前列腺癌靶向超聲造影劑的研究進展

王慧杰，紅 華，梁丹艷

1內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)內(nèi)蒙古臨床醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110；2內(nèi)蒙古自治區(qū)人民醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科，內(nèi)蒙古呼和浩特010017

前列腺癌（PCa）是男性泌尿生殖系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤之一，在西方國家發(fā)病率極高，在美國和歐洲的癌癥死因中位居第2［1］。據(jù)美國癌癥協(xié)會統(tǒng)計，2020年新診斷的PCa患者超過190 000人，因PCa死亡的人數(shù)高達3萬人以上［2］。近年來PCa的發(fā)病率在大多數(shù)亞洲國家呈上升趨勢［3］。隨著我國居民生活習(xí)慣的改變，檢查技術(shù)的提高以及人口進入老齡化，PCa的發(fā)病率也逐年升高，故對于高危群體進行及時干預(yù)具有非常重要的意義。

超聲分子成像技術(shù)使用特定抗體或配體標(biāo)記成像化合物，生成能夠結(jié)合特定組織或病變的靶向超聲造影劑，靜脈給藥后，這些分子探針通過血液循環(huán)在靶組織中特異性聚集，經(jīng)超聲檢查可在分子或細(xì)胞水平上對病變區(qū)域進行特異性成像。本文就靶向超聲造影技術(shù)在PCa的診斷與治療方面的研究進展進行綜述。

1 靶向超聲造影劑在PCa診斷方面的研究進展

靶向超聲造影劑是將靶向生物標(biāo)記物添加到分子顯像劑中的一種技術(shù)，配體被設(shè)計成黏附在外殼上的內(nèi)皮生物標(biāo)志物［4］。靶向造影劑將通過配體-受體黏附到靶組織，在微血管中積累。給藥幾分鐘后進行影像學(xué)檢查，大部分游離造影劑通過呼吸道排出，靶區(qū)的造影劑將會顯影，信號強度與生物標(biāo)志物的表達程度成正比［5］。目前在超聲造影劑中常用的PCa靶向配體有以下幾種。

1.1 前列腺素1（STEAP-1）

STEAP-1是一種細(xì)胞表面蛋白，具有組織特異性，在原發(fā)性PCa細(xì)胞中高表達，與細(xì)胞之間的通訊有關(guān)［6］。該抗原有339個氨基酸殘基，并以蛇形方式折疊成2個細(xì)胞內(nèi)環(huán)和3個細(xì)胞外環(huán)［7-8］，具有轉(zhuǎn)運蛋白或離子通道的作用，在PCa靶向診斷與免疫治療方面具有非常廣泛的應(yīng)用［9］。有學(xué)者通過生物素-親和素橋接化學(xué)的偶聯(lián)的方法，將STEAP-1單克隆抗體偶聯(lián)到聲諾維微泡上，使之在體外可以與PCa細(xì)胞特異性結(jié)合［10］。經(jīng)實驗證實，該微泡可以在裸鼠異種移植模型中與腫瘤表達的靶點結(jié)合，增強超聲成像信號強度。

1.2 前列腺特異性膜抗原（PSMA）

PSMA又稱谷氨酸羧肽酶II。PSMA是一種含750個氨基酸的II型整合膜蛋白，也具有明顯的組織特異性，在PCa轉(zhuǎn)移過程中過表達，是一種潛在的PCa成像和治療的靶蛋白［11］。有學(xué)者認(rèn)為PSMA 可作為PCa 組織顯像效果增強及治療試劑傳遞的理想靶點［12］，運用該靶點來制備超聲造影劑已有報道，許多研究利用PSMA單克隆抗體制備了靶向PCa的超聲造影劑，并通過體內(nèi)外實驗驗證了其靶向能力，能夠?qū)崿F(xiàn)與PCa 細(xì)胞的有效結(jié)合。有學(xué)者將PSMA抑制劑分子探針與超聲微泡（MBs）結(jié)合驗證其成像與靶向能力［13］，盡管抗PSMA抗體可以增強MBs的靶向性，但由于微米級的造影劑尺寸較大，在血液中彌散度及溶解度均低、半衰期短，只能通過肺循環(huán)和毛細(xì)血管床，唯有納米級的顆粒才可跨過腫瘤血管到達位于血管外的目標(biāo)組織。有學(xué)者研發(fā)出的納米級載PSMA-1抗原的納米微泡（NBs）直徑均小于300 nm，邊緣激活劑丙二醇的加入使NBs體積更小，并增加了外殼變形能力，可使其通過腫瘤新生血管，延長了顯影持續(xù)時間［14］。

