分子影像在胶质瘤中的应用

李道爽，孙夕林，申宝忠

胶质瘤是发生于神经外胚层的并且是颅内最常见的脑原发性肿瘤，其中恶性比例约占50%[1]。目前影像诊断胶质瘤最常用的方法为磁共振成像（MRI）和计算机X线断层扫描（CT）两种方法。MRI因其空间分辨率较高，可以多方位、多序列成像因而成为胶质瘤诊断的首选方法。但是MRI的信号特点不具有特异性，并且增强MRI不能准确反映胶质瘤的细胞代谢、血管生成等生物特性[2]。所以如何对胶质瘤的生物学行为进行全面准确的判断是影像学需要克服的一个难题。美国哈佛大学分子影像中心Weissleder等[3]在1999年首次提出分子影像学的概念，通过使用高特异的探针，无创地与体内细胞特定的分子靶位结合，以影像方式反映分子水平的变异信息以便在细胞和分子水平上定性和定量地研究活体的生物过程。正电子发射计算机断层显像（positron emission computed tomography，PET）集核物理、放射化学、分子生物学、医学影像学于一身，可以无创地对血流灌注、物质代谢、基因表达等进行分子水平的显像因而是肿瘤分子影像的代表[4]。此外，PET分子影像技术探测灵敏度高，在纳摩尔甚至皮摩尔水平的探针浓度下就能获得理想的图像质量，而MRI由于探测灵敏度有限，即使在分子探针浓度较高的情况下获得的信号也非常小。分子影像技术中高灵敏和高特异性的分子探针的制备和应用是最为关键的技术。只有研制对肿瘤有高灵敏和高特异性的分子探针再通过先进的分子影像技术（例如PET）对获得的生物信号进行放大，才能推动胶质瘤乃至其它肿瘤的分子影像的发展。

葡萄糖代谢显像

恶性肿瘤由于代谢旺盛会导致葡萄糖的消耗增加。因此将正电子核素18F标记在葡萄糖上即18F-氟脱氧葡萄糖（18FFDG）可准确反映体内器官／组织的葡萄糖代谢水平，因此18FFDG被誉为“世纪分子”，是目前PET显像最广泛应用的示踪剂[5]。由于肿瘤的增殖活性和肿瘤对氟脱氧葡萄糖的摄取关系密切，18F-FDG PET对肿瘤的分型，分级以及对肿瘤的增殖活性的评估有重要作用[6]。然而18F-FDG PET显像也有一些不足之处，例如18F-FDG是一种非特异性示踪剂，18F-FDG PET显像提供的有关病灶信息较少，只能反应病灶代谢的高低情况，因此对均表现为高代谢的恶性肿瘤或均表现为低代谢的良性肿瘤的具体类型不能进一步区分；其次，虽然大多数脑胶质瘤呈现不同程度的高18F-FDG摄取灶，但一些影响18F-FDG摄取的因素如肿瘤的大小、组织学类型及不同级别肿瘤所占比例等会导致假阴性的结果的产生；而且一些非肿瘤性疾病，如炎症、癫痫发作期等则会造成18F-FDG摄取较高，导致假阳性结果的产生。除此之外，FDG在大脑皮层和灰质的高浓聚也会对位于此处的胶质瘤的诊断造成困难。

氨基酸代谢显像

在胶质瘤分子影像研究中，氨基酸示踪剂11C-蛋氨酸（11CMET）最为常用。由于正常脑组织不以氨基酸为能量来源，使得11C-MET在正常脑组织中摄取较低，而肿瘤细胞可以过度利用氨基酸，因此11C-MET在肿瘤的检测和勾画方面具有较高的特异 性[7]。Yamamoto等[8]对5例低级别胶质瘤（WHOⅡ级），3例间变型星形细胞瘤（WHOⅢ级），7例恶性胶质瘤（WHOⅣ级）共15例患者分别行18F-FDG及11C-MET PET显像，结果显示11C-MET在15例患者中的摄取程度均明显增高，其诊断敏感度为100%，而18F-FDG的诊断敏感度仅为40%。但是11C-MET作为胶质瘤分子影像的探针也存在一些弊端，例如某些良性病灶造成的局部血流增加、炎细胞浸润等也可以出现11C-MET摄取进而造成假阳性结果。Zhao等[9]在鼠的左右腓肠肌上分别接种桔橙红球菌和异源鼠C6胶质瘤细胞，建立携带肉芽肿和肿瘤的鼠模型。在接种10d后注射11C-MET，并用小动物PET进行动态11C-MET PET成像，在禁食过夜后的第二天又对模型注射18F-FDG，同时行动态18F-FDG PET成像。计算时间-活性曲线，静态显像和病变的平均标准摄取值。结果显示肉芽组织和肿瘤组织对11C-MET摄取的动态分布有显著差异而在11C-MET的静态分析中两者无明显差别。而肿瘤和肉芽组织中的18F-FDG的动态分布和静态分析都无差异。此结果表明动态11C-MET PET成像对区分肉芽肿病变中的恶性肿瘤有一定的价值。

