分子影像納米探針在動(dòng)脈粥樣硬化的應(yīng)用進(jìn)展

周 佳， 曹 省， 郭瑞強(qiáng)

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院超聲影像科，湖北省武漢市 430060)

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，As)是一種以動(dòng)脈慢性炎癥為特征的疾病，主要原因是脂質(zhì)代謝和炎癥反應(yīng)紊亂，動(dòng)脈壁中脂質(zhì)的積累和炎癥活動(dòng)可導(dǎo)致動(dòng)脈硬化和動(dòng)脈壁增厚[1]，產(chǎn)生的斑塊可導(dǎo)致進(jìn)行性管腔狹窄，從而出現(xiàn)缺血和穩(wěn)定型心絞痛的癥狀，或者突然破裂導(dǎo)致血栓形成、血管閉塞和心肌梗死，As出現(xiàn)臨床癥狀通常在較晚的病程。雖然心血管疾病的影像檢測(cè)手段發(fā)展日益成熟，但是常規(guī)的影像手段不能提供與疾病早期發(fā)生發(fā)展及其并發(fā)癥相關(guān)的潛在病理生理過(guò)程的信息。分子影像及納米醫(yī)學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展正好能彌補(bǔ)這一短板，該成像方法能在分子和細(xì)胞水平對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊進(jìn)行活體定性和定量研究，檢測(cè)出壞死核心、炎癥、斑塊內(nèi)出血、纖維帽厚度和微鈣化等，實(shí)現(xiàn)As的早期檢測(cè)和監(jiān)控疾病的發(fā)生發(fā)展[2]。納米造影劑在形狀、大小和組成方面具有可調(diào)節(jié)性，不僅如此，還可以連接相關(guān)的生物共軛物。納米醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展引起了學(xué)者們的研究熱潮，致力于研究As早期診斷以及診療一體化的納米分子探針，這些探針有望成為As的早期診斷技術(shù)。

1 納米探針結(jié)合磁共振成像在As診斷中的應(yīng)用進(jìn)展

磁共振成像(agnetic resonance imaging,MRI)是一種非侵入性成像技術(shù)，通過(guò)高空間分辨率和出色的軟組織對(duì)比度評(píng)估As斑塊病變程度。納米探針將MRI的診斷優(yōu)點(diǎn)、斑塊成分信息以及血管參數(shù)結(jié)合，可用于易損斑塊的診斷和斑塊穩(wěn)定性的評(píng)估。目前可作為As分子影像診斷的MRI納米探針有以下幾種(表1)。

1.1 靶向內(nèi)皮細(xì)胞As標(biāo)記物的MRI納米探針

釓配合物(Gdchelates)是目前臨床上最常用的T1造影劑,然而釓配合物在代謝過(guò)程中所釋放的游離釓離子存在腎毒性,會(huì)導(dǎo)致組織纖維化[3]和腦部沉積[4]的風(fēng)險(xiǎn)。血管細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)能夠誘導(dǎo)活化的炎癥細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞募集，被認(rèn)為是As最常見(jiàn)的生物學(xué)標(biāo)記物。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)靶向VCAM-1的植物煙草花葉病毒納米顆?？梢越档歪徟浜衔锏氖褂昧浚苊庠煊皠?lái)的腎毒性風(fēng)險(xiǎn)[5]。另外，P-選擇素被證實(shí)是介導(dǎo)白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞黏附的重要蛋白，靶向P-選擇素的納米顆粒有利于MRI造影劑在內(nèi)皮細(xì)胞聚集，增強(qiáng)斑塊顯像[6]。

1.2 靶向巨噬細(xì)胞As標(biāo)記物的MRI納米探針

巨噬細(xì)胞是As發(fā)生發(fā)展過(guò)程中最主要的免疫細(xì)胞，因其在斑塊中富集，容易攝入納米顆粒，成為納米探針最常見(jiàn)的靶細(xì)胞。清道夫受體AI(scavenger receptorsclass AI,SR-AI)是促進(jìn)巨噬細(xì)胞向促炎表型轉(zhuǎn)化，并導(dǎo)致易損斑塊最終破裂的關(guān)鍵因子。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)將SR-AI的高效配體PPI與金納米簇修飾后裝載成特定的納米探針,該探針不僅具有良好的生物安全性，而且能夠顯著增加As小鼠動(dòng)脈粥樣斑塊成像[7-8]。

