近红外荧光成像技术在乳腺癌诊断及治疗中的应用进展

王思雨，张显玉，陈艳波，李慧，庞达,2#

1哈尔滨医科大学附属肿瘤医院乳腺外科，哈尔滨150081

2黑龙江省医学科学院，哈尔滨150086

乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤，近年来其发病率逐年上升[1]。手术是治疗原发性浸润性乳腺癌的主要方法之一，而手术切缘无肿瘤残留则是乳腺癌保乳手术的关键，因为切缘阳性会增加局部复发率[2-5]。影像学检查可为乳腺癌的诊断与手术治疗提供解剖学及病理生理学信息。现阶段主要的非侵入式检查方法，如计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）等在空间分辨率、穿透深度、灵敏度、特异度等方面既有其优势也存在局限性[6]。与上述非侵入式检查方法相比，近红外荧光成像可以提供更高的背景-信号比，具有对比度高、灵敏度高、成本低、使用方便、安全、可视化等优点[7]。目前常用于荧光成像的荧光染料主要有吲哚菁绿（indocyanine green，ICG）、亚甲蓝及5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid，5-ALA），主要用于乳腺癌前哨淋巴结活检和肿瘤显影。本文从现阶段常用的荧光染料及其临床应用和最新科研成果3个方面介绍近红外荧光成像技术在乳腺癌诊断及治疗领域的应用进展。

1 临床中常用的近红外荧光染料

已被美国食品药品管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准应用于临床的荧光染料中，ICG及亚甲蓝常用于乳腺癌的诊断和治疗。

1.1 ICG

ICG是现阶段最常用的近红外荧光染料之一，其分子量为774.9 kDa，激发波长为790 nm，发射波长为830 nm[8-9]。作为近红外荧光载体，ICG可以与血浆蛋白结合，形成纳米粒子，并在肿瘤高通透性与滞留效应的影响下于乳腺癌组织中积聚[10-11]。ICG在乳腺疾病中的应用主要包括前哨淋巴结显影[12-13]、肿瘤显影[14]与乳房重建手术[15]，但ICG在淋巴结中的显影率呈浓度依赖性，且由于缺乏特异性配体，ICG易从肿瘤中漏出并渗入周围组织[16]。

1.2 亚甲蓝

亚甲蓝是一种亲脂阳离子小分子，分子量为321 Da，激发波长为700 nm，可在相对低剂量（0.5～1.0 mg/kg）的情况下，作为荧光示踪剂应用于近红外荧光成像中[17-19]。与ICG不同，亚甲蓝的荧光在组织中持续时间更长，并且可以同时作为灌注示踪剂，显示组织的灌注情况[20]。目前亚甲蓝已广泛应用于乳腺癌前哨淋巴结检查[21]。但在应用亚甲蓝进行乳腺癌术中实时荧光检测的临床试验中，仅83%的患者的肿瘤组织可被荧光显像[19]。

2 近红外荧光成像技术的临床应用

2.1 早期乳腺癌前哨淋巴结活检

前哨淋巴结活检术是治疗早期乳腺癌的常用手术方式。术者于术中判断前哨淋巴结位置，切除前哨淋巴结，并通过评估前哨淋巴结的病理情况，决定腋窝淋巴结的处理方式，其中对前哨淋巴结位置的判断尤为重要。近红外荧光成像技术可以通过对荧光染料的显影，实时清晰地显示淋巴管走向及前哨淋巴结的位置。Sugie等[22]的Meta分析结果表明，采用ICG荧光法行前哨淋巴结活检的诊断效能优于放射性核素法，ICG可以有效代替放射性核素应用于乳腺癌的前哨淋巴结活检中。然而，Murawa等[23]的研究发现，相较于应用放射性凝胶行前哨淋巴结活检，在近红外成像系统与ICG的引导下会切除数量更多的前哨淋巴结，且术后肢体水肿的发生率也会增加，但该方法可以提高前哨淋巴结活检的准确率。

2.2 保乳手术中乳腺癌显影

保乳手术联合术后放疗是治疗乳腺癌的有效手段之一，但切除的标本切缘阳性会使复发率升高，影响患者生存[24-25]。因此，术中对于切缘的判断至关重要。利用荧光造影剂的分子成像技术能够准确识别肿瘤边缘[26]。现已有临床试验表明，利用ICG在乳腺癌组织中的积聚特点，近红外成像系统联合ICG可于术中辅助术者在保乳手术过程中判断切缘位置及切缘处是否残留肿瘤组织，经术后病理证实，完整切除荧光染色区域可获得阴性切缘[14]。此外，近红外成像系统联合ICG有助于导管内癌的定位，但其精准性仍需进一步完善。