目前用于研究的抗-PSMA 配體有許多，它們大致可分為3類：抗體、適體和配體［15］，其中核酸適體是一些能特異性結(jié)合蛋白質(zhì)或其他小分子的核苷酸片段，這些片段是通過體外SELEX篩選技術(shù)得到的，它們與目標(biāo)配體的親和力和特異性均較高［16］，由于RNA核酸由核苷酸組成，結(jié)構(gòu)變異多，特異性強，常用于分子成像和基因治療［17］；此外，核酸作為靶向探針可以避免疫原性，且其純度高，比其他配體更安全［18］。有研究使用的A10-3.2適配體由37個核苷酸組成，相比早期適體如A10、A9，分子量大大降低，提高了其靶向能力，利用該適配體結(jié)合聚乙二醇對無機材料多壁碳納米管進行修飾，制備出的NBs相比于只利用有機物為原料的NBs具有更好的可視性和準(zhǔn)確性［19］。

1.3 血管內(nèi)皮生長因子受體2（VEGFR2）

VEGFR2的表達在內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移的信號級聯(lián)中起著關(guān)鍵作用，可促成腫瘤血管的生成和進展。與良性增生或正常腺體組織相比，PCa組織中的VEGFR2呈現(xiàn)出過表達的趨勢［20］。攜帶VEGFR2的超聲造影劑，可特異性靶向于PCa的新生血管，有學(xué)者通過動物實驗證實該靶向特異性造影劑在早期流入分析和腫瘤組織內(nèi)的特異性積累方面均優(yōu)于非特異性的普通造影劑［21］。BR55是一種VEGFR2特異性超聲分子造影劑，首次進行的BR55的0期臨床實驗結(jié)果表明，其具備良好的成像效果與安全性［22］。

其他前列腺特異性靶向配體也顯示出精準(zhǔn)的造影效果。有學(xué)者開發(fā)出一種載有CUB結(jié)構(gòu)域蛋白1受體的靶向型超聲造影劑，先使用PLGA12k-mPEG2k-NH2、DSPE-mPEG2000和液體氟碳全氟己烷合成非靶向納米顆粒，再與抗CUB結(jié)構(gòu)域蛋白1抗體結(jié)合形成抗CUB結(jié)構(gòu)域蛋白1非靶向納米顆粒，經(jīng)體外實驗結(jié)果表明，其造影效果和腫瘤靶向性均良好［23］。

2 超聲靶向造影劑在PCa治療方面的研究進展

MBs低頻低強度超聲（LFUM）可以干擾腫瘤新生血管的生成，可用于解決與腫瘤轉(zhuǎn)移和放化療耐藥性有關(guān)的一系列問題［24］。超聲靶向造影劑還可以作為基因與藥物的載體?；蚺c藥物的傳遞依賴于超聲靶向微泡破壞（UTMD）。LFUM與UTMD的原理是聲空化，即微氣泡振蕩時，可導(dǎo)致小血管的機械損傷和微泡變形破裂，從而釋放基因與藥物［25］，作用于腫瘤組織。還有相關(guān)研究表明，微泡殼的材料種類也可以直接影響細(xì)胞的通透性，例如磷脂微泡與細(xì)胞之間的脂質(zhì)交換機制可以在體外顯著提高藥物傳送的效率，并可通過適當(dāng)調(diào)節(jié)脂質(zhì)分子的碳鏈長度和形狀（圓柱形或錐形）來促進聲孔效應(yīng)［26］。