在肿瘤勾画方面，许多研究表明[10]分子成像对原发肿瘤边界的划定往往大于解剖成像（如MRI）的结果，这可能与血脑屏障完整的瘤区MRI成像缺乏对比增强有关。与FDG PET相比MET PET能更好的显示肿瘤边界，而且有助于研究肿瘤浸润与功能性脑区的联系，从而为临床实施范围更准确的脑肿瘤外科切除提供有力帮助。

核苷酸代谢显像

18F-氟胸腺嘧啶（18F-FLT）是胸腺嘧啶类似物，在细胞质中与DNA合成期表达有关的胸苷激酶-1（TK-1）作用于18F-FLT生 成18F-FLT-磷酸盐，18F-FLT-磷酸盐滞留在细胞内不参与DNA的进一步合成[11]。肿瘤组织DNA合成剧增，而炎症细胞和其他良性病变多为成熟细胞，DNA合成活性很低，所以可以通过18F-FLT显示TK-1的活性这一特点对肿瘤细胞分裂增殖情况进行显像。van Waarde等[12]对神经胶质瘤合并无菌性炎症的裸鼠模型中发现在胶质瘤和炎症病灶中都有18F-FDG的摄取，而18F-FLT仅在肿瘤病灶中有摄取。18F-FLT还对胶质瘤的级别和增殖能力的评估有一定价值，Yamamoto等[13]对56例接受18F-FLT PET检查的胶质瘤患者（新发患者36例，复发患者20例）进行回顾性研究，测量肿瘤和正常对侧大脑半球的标准摄取值，计算靶组织和非靶组织比值（T／N比值）。结果显示不同级别的新发胶质瘤的T／N比值有明显差异，并且高级别和低级别的新发胶质瘤的T／N比值都和复发胶质瘤的T／N比值也都有差别。表明18F-FLT PET可用于胶质瘤，尤其是新发胶质瘤的分级的评估。然而18F-FLT和18F-FDG一样均为非特异性显像剂，所以肿瘤细胞增殖的数量、病灶的大小和18F-FLT与TK-1的亲和力低于正常胸腺嘧啶等因素都会对18F-FLT PET的诊断结果造成影响。

RGD肽PET显像

RGD肽是含有精氨酸-甘氨酸-门冬氨酸（Arg-Gly-Asp）序列的一类短肽，具有能够特异结合细胞表面的整合素的特点。研究表明对肿瘤的发生发展以及血管生成起重要作用的整合素αvβ3在骨肉瘤、肺癌、乳腺癌和胶质瘤等多种肿瘤细胞表面和新生血管内皮细胞中高表达，而在正常细胞和血管中呈低水平表达[14]。用正电子放射性核素18氟（18F）标记含RGD基序的多肽，然后用正电子放射性型计算机断层扫描仪（PET／CT）进行显像可无创性地在活体上显示肿瘤生长过程中ανβ3受体的表达量变化，可间接反映新生血管生成及肿瘤的增长情况，在肿瘤的诊断及临床治疗的疗效评价方面具有重要价值。所以，外源性RGD肽竞争性结合肿瘤细胞表面的整合素受体αvβ3得到了广泛研究。Chen等[15]报道将18F标记的环状RGD肽c（RGDyK）（[18F]FB-RGD）并在皮下和原位脑胶质瘤模型中对整合素的表达进行显像，具有较好的肿瘤／背景比率，但肝胆管排泄和肿瘤清楚率较快对其临床应用造成了限制。吴等[16]采 用 一 种 新 型PET受 体 靶 向 显 像 剂18F-AlF-NOTAPRGD2，将其经尾静脉注入荷有U87MG胶质瘤的裸鼠体内后行体内放射性生物学分布和PET／CT显像研究。结果显示18FAlF-NOTA-PRGD2能靶向肿瘤病灶，静脉注射后1h和2h肿瘤摄取量分别达4.14±1.44、2.80±1.18%ID／g（t＝1.910，P＝0.070），肿瘤／脑比值分别达2.95±0.61、5.21±2.62（t＝-1.686，P＝0.167）。虽然存在肝胆排泄，但是在注射显像剂1h后肝脏的放射性分布已降到比较低的水平（肿瘤／肝＝2.02±0.50）。另外值得重视的是骨骼的放射性分布也一直很低，提示18F-AlF-NOTA-PRGD2的体内稳定性很好，无脱氟现象。

