超聲分子影像學
——惡性腫瘤診斷及治療的新途徑

王一凡 綜述 徐棟審校

·綜述·

超聲分子影像學
——惡性腫瘤診斷及治療的新途徑

王一凡 綜述 徐棟★審校

目的惡性腫瘤嚴重威脅人類的健康。超聲分子影像學的出現，可以從一個全新的角度為惡性腫瘤的診斷與治療提供更多的可能。新型造影劑的出現，在腫瘤早期診斷和治療方面有其獨特的優勢，為腫瘤的診斷和治療提供了新的思路和手段。本文就超聲分子影像學在惡性腫瘤診療中的進展進行綜述。

超聲分子影像學；惡性腫瘤；超聲造影劑

近年來，隨著以基因、細胞學及納米技術為基礎的分子影像學迅速發展，顛覆了傳統影像學通過解剖結構的變異來診斷疾病的模式，迅速成為臨床應用研究的新熱點。分子影像學的種類較多，但相對于核素成像、MRI和光學成像等分子影像學技術，超聲分子影像學［1］除了具有經濟、便捷、實時顯像等傳統優點外，用于超聲分子成像的造影劑還可作為治療藥物或基因的載體，通過與靶器官的緊密結合，兼具分子顯影和靶向治療的雙重功效，從而達到事半功倍的功效。本文對超聲分子影像學研究背景、研究現狀及在惡性腫瘤疾病診斷及治療中的應用進行綜述。

1 超聲分子影像學的發展歷程

超聲分子成像技術的關鍵是作為分子探針的超聲微泡造影劑。超聲微泡造影劑自Gramiak等首次應用于臨床以來，先后經歷了以含有氣泡的液體為代表的一代無殼型造影劑、以包裹空氣的人血清清蛋白微泡為代表的二代造影劑及內部包含高密度惰性氣體為代表的三代造影劑。現階段廣泛應用于臨床的第三代超聲造影劑微泡的平均直徑約2～4 μm，可以自由通過肺循環，但不能穿過血管內皮間隙，只能停留于血管內產生血池顯影［2］（blood pool agents），限制了其對血管外病變的探測能力。近年來，隨著分子、基因等生物學技術的不斷發展，具備靶向診斷及靶向載藥的第四代納米級超聲微泡造影劑不斷被研制出來，包括納米級脂質體造影劑、納米級液態氟烷乳劑及納米級微泡造影劑［3］。以上這些第四代超聲微泡造影劑的不斷出現，為超聲分子影像學的發展奠定了堅實的基礎。

現階段的超聲造影不再僅僅局限于獲取組織內部的血流灌注信息，進而應用于特異性的超聲分子成像技術。超聲分子成像技術是將特異性配體連接到直徑小于紅細胞的超聲微泡造影劑表面，經靜脈注入，在體內通過配體與受體緊密結合的方式，使微泡造影劑可以準確并較長時間的停留在靶組織，在體外觀察活體靶組織內部分子水平的生物學變化，進行特異性的超聲分子成像［4］。超聲分子成像技術采用活體模擬的免疫組化或原位雜交技術，通過靶向作用于生物分子來突出顯示病變組織的病理變化，從而反映真正的發病機制，大幅度提高影像診斷的敏感性和準確性，是目前臨床研究的熱點［5，6］。納米脂質微泡造影劑具備形態佳、顯影效果好的優點，但其載藥能力較低，在體內的療效仍有待提高。而高分子材料微泡造影劑較脂質微泡更穩定，且具有不易被吞噬細胞吞噬、可以在體內緩釋等優點，可以在腫瘤疾病的診治中發揮更大的作用。有文獻［7］報道，新型的納米級微泡造影劑在動物實驗中取得較好的效果。

