進(jìn)行PR成像的臨床研究和應(yīng)用較為有限，其臨床潛力可能更側(cè)重于評估患者對內(nèi)分泌治療或抗雌激素治療的反應(yīng)[10]。盡管已經(jīng)證明孕激素受體與內(nèi)分泌治療的反應(yīng)性相關(guān)，但目前的活體研究中并未顯示其對預(yù)后的任何影響，這種局限性可能是目前關(guān)于孕激素成像的文獻(xiàn)較少導(dǎo)致的。

1.3 表皮生長因子受體 乳腺癌與表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)家族關(guān)系密切，該類受體與ER一樣是BC的分類標(biāo)準(zhǔn)和治療靶點(diǎn)。其中人表皮生長因子受體-2(human epidermal growth factor receptor 2，HER2)最具臨床意義。其可以廣泛調(diào)節(jié)細(xì)胞過程，包括增殖、分化、運(yùn)動、侵襲、血管生成和抗凋亡功能等。20%～30%的BC患者HER2/erbB2癌基因擴(kuò)增或過度表達(dá)，這與其侵襲性和不良預(yù)后相關(guān)。因此，針對EGFR靶點(diǎn)的成像將有助于BC患者的早期診斷及治療[11]。

HER2表達(dá)增加是侵襲性乳腺癌的標(biāo)志之一。原發(fā)灶與轉(zhuǎn)移灶之間HER2表達(dá)的異質(zhì)性限制了腫瘤活檢的應(yīng)用，而分子成像是評估HER2陽性原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶的非侵入性工具，具有診斷HER2陽性乳腺癌和檢測其遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的潛力[12]。PET和SPECT最早用于HER2分子成像研究，可通過18F、64Cu、68Ga、89Zr及124I等標(biāo)記曲妥珠單抗或較小的HER2靶向抗體片段進(jìn)行HER2-PET成像[13-15]。通常用于PET/SPECT顯像的放射性核素有86Y、99mTc、111In和125I。研究表明，相較于完整的HER2抗體曲妥珠單抗，放射性核素標(biāo)記更小的HER2抗體片段如Affibody可以更好地克服標(biāo)記曲妥珠單抗體積大的缺點(diǎn)。此外，其他影像學(xué)技術(shù)也在HER2的分子成像中進(jìn)行了嘗試，如結(jié)合了曲妥珠單抗的磁性氧化鐵納米?？梢酝ㄟ^3T MRI檢測體內(nèi)外HER2的表達(dá)[16]；結(jié)合Affibody的超順磁性氧化鐵納米粒不僅具有良好的HER2靶向性，還具有較好的生物相容性和膠體穩(wěn)定性，在MRI成像上更具優(yōu)勢，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景[17]。

監(jiān)測腫瘤部位HER2表達(dá)的變化可以幫助醫(yī)生選擇不同治療階段應(yīng)使用的HER2抑制劑，或是否應(yīng)使用其他的非HER2抑制劑[2]。根據(jù)文獻(xiàn)，曲妥珠單抗與化療結(jié)合使用可延長HER2+BC患者的總存活率并減緩疾病進(jìn)展。拉帕替尼是EGFR和HER2受體的雙重酪氨酸激酶抑制劑，臨床上對HER2過表達(dá)的轉(zhuǎn)移性BC有效。在乳腺癌的預(yù)防及治療方面，HER2顯像具有廣闊前景[18]。然而，針對EGFR靶點(diǎn)的分子成像臨床資料有限，還需要臨床進(jìn)一步探索[19]。

1.4 血管內(nèi)皮生長因子 血管生成在腫瘤的發(fā)生中至關(guān)重要。腫瘤細(xì)胞分泌的血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)作為腫瘤細(xì)胞的自分泌生存因子，與相應(yīng)受體結(jié)合后，促進(jìn)腫瘤血管的生成和生長，因此VEGF/VEGF受體(VEGFR)信號通路在調(diào)節(jié)血管生成及腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用。在各種臨床研究中，VEGF和(或)VEGFR的過表達(dá)被認(rèn)為是預(yù)后不良的標(biāo)志。由于VEGF蛋白的可溶性和不穩(wěn)定性，對VEGF表達(dá)的成像相比對VEGFR表達(dá)的成像更具挑戰(zhàn)性，VEGF成像的策略主要是使用抗VEGF抗體或報(bào)告基因的方法。如放射標(biāo)記的貝伐珠單抗，即一種抗VEGF抗體，最近被用來成像VEGF在卵巢癌和乳腺癌異種移植模型中的表達(dá)[13]。VEGF受體的PET成像將有助于規(guī)劃是否及何時(shí)開始抗血管生成治療，并有效地監(jiān)測治療效果[16]。

