內(nèi)鏡分子影像學(xué)技術(shù)在炎癥性腸病病情評估及治療中的應(yīng)用進(jìn)展

萬俊辰，張妙心，楊青林，周琦

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院消化內(nèi)科，武漢 430030

炎癥性腸?。↖BD）是一種病因不明的慢性非特異性腸道炎癥性疾?。?］，包括潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病。消化內(nèi)鏡是IBD 診斷、治療和療效評估的主要手段。內(nèi)鏡分子影像學(xué)或內(nèi)鏡分子成像是將內(nèi)鏡成像技術(shù)與細(xì)胞分子生物學(xué)相結(jié)合，通過特異性熒光探針對靶分子進(jìn)行標(biāo)記，在分子水平上實(shí)時(shí)成像。目前該技術(shù)已應(yīng)用于多種疾病的診斷、治療和監(jiān)測，如Barrett 食管、胃腸道化生、扁平和凹陷性散發(fā)性結(jié)腸腺瘤、不明原因的膽管狹窄等［2］。內(nèi)鏡分子影像學(xué)還可用于評估腸道炎癥、監(jiān)測結(jié)腸炎相關(guān)癌（CAC）、預(yù)測治療反應(yīng)及優(yōu)化治療藥物劑量等。內(nèi)鏡下分子成像系統(tǒng)主要包括熒光標(biāo)記的靶向分子探針和體外探針成像裝置。常用的分子探針包括多肽、抗體、可激活探針和納米顆粒［2］。常用的標(biāo)記染料為高親和熒光素，如近紅外熒光染料Cyanine 5.5、異硫氰酸熒光素（FITC）和Alexa Fluor 488［3］。最新的內(nèi)鏡技術(shù)如共聚焦激光顯微內(nèi)鏡（CLE）、自體熒光成像、熒光顯微內(nèi)鏡、光學(xué)相干斷層成像、近紅外光成像（NIR）等已被用于內(nèi)鏡下分子成像。CLE 可在內(nèi)鏡下實(shí)現(xiàn)“光學(xué)病理活檢”，在IBD 活動(dòng)性、炎癥復(fù)發(fā)、黏膜愈合、治療反應(yīng)的評估和CAC 的檢測方面具有重要應(yīng)用價(jià)值［4］。自體熒光成像可根據(jù)不同類型組織（包括腫瘤組織）在短波長光源激發(fā)后的熒光發(fā)射差異來顯示病變，無需熒光探針，可提高診斷胃腸道異型增生和早期腫瘤的靈敏度［5］。與可見光相比，NIR 減少了組織的光吸收和散射，組織穿透性更強(qiáng)，已被用于Barrett食管、結(jié)腸腺瘤等的檢測［6］?，F(xiàn)就內(nèi)鏡分子影像學(xué)技術(shù)在IBD 病情評估及治療中的應(yīng)用相關(guān)研究作一綜述。

1 內(nèi)鏡分子影像學(xué)技術(shù)在IBD病情評估中的應(yīng)用

1.1 IBD 的炎癥評估 內(nèi)鏡檢查是評估IBD 活動(dòng)性的“金標(biāo)準(zhǔn)”，黏膜愈合已逐漸成為IBD 治療管理的新目標(biāo)［7］。研究者利用組織蛋白酶或基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）激活的NIR 探針，在右旋糖酐硫酸鈉誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎模型中進(jìn)行腸道成像，結(jié)果顯示，熒光信號與炎癥細(xì)胞浸潤增加、上皮萎縮有關(guān)，且量化的NIR 信號與結(jié)腸炎組織學(xué)評分顯著相關(guān)［8-9］。中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶（NE）通過E-鈣黏蛋白破壞腸上皮屏障，促進(jìn)中性粒細(xì)胞胞外陷阱形成，維持并加重炎癥損傷［10］。有研究者利用NE-可激活探針檢測小鼠結(jié)腸炎模型中NE 活性，發(fā)現(xiàn)后者與結(jié)腸炎癥、疾病嚴(yán)重程度呈正相關(guān)［11］。靶向葉酸受體的近紅外染料（OTL0038）可在炎癥部位的活化巨噬細(xì)胞中蓄積。研究者發(fā)現(xiàn)結(jié)腸炎小鼠在抗炎治療結(jié)束后，結(jié)腸中OTL0038 的攝入量低于對照組，并與疾病嚴(yán)重程度呈正相關(guān)［12］。多光子顯微內(nèi)鏡利用組織中細(xì)胞產(chǎn)生的自體熒光和膠原組織產(chǎn)生的二次諧波，可在細(xì)胞和亞細(xì)胞水平實(shí)時(shí)快速成像，無需熒光標(biāo)記探針［13］。有學(xué)者在急性腸道炎癥小鼠模型中，運(yùn)用該技術(shù)對結(jié)腸黏膜進(jìn)行重復(fù)成像，可顯示腸道炎癥變化過程［14］。也有研究利用基于自身組織、無需探針的熒光壽命成像檢測結(jié)腸輕度炎癥，發(fā)現(xiàn)該成像技術(shù)可用于監(jiān)測炎癥的發(fā)展和變化［15］。上述技術(shù)與內(nèi)鏡結(jié)合后不僅有助于IBD 的早期診斷，也可評估和量化腸道炎癥。

