磁性納米探針用于肝細(xì)胞癌診療一體化研究進(jìn)展

孫振博，羅明芳，楊彩霞，呂奕潔，李祥林

(濱州醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，山東 煙臺 264003)

肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma， HCC)為全球第六大常見癌癥，在癌癥致死率中位居第四，每年約有84.1萬新發(fā)病例，78.2萬人因此死亡[1]。HCC預(yù)后差的主要原因在于缺乏有效、準(zhǔn)確的早期診斷方法，多數(shù)患者確診時已為晚期，導(dǎo)致治療嚴(yán)重受限。影像學(xué)檢查是檢出HCC高?；颊叩闹匾侄?，其中MRI可在生物體內(nèi)實(shí)現(xiàn)空間和時間上的無創(chuàng)、可視化及定量檢測[2-3]，但由于正常肝臟組織與病灶間對比度不足，常規(guī)MRI對于某些病變能夠提供的信息有限。應(yīng)用肝臟特異性對比劑(hepatocyte-specific contrast agents， HSCA)可獲得更準(zhǔn)確的形態(tài)學(xué)和相關(guān)功能信息。目前臨床多采用基于釓塞酸二鈉(gadolinium ethoxybenzyldiethy-lenetriaminepentaacetic acid， Gd-EOB-DTPA)進(jìn)行肝臟T1對比成像[4]。但T1 MR對比劑在診斷肝臟損傷方面存在明顯缺陷，因小分子復(fù)合物缺乏腫瘤特異性，該對比劑不能鑒別小肝癌與部分轉(zhuǎn)移瘤，也較難區(qū)分不典型結(jié)節(jié)與HCC[5]。既往研究[6]表明，部分腎性系統(tǒng)性纖維化與Gd-EOB-DTPA相關(guān)。為在保證安全性的前提下增強(qiáng)對比，需開發(fā)具有高敏感度和特異度的靶向探針。磁性納米材料是最常用的探針合成材料之一，具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，形狀可控，穩(wěn)定性好，廣泛用于構(gòu)建MR分子成像探針。本文對磁性納米探針(magnetic nanoparticles， MNP)用于HCC診療的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 HCC特異性靶向MNP

與現(xiàn)有的基于細(xì)胞外流體擴(kuò)散的HSCA不同，MNP可被庫普弗細(xì)胞選擇性吞噬，并可因其超順磁性物理性質(zhì)而縮短T2弛豫時間，降低T2信號強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)陰性對比。最常用于鑒別正常肝組織和腫瘤組織的T2對比的MNP主要磁性構(gòu)成為超順磁性氧化鐵(superparamagnetic iron oxide， SPIO)，以釓或錳為基礎(chǔ)的納米探針也具有潛在的HCC成像性能[7]。目前認(rèn)可的HCC特異性分子靶點(diǎn)主要包括甲胎蛋白(alpha fetoprotein， AFP)、磷脂酰肌醇蛋白聚糖3(glypican-3， GPC-3)、血管內(nèi)皮生長因子、整合素受體αvβ3、CD44、葉酸(folic acid， FA)和遺傳受體等[8]。

1.1 GPC-3靶向探針 GPC-3位于細(xì)胞膜表面，通常表達(dá)于胎兒胎盤和肝臟中，可調(diào)節(jié)胚胎細(xì)胞生長，為HCC特異性糖蛋白，在健康人肝細(xì)胞中不表達(dá)，其升高與HCC的發(fā)生及預(yù)后密切相關(guān)[9]。作為早期HCC的腫瘤標(biāo)志物，GPC-3在癌前病變中的表達(dá)率為100%，特異度和表達(dá)率均高于AFP[10-12]。LI等[13]以GPC-3作為特異性靶點(diǎn)構(gòu)建HCC 的SPIO 分子探針，將GPC-3相關(guān)單克隆抗體與超小SPIO納米顆粒耦聯(lián)，采用1.5T MR儀進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)T1、T2弛豫時間均縮短，對比成像效果明顯，降低了影像學(xué)診斷難度。TIAN等[14]將Fe3O4/Au核-殼納米復(fù)合物(Fe3O4@Au core-shell nanoparticles， FANP)表面修飾GPC-3結(jié)合肽(GPC-3 binding peptide， GBP)用于基于MRI的光熱治療，發(fā)現(xiàn)GBP-FANP對GPC-3的親和力明顯高于FANP，靶向效果更為顯著；靜脈給藥后，經(jīng)MR、光聲及熒光多模態(tài)成像發(fā)現(xiàn)GBP-FANP在GPC-3陽性HCC細(xì)胞中特異性積聚，具有極佳的多模態(tài)對比成像效果；且經(jīng)GBP-FANP治療后HCC生長速度明顯減慢。