1.5 整合素家族 整合素是一種膜鑲嵌蛋白，是由18α和8β兩個(gè)亞單位以非共價(jià)形式結(jié)合而成的異源二聚體。整合素家族包括24個(gè)跨膜受體，可介導(dǎo)細(xì)胞之間及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的相互識別與黏附[20]。整合素在新生血管和腫瘤細(xì)胞中表達(dá)，而在上皮細(xì)胞和成熟內(nèi)皮細(xì)胞中不表達(dá)或很少表達(dá)。因此整合素的表達(dá)水平與腫瘤的侵襲性和轉(zhuǎn)移潛能密切相關(guān)，這使其成為開發(fā)抗血管生成藥物和早期腫瘤診斷分子成像探針的重要生物靶點(diǎn)[21-22]。整合素家族中，目前研究最多的是αvβ3，其表達(dá)量的增加被認(rèn)為是乳腺癌局部進(jìn)展和轉(zhuǎn)移的標(biāo)志[3]。此外，由于整合素受體在破骨細(xì)胞表面也高水平表達(dá)，因此整合素αvβ3顯像在乳腺癌骨轉(zhuǎn)移病灶，特別是溶骨型病灶的檢測與定位方面具有非常重要的意義[23]。

精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列(Arg-Gly-Asp，簡稱RGD序列)是大多數(shù)整合素結(jié)合配體最常見的識別位點(diǎn)，因此常利用RGD多肽配體進(jìn)行PET和SPECT整合素受體的顯像[24]。理論上，線性和環(huán)狀RGD多肽都可以作為靶向生物分子。但線性RGD多肽的一個(gè)主要缺點(diǎn)是其對整合素受體的親和力較低，而通過二硫鍵、硫醚和剛性芳香環(huán)等連接物環(huán)化RGD多肽，可增加其對受體的親和力和選擇性。目前許多放射性標(biāo)記的環(huán)狀RGD多肽已作為SPECT或PET中腫瘤顯像的放射性示蹤劑。整合素靶向放射性示蹤劑將成為腫瘤臨床前評估的重要方法，可實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)監(jiān)測腫瘤轉(zhuǎn)移和早期檢測腫瘤對抗血管生成治療的反應(yīng)[22]。

2 代謝過程

2.1 DNA合成 DNA的合成與代謝可以反映細(xì)胞的分裂增殖情況，與正常細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞的DNA合成明顯增加。而腫瘤細(xì)胞增殖水平是監(jiān)測抗癌療效和衡量預(yù)后的關(guān)鍵因素。因此，開發(fā)DNA合成的放射性示蹤劑，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞增殖成像一直是核醫(yī)學(xué)研究的目標(biāo)[25]。

由于胸腺嘧啶核苷是DNA中特有的核苷酸，因此大多數(shù)DNA合成標(biāo)志物主要集中在胸腺嘧啶核苷類似物上[25]。18F-3'-氟-3'-脫氧胸腺嘧啶(FLT)是一種用于定量DNA合成和細(xì)胞增殖的核苷類顯像劑，首次報(bào)道于1998年。FLT被細(xì)胞攝入后，由于結(jié)構(gòu)與胸苷類似，能夠在胞質(zhì)胸苷激酶1(thymidine kinase 1，TK1)的作用下被磷酸化形成FLT單磷酸，F(xiàn)LT單磷酸不能參與DNA合成從而在細(xì)胞內(nèi)蓄積。由于TK1主要在分裂細(xì)胞中表達(dá)，所以FLT的攝取和蓄積基本上僅限于分裂細(xì)胞。因此，F(xiàn)LT是一種有效的細(xì)胞增殖指標(biāo)，其腫瘤攝取情況可以反映腫瘤細(xì)胞的增殖率。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)LT攝取與經(jīng)典的增殖標(biāo)志物Ki-67水平存在良好的相關(guān)性[26]。由于FLT成像主要反映細(xì)胞增殖水平，因此在衡量疾病早期治療效果方面具有較大的潛力[3]。