CC趨化因子受體2(C-C motif chemokine receptor 2,CCR2)在促炎型巨噬細(xì)胞和As斑塊中高表達(dá)，其可以促進(jìn)外周血單核細(xì)胞遷移成為巨噬細(xì)胞并觸發(fā)炎癥反應(yīng)，有研究團(tuán)隊(duì)組裝了能夠靶向結(jié)合CCR2并拮抗其生理作用的肽偶聯(lián)納米顆粒，從而抑制原代單核細(xì)胞的趨化性遷移和發(fā)揮抗炎效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)As斑塊的靶向成像乃至治療作用[9]。

1.3 靶向As炎性斑塊非細(xì)胞部分的MRI納米探針

纖連蛋白的額外結(jié)構(gòu)域B(extra domain B of fibronectin,FN-EDB)具有靶向進(jìn)展中斑塊的能力，是評(píng)估As進(jìn)展的新型分子標(biāo)記物，將以FN-EDB為靶標(biāo)的納米顆粒用于斑塊成像，可延長(zhǎng)造影劑的血液循環(huán)時(shí)間，并增加了其在斑塊中的積累[10]，該團(tuán)隊(duì)基于靶向FN-EDB設(shè)計(jì)的納米探針有望用于As的MRI診斷。

血小板是介導(dǎo)血栓形成的重要介質(zhì)，把血小板膜包裹在合成的納米顆粒核上來(lái)制備仿生納米顆粒[11]，該納米顆粒的產(chǎn)物能夠與活化的內(nèi)皮細(xì)胞、泡沫細(xì)胞和膠原蛋白相互作用，以達(dá)到促進(jìn)斑塊成像的目的。除了直接包被血小板膜以外，納米顆?？梢园bTEG4,一種活化斑塊內(nèi)血小板的標(biāo)記物，該納米顆粒注射到As小鼠體內(nèi)能夠靶向獲得斑塊的血小板以促進(jìn)斑塊成像[12]。

1.4 靶向血管平滑肌細(xì)胞As標(biāo)記物的MRI納米探針

超順磁性氧化鐵(SPIONs)是典型的T2負(fù)增強(qiáng)造影劑，具有良好的生物相容性、超順磁性。SPIONs可進(jìn)入人體內(nèi)，主要被肝、脾及單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)吞噬[13]，這表明其主要在有炎癥反應(yīng)的地方積聚，例如人As斑塊和血栓[14]?；赟PIONs可進(jìn)行表面修飾的功能特性，有研究表明硫酸葡聚糖修飾SPIONs可以靶向巨噬細(xì)胞清道夫受體，從而利于As小鼠的斑塊成像[15-16]。髓性過(guò)氧化物酶可作為區(qū)分易損As斑塊與穩(wěn)定斑塊的有效標(biāo)記物，將SPIONs和MPO的納米結(jié)合物注射射到As小鼠體內(nèi)，可檢測(cè)易損As斑塊和監(jiān)測(cè)髓性過(guò)氧化物酶活性[17]。組織因子(tissuesfactor,TF)是影響As斑塊發(fā)展和血栓形成的關(guān)鍵因素，SPIONs經(jīng)過(guò)表皮生長(zhǎng)因子結(jié)構(gòu)域修飾后，可用于TF陽(yáng)性的動(dòng)脈粥樣斑塊的分子成像,以此判斷是否有血栓形成及斑塊進(jìn)展情況[18]?？贵wprofilin-1可特異性靶向As斑塊中的血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)，有助于斑塊的成像[19]。這些證據(jù)都表明，SPIONs是As分子影像診斷技術(shù)的有效納米載體。

2 納米探針結(jié)合PET在As診斷中的應(yīng)用進(jìn)展

正電子發(fā)射斷層掃描(PET)成像具有優(yōu)越的靈敏度、可定量、功能檢測(cè)及無(wú)創(chuàng)等特點(diǎn)，被廣泛用于心血管疾病的研究。納米顆粒為As的PET分子成像提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，例如血液停留時(shí)間延長(zhǎng)、靈敏度和特異度提高等。目前可作為As分子影像診斷的PET納米探針有以下幾種(表1)。