2 超聲分子影像學在惡性腫瘤診斷及治療中的研究進展

2．1腫瘤的診斷

自1986年，Matsuda等利用超聲微泡診斷肝臟腫瘤開始，造影劑的種類不斷發展，尤其是近年來納米級的靶向超聲微泡造影劑的出現，使腫瘤疾病的超聲診斷也達到了分子水平。現階段臨床廣泛應用的微米級超聲造影劑，可以區別正常組織與病變組織不同的血流灌注情況。但由于微泡對于病變組織沒有親和力，只能短暫的在動脈相中使靶器官血管顯影，僅憑時相的變化仍無法準確判斷病變的性質，屬非特異性顯影［8］。眾所周知，腫瘤的生長和轉移需依靠大量的新生血管來提供充足的氧和營養物質，而新生血管中含有大量的生長因子受體和黏附因子受體，如血管內皮生長因子受體2（VEGFR2）、整合素αvβ3、P-selectin及血管細胞黏附分子1（VCAM-1）等，這些受體在正常組織中表達高度保守。這些生長因子受體和黏附因子受體均可作為靶向微泡的結合位點。有研究表明［9，10］，通過靜脈注射表面偶聯單克隆抗體或抑血小板凝集素（echistatin）分子的脂質體超聲微泡，可與新生血管內皮上的整合素αvβ3進行靶向結合。因此認為當腫瘤內有新生血管生成時，在靶區會存留較多的超聲造影劑，超聲造影信號強度就會明顯增加。Kim［11］等利用含有墨水的PLGA高分子微泡，對深度小于18mm的乳腺癌進行顯像，可同時獲得增強光學和超聲顯影。

由于部分超聲造影劑體積過大，只能結合在新生血管內的靶點上，無法穿過血管內皮細胞，限制了對血管外腫瘤的診治。隨著納米技術的發展，已有學者［12］研制出可順利穿過腫瘤血管內皮間隙的納米級微泡，使超聲分子影像學在腫瘤診斷及治療方面的應用更加深入。

2．2腫瘤的治療

已有文獻證實［13］，單純微泡在超聲引導下發生爆破，可以產生強大的生物學效應，達到抑制腫瘤生長的目的。其發生機制可能是微泡破壞時所產生的能量降低了腫瘤VEGF的合成與分泌，破壞和抑制腫瘤血管再生，殺傷腫瘤細胞，誘導腫瘤細胞的凋亡。國內有學者［14］進行這方面的研究，證實超聲輻照微泡對種植瘤進行治療，瘤體體積縮小，VEGF蛋白表達減低。同時，石林等［15］研究證實，低頻超聲輻照微泡劑可抑制小鼠肝癌移植瘤的腫瘤增長，并增加局部氧自由基代謝產物SOD的濃度，且腫瘤增長率與SOD濃度呈負相關。Caruso等則證實，用較高機械指數的超聲輻照微泡進行治療，電鏡下則發現腫瘤新生毛細血管的超微結構出現明顯的破壞，線粒體腫脹，胞質空化等改變，達到腫瘤細胞凋亡的目的。

隨著人類基因組計劃的完成和分子生物學技術不斷的提高，從細胞受體和增殖調控的分子水平對腫瘤發病機制的認識不斷加深，人們開始關注以細胞受體、關鍵基因和調控分子作為靶點的靶向治療。同時尋找一個安全、高效、具有組織特異性和靶向性的載體，一直是業界關注的焦點。納米級超聲微泡及超聲微泡連接技術的出現，為腫瘤的基因和藥物治療提供了一種理想且高效的載體與傳遞途徑。其原理是：將藥物或治療性基因與超聲微泡偶聯，利用超聲監測的同時在特定的時間、空間擊碎靶組織內的微泡，產生的空化效應，可使靶區周圍微血管通透性增加。在聲孔效應的作用下，細胞膜上出現可逆性小孔，便于攜帶基因或藥物的微泡穿過內皮屏障，進入腫瘤組織和細胞內。此方法既可以有效的提高靶組織中的藥物濃度，又能減少常規用藥出現的不良反應。有學者［16］研制了新的載藥脂質體——靶向去唾液酸糖蛋白受體（asialoglycoprotein receptor，ASGPR）的載藥體，并作用于體外肝癌細胞，分析其毒性作用。經研究證實，ASGPR的載藥脂質體對肝癌細胞的毒性殺傷作用明顯高于其他非靶向治療組。Cochran等［17］研究表明，通過注射攜紫杉醇微泡的方法可以有效的避免由于直接注射紫杉醇而出現急性中毒反應，明顯降低了紫杉醇的毒副作用，對腫瘤的抑制方面，可以發揮更大的作用。