2.1 誘導(dǎo)血管損傷和腫瘤細(xì)胞凋亡

腫瘤血管生成的定義是當(dāng)腫瘤＞1 mm3或細(xì)胞數(shù)＞1×107時，微血管網(wǎng)通過內(nèi)皮細(xì)胞開始形成新的血管，為腫瘤細(xì)胞增殖提供足夠的氧氣和營養(yǎng)成分［27］。

PCa生長和轉(zhuǎn)移依賴于腫瘤微血管的形成。由于新生的血管缺乏彈性纖維層，基底膜不完整，血管壁脆性和通透性高。因此，抗血管生成和阻斷腫瘤血供已成為腫瘤治療的新途徑。超聲造影技術(shù)不僅在顯示腫瘤微血管方面具有獨特的優(yōu)勢，而且可以降低超聲空化效應(yīng)的閾值，增強空化效應(yīng)，從而破壞血管壁，激活內(nèi)源性或外源性凝血，導(dǎo)致大量毛細(xì)血管栓塞，阻斷腫瘤細(xì)胞的營養(yǎng)供應(yīng)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡［28］。低頻超聲對腫瘤血管的損傷還可以增加抗癌藥物的攝入，增強癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性和死亡率。與微泡聯(lián)合使用時，可增強化療藥物的療效，從而減少藥物的用量和副作用。在超聲和微泡介導(dǎo)下與抗癌藥物組合可通過增加膜通透性來增強化療效果［29］。有研究表明，多西他賽與超聲微泡的聯(lián)合治療，可使多西他賽的抗腫瘤作用顯著增強［30］。

LFUM阻斷血流的作用對PCa缺氧環(huán)境也存在一定的影響。有研究使用LFUM和MBs對PCa腫瘤進行不同次數(shù)的輻照，結(jié)果顯示，若每個治療日進行4次輻照，則細(xì)胞增殖受到抑制，促進細(xì)胞凋亡，治療組的低氧誘導(dǎo)因子1α和血管內(nèi)皮生長因子A的表達水平均低于對照組；當(dāng)每個治療日進行1次輻照，則刺激缺氧反應(yīng)，促進細(xì)胞增殖，缺氧誘導(dǎo)因子1α和血管內(nèi)皮生長因子A的表達水平則高于對照組［31］?？傊褂肔FUM作為抗腫瘤的方法是一個復(fù)雜的過程，相同條件下，不同時間的輻照對缺氧反應(yīng)的影響是不同的，驗證LFUM對腫瘤血供阻斷作用的同時，也需要評估腫瘤組織的缺氧環(huán)境。

2.2 基因轉(zhuǎn)染

基因轉(zhuǎn)染對PCa的治療具有很大的前景［32］。目前基因轉(zhuǎn)染的方法有兩種：病毒載體基因轉(zhuǎn)染和非病毒載體基因轉(zhuǎn)染。以病毒作為載體可能會誘發(fā)一些免疫反應(yīng)，非病毒載體雖相對安全，但其轉(zhuǎn)染率較低［33］。如前所述，低頻超聲可以促使MBs迅速破裂，空化效應(yīng)產(chǎn)生的沖擊波可增加區(qū)域內(nèi)毛細(xì)血管和周圍組織細(xì)胞膜的滲透性，使細(xì)胞外大分子進入細(xì)胞，所以超聲結(jié)合MBs可能成為一種高效的基因治療方式。有學(xué)者設(shè)計實驗觀察評估了在80 kHz超聲輻照下pEGFP基因轉(zhuǎn)染的PCa細(xì)胞膜的連續(xù)性和轉(zhuǎn)染效率，證實了低頻超聲聯(lián)合MBs可作為一種促進PCa細(xì)胞基因轉(zhuǎn)染的方法［34］。

MicroRNA是一種非編碼小RNA，通過轉(zhuǎn)錄后的方式調(diào)控基因表達，與腫瘤發(fā)病機制有關(guān)［35］。有學(xué)者將與PCa發(fā)生相關(guān)的miR-205包裹于微泡中，通過實驗表明UTMD 介導(dǎo)的miR-205 轉(zhuǎn)染抑制了PCa 細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，且介導(dǎo)的miR-205表達可促進順鉑調(diào)控的細(xì)胞凋亡，增加了腫瘤對化療的敏感度。此外，UTMD介導(dǎo)的miR-205轉(zhuǎn)染可能會促進PCa細(xì)胞凋亡，還可抑制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化。因此UTMD介導(dǎo)的miR-205傳遞可能會是一種新的PCa分子靶向治療方法［36］。