2.1 靶向內(nèi)皮細(xì)胞As標(biāo)記物的PET納米探針

血管生成是斑塊形成過(guò)程中的重要病理過(guò)程，可導(dǎo)致斑塊出血和斑塊易損性。GEBP11肽已被證實(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)內(nèi)皮細(xì)胞的新血管形成具有重要價(jià)值。有研究發(fā)現(xiàn)，將GEBP11肽偶聯(lián)到Fe3O4磁性納米粒子上，并用68Ga進(jìn)行放射性標(biāo)記之后，可以檢測(cè)As斑塊內(nèi)的血管形成，提示斑塊有出血風(fēng)險(xiǎn)[20]。

2.2 靶向NPR-C的PET納米探針

利鈉肽清除受體-C(natriuretic factor receptor C，NPR-C)可與C型利鈉肽結(jié)合介導(dǎo)其降解，導(dǎo)致心血管功能的惡化，因此NPR-C被認(rèn)為是As診斷的生物靶點(diǎn)[21-22]。通過(guò)將C型心房利鈉肽與納米材料綴合在一起行成梳狀納米顆粒，該梳狀顆?？梢蕴禺愋园邢騈PR-C，同時(shí)在血液中具有良好的穩(wěn)定性，通過(guò)As動(dòng)物模型和離體人類CEA標(biāo)本對(duì)復(fù)雜的動(dòng)脈粥樣斑塊進(jìn)行成像[23]，證實(shí)該梳狀納米探針可用于晚期As斑塊成像。

2.3 靶向趨化因子受體的PET納米探針

趨化因子是一組小的肝素結(jié)合蛋白，通過(guò)相應(yīng)的趨化因子受體引導(dǎo)循環(huán)白細(xì)胞運(yùn)動(dòng)至炎癥或損傷部位，因此與斑塊的形成、進(jìn)展、穩(wěn)定和破裂有著密切的關(guān)系。vMIP-II做為趨化因子受體的拮抗劑，包裝vMIP-II的梳狀納米顆粒通過(guò)減低腎排泄率延長(zhǎng)了血液停留時(shí)間，因而能夠更加準(zhǔn)確地評(píng)估斑塊的進(jìn)展[24]。

3 納米探針結(jié)合CT在As診斷中的應(yīng)用進(jìn)展

CT被認(rèn)為是臨床上對(duì)冠狀動(dòng)脈狹窄進(jìn)行分級(jí)和確定斑塊鈣化最可靠、最準(zhǔn)確的方法。盡管如此，學(xué)者們致力于通過(guò)獨(dú)特的納米方法來(lái)提高CT分子成像的特異度和對(duì)比度。迄今為止，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種納米顆粒造影劑，包括碘化納米顆粒和金屬基納米顆粒(表1)，如鉍、鐿和金[25]。Hyafil等[26]開(kāi)發(fā)了碘化聚合物納米顆粒用于冠狀動(dòng)脈粥樣斑塊巨噬細(xì)胞的CT成像。而金屬基納米顆粒中，金納米粒子在As診斷上獲得了巨大關(guān)注，主要是因?yàn)榻鸺{米顆粒靶向造影劑穩(wěn)定、毒性低，并能顯著衰減X射線光子[27-28]?；诮鸺{米顆粒的特點(diǎn)，有研究團(tuán)隊(duì)制備了高密度脂蛋白金納米顆粒(Au-HDL)，即特定的巨噬細(xì)胞靶向造影劑，可示蹤As小鼠動(dòng)脈巨噬細(xì)胞，并同時(shí)對(duì)斑塊進(jìn)行成像[29]。

4 納米探針結(jié)合超聲在As診斷中的應(yīng)用進(jìn)展

研究As進(jìn)展機(jī)制的分子影像學(xué)方法有CT、PET和MRI。CT和PET存在一定輻射，每年檢查的次數(shù)有限，而MRI和PET收費(fèi)高，不易于普及。超聲成像是一種常用的臨床成像技術(shù)，可快速測(cè)量動(dòng)脈斑塊的大小、內(nèi)膜中層厚度，甚至是斑塊表面的潰瘍和出血。超聲納米、微泡造影劑可提高脈管系統(tǒng)的穿透力，可快速高效定位動(dòng)脈斑塊，大大提高了超聲作為As影像學(xué)診斷的潛力。目前，可作為As分子影像診斷的超聲納米探針有以下幾種(表1)。

表1 納米探針在As分子影像診斷的靶點(diǎn)總結(jié)

