分子影像技术用于视网膜疾病研究进展

陈 媛，王 柯，杨 敏,*

(1.南京医科大学药学院核药学系，江苏 南京 211166；2.国家卫生健康委员会核医学重点实验室 江苏省分子核医学重点实验室 江苏省原子医学研究所，江苏 无锡 214063)

视网膜疾病指视网膜在各种因素作用下发生出血、渗出、增生及水肿等，主要表现为视力障碍、色觉障碍及视物变形等，发病率高且难以彻底根治，严重影响患者生活质量。眼部影像学检查包括荧光素眼底血管造影、眼部超声检查、光学相干断层扫描(optical coherence tomography, OCT)、CT及MRI等。传统眼部成像技术可非侵入性观察眼球结构，或通过示踪剂侵入而特异性检测眼球中的分子物质以诊断视网膜疾病。近年来，分子影像技术逐渐用于眼部成像，利用分子探针标记视网膜疾病发病前、中、后期其细胞表面的不同分子靶标而评估病变。本文基于视网膜疾病发病机制，对分子影像技术用于视网膜疾病的研究进展进行综述。

1 基于氧化应激的分子影像技术

氧稳态参与ATP产生、膜运输调节、细胞内信号传递、基因表达及凋亡启动，对于人体内代谢最活跃的组织——视网膜至关重要。光感受器是影响视网膜氧稳态的关键因素，其内段存在大量线粒体，故需要充足氧气以满足细胞有氧呼吸。基于氧稳态的分子成像方法包括MRI、基于磷光的成像技术、多光谱视网膜成像技术及基于衰减的OCT[1]；其中，多光谱视网膜成像技术和OCT多用于临床非侵入性检测视网膜血氧饱和度，而其他则广泛用于小动物实验研究[2]。目前基于氧化应激的分子影像技术的信号辨别能力及图像质量均较差，且存在产生氧自由基的风险，有待通过进一步优化成像介质加以完善。

1.1 淬火辅助MRI(Quest MRI)技术 Quest MRI技术可在不使用外源性对比剂的情况下，采用标准MRI设备，基于氧的顺磁特性[3]，通过微创针滴入氟碳液滴并将其定位于视网膜表面，利用氟-19 MR光谱仪测量视网膜前氧分压，并具有较高的准确率和敏感度[4]，现已用于动物模型和切除单个玻璃体的人眼[5]。

1.2 磷光氧化技术 基于氧气可淬灭已激发的磷光分子特性，磷光氧化技术以具有磷光性质分子附近的氧浓度决定衰变时间，通过淬灭效应时间推断血管内氧压力，并吸收长波紫外线(ultraviolet A, UVA)和蓝光核黄素作为光敏剂[6]，以定量眼球血氧浓度，可为视网膜修复过程中实时3D显像提供较大帮助，对于动物模型氧化应激研究具有重要作用[7]。

1.3 多光谱视网膜成像技术 多光谱视网膜血氧成像技术可通过观察氧合血红蛋白及还原血红蛋白在一定波长下吸光度的差异而判断视网膜血管的光密度，以确定其氧合状态；现已用于临床分型分析视网膜疾病，如定量评估镰状细胞病患者的视网膜毛细血管改变[8]。

1.4 OCT OCT可根据红细胞散射特性及氧合血红蛋白和还原血红蛋白的折射率测量血液氧饱和度[9]。研究[10]发现波长560 nm附近的可见光光谱较波长800 nm附近的近红外光谱更适用于精准测量视网膜中的血红蛋白的血氧饱和度，从而检测视网膜中红细胞状态以表征视网膜病变。

2 基于免疫炎症的分子影像技术

视网膜对结构变化非常敏感，轻微炎症反应即可诱导其视觉扭曲而导致视力受损。小胶质细胞、巨噬细胞及树突状细胞在视网膜免疫反应中具有关键作用。分子影像技术有助于分析视网膜免疫细胞动态反应。

靶向前段的活体共聚焦扫描显微镜及靶向后段的视网膜多光谱成像已广泛用于分析小动物视网膜疾病相关免疫炎症[11]。利用激光扫描共聚焦显微镜可观察大鼠视网膜血管中的白细胞数目，并以此预测其细菌感染和发生炎症[12]。此外，视网膜炎症早期阶段可触发配体与P-选择素相互作用，此为白细胞沿血管壁滚动过程的关键步骤；由此可建立在白细胞中表达绿色荧光蛋白的小鼠模型[13]，并采用活体显微镜非侵入性观察其荧光标记的造血树突状细胞与巨噬细胞之间的转运和相互作用，以早期监测该小鼠视网膜疾病。文献[14]报道，可通过重组P-选择素糖蛋白配体-1结合的荧光微球结合剂进行激光扫描，并采用活体显微镜观察P-选择素位置，以表征小鼠葡萄膜炎炎症发生位置；该结合剂也可用于葡萄膜炎患者[15]，通过观察脉络膜毛细血管内皮细胞P-选择素表达和内皮损伤情况而评估病情。已有研究[16]结果显示荧光标记的P-选择素具有人体耐受性，未来有望广泛用于临床。

