MR纳米分子影像探针靶向示踪口腔鳞状细胞癌研究进展

林李芃，王 永*，谭 新，袁峥鼎，陈 卓，滕 荣，闫翔宇，费 杰，徐 凯,3

(1.徐州医科大学医学影像学院，2.口腔医学院，江苏 徐州 221004；3.徐州医科大学 附属医院医学影像科，江苏 徐州 221004)

口腔癌约占所有癌症的3%～4%，口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinoma， OSCC)为其中最常见的类型，在口腔癌中约占90%[1]。OSCC易发生区域淋巴结转移，预后较差，控制肿瘤转移对临床治疗及预后均具有重要意义。既往有关OSCC细胞在体内迁移能力的实验大多为对口腔颌面部组织的病理切片分析[2]，需要在细胞移植后的一定时间内处死实验动物，无法动态观察同一动物体内OSCC细胞的迁移情况。近年来，代谢同位素示踪、量子点荧光示踪、多路复用生物标志物检测、分子影像示踪等非侵入性体内示踪技术不断发展，分子影像示踪相对更有助于明确目标肿瘤的转移路径和部位，并在此基础上同时显示原发病灶和转移病灶之间的空间位置关系，为临床切除OSCC病灶及颈部淋巴结清扫提供参考，也可为术后随访提供依据[3]。本文主要对MR纳米分子探针靶向示踪OSCC的研究进展进行综述。

1 MR技术示踪癌细胞

MR通过有磁距的原子核在磁场作用下产生能级间跃迁进行断层成像，目前作为高空间分辨率的非侵袭性生物目标层析成像技术，在生物、医学等领域得到迅速发展和广泛应用，已成为肿瘤早期筛查及肿瘤植入模型示踪研究的主要手段之一[4-5]。MR平扫对肿瘤的敏感度有限，应用MR对比剂可通过影响水质子弛豫率来改善这一缺陷，利用自身磁学性质改变靶组织内水分子的弛豫时间来增强对比效果，从而增强病变组织与正常组织的影像灰度比[6]。目前临床常用的MR对比剂一般分为阳性对比剂和阴性对比剂两大类。阳性对比剂以金属离子为代表，能显著缩短T1并使MR信号增强。目前最常见的阳性对比剂为钆(Ⅲ)螯合物；在顺磁性金属中，钆离子顺磁性最强，同时具有相对较长的电子自旋弛豫时间[7]。阴性对比剂以超顺磁性氧化铁(superparamagnetic iron oxide， SPIO)为代表，其主要成分Fe3O4，能显著缩短T2，使成像信号变暗[8]。

2 MR分子影像手段在OSCC中的应用

临床诊断OSCC时，除常规病史采集和病理诊断外，影像学检查也起到重要作用，尤其在颈部淋巴结转移判定及OSCC术前分期等方面，MR技术有助于评估手术的可操作性及原发性肿瘤预后等。有研究[9]报道，MR分子影像学检查具有极佳的软组织对比度，用于口腔成像有助于准确区分肿瘤和邻近正常组织，从而更好地显示肿瘤实际大小及其对邻近结构的侵犯等情况。Goel等[10]研究表明，细胞转移与口腔损伤密切相关，在一定时间间隔内多次进行MR检查，可清晰观察到肿瘤转移的路径、部位并预估转移速度，从而为颈部淋巴结清扫术提供依据。Wendi等[11]采用全身DWI观察OSCC患者淋巴结转移情况，发现MR诊断与同期患者病变处淋巴结病理检查结果相符。与淋巴结病理切片、内镜分光比色技术等其他分期诊断方法相比，MR对OSCC的前瞻性评估更加及时、有效。Frood等[12]针对MR技术应用于OSCC，提出“辐射组学”概念，将可见的分子影像图像转化为非可见的成像数据，分析产生不同的统计测试或模型；对提取的数据进行过滤后，基于直方图分析，继而产生一系列的一阶参数，如熵、偏斜度和平均值等。通过DWI可直接观察活体口腔组织内水分子弥散运动状态，进而检测出与其状态改变相关的病理学变化，可在一定程度上提高MR诊断肿瘤的效率。

