分子影像與肝臟腫瘤診治研究進展

王程遠，王亞儒，唐海靈

（1陜西省寶雞市中心醫院肛腸外科，陜西 寶雞721008；2陜西省西安市中心醫院消化內科，陜西 西安710000）

0 引言

肝臟惡性腫瘤是我國城鄉居民的最主要死因之一。目前我國在腫瘤防治方面已取得了令人矚目的成就，但各類腫瘤患者的總體死亡率并未見明顯下降，尤其肝臟腫瘤更令人擔憂，究其原因，最主要的是腫瘤自身生物特性的多樣性和異質性，加之缺乏早期客觀準確評價體系和篩查體系，發現時大多已至中晚期，治療效果通常較差。腫瘤傳統的影像學檢查方法主要以解剖顯像為主，常難以發現早期階段的腫瘤，在腫瘤發展演變、療效評價等方面也存在一定程度滯后性。如何針對腫瘤的生物學特性，對患者提供個體化的精準治療，以達到早期診斷、精確治療、準確監測的目的，是當前面臨的迫切問題。分子影像學可運用影像學方法觀察組織水平、細胞和亞細胞水平的特定分子，反映活體狀態下分子水平的變化，對特定分子的生物學行為在影像方面進行定性和定量研究，對腫瘤精準治療帶來新的希望。

1 分子影像技術基本原理及概述

分子影像學是對人或其他活體在分子和細胞水平的生物學過程進行可視化、特征化和測量的科學，是醫學影像技術和分子生物學、化學、物理學、放射醫學、核醫學以及計算機科學相結合的一門新的學科。1999年美國哈佛大學Weissleder最早提出分子影（成）像學（molecular imaging， MI）的概念，即應用影像學的方法對活體狀態下的生物過程進行細胞和分子水平的定性和定量研究［1］。它主要是以體內特定分子為成像對比度源，利用現有的一些醫學影像技術對人體內部生理或病理過程在分子水平上進行無損傷的、實時的成像，達到顯示活體組織在分子和細胞水平上的生物學過程的目的。分子影像技術的應用給腫瘤的治療帶來了新的曙光，其作為連接分子生物學和臨床醫學的橋梁，著眼于生物組織細胞或分子水平的生理和病理變化，以期在分子細胞水平揭示腫瘤發病機制及其關鍵靶點，為生物靶向藥物的篩選與評價提供更直接、準確的評價手段，有望成為腫瘤早期精準診斷及精準治療的可靠途徑［2］。

2 分子影像探針在肝臟腫瘤中的應用

2．1 分子影像探針的設計策略 分子影像以探針應用為顯著特點，結合多種成像設備，對活體靶點進行成像。其成像策略不僅包括傳統的形態學成像，而且包括功能學成像，理想的探針是分子影像學發揮優勢的先決條件。探針通常由可以用于示蹤的信號組分及靶向組分構成。利用腫瘤代謝過程中其微環境葡萄糖濃度、pH值與正常組織的不同可以設計出氟代脫氧葡萄糖（18F-FDG）示蹤劑、pH指示劑和MR光譜。腫瘤細胞在增殖過程中可能高表達某種酶，靶向細胞外基質酶的探針及酶激活的分子探針已被研發。腫瘤血管內皮細胞表達一些特殊分子，以此為靶點設計的腫瘤血管靶向性探針已用于臨床。某些腫瘤細胞表達特異性抗原，如肝癌特異性抗原AFP、前列腺特異性抗原PSA、胰腺癌特異性抗原CEA等，以抗原為靶標蛋白可以設計抗體探針［3-6］。近紅外光（nearinfrared，NIR）波長為650～900 nm，組織特別是水及血紅蛋白在該波長范圍對紅外光吸收最少，且該波長光組織穿透能力強，生物組織在該波長段內不易產生熒光信號。利用NIR熒光成像可最大限度減少組織非特異性熒光，且自體熒光小，背景信號干擾低，且成像深度深，信背比高。將腫瘤組織用近紅外熒光材料標記，可在熒光顯微鏡下精確觀察到腫瘤的實時形態及代謝特征，據此原理研發的光學分子影像手術導航系統已應用于臨床［7-10］。近年來多光譜光聲層析成像探針發展迅速，可早期發現腫瘤微小病灶［11-12］。