PET主要示踪剂为18F-FDG，但其摄取不具特异性，无法准确评估部分生理性摄取较高脏器组织的炎症性病变。18F-dipicolylamine(DPA)-714为靶向炎症巨噬细胞表面蛋白质转位体(translocator protein, TSPO)特异性示踪剂[17]，多用于中枢神经系统炎症PET显像[18]；视网膜炎症时亦可产生TSPO，故可利用该结合位点进行显像[19]。

3 基于自噬机制的分子影像技术

自噬相关蛋白均可高度表达于视网膜神经节细胞层、内核层、外核层及视网膜色素上皮层，且参与视网膜一系列感光反应；而自噬稳态失调则为视网膜疾病的重要机制[13]。已有研究[20]表明，视网膜退行性病变(如糖尿病视网膜病变、年龄相关性黄斑变性)的各个阶段均伴不同程度的细胞自噬失调。放射性核素显像，如PET和SPECT，可利用介质——放射性同位素探测特定自噬相关蛋白，灵敏度高、可视化效果好，已广泛用于动物模型研究[21]。

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)在细胞自噬中起着关键作用。近期研究[22]表明，mTOR信号通路改变与人体衰老、肿瘤进展、神经精神异常及严重抑郁症的发病均密切相关。PET可利用靶向mTOR信号通路判断细胞自噬及周期从而评估疾病病情。18F-1-(4-(4-(8-oxa-3-azabicyclo[3.2.1]octan-3-yl)-1-(2,2,2-trifluoroethyl)-1H-pyrazolo-[3,4-d]pyrimidin-6-yl)phenyl)-3-(2-fluoroethyl)urea(ATPFU)可用于检测靶向mTOR，但尚未广泛用于视网膜疾病[23]。

4 基于凋亡机制的分子影像技术

视网膜疾病，如糖尿病视网膜病变、年龄相关性黄斑变性及缺血性视网膜损伤等的发生发展均与细胞凋亡、特别是含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase, Caspase)活化密切相关。Caspases是驱动凋亡级联的蛋白酶，而膜联蛋白5的胞外表达与Caspases激活的细胞凋亡密切相关[24]。利用靶向细胞外表达膜联蛋白5的分子探针可评估视网膜细胞凋亡状态。

既往研究[25]表明，通过荧光素标记的抗膜联蛋白5活体成像可检测大鼠视网膜神经节细胞凋亡，主要利用改进的共焦超广角扫描激光检眼镜(scanning laser ophthalmoscope, SLO)观察细胞凋亡发射的荧光光谱，亦可用于青光眼患者[26]。海德堡视网膜血管造影亦成功用于检测小鼠视网膜神经节细胞凋亡[27]，未来有望用于临床。

5 基于新生血管的分子影像技术

新生血管是多种视网膜疾病的关键因素[28]。临床常规采用荧光血管造影、吲哚青绿血管造影和OCT等监测新生血管相关视网膜疾病[29]。

趋化因子受体3(chemokine receptor 3, CCR3)是新生血管性黄斑变性(age-related macular degeneration, AMD)重要生物标志物[30]，可与多种趋化因子结合。分子影像技术可检出AMD脉络膜新生血管内皮细胞中特异性表达的CCR3，并作为传统眼部成像技术的有效补充。此外，Endoglin(CD105)是视网膜血管疾病分子成像的重要靶点，在病变视网膜或脉络膜内皮细胞上高表达；据此，可利用特异性抗体进行靶向分子成像。而血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1)可在炎症或新生血管内皮细胞局部增加表达，亦可作为相关炎症成像靶点[31]。利用靶向抗体或靶向多肽结合的新型荧光量子点纳米晶可定向检测激光诱导脉络膜新生血管小鼠VCAM-1表达[32]，故可基于特异性靶点，通过MRI、光学成像、PET和射线照相等技术进行视网膜血管成像，进而诊断视网膜疾病[33]。

6 小结及展望

分子影像技术可用于评估多种视网膜疾病，但目前多仅用于基础研究，而临床应用有限，主要原因在于其分子毒性及尚无可用于人体的成熟、便携、高分辨率的无创成像设备。视网膜形状及位置特殊，可用于人体的视网膜分子影像技术对临床诊断及治疗视网膜疾病具有重大意义。随着技术的不断发展，未来非侵入性分子成像技术有望成为诊断视网膜疾病的重要方法。