1.2 監(jiān)測CAC IBD 患者發(fā)生CAC 的風(fēng)險(xiǎn)隨著疾病持續(xù)時(shí)間、嚴(yán)重程度和病變范圍的增加而增加，所有發(fā)病8 ～ 10年的IBD 患者均應(yīng)完善結(jié)腸鏡CAC 篩查［1］。由于IBD 相關(guān)腫瘤常為扁平或凹陷性病變而容易漏診，并迅速發(fā)展為晚期腫瘤，因此建議對整個(gè)結(jié)腸進(jìn)行非靶向活檢，若發(fā)現(xiàn)黏膜可疑異型增生或與周圍黏膜顯著不同，應(yīng)行靶向活檢。染色內(nèi)鏡被認(rèn)為是靶向活檢的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法［1］，然而其靈敏度受腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)變化的限制，如果變化微小則容易漏檢，而分子成像有望彌補(bǔ)這一缺陷。

組織蛋白酶參與腫瘤微環(huán)境中的蛋白水解過程，在腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞中表達(dá)豐富，而在正?；蜓装Y黏膜的免疫細(xì)胞中表達(dá)較少［16］。GOUNARIS等［17］報(bào)道，結(jié)腸炎小鼠注射組織蛋白酶水解底物探針后，NIR 可檢測腸黏膜組織蛋白酶活性。與輕度結(jié)腸炎組織切片相比，異型增生和CAC 組織蛋白酶活性分別升高5 倍和8 倍，在平均熒光強(qiáng)度的截?cái)嘀禐? 000 時(shí)，檢測異型增生的靈敏度和特異度分別為100%和83%，能準(zhǔn)確區(qū)分異型增生組織和良性炎癥性病變。其他相關(guān)研究也成功利用組織蛋白酶激活探針在IBD 小鼠模型和人類組織中識(shí)別異型增生和CAC［18-20］。

γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶是谷胱甘肽代謝的細(xì)胞表面酶，在人結(jié)腸癌細(xì)胞中高度表達(dá)。酶促快速激活探針（γ-谷氨酰羥甲基羅丹明綠，gGlu-HMRG）被γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶特異性切割后可發(fā)出熒光。研究者在結(jié)腸炎小鼠模型中局部噴灑gGlu-HMRG，5 min 即可檢測到異型增生或＜1 mm 的癌灶，且熒光持續(xù)至少30 min，腫瘤和炎癥背景之間有高信號對比［21］。

已知結(jié)直腸腫瘤組織中MMP-2、MMP-9 表達(dá)明顯升高。SCHWEGMANN 等［22］利用MMP 可激活探針進(jìn)行內(nèi)鏡熒光成像，可檢出結(jié)腸炎小鼠的結(jié)直腸腺瘤。YOON 等［23］還發(fā)現(xiàn)，MMP 可激活探針的NIR信號強(qiáng)度與腫瘤的發(fā)展階段密切相關(guān)，并可以鑒別炎癥和腫瘤。