PD153035PET显像

近年来表皮生长因子受体（EGFR）的过表达和其下游信号转导通路例如RAS-RAF-MAPK的活化，已经被认为在恶性胶质瘤的发生、发展中起着重要的作用[17，18]。Verhaak等[19]报道称在恶性程度最高的胶质母细胞瘤中有97%出现EGFR扩增，而在其他亚型和低级别的胶质瘤中EGFR则很少表达。此外，胶质母细胞瘤中EGFR信号升高也已被证实与复发间隔变短和生存率下降有关联[20]。因此，应用抗体或酪氨酸激酶抑制剂（TKI）对EGFR进行靶向抑制是一种非常有效的胶质瘤治疗方法。已有研究表明EGFR扩增或过表达的胶质瘤患者较EGFR低表达或不表达的患者对表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂（EGFR-TKI）具有更好的反应。因此在适合靶向药物治疗的患者筛选中，如何对肿瘤组织EGFR水平的评估是需要首先解决的问题。而现有的生物学标志物的检测方法，如免疫组织化学法（IHC）剂酶联免疫吸附实验（ELISA）等，多为有创性检查，且不能全面评价肿瘤组织内EGFR的水平及活性状态。

喹唑啉衍生物之一PD153035已被证明是一种特异性较高的EGFR胞内区ATP竞争性酪氨酸激酶抑制剂。而且，11C标记的PD153035不仅有较高的比放射性和放射化学纯度，而且具有更高的生物稳定性和更低的基础代谢率。目前11CPD153035已经作为PET示踪剂来测量体内肿瘤中EGFR的表达情况[21]。Sun等[22]对11名经病理证实的胶质瘤患者在手术 前 行11C-PD153035PET／CT检 查。将MRI图 像 与11CPD153035PET／CT图像进行结合，在每个肿瘤脑组织中不同的11C-PD153035摄取区选取2个样本并且在正常脑组织中选取1个样本，通过立体定位技术将选取的样本作为活检靶区。以感兴趣区中最大标准摄取值（SUVmax）对放射活性浓度进行分析。活检组织中EGFR的表达情况用免疫组化染色和免疫蛋白印迹法分析。用感兴趣区中最大标准摄取值与对侧正常大脑半球白质中的摄取值之比（SUVmax／WM）反映感兴趣区中EGFR的表达水平，并与免疫组化染色和免疫蛋白印迹法分析所得的EGFR表达情况进行关联。结果显示8名胶质母细胞瘤患者中有6名患者肿瘤显像清晰，而另外5名EGFR不表达或低表达（2例胶质母细胞瘤，1例间变性星形细胞瘤，2例少突神经胶质瘤）患者没有明显的11C-PD153035摄取。SUVmax／WM比值与免疫组化染色和免疫蛋白印迹法分析所得结果有正向关性。此结果表明11C-PD153035PET／CT检查是人胶质母细胞瘤有效的EGFR靶向分子成像方法，并且在适合EGFR靶向治疗的患者的筛选中以及在恶性胶质瘤早期靶向治疗反应的评估中将发挥重要作用。

随着分子生物学、蛋白质组学、基因组学以及材料化学的不断进步。这些学科与影像学交叉的机会越来越多，使分子影像学正在从抽象的概念向实践中转换，成为基础医学成果向临床应用过渡的桥梁。如今，对胶质瘤的分子生物学及基因组学的认识越来越清晰，借助分子影像学对胶质瘤进行分子水平检测的重要性已被广泛认同。虽然大多数的分子影像研究还处于实验阶段，但随着分子探针的不断改进和成像技术的日益完善，相信在不久的将来分子影像学在临床应用中会彰显其巨大的魅力。

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