3 OSCC细胞中高表达蛋白与MR靶向示踪

可与肿瘤细胞特异性结合、并能在其中高表达的蛋白是MR对比剂与靶点结合牢固，从而使示踪成像清晰的重要一环。蛋白精氨酸甲基化转移酶5抗体(protein arginine methylation transferase anti-5，PRMT5)、Wnt5a、热休克蛋白90(heat shock protein 90， HSP90)等标志物蛋白均可在OSCC细胞内特异性高表达，从而用于MR分子影像靶向示踪。PRMT5在OSCC早期肿瘤发生至不断进展过程中、尤其是在间质入侵的侵袭模式中发挥重要作用[13]。Wnt5a是一种分泌信号蛋白，可通过激活非经典Wnt信号通路，促进OSCC细胞的迁移和侵袭，其表达随发育不良程度加剧而增高，是OSCC的重要生物学标志物。在诸多特异性高表达蛋白中，热休克蛋白(heat shock protein, HSP)的靶向性尤为明显，并主要在细胞分化及基因转录等方面发挥作用，又称为“伴侣蛋白”。HSP分型众多，HSP90与肿瘤发生、转移及预后密切相关。Tsutsumi等[14-15]研究表明，HSP90可较松弛地结合于某些细胞的细胞膜，从而靶向示踪肿瘤。HSP90阳性表达率在正常口腔黏膜细胞中为34.61%，而在OSCC细胞中高达77.08%。此外，HSP90的表达还随OSCC分化程度降低而增高[16]。

4 MR纳米探针在靶向示踪OSCC细胞中的应用

随着近年来纳米技术的发展，新型分子影像靶向对比剂的研发与应用已达到纳米分子探针水平。基于纳米颗粒的MR技术设计简单而功能化，已得到越来越多的应用。利用纳米粒子在近红外波长下产生的局部表面等离子体共振，可获得更高图像对比度和分辨率的MR图像，从而在口腔恶性肿瘤发展的不同阶段更好地监测病情[17]。

4.1 T1对比剂纳米探针的应用 对背景信号强度较高的病灶采用T1对比剂进行成像，在空间分辨率方面更具优势[18]。Gd2O3纳米颗粒作为MR阳性对比剂结合应用于多种分子影像学检查，可使对比剂的T1松弛性更为突显，同时表现出更好的生物相容性，用于在体及体外成像时具有高弛豫率、高稳定性、高特异性及低毒性等优势[19]。Cui等[20]对前列腺癌患者静脉注射Gd2O3系对比剂后获得T1WI，发现Gd2O3纳米颗粒积聚于癌组织中，表现出良好的靶向能力，且在病灶不同部位有选择性地积聚。Wen等[21]以五代乙二胺为模板，采用钆螯合物、聚乙二醇、单甲醚合成金纳米颗粒，用于小鼠主要器官在体成像，并通过CT/MR双模态成像示踪小鼠口腔、心脏、肝脏等处的种植肿瘤。笔者据此推测，金纳米颗粒用于OSCC体外靶向示踪研究具有可行性。

由于具有出色的磁性性质，超顺磁性氧化锰纳米颗粒可作为靶向对比剂，且与其光敏剂荧光靶配体原卟啉Ⅸ结合后，不仅可用于肿瘤检测，对包括肿瘤在内的高增殖组织具有较强的诊断能力，还可用于光动力疗法[22]。此外，由于结合了生物相容性光敏剂的优点，将其用以靶向示踪OSCC时，较之单纯超顺磁性氧化锰纳米颗粒成像更为清晰，对比增强效果更优。

4.2 T2对比剂纳米探针的应用 SPIO纳米颗粒是较为常用的MR对比剂。Cooper等[23]利用超小型超顺磁性氧化铁(ultrasmall superparamagnetic iron oxide， USPIO)对头颈部肿瘤进行MR分析，发现肿瘤基质中USPIO积累的数量会影响MR信号强度，且对转移后的肿瘤细胞信号增强效果较好[24]。USPIO有较长的等离子体半衰期，且包含极其微小的粒子，可穿过毛细血管壁，分布于包括淋巴结和骨髓在内的组织中，从而为OSCC的MR预后分期提供有价值的信息，用于区分复发性OSCC和放化疗引起的间质炎症[25]。

5 小结与展望

目前MR技术已经成为肿瘤早期筛查及实验研究动物模型植入肿瘤示踪的利器，以氧化钆纳米对比剂为代表的纳米探针为MR高敏感度地示踪肿瘤细胞奠定了基础，以分子伴侣HSP90为代表的标志物蛋白可在OSCC细胞中高度特异性表达。然而，根据目前的临床实践，复合型纳米材料仍然存在应用时效性较短、靶向范围较局限等传统对比剂材料亦面临的问题，且靶向对比剂与癌细胞特异性高表达蛋白靶点结合是否影响生物标志物的稳定折叠与分期转化尚未可知。探究如何在目标细胞中应用纳米探针对比剂进行高效、准确的示踪定位，以及如何无损伤性结合标志物蛋白作为体内靶点，将是今后MR纳米探针靶向示踪OSCC细胞的重要研究方向。