3 靶向荧光探针的应用

尽管现有的荧光染料联合近红外成像技术已经在乳腺癌的诊断及治疗领域取得了一定的临床效果，但仍有不足之处。例如，ICG在血浆中的半衰期仅为2～4 min，且与血浆蛋白结合后清除率会减慢，难以在长时间的手术中应用[27]。而5-ALA不易在肿瘤细胞中积聚，同样不适合应用于乳腺癌的保乳手术中[28-29]。因此，研制出可以靶向定位乳腺癌细胞，并具有荧光显像功能的近红外荧光染料对于乳腺癌的诊断与精准切除具有重要意义。以下列举3种已在临床阶段或动物模型中取得明显效果且具有不同作用机制的新型乳腺癌靶向荧光探针。

3.1 贝伐珠单抗-IRDye800CW

贝伐珠单抗-IRDye800CW是一种以血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）作为示踪靶点的荧光探针，分子量为1.537 kDa，现已应用于临床治疗中[30-32]。VEGFA是一种参与肿瘤血管生成的可溶性二聚体糖蛋白，在乳腺癌组织中过表达，其阳性率约为73%[33-35]。而贝伐珠单抗能中和所有的VEGFA亚型，且可以作为放射性显影剂与单光子发射计算机断层显像（singlephoton emission computed tomography，SPECT）和正电子发射断层显像（positron emission tomography，PET）联合使用[36]。已有研究表明，经111In和89Zr标记的贝伐珠单抗可以在乳腺癌、黑色素瘤、肾细胞癌以及神经内分泌肿瘤中特异性成像，其中贝伐珠单抗的用量为4.5 mg[37-39]。Lamberts等[32]以1∶4的比例将微剂量的贝伐珠单抗与近红外荧光染料IRDye800CW（吸收峰为778 nm，发射峰为795 nm）结合，随后向拟行乳腺癌保乳手术的患者静脉注射4.5 mg（26 nmol）的贝伐珠单抗-IRDye800CW，在切缘阳性的患者中，对切除标本进行近红外光学成像，证实了该靶向示踪剂能够可靠评估手术切缘。

3.2 IRDye800CW-E2

IRDye800CW-E2是以雌激素受体α（estrogen receptor α，ERα）作为靶点的靶向荧光探针，ERα是一种核激素受体，可调节多种靶组织中内源性雌激素相关信号的生理效应，近75%的乳腺癌患者异常高表达ERα[40-43]。IRDye800CW-E2适用于ERα阳性乳腺癌患者体内进行靶向显像，现已应用于荷瘤小鼠的体内靶向ERα成像[44]。IRDye800CW-E2由以下两部分组成：①菁染料IRDye800CW，作为近红外荧光基团；②E2类似物乙炔基雌二醇胺，作为ERα的靶向配体。该荧光探针通过静脉注射的方式给药，应用双波段488 nm和660 nm激发波长的近红外成像设备进行体内成像，最后大部分经由肾脏代谢，少量经由肝脏代谢。体内近红外荧光成像显示，IRDye800CW-E2具有良好的ERα结合亲和力，能够快速有效地与靶点ERα结合，且拥有较高的灵敏度和特异度，并可在注射后的4～48 h内实现肿瘤与背景信号的良好对比。

3.3 NIR-SN-GGT

NIR-SN-GGT是以γ-谷氨酰转肽酶（γ-glutamyltranspeptidase，γ-GGT）为靶点的酶活化的近红外荧光探针[45]，γ-GGT在许多生理及病理过程中具有重要作用[46-47]，其过表达与乳腺癌、肝癌、结肠癌及卵巢癌的发生和发展有关[48-50]。该探针具有实时识别γ-GGT活性的能力，可用于测定不同器官中γ-GGT的含量，并将肿瘤组织与正常组织区分开，现已成功应用于小鼠异种移植瘤模型中。NIR-SNGGT由以下两部分组成：①近红外双氰基异佛尔酮核，作为信号报告单元；②γ-谷氨酰基基团，作为特异性识别位点。γ-GGT存在的情况下，NIR-SNGGT探针转化为NIR-SN-NH2，电子容量增加，释放近红外荧光信号，使肿瘤区域中波长为655～755 nm的近红外荧光信号逐渐增强，而正常组织中由于γ-GGT的表达水平较低，仅产生微弱的荧光信号[46]。NIR-SN-GGT探针具有良好的深部组织通透性，通过注射方式给予荷瘤小鼠NIR-SN-GGT（注射剂量为100 μmol/L，150 μl）30 min后，肿瘤组织即可与周围正常组织形成明显对比[45]。

4 小结

目前近红外荧光成像技术在乳腺癌手术中应用较少，主要由于缺少高效且安全的荧光染料。靶向荧光探针能够精准识别乳腺癌细胞，并在肿瘤细胞中大量积聚，增强荧光信号，其应用前景非常广泛。近红外成像系统联合靶向荧光探针不仅可以应用于乳腺癌保乳手术的术中成像，降低切缘阳性率，减少正常组织损伤，达到乳腺癌精准切除的目的，还能够以无创、高效的方式为肿瘤的早期诊断提供依据，部分拥有共同靶向目标的其他恶性肿瘤患者也可从中获益。然而现阶段大部分靶向荧光探针仍处于动物实验阶段，其安全性与最优剂量等问题仍需进一步研究。