FLT-PET的應(yīng)用目前仍存在局限性。如FLT可被肝葡萄糖醛酸化，醛酸化的FLT不能被細(xì)胞識別并攝取。而某些特定的化療藥物和鎮(zhèn)痛藥物可顯著影響葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶的水平或活性。因此，還需要測定血漿中FLT醛酸化產(chǎn)物的水平，以確保能準(zhǔn)確計(jì)算FLT被細(xì)胞攝取的情況。此外，細(xì)胞DNA合成中的大部分胸腺嘧啶核苷酸來自內(nèi)源性途徑，因此胸腺嘧啶代謝成像只能反映一部分DNA合成情況。而當(dāng)抗腫瘤治療影響了細(xì)胞的內(nèi)源性核苷酸生成途徑后，檢測到的FLT攝取狀態(tài)可能存在誤導(dǎo)性[27]。希望在未來的研究中這些局限能得到解決。

2.2 細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡的抑制是BC惡性生長的基本細(xì)胞生理改變之一。因此，針對細(xì)胞凋亡過程進(jìn)行分子成像也是BC成像的一種可行策略。細(xì)胞凋亡的主要特征之一是死亡細(xì)胞外膜磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine，PS)的表達(dá)增加。因此，PS是進(jìn)行PET/SPECT細(xì)胞凋亡無創(chuàng)成像的理想靶點(diǎn)。膜聯(lián)蛋白V(Annexin V)在Ca2+存在時(shí)與PS具有很高的親和力，這使得放射性標(biāo)記的Annexin V成為臨床和生物醫(yī)學(xué)研究中非常有潛力的細(xì)胞凋亡顯像劑[28]。但放射性標(biāo)記的Annexin V存在一些明顯的缺點(diǎn)，限制了其在臨床中的應(yīng)用，如體內(nèi)Ca2+濃度無法控制、血液清除緩慢導(dǎo)致圖像對比度差、在肝腎中顯示高非特異性攝取的不良生物分布曲線、腫瘤組織穿透性差等。盡管存在缺點(diǎn)，但目前99mTc-Annexin V仍是通過靶向PS進(jìn)行細(xì)胞凋亡成像的首選放射性示蹤劑[29]。

放射性標(biāo)記的PS結(jié)合肽和Zn(Ⅱ)復(fù)合物為PET/SPECT細(xì)胞凋亡分子顯像提供了一種新的策略。與Annexin V相比，放射性標(biāo)記肽和Zn(Ⅱ)復(fù)合物具有更多優(yōu)點(diǎn)，包括體積更小、組織穿透性更強(qiáng)、在血液中清除更快等[28]。其他用于凋亡分子顯像的放射性標(biāo)志物也是研究的重點(diǎn)，如18FML-10、18F-CP18、18F-ICMT-11等目前均處于臨床研究階段，有望在不久的將來投入使用[29]。

2.3 葡萄糖代謝 與正常細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞中的葡萄糖代謝通常會增加，因此可通過葡萄糖代謝評估腫瘤發(fā)展情況。18F-氟代脫氧葡萄糖(FDG)是一種可被細(xì)胞攝取的葡萄糖類似物，可作為示蹤劑識別葡萄糖代謝增強(qiáng)的細(xì)胞。研究表明，F(xiàn)DG的攝取程度與細(xì)胞增殖相關(guān)，因此可作為判斷腫瘤侵襲性的指標(biāo)[2]。18F-FDG的攝取受乳腺組織密度的影響，致密的乳腺組織對18F-FDG的攝取增加，但其攝取量仍低于乳腺癌。惡性腫瘤細(xì)胞對18F-FDG極強(qiáng)的親和力構(gòu)成了18F-FDGPET乳腺癌顯像的基礎(chǔ)[30]。