DE PALMA 等［24］利用噬菌體展示技術(shù)篩選出一種與結(jié)腸異型增生具有較高親和力的七肽，用熒光素標(biāo)記后行CLE 成像，可鑒別炎性息肉與潰瘍性結(jié)腸炎相關(guān)異型增生。這些研究表明，內(nèi)鏡下分子成像可在IBD 炎癥背景下特異性識(shí)別異型增生和CAC，并可在形態(tài)學(xué)改變之前更早地檢出，在IBD 長期隨訪監(jiān)測中具有良好潛力。

2 內(nèi)鏡分子影像學(xué)技術(shù)在IBD治療中的應(yīng)用

2.1 預(yù)測治療反應(yīng) 隨著各種生物制劑的問世，IBD 患者的治療逐漸向個(gè)性化治療發(fā)展，根據(jù)個(gè)體特征差異化用藥可提高治療應(yīng)答率，減少藥物不良反應(yīng)。早期預(yù)測治療方案的臨床反應(yīng)具有重要意義［25］。腫瘤壞死因子α（TNF-α）抑制劑是IBD 治療中使用最為廣泛的生物制劑，但目前臨床尚無可應(yīng)用于預(yù)測抗TNF-α 治療反應(yīng)的生物標(biāo)志物。TNF-α抑制劑治療IBD 的主要機(jī)制是與腸黏膜中表達(dá)膜結(jié)合型TNF（mTNF-α）的免疫細(xì)胞結(jié)合，誘導(dǎo)T 細(xì)胞凋亡［26］，而IBD 患者失應(yīng)答的重要原因是mTNF-α 陽性細(xì)胞的缺失［27］。有學(xué)者將99mTc-annexin V 作為凋亡信號的分子探針，分別于英夫利昔單抗治療前和治療24 h 后使用單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（SPECT）對14 例活動(dòng)期克羅恩病患者腸道細(xì)胞凋亡情況進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，發(fā)現(xiàn)對治療有反應(yīng)的患者結(jié)腸細(xì)胞對99mTc-annexin V 攝取平均增加98.7%，而無反應(yīng)患者僅增加15.2%（P=0.03）［28］。這表明英夫利昔單抗的作用機(jī)制與誘導(dǎo)黏膜免疫細(xì)胞凋亡有關(guān)，且99mTc-annexin V 結(jié)合SPECT 可預(yù)測其臨床反應(yīng)。但由于輻射量較大，SPECT 不適用于IBD 患者的隨訪監(jiān)測。

ATREYA 等［29］借助噴射導(dǎo)管將熒光標(biāo)記的抗TNF 抗體局部應(yīng)用于25 例克羅恩病患者的病變黏膜，隨后通過CLE 觀察腸道m(xù)TNF-α 陽性細(xì)胞數(shù)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與mTNF-α 陽性細(xì)胞數(shù)量較少的患者相比，數(shù)量較多的患者在阿達(dá)木單抗治療12周后短期緩解率更高（分別為15%、92%）；以mTNF-α 陽性細(xì)胞數(shù)量≥20 作為截?cái)嘀?，預(yù)測治療反應(yīng)的靈敏度為84.6%，特異度為91.7%；而且，在腸道中有大量mTNF-α陽性細(xì)胞的患者中，臨床反應(yīng)性持續(xù)了1年，并與隨訪內(nèi)鏡檢查觀察到的黏膜愈合有關(guān)。隨著研究的進(jìn)展，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)了更多與抗TNF 抗體失應(yīng)答有關(guān)的機(jī)制，如腸道巨噬細(xì)胞產(chǎn)生過量IL-23、腸黏膜抑瘤素M 水平升高及IL-7 受體表達(dá)增加等，未來研發(fā)這些分子的靶向探針也有助于預(yù)測治療反應(yīng)［30］。

