分子影像技術(shù)用于視網(wǎng)膜疾病研究進(jìn)展

陳 媛，王 柯，楊 敏,*

(1.南京醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院核藥學(xué)系，江蘇 南京 211166；2.國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)核醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇省分子核醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇省原子醫(yī)學(xué)研究所，江蘇 無錫 214063)

視網(wǎng)膜疾病指視網(wǎng)膜在各種因素作用下發(fā)生出血、滲出、增生及水腫等，主要表現(xiàn)為視力障礙、色覺障礙及視物變形等，發(fā)病率高且難以徹底根治，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。眼部影像學(xué)檢查包括熒光素眼底血管造影、眼部超聲檢查、光學(xué)相干斷層掃描(optical coherence tomography, OCT)、CT及MRI等。傳統(tǒng)眼部成像技術(shù)可非侵入性觀察眼球結(jié)構(gòu)，或通過示蹤劑侵入而特異性檢測(cè)眼球中的分子物質(zhì)以診斷視網(wǎng)膜疾病。近年來，分子影像技術(shù)逐漸用于眼部成像，利用分子探針標(biāo)記視網(wǎng)膜疾病發(fā)病前、中、后期其細(xì)胞表面的不同分子靶標(biāo)而評(píng)估病變。本文基于視網(wǎng)膜疾病發(fā)病機(jī)制，對(duì)分子影像技術(shù)用于視網(wǎng)膜疾病的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 基于氧化應(yīng)激的分子影像技術(shù)

氧穩(wěn)態(tài)參與ATP產(chǎn)生、膜運(yùn)輸調(diào)節(jié)、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞、基因表達(dá)及凋亡啟動(dòng)，對(duì)于人體內(nèi)代謝最活躍的組織——視網(wǎng)膜至關(guān)重要。光感受器是影響視網(wǎng)膜氧穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因素，其內(nèi)段存在大量線粒體，故需要充足氧氣以滿足細(xì)胞有氧呼吸?；谘醴€(wěn)態(tài)的分子成像方法包括MRI、基于磷光的成像技術(shù)、多光譜視網(wǎng)膜成像技術(shù)及基于衰減的OCT[1]；其中，多光譜視網(wǎng)膜成像技術(shù)和OCT多用于臨床非侵入性檢測(cè)視網(wǎng)膜血氧飽和度，而其他則廣泛用于小動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究[2]。目前基于氧化應(yīng)激的分子影像技術(shù)的信號(hào)辨別能力及圖像質(zhì)量均較差，且存在產(chǎn)生氧自由基的風(fēng)險(xiǎn)，有待通過進(jìn)一步優(yōu)化成像介質(zhì)加以完善。

1.1 淬火輔助MRI(Quest MRI)技術(shù) Quest MRI技術(shù)可在不使用外源性對(duì)比劑的情況下，采用標(biāo)準(zhǔn)MRI設(shè)備，基于氧的順磁特性[3]，通過微創(chuàng)針滴入氟碳液滴并將其定位于視網(wǎng)膜表面，利用氟-19 MR光譜儀測(cè)量視網(wǎng)膜前氧分壓，并具有較高的準(zhǔn)確率和敏感度[4]，現(xiàn)已用于動(dòng)物模型和切除單個(gè)玻璃體的人眼[5]。

1.2 磷光氧化技術(shù) 基于氧氣可淬滅已激發(fā)的磷光分子特性，磷光氧化技術(shù)以具有磷光性質(zhì)分子附近的氧濃度決定衰變時(shí)間，通過淬滅效應(yīng)時(shí)間推斷血管內(nèi)氧壓力，并吸收長(zhǎng)波紫外線(ultraviolet A, UVA)和藍(lán)光核黃素作為光敏劑[6]，以定量眼球血氧濃度，可為視網(wǎng)膜修復(fù)過程中實(shí)時(shí)3D顯像提供較大幫助，對(duì)于動(dòng)物模型氧化應(yīng)激研究具有重要作用[7]。

1.3 多光譜視網(wǎng)膜成像技術(shù) 多光譜視網(wǎng)膜血氧成像技術(shù)可通過觀察氧合血紅蛋白及還原血紅蛋白在一定波長(zhǎng)下吸光度的差異而判斷視網(wǎng)膜血管的光密度，以確定其氧合狀態(tài)；現(xiàn)已用于臨床分型分析視網(wǎng)膜疾病，如定量評(píng)估鐮狀細(xì)胞病患者的視網(wǎng)膜毛細(xì)血管改變[8]。