FDG-PET成像是目前研究得最深入、臨床應(yīng)用最廣泛的識別葡萄糖代謝的方法，有助于原發(fā)腫瘤的檢測和診斷、局部和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的分期以及治療反應(yīng)的監(jiān)測。NCCN指南推薦FDG-PET/CT作為局部晚期、炎性和復(fù)發(fā)/轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的可選分期方法之一。此外，F(xiàn)DG-PET也已被用于評估局部晚期BC患者的化療反應(yīng)[3]。乳腺病變對18F-FDG的攝取強(qiáng)度與腫瘤的生物學(xué)特性，如病理類型、侵襲性、分子亞型等有直接關(guān)系。浸潤性導(dǎo)管癌對18F-FDG的親和力高于非浸潤性導(dǎo)管癌，三陰性乳腺癌對18F-FDG攝取能力高于其他分子亞型。FDG的攝取還受到月經(jīng)周期激素波動的生理影響[30]。

FDG攝取不是腫瘤細(xì)胞所特有的，也可以在非腫瘤性病變中出現(xiàn)，尤其是在炎癥和修復(fù)中。很多增殖期的正常細(xì)胞也會表現(xiàn)出很高的有氧糖酵解率。因此，當(dāng)組織中存在激活的炎性細(xì)胞或增殖期細(xì)胞時(shí)，可能會出現(xiàn)假陽性[2]。且對于乳腺癌的早期檢測和診斷，希望能夠檢測到直徑 ＜1 cm的不可觸及的腫瘤。目前已開發(fā)出高分辨率、高敏感度的正電子放射乳腺成像術(shù)(positron emission mammography，PEM)用于早期乳腺癌的檢測和診斷，使用FDG的PEM可以檢測出直徑為3 mm的原發(fā)性乳腺癌病灶[31]。Noritake等[32]比較了FDG-PEM與FDG-PET，結(jié)果表明PEM對輔助化療后的殘留癌具有更高的診斷能力，其臨床效能還有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

2.4 膽堿代謝 膽堿是細(xì)胞膜的重要組成成分，是細(xì)胞分裂所必需的。首先由膽堿激酶(choline kinase，CK)將膽堿磷酸化形成磷膽堿，而后磷膽堿被細(xì)胞捕獲和攝取。癌變的人乳腺上皮細(xì)胞與未癌變細(xì)胞相比，CKα的活性增加，磷膽堿水平明顯升高[3]。此外，膽堿也被認(rèn)為是細(xì)胞外受體激酶/絲裂原活化蛋白激酶通路的標(biāo)志之一，該通路參與ER-α和PIK3通路的磷酸化，從而導(dǎo)致乳腺癌患者對抗內(nèi)分泌藥物的耐藥。因此，利用分子影像標(biāo)記顯示CKα也是目前乳腺癌分子成像的新思路[33]。

目前常用的靶向膽堿代謝通路的放射性示蹤劑主要有18F-膽堿、11C-膽堿和18F-NaF等[34]。FDG與膽堿PET診斷評估原發(fā)性BC的敏感度相似，而11C-膽堿較FDG更具特異性。但考慮到FDG在臨床上的廣泛研究與應(yīng)用，選擇放射性示蹤劑時(shí)FDG可能優(yōu)于11C/18F-膽堿[3]。此外，研究表明聯(lián)合使用18F-NaF和18F-FDG診斷乳腺癌骨轉(zhuǎn)移具有優(yōu)越的性能[35]。但目前對膽堿成像的研究仍然有限，導(dǎo)致該類成像方法至今不能廣泛應(yīng)用，期望后續(xù)得到進(jìn)一步研究和發(fā)展。

3 結(jié)語

在各類用于乳腺癌分子成像的PET示蹤劑中，臨床上研究得最深入、使用最廣泛的是FDG。近年來，各種新型PET示蹤劑也積極地投入研發(fā)及臨床試驗(yàn)，成像技術(shù)日趨成熟。不同的分子成像方法有其各自的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)不同的臨床需要進(jìn)行選擇。必要時(shí)可聯(lián)合多種成像方法，以更好地實(shí)現(xiàn)對乳腺癌患者的評估與個(gè)體化診治。

乳腺癌分子成像技術(shù)的發(fā)展極大地提升了診斷及治療乳腺癌的能力。盡管存在某些局限性，但隨著越來越多的分子成像靶標(biāo)被開發(fā)，其應(yīng)用范圍正迅速擴(kuò)大。如今不僅某個(gè)分子靶點(diǎn)，甚至整個(gè)代謝過程也同樣可以被成像，在不久的將來也許還會有新的途徑成為成像靶標(biāo)。無論如何，分子成像技術(shù)的應(yīng)用在乳腺癌的研究史上都將是一座耀眼的里程碑。