有研究者以FITC-維得利珠（VDZ）作為分子探針，對5 例抗TNF 治療無效的克羅恩病患者行CLE檢查，觀察其靶分子α4β7 整合素在腸黏膜中的表達(dá)，結(jié)果顯示，經(jīng)VDZ 治療后有持續(xù)臨床和內(nèi)鏡下緩解的2 例克羅恩病患者中，α4β7 整合素表達(dá)陽性，而3 例無反應(yīng)者未觀察到α4β7 整合素表達(dá)［31］。一項(xiàng)前瞻性研究納入29 例IBD 患者（潰瘍性結(jié)腸炎14 例、克羅恩病15 例），在治療前、抗TNF 治療12 周和VDZ治療14～16周后行探針共聚焦激光內(nèi)鏡檢查和組織學(xué)評分以評估治療反應(yīng)，取活檢標(biāo)本行FITC標(biāo)記的英夫利昔單抗和維得利珠單抗染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)離體腸黏膜與單抗的結(jié)合程度越高，則藥物治療反應(yīng)性更強(qiáng)，可預(yù)測潰瘍性結(jié)腸炎對維多利珠的應(yīng)答（受試者工作特征曲線下面積為0.83、準(zhǔn)確率77%、陽性預(yù)測值89%、陰性預(yù)測值50%），并且在治療應(yīng)答的潰瘍性結(jié)腸炎患者中熒光強(qiáng)度降低14%，而克羅恩病患者沒有顯著變化，提示生物制劑靶點(diǎn)的分子標(biāo)記可成功預(yù)測潰瘍性結(jié)腸炎的治療應(yīng)答［32］。

近期，有研究者利用TNF-α靶向微泡（MBTNF-α）腸內(nèi)超聲分子成像系統(tǒng)，對IBD 患者離體腸黏膜直接噴灑MBTNF-α，使靶向造影劑與mTNF-α 直接快速結(jié)合，再通過腔內(nèi)超聲評估炎癥反應(yīng)程度和定量檢測mTNF-α 表達(dá)［33］。未來利用超聲內(nèi)鏡結(jié)合MBTNF-α技術(shù)，可在動(dòng)物或人體內(nèi)進(jìn)一步研究，這將是預(yù)測TNF-α抑制劑反應(yīng)的另一種前景策略。上述研究均表明，對IBD 治療靶點(diǎn)的分子成像可預(yù)測生物制劑的療效，有望為個(gè)體化治療開辟新的途徑。

2.2 優(yōu)化治療藥物劑量 研究表明，生物制劑的黏膜濃度而非血清濃度是影響IBD 治療反應(yīng)的關(guān)鍵因素［34-35］，而其局部濃度尚不可直接測量。多直徑單纖維反射光譜（MDSFR）和單纖維熒光光譜（SFF）可校正組織吸收和散射等特性，準(zhǔn)確量化黏膜熒光信號［36］。在接受新輔助放化療的局部晚期直腸癌患者中，熒光分子探針能夠測量組織中的局部藥物濃度，且后者與熒光信號的振幅存在相關(guān)性［37］。未來可借助MDSFR 在IBD 內(nèi)鏡隨訪中評估藥物反應(yīng)，以確定最佳藥物劑量。

綜上所述，內(nèi)鏡分子影像學(xué)技術(shù)將消化內(nèi)鏡與分子影像學(xué)結(jié)合，可從分子水平上診治IBD。當(dāng)使用具有特定光譜的不同熒光染料偶聯(lián)多種抗體后，可通過內(nèi)鏡多光譜成像系統(tǒng)同時(shí)顯像，在治療開始前預(yù)測患者治療反應(yīng)，個(gè)體化選擇單克隆抗體，并通過MDSFR/SFF光譜測量各種單抗的濃度，根據(jù)單抗的黏膜濃度和腸道炎癥評估治療反應(yīng)，進(jìn)一步優(yōu)化劑量。此外，隨訪過程中可在IBD炎癥黏膜中準(zhǔn)確區(qū)分異型增生或CAC。新的生物制劑靶向分子探針仍在研制中［38］，未來尚需進(jìn)一步開展更大規(guī)模的、針對新靶點(diǎn)制劑（如IL-12/23 抗體）的內(nèi)鏡分子成像試驗(yàn)，探針應(yīng)用前尚需解決人體安全性問題及成像程序、圖像處理、熒光信號定量的標(biāo)準(zhǔn)化問題。人工智能輔助結(jié)腸鏡檢查能提高息肉及腺瘤檢出率，并可對IBD患者的黏膜炎癥及復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級［39-41］。將人工智能與內(nèi)鏡下分子成像技術(shù)相結(jié)合有望規(guī)范操作流程，減少人為因素造成的漏檢與誤診。