4.1 靶向內(nèi)皮細(xì)胞As聯(lián)合標(biāo)記物的超聲納米探針

納米分子探針可與內(nèi)皮細(xì)胞不同As生物標(biāo)志物或者治療藥物結(jié)合，發(fā)揮As診斷乃至治療作用。同時(shí)將人P-選擇素、VCAM-1、LOX-1、血管性血友病因子及具有親和力的小肽配體結(jié)合到脂質(zhì)穩(wěn)定的納米微泡表面，用以靶向炎癥細(xì)胞和血小板的內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子，對(duì)晚期As斑塊的超聲成像有積極意義[30]。不僅如此，納米探針可以將分子影像與血栓治療一體化，通過(guò)將溶栓藥物、微泡及納米顆粒組裝成納米微泡后可用于溶栓治療，以避免血栓介導(dǎo)的急性心血管事件的發(fā)生[31]。

4.2 靶向VSMCs的超聲納米探針

VSMCs表型轉(zhuǎn)化在As斑塊進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用。骨橋蛋白的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列可與CD44相互作用，是VSMCs表型轉(zhuǎn)化的生物標(biāo)記之一。泡沫細(xì)胞高表達(dá)骨橋蛋白,檢測(cè)斑塊骨橋蛋白的表達(dá)可以成為斑塊穩(wěn)定性評(píng)估的理想手段。基于此，有研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)造了一種雙模態(tài)成像探針，即靶向骨橋蛋白的納米顆粒[32]，其可用于對(duì)易損As斑塊進(jìn)行直接和非侵入性的體內(nèi)可視化成像。

4.3 靶向炎性標(biāo)記物的超聲納米顆粒

斑塊內(nèi)持續(xù)炎癥與斑塊的不穩(wěn)定和破裂有關(guān)，因此檢測(cè)斑塊是否存在進(jìn)行性炎癥反應(yīng)，有助于As早期診斷和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。CD36通過(guò)攝取氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)和觸發(fā)動(dòng)脈炎癥反應(yīng)的信號(hào)級(jí)聯(lián)參與As的形成，因此，CD36可作為研究As進(jìn)展的有效標(biāo)志物[33]。半導(dǎo)體聚合物納米顆粒具有理想尺寸、高消光系數(shù)、優(yōu)異的光穩(wěn)定性和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的激發(fā)波段相比，半導(dǎo)體聚合物納米顆粒能夠提供更深的組織穿透力和更高的信噪比。由于其減少了光散射和背景，有科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種抗CD36修飾的半導(dǎo)體聚合物納米顆粒，在注射As納米顆粒24 h后，斑塊成像的效果明顯增強(qiáng)[33-34]。

4.4 IVUS與納米技術(shù)結(jié)合助力As斑塊的診斷

血管內(nèi)超聲(IVUS)是無(wú)創(chuàng)性超聲技術(shù)和有創(chuàng)性導(dǎo)管技術(shù)相結(jié)合，使用末端連接有超聲探針的特殊導(dǎo)管進(jìn)行的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，可以準(zhǔn)確并定量對(duì)斑塊成分進(jìn)行分析，對(duì)于診斷易損斑塊的價(jià)值較大。近年來(lái)，許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)納米技術(shù)與IVUS的結(jié)合對(duì)于As斑塊精準(zhǔn)檢測(cè)存在巨大的潛力[35-36]，有研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)血管內(nèi)超聲技術(shù)結(jié)合近紅外二區(qū)分子探針及白蛋白組裝納米探針用于As易損斑塊的診療中,最終提高As超聲分子成像的診斷效果[37]。

綜上所述，納米探針與分子影像技術(shù)的結(jié)合為As診斷帶來(lái)了新的曙光，能夠在分子和細(xì)胞水平上對(duì)斑塊發(fā)生發(fā)展進(jìn)行定性和定量研究，是對(duì)傳統(tǒng)影像學(xué)新的補(bǔ)充和發(fā)展。理想的分子探針在分子影像學(xué)是重中之重，其需具備低毒性、良好穩(wěn)定性以及在面對(duì)體內(nèi)血液流動(dòng)產(chǎn)生的剪切力時(shí)，仍然能保持不脫靶，做到持續(xù)尋靶。在未來(lái)進(jìn)一步的臨床轉(zhuǎn)化上，還需更多安全性研究和實(shí)用性研究。