2．2 分子影像探針在肝臟腫瘤中的應用現狀 分子影像探針在肝臟腫瘤中的應用加速了肝臟腫瘤研究方法的改進，并且其在腫瘤診斷及其生物學行為監測、精準手術等方面的研究已成為近年來的熱點。常見的近紅外熒光材料有兩種，一種為有機熒光小分子，如吲哚菁綠（indocyanine green， ICG）、Cy5．5、IRDy800等，另一種為熒光量子點，是一種熒光半導體納米材料。使用ICG標記腫瘤，聯合應用術中超聲及吲哚菁綠-近紅外線攝像系統可有效發現≤3 mm的肝臟轉移灶［13］；將X射線散射成像技術與納米金顆粒造影劑結合起來，在毫米級病灶檢出方面明顯優于傳統的X射線散射成像技術［14］。該技術拓展了肝臟腫瘤研究方法，提高了腫瘤早期診斷率。將量子點分子成像技術應用到體外3D細胞培養平臺可模擬腫瘤細胞生長微環境，監測其生物學行為［15］；金納米探針技術與暗視野光散射成像技術結合，可觀察肝臟腫瘤細胞周期［16］?？辜滋サ鞍卓贵w介導的Fe3O4磁性納米粒子結合超導量子干擾生物磁化率測量掃描技術可實現術中對肝臟腫瘤細胞的追蹤識別［17］。

3 分子影像與肝臟腫瘤診斷及鑒別診斷

分子影像技術與傳統影像技術結合實現了多模態分子影像技術，可以實現肝臟腫瘤早期精準診斷。肝臟占位性病變是影像診斷中常用的專業術語，通常用以描述B超、CT、MRI、PET-CT等檢查結果，包括臨床上各類良惡性腫瘤。近年來，臨床上對肝臟原發或繼發腫瘤治療水平不斷提高，對肝臟腫瘤的影像診斷要求也越來越高，不僅要準確發現腫瘤，作出診斷及鑒別診斷，還要對腫瘤的空間定位及侵犯程度有較好的評估［18］。 CT、MRI、超聲、PET-CT 等影像技術在成像方法及肝臟特殊對比劑等方面均發展快速，對肝臟腫瘤的定性、定位等診斷標準也日趨成熟，但此類檢查主要以解剖顯像為主，缺乏功能評判指標，對一些微小病灶檢出率低，常難以發現早期階段的腫瘤，仍然存在漏診及誤診、誤治。精準醫學對疾病診療提出了更高要求［19］。分子影像技術結合 PET／CT和PET／MRI、超聲等設備，實現了多模態分子影像技術融合，可準確定位異常代謝與解剖部位，非侵入性地對活體內及分子水平動態定量觀察，在腫瘤的早期診斷、科學分期、療效評估等方面意義重大［20-21］。

新型分子影像學探針的研發為早期臨床病理診斷提供有力的支撐。病理學檢查作為診斷肝臟腫瘤金標準沿用至今，過去十多年來肝臟腫瘤診斷水平進步主要得益于成像技術的發展，但對直徑＜1 cm的病灶檢出率很低［22］，早期診斷率受到嚴重制約。唯有發現病灶才有可能進一步做病理檢查。常規超聲診斷可有效發現直徑20 mm左右肝臟占位性結節，簡便易行，費用低廉，在各級醫院均可開展，是目前篩查病例首選檢查方式［23］。 CT、MRI增強掃描、DSA、超聲造影等技術提高了診斷水平，尤其在AFP陰性的小肝占位病變診斷中取得了進步［24］。超聲造影技術可以顯示動態、實時圖像，可以觀察腫瘤大致功能狀態，操作簡便，應用廣泛［25］。但上述傳統手段對微小病灶檢查均無優勢。近年來，以分子影像為基礎的改進技術可以檢出毫米級病灶［14］。 研究［26］發現，將 X射線散射成像技術與納米金顆粒造影劑結合起來可實現對肝細胞癌3 mm病灶的檢出，技術敏感性明顯提高，為肝細胞癌早期診斷提供了非侵襲性的新途徑，在 MRI顯像中亦取得良好效果［26］。 Sheth 等［13］在一項動物實驗研究中使用吲哚菁綠熒光標記法成功發現小鼠模型結直腸癌數毫米的肝轉移灶。超聲引導下細針穿刺活檢是目前常用的病理診斷方法，大量研究發現并未見穿刺道腫瘤轉移，仍然是肝臟腫瘤診斷與鑒別診斷的有效手段［27-30］。將超聲造影、分子影像探針、穿刺活檢有機結合，既可以發現早期微小腫瘤病灶，觀察腫瘤在活體組織上的生物學過程，又可以準確進行活檢，作出進一步明確診斷，協助制定合理的治療方案［23］。

