RGD双模态探针分子影像学研究进展

唐 琪，苏丹柯，金观桥，王 铮

(1.广西医科大学附属肿瘤医院医学影像诊断中心，广西 南宁 530021；2.广西医科大学研究生学院，广西 南宁 530021)



·综述·

RGD双模态探针分子影像学研究进展

唐 琪2，苏丹柯1*，金观桥1，王 铮1

(1.广西医科大学附属肿瘤医院医学影像诊断中心，广西 南宁 530021；2.广西医科大学研究生学院，广西 南宁 530021)

整合素αvβ3在肿瘤新生血管形成中发挥十分重要的作用，利用其特异性配体RGD(Arg-Gly-Asp)动态监测整合素αvβ3的表达情况、定性评估肿瘤血管生成，对肿瘤的良恶性判定及预后评估有重要的意义。基于RGD肽的分子影像学检查方法是监测整合素αvβ3表达的无创新技术，在肿瘤的早期诊断与疗效监测、肿瘤靶向药物的研制以及其他非肿瘤疾病的治疗中有潜在的应用前景。本文对RGD双模态分子探针在临床前期应用中的研究价值进行综述。

RGD肽；整合素αvβ3；双模态；分子影像学

整合素受体家族是一组由α和β亚基通过非共价键结合而成的异质二聚体跨膜糖蛋白，在细胞表面黏附过程中起重要作用，整合素αvβ3作为整合素家族的重要成员可与细胞外基质结合，使内皮细胞黏附、迁延、增殖、分化最终形成血管[1-3]。RGD是由精氨酸、甘氨酸、天冬氨酸组成的线性三肽序列，其作为整合素αvβ3的特异性配体主要通过残基与整合素αvβ3的金属离子靶向结合，由RGD肽修饰的抗血管生成药物发挥药理作用的机制正是通过抑制αvβ3的活性间接抑制肿瘤新生血管的形成[4]。因此，通过RGD肽动态定量监测整合素αvβ3的表达情况对肿瘤的早期诊断、治疗及预后评估具有重要的意义。分子影像学是通过影像技术在活体内进行细胞和分子水平的定性及定量研究的影像学研究方法，可定量监测整合素αvβ3。目前，影像模态大致可分为两类[5]，一类是解剖层面模态(如CT、MRI及超声成像等)，另一类是功能层面模态(如PET、SPECT、荧光成像等)，双模态成像技术是将具有两种显像功能的分子示踪剂注入机体，并分别用两种影像模态进行检测，获取病变区域解剖形态和分子代谢等信息的一种分子成像技术。长期以来，学者们运用单一影像模态诊断疾病，随着人类疾病谱的变化，单一模态分子影像学的假阳性和假阴性较高，使其难以满足对疾病精准诊断的需求，因而双模态甚至多模态融合分子成像技术将会是分子影像学未来发展的新趋势[6]。双模态成像与传统的单模态分子成像相比，集合并彰显了不同模态成像的共同优势，能同时提供组织器官的解剖、代谢以及分子方面的信息。本文就RGD双模态分子成像在肿瘤及非肿瘤中的应用价值进行综述。

1 整合素αvβ3及其特异性配体RGD的生理学特性

整合素是一种异源二聚体组成的细胞黏附蛋白，其分子由α和β两个亚基通过非共价键结合而成[1,3]。研究[7]表明，整合素与多种细胞因子协同作用参与肿瘤新生血管的形成。迄今为止已发现至少25种异源二聚体整合蛋白，而整合素αvβ3即为其中之一。RGD最初是从细胞外基质中提取的，存在以下几种生理学特性：①黏附性：最初Pierschbacher等[8]在酶工程学实验中发现具有细胞黏附活性的纤维蛋白，正是通过其携带的RGD三肽序列起作用，由此RGD序列较强的黏附作用被认可。②介导作用：RGD三肽能够特异性识别细胞膜黏附受体整合素αvβ3、并与之特异性结合，介导细胞的黏附过程。研究[9]发现RGD主要通过其残基与整合素αvβ3金属离子之间的静电起作用。③饱和性：研究[10]表明，适当增加RGD的浓度可以提高RGD与整合素分子的结合能力，但由于RGD分子之间的竞争性抑制作用，浓度过高反而会抑制其与整合素的结合，研究[1]证实RGD与整合素结合的最佳浓度比为2∶1，是由于存在两个RGD分子同时结合一个整合素的情况。④稳定性：RGD序列在体外常较稳定，导入体内易被许多水解酶水解，研究[11-13]证实，若将RGD主肽链全部或部分设计成环状，将大幅提高其稳定性，此外，环状RGD与整合素结合的能力也增强，生物学性能将显著提高。笔者认为，RGD上述4种特性构成其实时动态监测整合素αvβ3的生理学基础。