1.2 αvβ3靶向探針 αvβ3是HCC誘導(dǎo)的新生血管內(nèi)皮細(xì)胞大量表達(dá)的特異性整合素受體之一，在腫瘤血管生成中起關(guān)鍵作用。αvβ3較少表達(dá)于正常肝細(xì)胞，使其成為HCC分子成像的極佳靶點(diǎn)[15]。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(arginine-glycine-aspatic acid， RGD)序列多肽與αvβ3具有較高親和力，RGD多肽可作為HCC靶向探針的設(shè)計元素之一[16]。CHEN等[17]構(gòu)建了由SPIO、RGD多肽和近紅外熒光染料吲哚菁綠(indocyanine green， ICG)構(gòu)成的靶向光學(xué)/MR雙模態(tài)成像探針SPIO@ICG-RGD；特異性靶向?qū)嶒?yàn)顯示其細(xì)胞攝取ICG數(shù)量顯著增加，證實(shí)了αvβ3受體靶向的有效性以及可利用該靶向特性實(shí)現(xiàn)MR特異性HCC成像。

1.3 FA靶點(diǎn)探針 作為天然維生素，F(xiàn)A在人體代謝過程中有著極為重要的意義[18]。FA受體在HCC、乳腺癌及腎癌等惡性腫瘤中高度表達(dá)，而在正常細(xì)胞中不表達(dá)或低表達(dá)，具有較強(qiáng)的特異性[19]。以FA為配體，通過FA受體介導(dǎo)將超順磁性材料遞送入腫瘤細(xì)胞，以縮短腫瘤組織T2弛豫時間，實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)測治療腫瘤[20]。CHEN等[21]以納米釓卟啉金屬有機(jī)骨架(acid-nanoscale gadolinium-porphyrin metal-organic frameworks， NPMOF)作為基礎(chǔ)基團(tuán)合成新型探針FA-NPMOF；以斑馬魚HCC模型觀察FA-NPMOF靶向能力，發(fā)現(xiàn)其對FA受體具有較強(qiáng)親和力，可靶遞送納米探針。

1.4 基因水平靶點(diǎn)探針 隨著基因組測序技術(shù)的發(fā)展，越來越多基因水平靶點(diǎn)用于合成探針。TBLR1(transducin β-like 1 X-linked receptor 1)基因在促進(jìn)HCC細(xì)胞增殖和血管生成中具有重要作用。GUO等[22]據(jù)此開發(fā)出2種不同靶向納米治療體系，分別攜帶TBLR1基因質(zhì)粒及靶向TBLR1基因的小干擾RNA質(zhì)粒，經(jīng)過HCC模型體內(nèi)成像動物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于基因水平靶點(diǎn)的探針具有顯著T2增強(qiáng)成像和抗癌作用。

2 MNP用于一體化診療HCC

一體化診療指以診斷結(jié)果為指導(dǎo)的治療策略，依賴影像學(xué)手段無創(chuàng)、實(shí)時監(jiān)測治療反應(yīng)，得出個體化給藥方案，以提高腫瘤治療水平[23]。基于MRI一體化診療腫瘤現(xiàn)已成為研究熱點(diǎn)[24]。目前用于一體化診療腫瘤研究的主要治療方式包括光動力治療(photodynamic therapy，PDT)、光熱治療(photothermal therapy， PTT)、磁熱治療及納米探針輔助載藥化學(xué)治療等。