4 分子影像與肝臟腫瘤生物學行為監測

利用分子影像技術，設計特異性探針，建立分子水平動物模型，可以無創、可重復地觀察活體腫瘤在組織、細胞、分子水平實時、動態、定量化的生物學行為，有利于探索腫瘤發病機制、開發新的治療靶點、科學評價療效［31］。利用熒光成像技術聯合納米探針，可以觀察腫瘤細胞活動周期，對腫瘤干細胞進行追蹤研究，觀察腫瘤細胞膽紅素代謝［16，32-34］。 肝臟腫瘤細胞在有氧條件下仍以糖酵解為主要能量獲取方式，18F-FDG示蹤劑可顯示肝臟腫瘤細胞糖代謝水平，18F-FDG顯像結合 PET／CT和 PET／MRI，有助于肝臟腫瘤臨床早期診斷和鑒別診斷［35-37］。此外，量子點分子影像技術在3D培養平臺可清晰觀察細胞形態學細節，觀察細胞運動及偽足成像，監測腫瘤細胞侵襲生長規律，研究腫瘤細胞抗失巢凋亡機制［15］，有助于研究腫瘤發展、侵襲、轉移機制，評估腫瘤侵襲能力。 研究［36，38］提示，傳統免疫組化技術聯合量子點分子影像技術可對患者Ⅳ型膠原、LOX因子及腫瘤血管生長相關特性進行探究，提示細胞外基質在腫瘤侵襲轉移方面意義重大。

5 分子影像與腫瘤精準手術切除

分子影像手術導航系統可以實現術中腫瘤組織可視化及重要器官組織的精準識別，從而提高手術效率，降低手術風險。2009年錢永健在國際上首次報道了如何使用熒光顯微鏡成像系統引導切除熒光標記的小鼠腫瘤組織，開啟了光學分子影像手術導航技術領域應用的先河［39］。肝臟腫瘤形狀多不規則，內部管道結構復雜，肝臟腫瘤精準切除首先要實現腫瘤組織的精確定位。光學分子影像手術導航技術可以實現手術過程中對腫瘤組織的邊界信息的快速、準確、客觀的定位，使真正意義上的精準手術成為可能。傳統手術中對腫瘤界限的確定往往局限于術者的經驗，對切除標本進行反復術中病理檢查以確保腫瘤完整切除。對腫瘤先行特異性熒光標記，利用專業的光學顯像儀器對瘤體放大，不僅可以引導精準手術切除，還可在術中發現亞毫米級的腫瘤組織［40］。光學分子影像手術導航系統能夠在術中實時判斷腫瘤的具體邊界，使術者對腫瘤的范圍、位置、毗鄰關系準確把握，實施精準的瘤體切除，最大限度地減少手術殘留與鄰近組織器官損傷。光學分子影像手術導航系統已在卵巢癌手術中得以成功應用［41］。我國也研發了類似的具有自主知識產權的手術導航系統，目前已進入肝癌手術的臨床試驗階段［42-43］。

6 分子影像與抗腫瘤療效評估

針對肝臟腫瘤代謝、細胞增殖凋亡及血管發生等特點設計的探針可動態評估抗腫瘤治療效果。肝臟腫瘤非手術治療方法發展迅速，但由于肝臟腫瘤自身生物特性的多樣性和異質性，對生物治療、靶向基因治療、放化療等方法的療效評價存在不同程度的困難，運用分子影像技術可評價藥物對腫瘤代謝、增殖、血管發生和凋亡的影響，評價藥物對組織缺氧的影響［44-45］。同時，分子影像技術是藥物作用機制研究的重要手段，將大大加快藥物研發進程，利用熒光蛋白標記荷瘤鼠肝臟腫瘤組織，并進行熒光分子成像可有效觀察藥物抗腫瘤效果［46］。 Sheu 等［47］在一項大鼠動物實驗中，經動脈導管灌注超順磁性氧化鐵（superparamagnetic iron oxid，SPIO）標記的 NK細胞到大鼠模型肝細胞癌病灶區，能夠通過MRI檢查定量評估肝細胞癌病灶內NK細胞數量；據此可判斷療效，調節腫瘤生物治療過程中NK細胞數量，提高治療效率。分子影像聯合多模態融合成像技術可有效觀察腫瘤血管生成情況，用于評價一些化療藥物抗血管生成效果［36］。

7 小結與展望

我國是全球肝癌發病率最高的國家，對肝臟腫瘤作出早期診斷，選擇合理治療方法，科學評估治療效果，減少誤診、誤治，提高整體預防、診療水平，已刻不容緩。精準醫學是繼個體化醫學、轉化醫學等新型醫學模式后治療模式的又一突破［48］。分子影像能夠通過各種成像手段從分子和細胞水平認識疾病，觀察腫瘤細胞功能變化、基因表達、生化代謝、信號傳導等，為肝臟腫瘤早期診斷、治療監測、疾病研究開辟了新的途徑，針對腫瘤自身生物特性的多樣性和異質性，準確評價療效，對不同個體提供個性化的精準治療。聯合現代內鏡技術，開發光學分子影像手術導航設備，精準手術切除腫瘤，形成全方位的精準診療體系。分子影像是一個正在發展中的熱點研究領域，然而由于費用高昂，相關配套技術尚未完全成熟，暫未廣泛應用于臨床，隨著精準醫學時代的到來，其在肝臟腫瘤精準診治方面會發揮更大作用。

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