主動性靶向是指造影劑微泡通過特異性抗體或靶向性配體介導的位置與靶組織特異性積聚，與細胞表面的抗原決定簇或受體進行特異性結合，進一步發揮治療作用。國內學者［18］研究報道，整合素αvβ3靶向的納米粒子基因載體能特異性地作用于小鼠腫瘤的血管內皮細胞，可以起到使腫瘤消退的作用。Rapoport［19］等研制的變相型多功能納米粒子，以納米級微球的形式攜帶抗癌藥物，在穿過血管內皮達到腫瘤組織后，使內部的全氟戊烷氣化轉變為載藥微泡，在超聲輻照下可以更加有效地殺傷腫瘤細胞。葉酸受體在腫瘤的眾多受體中，表面表達程度最高，腫瘤細胞攝取葉酸的能力也非常強，而在正常組織中，葉酸受體的表達幾乎不能被探及。在此基礎上，研制出偶聯葉酸的靶向超聲微泡造影劑，在體外實驗中，該造影劑對高表達葉酸受體的卵巢癌SKOV3細胞具有很強的特異性親和力，為載紫杉醇微泡靶向治療卵巢癌提供了一種新的方法。

利用親合素與生物素之間具有的高度親合力，在生理條件下兩者即可發生快速而穩定結合的特點。研制了“三明治”樣的配體-親合素-造影劑結構。這種通過親合素-生物素方法制備的造影劑可有效的避免血管網狀內皮系統對造影劑的快速清除作用。而且，親合素上有4個獨立的生物素結合點，可以結合更多的微泡，從而使信號放大，提高超聲檢測造影劑的敏感性。利用生物素-親和素系統制備的靶向納米脂質超聲造影劑，通過體外實驗，現已證實該造影劑微泡可與乳腺癌細胞特異性結合。Eisenbrey［20］等研制的可以攜帶阿霉素的聚合物造影劑，在受到超聲輻照后直徑可縮小至納米級別，可以通過細胞內皮間隙，高效的作用于靶組織，達到提高療效的目的。

3 問題與展望

超聲分子影像學的出現，為惡性腫瘤患者的早期診斷和特異性治療提供了前提條件，也取得了一定的研究成果。但隨著研究的不斷深入，仍存在一些問題。主要的共性問題有：①超聲微泡造影劑攜帶藥物或基因的能力有待提高，合成的超聲微泡由于分子量較大，組織穿透力相對減弱，靜注后實際到達靶組織的藥物或基因濃度較低，療效及顯像效果欠佳，限制了靶向造影劑的臨床應用［21］。②納米級超聲造影劑由于直徑小，背向散射能力較弱。國外已有相關方面研究表明［22］，通過改變成膜材料、更改成膜材料之間的相互比例或所包裹物質來提高造影劑的回聲強度是可行的。③明確造影劑的注射劑量，及超聲波的頻率、機械指數、輻照的強度及時間之間的相互關系，是提高靶向治療準確性關鍵問題。

隨著分子生物學的進一步發展，與物理、化學、材料學（納米技術等）的相互融合，新型造影劑制備材料及方法的不斷完善，超聲分子影像學在惡性腫瘤的診斷和治療中將會發揮更大的作用。

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Ultrasonic molecular imaging——a new way for diagnosis and treatment of malignant tumor

WANG Yifan，XU Dong★
（Department of Ultrasound，Zhejiang Cancer Hospital，Hangzhou，Zhejiang，China，310022）

Malignant tumor is a serious threat to human health．The development of ultrasonic molecular imaging technology provides the possibility for diagnosis and treatment of malignant tumor from more perspectives．The invention of a variety of new ultrasound contrast agents，has its unique advantage in the early diagnosis and treatment of tumors and also provides new ideas and means for early diagnosis and treatment of tumors．The background and status of ultrasonic molecular imaging and its progress in diagnosis and treatment of tumor were described in this article．

Ultrasonic molecular imaging；Malignanttumor；Ultrasound contrast agents

浙江省腫瘤醫院超聲科，浙江，杭州310022

★通訊作者：徐棟，E-mail：xudong＠zjcc．org．cn