2.1 PDT PDT基本原理為光敏劑在特定波長的光激發(fā)下產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的活性氧以殺傷腫瘤，具有無創(chuàng)、不良反應(yīng)小、無耐藥性等優(yōu)勢，目前已用于治療淺表部位腫瘤[25]；但對腫瘤進(jìn)行PDT所需光敏劑劑量大且于全身分布等問題易對正常組織造成損傷，需尋找更加適用于HCC的光敏劑，并提高探針的生物相容性。YIN等[26]開發(fā)出由FA、聚乙二醇(polyethylene glycol， PEG)和光敏劑二氫卟酚e6(chlorin e6， Ce6)構(gòu)建的新型多功能PDT/MRI納米探針PEG2K-FA@Ce6，與游離Ce6相比可顯著提高細(xì)胞攝取效率及PDT效果。

2.2 PTT PTT以光敏劑吸收激發(fā)光，將光能轉(zhuǎn)化為熱能，使局部溫度升高，以殺傷腫瘤細(xì)胞。作為新型納米材料，二維過渡金屬硫化物納米材料不僅具有較強(qiáng)的光熱效應(yīng)，且可高效與化學(xué)治療藥物結(jié)合，易于進(jìn)行功能性修飾[27]。WANG等[28]以125I-c(RGDyK)環(huán)肽為靶向修飾基團(tuán)，制備平均水動力直徑約40 nm的Fe3O4納米粒子125I-RGD-PEG-MNP，作為腫瘤靶向MRI聯(lián)合PTT的新型探針。

2.3 磁熱治療 MNP在交變磁場作用下可將磁能轉(zhuǎn)化為熱能，增高M(jìn)NP溫度，因而可用于磁熱治療腫瘤，具有安全、不良反應(yīng)小的優(yōu)勢[29]。為提高成像和磁熱治療效果，HURLEY等[30]在SPIO外包被介孔硅殼，并以PEG進(jìn)行表面修飾；經(jīng)包被后的MNP在生理環(huán)境下聚集明顯降低，而于腫瘤區(qū)域富集增加，使磁熱治療效果明顯提高。LI等[31]以錳鋅鐵磁性納米粒子(manganese zinc ferrite MNP， MZF-MNP)為基礎(chǔ)磁熱單元，在其表面修飾HCC特異性抗體CD147蛋白，并將阿霉素(doxorubicin， DOX)裝載其中，構(gòu)建以磁熱響應(yīng)納米為載體、裝載CD147蛋白和DOX的納米探針，可主動靶向HCC細(xì)胞，并通過磁熱治療殺傷腫瘤細(xì)胞；同時溫度升高使熱敏載體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而釋放DOX，聯(lián)合磁熱治療和化學(xué)治療以增強(qiáng)治療效果。

2.4 輔助載藥化學(xué)治療 MNP可在實(shí)現(xiàn)腫瘤成像的同時通過修飾納米載體實(shí)現(xiàn)多功能化，如靶向遞送輔助化學(xué)治療藥物，通過修飾納米載藥載體實(shí)現(xiàn)藥物在體內(nèi)的長效循環(huán)，減少藥物清除而增強(qiáng)療效。LIU等[32]發(fā)現(xiàn)酸堿度響應(yīng)型T1-T2雙模態(tài)成像納米探針在腫瘤一體化診療中具有重要作用，多功能酸堿度敏感聚合物納米探針可有效地在HCC區(qū)域富集并釋放對比劑和治療藥物。ZHANG等[33]基于Fe3O4@ZnO核殼納米復(fù)合材料，在其表面修飾轉(zhuǎn)鐵蛋白受體抗體，并裝載化學(xué)治療藥物DOX，由此開發(fā)出MRI及放射、化學(xué)治療一體化的HCC診療探針。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，MNP對于準(zhǔn)確判斷腫瘤邊緣和實(shí)時評估療效等具有重要意義，開發(fā)具有高敏感度、對比成像效果好、高特異度、低毒性的MNP，有望實(shí)現(xiàn)早期、無創(chuàng)檢測HCC，并進(jìn)行個性化精準(zhǔn)治療。目前大多數(shù)MNP研究仍處于動物實(shí)驗(yàn)階段，需深入研究其體內(nèi)變化，探索更多特異性靶點(diǎn)，提高鑒別診斷的可靠性及檢測腫瘤邊緣的準(zhǔn)確率，實(shí)現(xiàn)影像學(xué)引導(dǎo)治療及實(shí)時評估療效等。