2 RGD双模态分子探针的应用价值

MRI在分子影像学方面有着广泛的应用前景，其空间分辨率高，可多参数、多功能成像，但敏感度相对较低，如分化良好的病灶与正常组织信号差异不大时易造成漏诊。荧光成像敏感度高，价格低廉，但单独应用无法显示病灶的解剖结构，对病变难以精确定位，MRI与荧光成像结合可实现对病灶的可视化及量化成像[14-15]；核医学放射性核素显像是通过探测具有特定的生物学效应的示踪剂间接反应体内的生物学代谢过程。放射性核素显像示踪剂的敏感性及靶向性强,单独应用无法提供病灶的解剖定位，MRI与核医学成像的结合可同时提供解剖和分子代谢信息[16]。RGD双模态探针可与肿瘤新生血管表达的整合素αvβ3靶向结合，一方面通过解剖模态对病灶区域进行定位，另一方面，应用敏感性强的功能模态对病变的化学组成及分子代谢进行动态监测，两者有机结合可提供更丰富可靠的诊断信息。笔者认为，构建RGD双模态分子显像的意义在于运用两种不同的成像技术多角度显示病变的形态及代谢，以利于定量和定性分析。RGD与整合素αvβ3靶向性结合的机制使其在肿瘤的早期诊断与疗效监测、肿瘤靶向药物的研制以及其他非肿瘤疾病的治疗中具有潜在的应用前景[17]。

2.1 肿瘤的早期诊断与疗效监测 RGD双模态分子成像可用于肿瘤的早期诊断及疗效监测，与其特异性识别整合素αvβ3受体有关，RGD双模态分子成像技术在肿瘤早期诊断与疗效监测中的应用已成为研究热点。刘峰君等[18]将具有MR显像功能的Gd3+与RGD肽耦合制成双模态分子探针，并对胰腺癌patu8988细胞实现荧光/MRI双模态显像，提高了胰腺癌的早期检出率。梁涛等[19]应用18F-FB-RGD与18F-FDG两种示踪剂对荷Lewis肺癌C57BL/6小鼠行PET成像，结果表明18F-FB-RGD对肺癌检出的灵敏度和特异度均优于18F-FDG，也进一步证实了RGD探针有助于提高肿瘤的早期检出率。在疗效监测方面，鲍晓等[20]采用新型RGD二聚体对胶质瘤裸鼠模型进行PET/CT双模态显像，该RGD双模态探针可特异性富集于瘤灶部位，有效区分正常脑组织与病灶，且与RGD单体相比，提高了与整合素αvβ3亲和力，改善显像效果，从而可对残存瘤灶进行动态定量检测，有助于客观评价肿瘤治疗效果。

2.2 肿瘤靶向药物的研制 整合素αvβ3在肿瘤细胞表面呈高表达，而正常细胞则表达程度低甚至不表达，因此整合素αvβ3有望成为肿瘤治疗的理想靶点[7]，RGD与整合素αvβ3可靶向结合、表明RGD双模态分子探针可潜在运用于肿瘤靶向药物的研制。朱华等[21]通过建立U87肿瘤裸鼠模型，注入经放射性核素111In标记的CCPM-RGD纳米粒子后实现荧光/核医学双模态显像，表明具有肿瘤靶向特异性的RGD肽标记的纳米探针体外稳定性强，且由于其能特异性富集于肿瘤所在的部位，靶向性佳，为多模态肿瘤靶向纳米药物的研制和开发奠定了理论基础。Deng等[22]利用放射性核素125I标记环状RGD-超小超顺磁性氧化铁(cRGD-USPIO)作为分子探针实现乳腺癌的SPECT/MR双模态显像，通过普鲁士蓝染色验证125I-cRGD-USPIO特异性浓聚于癌灶部位，证实双环cRGD-USPIO可作为核医学/MR特异性乳腺癌靶向药物用于乳腺癌的治疗，通过动态测定分子探针的浓度，可计算达峰时间以及半衰期。此外，利用配体RGD携带化疗药物(如阿霉素)靶向到达肿瘤新生血管表面，可针对性抑制肿瘤的转移及恶变，同时，减弱化疗药物对机体正常组织器官的不良反应[23]。