2.3 靶向給藥

腫瘤治療過程中，化療藥物的有效濃度直接影響化療的效果。傳統(tǒng)化療方式為了加強療效，通常會加大劑量，從而增加了全身毒副作用。若將治療PCa的藥物加入到靶向超聲造影劑中，在超聲的輻照下將引發(fā)微泡的空化效應(yīng)和聲孔效應(yīng)，從而使血管壁產(chǎn)生孔隙，亦可導(dǎo)致血管栓塞，使腫瘤細(xì)胞損傷，增強藥物的療效。在特異性成像的同時，實現(xiàn)定向給藥，提高局部藥物濃度，減少副作用［37］。

姜黃素是一種從姜黃屬植物中提取的天然多酚分子，對腫瘤具有抗增殖與促凋亡的作用［38］，但其水溶性差，生物利用度低。將姜黃素包裹到以葡萄糖為外殼的NBs中，在PC-3和DU-145細(xì)胞系中檢測到顯著的生物學(xué)效應(yīng)，證實了其能夠抑制腫瘤細(xì)胞粘附和遷移［39］，彌補了單一進行藥物治療的不足。有學(xué)者開發(fā)出以凝塊結(jié)合肽半胱氨酸-精氨酸-谷氨酸-賴氨酸-丙氨酸（CREKA）肽修飾的包載多西他賽脂質(zhì)體（CREKAlipo-DTX），即CREKA肽作為靶向配體，裝載多西他賽作為治療藥物，藥物可定向于PCa細(xì)胞發(fā)揮作用［40］。有學(xué)者將藥物與基因共同包裹于NBs中，也展現(xiàn)出不俗的治療效果，化療藥物阿霉素（DOX）和靶向生存素的小干擾RNA載入微泡-脂質(zhì)體復(fù)合物中，該復(fù)合物可與抗人表皮生長因子受體2型抗體結(jié)合，對PCa細(xì)胞具有靶向作用，實驗表明微泡-脂質(zhì)體復(fù)合物介導(dǎo)靶向生存素小干擾RNA和DOX的轉(zhuǎn)染可誘導(dǎo)PCa細(xì)胞凋亡，阻斷生存素在體內(nèi)外的表達［41］。

2.4 多模態(tài)與其他治療手段的聯(lián)合

MRI對PCa有重要的診斷價值，MRI在三維空間具有軟組織對比分辨率高以及多序列多參數(shù)成像的優(yōu)勢，但無法對周圍葉的低信號炎性結(jié)節(jié)和增生結(jié)節(jié)進行準(zhǔn)確區(qū)分，有學(xué)者使用飛利浦Percunav系統(tǒng)將MRI序列中T2加權(quán)圖像的感興趣區(qū)域與實時超聲圖像進行疊加，發(fā)現(xiàn)超聲造影圖像與MRI圖像融合有助于發(fā)現(xiàn)PCa病灶［42］。有學(xué)者研發(fā)出一種超聲響應(yīng)雙模態(tài)US/T1-MRI造影劑，即Fe3+MNPs，該NBs除了可以通過超聲實時探測PCa病灶，還可以在T1-MRI圖像上得到增強的腫瘤影像。此外為了選擇性地靶向于過表達PSMA的PCa 病灶，在Fe3+MNPs 上引入了一種多肽—WQPDTAHHWATL，實驗表明MB+Fe3+MNPPs在超聲與MRI中具有良好的靶向造影效果［43］。