1.4 OCT OCT可根據(jù)紅細(xì)胞散射特性及氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的折射率測(cè)量血液氧飽和度[9]。研究[10]發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)560 nm附近的可見光光譜較波長(zhǎng)800 nm附近的近紅外光譜更適用于精準(zhǔn)測(cè)量視網(wǎng)膜中的血紅蛋白的血氧飽和度，從而檢測(cè)視網(wǎng)膜中紅細(xì)胞狀態(tài)以表征視網(wǎng)膜病變。

2 基于免疫炎癥的分子影像技術(shù)

視網(wǎng)膜對(duì)結(jié)構(gòu)變化非常敏感，輕微炎癥反應(yīng)即可誘導(dǎo)其視覺扭曲而導(dǎo)致視力受損。小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞在視網(wǎng)膜免疫反應(yīng)中具有關(guān)鍵作用。分子影像技術(shù)有助于分析視網(wǎng)膜免疫細(xì)胞動(dòng)態(tài)反應(yīng)。

靶向前段的活體共聚焦掃描顯微鏡及靶向后段的視網(wǎng)膜多光譜成像已廣泛用于分析小動(dòng)物視網(wǎng)膜疾病相關(guān)免疫炎癥[11]。利用激光掃描共聚焦顯微鏡可觀察大鼠視網(wǎng)膜血管中的白細(xì)胞數(shù)目，并以此預(yù)測(cè)其細(xì)菌感染和發(fā)生炎癥[12]。此外，視網(wǎng)膜炎癥早期階段可觸發(fā)配體與P-選擇素相互作用，此為白細(xì)胞沿血管壁滾動(dòng)過程的關(guān)鍵步驟；由此可建立在白細(xì)胞中表達(dá)綠色熒光蛋白的小鼠模型[13]，并采用活體顯微鏡非侵入性觀察其熒光標(biāo)記的造血樹突狀細(xì)胞與巨噬細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)運(yùn)和相互作用，以早期監(jiān)測(cè)該小鼠視網(wǎng)膜疾病。文獻(xiàn)[14]報(bào)道，可通過重組P-選擇素糖蛋白配體-1結(jié)合的熒光微球結(jié)合劑進(jìn)行激光掃描，并采用活體顯微鏡觀察P-選擇素位置，以表征小鼠葡萄膜炎炎癥發(fā)生位置；該結(jié)合劑也可用于葡萄膜炎患者[15]，通過觀察脈絡(luò)膜毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞P-選擇素表達(dá)和內(nèi)皮損傷情況而評(píng)估病情。已有研究[16]結(jié)果顯示熒光標(biāo)記的P-選擇素具有人體耐受性，未來有望廣泛用于臨床。

PET主要示蹤劑為18F-FDG，但其攝取不具特異性，無法準(zhǔn)確評(píng)估部分生理性攝取較高臟器組織的炎癥性病變。18F-dipicolylamine(DPA)-714為靶向炎癥巨噬細(xì)胞表面蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)位體(translocator protein, TSPO)特異性示蹤劑[17]，多用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥PET顯像[18]；視網(wǎng)膜炎癥時(shí)亦可產(chǎn)生TSPO，故可利用該結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行顯像[19]。

3 基于自噬機(jī)制的分子影像技術(shù)

自噬相關(guān)蛋白均可高度表達(dá)于視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層、內(nèi)核層、外核層及視網(wǎng)膜色素上皮層，且參與視網(wǎng)膜一系列感光反應(yīng)；而自噬穩(wěn)態(tài)失調(diào)則為視網(wǎng)膜疾病的重要機(jī)制[13]。已有研究[20]表明，視網(wǎng)膜退行性病變(如糖尿病視網(wǎng)膜病變、年齡相關(guān)性黃斑變性)的各個(gè)階段均伴不同程度的細(xì)胞自噬失調(diào)。放射性核素顯像，如PET和SPECT，可利用介質(zhì)——放射性同位素探測(cè)特定自噬相關(guān)蛋白，靈敏度高、可視化效果好，已廣泛用于動(dòng)物模型研究[21]。

哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)在細(xì)胞自噬中起著關(guān)鍵作用。近期研究[22]表明，mTOR信號(hào)通路改變與人體衰老、腫瘤進(jìn)展、神經(jīng)精神異常及嚴(yán)重抑郁癥的發(fā)病均密切相關(guān)。PET可利用靶向mTOR信號(hào)通路判斷細(xì)胞自噬及周期從而評(píng)估疾病病情。18F-1-(4-(4-(8-oxa-3-azabicyclo[3.2.1]octan-3-yl)-1-(2,2,2-trifluoroethyl)-1H-pyrazolo-[3,4-d]pyrimidin-6-yl)phenyl)-3-(2-fluoroethyl)urea(ATPFU)可用于檢測(cè)靶向mTOR，但尚未廣泛用于視網(wǎng)膜疾病[23]。

4 基于凋亡機(jī)制的分子影像技術(shù)

視網(wǎng)膜疾病，如糖尿病視網(wǎng)膜病變、年齡相關(guān)性黃斑變性及缺血性視網(wǎng)膜損傷等的發(fā)生發(fā)展均與細(xì)胞凋亡、特別是含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase, Caspase)活化密切相關(guān)。Caspases是驅(qū)動(dòng)凋亡級(jí)聯(lián)的蛋白酶，而膜聯(lián)蛋白5的胞外表達(dá)與Caspases激活的細(xì)胞凋亡密切相關(guān)[24]。利用靶向細(xì)胞外表達(dá)膜聯(lián)蛋白5的分子探針可評(píng)估視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡狀態(tài)。

既往研究[25]表明，通過熒光素標(biāo)記的抗膜聯(lián)蛋白5活體成像可檢測(cè)大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡，主要利用改進(jìn)的共焦超廣角掃描激光檢眼鏡(scanning laser ophthalmoscope, SLO)觀察細(xì)胞凋亡發(fā)射的熒光光譜，亦可用于青光眼患者[26]。海德堡視網(wǎng)膜血管造影亦成功用于檢測(cè)小鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡[27]，未來有望用于臨床。

5 基于新生血管的分子影像技術(shù)

新生血管是多種視網(wǎng)膜疾病的關(guān)鍵因素[28]。臨床常規(guī)采用熒光血管造影、吲哚青綠血管造影和OCT等監(jiān)測(cè)新生血管相關(guān)視網(wǎng)膜疾病[29]。

趨化因子受體3(chemokine receptor 3, CCR3)是新生血管性黃斑變性(age-related macular degeneration, AMD)重要生物標(biāo)志物[30]，可與多種趨化因子結(jié)合。分子影像技術(shù)可檢出AMD脈絡(luò)膜新生血管內(nèi)皮細(xì)胞中特異性表達(dá)的CCR3，并作為傳統(tǒng)眼部成像技術(shù)的有效補(bǔ)充。此外，Endoglin(CD105)是視網(wǎng)膜血管疾病分子成像的重要靶點(diǎn)，在病變視網(wǎng)膜或脈絡(luò)膜內(nèi)皮細(xì)胞上高表達(dá)；據(jù)此，可利用特異性抗體進(jìn)行靶向分子成像。而血管細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1)可在炎癥或新生血管內(nèi)皮細(xì)胞局部增加表達(dá)，亦可作為相關(guān)炎癥成像靶點(diǎn)[31]。利用靶向抗體或靶向多肽結(jié)合的新型熒光量子點(diǎn)納米晶可定向檢測(cè)激光誘導(dǎo)脈絡(luò)膜新生血管小鼠VCAM-1表達(dá)[32]，故可基于特異性靶點(diǎn)，通過MRI、光學(xué)成像、PET和射線照相等技術(shù)進(jìn)行視網(wǎng)膜血管成像，進(jìn)而診斷視網(wǎng)膜疾病[33]。

6 小結(jié)及展望

分子影像技術(shù)可用于評(píng)估多種視網(wǎng)膜疾病，但目前多僅用于基礎(chǔ)研究，而臨床應(yīng)用有限，主要原因在于其分子毒性及尚無可用于人體的成熟、便攜、高分辨率的無創(chuàng)成像設(shè)備。視網(wǎng)膜形狀及位置特殊，可用于人體的視網(wǎng)膜分子影像技術(shù)對(duì)臨床診斷及治療視網(wǎng)膜疾病具有重大意義。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來非侵入性分子成像技術(shù)有望成為診斷視網(wǎng)膜疾病的重要方法。