2.3 非肿瘤疾病的治疗 RGD双模态分子成像不仅对肿瘤的诊断、治疗及预后评价深入研究到分子水平，也同时延伸到非肿瘤疾病的研究领域。Canbay等[24]阐述了肝星状细胞的活化是肝纤维化的病理生理学基础，后有学者[25-26]证实，针对肝星状细胞的靶向治疗可作为治疗肝纤维化的重要手段，活化的肝星状细胞表面表达的整合素受体水平上调，可与RGD序列肽靶向性结合，有研究[27]报道，活化的肝星状细胞是表达整合素αvβ3的主要细胞类型，且整合素αvβ3蛋白亚型的表达程度与肝纤维化的分级程度呈高度相关。笔者认为，若能将含有抑制细胞活性的药物靶向性结合到活化的肝星状细胞膜上将有望抑制肝纤维化的进一步恶化，因此双模态RGD分子探针可潜在运用于监测及延缓肝纤维化病变。此外，苏航等[28]构建99Tcm-3PEG4-RGD双模态分子探针，对大白兔实现易损斑块活体SPECT/CT双模态显像，证实含RGD的双模态分子探针可用于区分粥样斑块的严重程度，评估心肌梗死和缺血性脑卒中的发生率。目前对不同特异性RGD肽和整合素亚型生物学行为仍缺少系统性的认识，关于RGD双模态探针在非肿瘤疾病的应用仍处于研究的起始阶段，有待于进一步研究。

3 前景与展望

目前，RGD双模态分子探针的作用机制及其临床应用是医学研究的热点，但其尚未广泛运用于临床诊疗，原因可能有：①因血管生成过程是多因素、程序复杂的生理学反应过程，Friedlander等[29]通过实验发现部分由血管内皮生长因子、转化生长因子等介导的血管生成过程依赖整合素αvβ5，由于RGD肽仅特异性与整合素αvβ3结合，因此RGD肽对这部分血管生成抑制作用较弱；②分布于血管内皮的整合素αvβ3含量少，尚难以对其实现精准检测；③RGD双模态分子探针合成的技术要求高，目前暂不具备大规模多量生产的现实条件。关于RGD双模态探针的后续研究可着眼于突破上述局限性。

综上所述，RGD肽特异性结合整合素αvβ3的特性使其在多种肿瘤疾病的诊断、治疗及预后评估中具有潜在的应用前景，待临床前期研究深入到一定水平，可为肿瘤诊疗带来新的契机。

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Research progresses of RGD dual-mode probe in molecular imaging

TANGQi2，SUDanke1*，JINGuanqiao1，WANGZheng1

(1.MedicalImagingCenter,GuangxiMedicalUniversityTumorHospital,Nanning530021,China；2.GraduateSchool,GuangxiMedicalUniversity,Nanning530021,China)

Integrin αvβ3plays a crucial role in the formation of new blood vessels of tumor. Tumor angiogenesis can be qualitatively assessed by monitoring the expression of integrin αvβ3using its specific ligands RGD (Arg-Gly-Asp), which is more important in evaluating prognosis of benign and malignant tumor. Molecular imaging based on RGD peptides becomes an noninvasive and original technique that has a potential prospect of application in early diagnosis and monitoring curative effects of tumor, tumor targeting and other non-tumorous diseases. The preclinical value of RGD dual-modal molecular probes were reviewed in this article.

RGD ligands; Integrin αvβ3; Dual-mode; Molecular imaging

国家自然科学基金(81460452)。

唐琪(1992—)，女，湖北宜昌人，在读硕士。研究方向：头颈影像诊断。E-mail： 1157932721@qq.com

苏丹柯，广西医科大学附属肿瘤医院影像诊断中心，530021。E-mail： sudan33@sina.com

2016-05-22

2016-07-19

R445; R73

A

1672-8475(2016)09-0576-04

10.13929/j.1672-8475.2016.09.013