傳統(tǒng)的根治性治療（手術(shù)或放療）對早期PCa患者可能會造成不必要的損傷。光熱轉(zhuǎn)導(dǎo)劑具有光熱效應(yīng)，可將光能轉(zhuǎn)換為熱能，注入體內(nèi)后經(jīng)過特定波長的光源照射，可提高腫瘤區(qū)域的溫度引發(fā)癌細(xì)胞的死亡，這種治療方法即光熱療法［44］。光動力療法是指將生物惰性藥物即光敏劑暴露在光照下，經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)化和化學(xué)反應(yīng)，最終生成活性氧，可破壞腫瘤細(xì)胞［45］。光熱療法與光動力療法作為一種安全有效的低風(fēng)險的焦點療法，可用于局限性PCa的治療。有學(xué)者研發(fā)出環(huán)精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽修飾的負(fù)載吲哚菁綠的微泡，可用于超聲-光聲成像和協(xié)同光熱療法治療［46］。有學(xué)者將負(fù)載吲哚菁綠的NBs 內(nèi)加入化療藥物紫杉醇，在實現(xiàn)超聲、光聲、熒光等多模態(tài)成像的同時，可在腫瘤組織處釋放藥物，增強藥物療效［47］。上述NBs雖然可以依賴高滲透長滯留效應(yīng)在腫瘤組織中聚集，但不具備主動靶向能力，可能會引起藥物利用率低等問題，遂有學(xué)者在多功能納米平臺中添加了PCa特異性靶向抗體，有研究等制備了多功能類黑色素聚多巴胺（PDA）納米載體，其表面裝飾有小分子PSMA抑制劑N-［N-［（S）-1,3-二羧基丙基］氨甲酰］-（S）-l-賴氨酸（DCL），然后將PDA-DCL與全氟戊烷（PFP）功能化，并負(fù)載光敏劑氯e6（Ce6）合成Ce6@PDA-DCL-PFP，該藥物有較強的主動靶向能力，可用于PCa的超聲引導(dǎo)光動力/光熱聯(lián)合治療［48］。

此外，有學(xué)者開發(fā)出的治療性光聲多模態(tài)MBs，將抗癌藥物DOX插入siVEGF的雙鏈復(fù)合物中，為了避免在光動力過程中導(dǎo)致小干擾RNA失活，在結(jié)構(gòu)上使DOX-siVEGF-NPs和光敏劑氯蛋白e6-MBs分離，其作為化療-光動力-基因聯(lián)合治療的新型載體具有很大的潛力，或許可以用于PCa靶向多模態(tài)成像與治療，解決光動力療法聯(lián)合治療的局限性和藥物傳遞效率低的問題，為今后的研究工作提供了思路［49］。近年來還有研究者嘗試使用新型材料制作NBs外殼，制備出金屬-有機骨架材料衍生的雙層中空二氧化錳納米顆粒，在超聲波的輻照下可以產(chǎn)生出大量活性氧，用于多模態(tài)成像引導(dǎo)聲動力治療，同時二氧化錳納米顆粒產(chǎn)生的活性氧也可以增強超聲顯影，為今后的研究指引了新方向［40］。

3 展望

靶向PCa超聲造影技術(shù)在PCa診療方面具有很大的應(yīng)用價值，其檢查方式便捷，可實時監(jiān)控病灶的增強方式，攜帶藥物或基因進行特異性治療，尤其是對于一些早期病灶的診斷和晚期的癌癥治療。超聲造影劑結(jié)構(gòu)特殊，可修飾性強，近年來研究工作者將靶向微泡造影技術(shù)與其他檢查和治療手段相結(jié)合，制備出多模態(tài)成像的造影劑，或者通過包裹一些特殊物質(zhì)實現(xiàn)聯(lián)合光熱療法和聲動力療法等，均展現(xiàn)出不俗的診療效果。目前靶向超聲造影劑的研發(fā)也具有許多局限性，首先是造影劑的粒徑，目前臨床常用的造影劑大多屬于微米級別，納米級的造影劑只在體外或動物實驗中研究；其次NBs的相變條件和溫度的調(diào)控，需要參考人體可耐受的溫度與頻率等條件來探索制備材料與方式；進行靶向診療的同時也需要兼顧減少對正常組織的損傷。由于人體與動物之間存在差異性，將需要更多的臨床實驗和安全性評價，或者更多的發(fā)掘一些新型材料的特點與優(yōu)勢，使診療一體化的納米靶向造影劑應(yīng)用于臨床。