近紅外熒光成像技術在乳腺癌診斷及治療中的應用進展

王思雨，張顯玉，陳艷波，李慧，龐達,2#

1哈爾濱醫科大學附屬腫瘤醫院乳腺外科，哈爾濱150081

2黑龍江省醫學科學院，哈爾濱150086

乳腺癌是女性常見的惡性腫瘤，近年來其發病率逐年上升[1]。手術是治療原發性浸潤性乳腺癌的主要方法之一，而手術切緣無腫瘤殘留則是乳腺癌保乳手術的關鍵，因為切緣陽性會增加局部復發率[2-5]。影像學檢查可為乳腺癌的診斷與手術治療提供解剖學及病理生理學信息。現階段主要的非侵入式檢查方法，如計算機斷層掃描（CT）、磁共振成像（MRI）等在空間分辨率、穿透深度、靈敏度、特異度等方面既有其優勢也存在局限性[6]。與上述非侵入式檢查方法相比，近紅外熒光成像可以提供更高的背景-信號比，具有對比度高、靈敏度高、成本低、使用方便、安全、可視化等優點[7]。目前常用于熒光成像的熒光染料主要有吲哚菁綠（indocyanine green，ICG）、亞甲藍及5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid，5-ALA），主要用于乳腺癌前哨淋巴結活檢和腫瘤顯影。本文從現階段常用的熒光染料及其臨床應用和最新科研成果3個方面介紹近紅外熒光成像技術在乳腺癌診斷及治療領域的應用進展。

1 臨床中常用的近紅外熒光染料

已被美國食品藥品管理局（Food and Drug Administration，FDA）批準應用于臨床的熒光染料中，ICG及亞甲藍常用于乳腺癌的診斷和治療。

1.1 ICG

ICG是現階段最常用的近紅外熒光染料之一，其分子量為774.9 kDa，激發波長為790 nm，發射波長為830 nm[8-9]。作為近紅外熒光載體，ICG可以與血漿蛋白結合，形成納米粒子，并在腫瘤高通透性與滯留效應的影響下于乳腺癌組織中積聚[10-11]。ICG在乳腺疾病中的應用主要包括前哨淋巴結顯影[12-13]、腫瘤顯影[14]與乳房重建手術[15]，但ICG在淋巴結中的顯影率呈濃度依賴性，且由于缺乏特異性配體，ICG易從腫瘤中漏出并滲入周圍組織[16]。

1.2 亞甲藍

亞甲藍是一種親脂陽離子小分子，分子量為321 Da，激發波長為700 nm，可在相對低劑量（0.5～1.0 mg/kg）的情況下，作為熒光示蹤劑應用于近紅外熒光成像中[17-19]。與ICG不同，亞甲藍的熒光在組織中持續時間更長，并且可以同時作為灌注示蹤劑，顯示組織的灌注情況[20]。目前亞甲藍已廣泛應用于乳腺癌前哨淋巴結檢查[21]。但在應用亞甲藍進行乳腺癌術中實時熒光檢測的臨床試驗中，僅83%的患者的腫瘤組織可被熒光顯像[19]。

2 近紅外熒光成像技術的臨床應用

2.1 早期乳腺癌前哨淋巴結活檢

前哨淋巴結活檢術是治療早期乳腺癌的常用手術方式。術者于術中判斷前哨淋巴結位置，切除前哨淋巴結，并通過評估前哨淋巴結的病理情況，決定腋窩淋巴結的處理方式，其中對前哨淋巴結位置的判斷尤為重要。近紅外熒光成像技術可以通過對熒光染料的顯影，實時清晰地顯示淋巴管走向及前哨淋巴結的位置。Sugie等[22]的Meta分析結果表明，采用ICG熒光法行前哨淋巴結活檢的診斷效能優于放射性核素法，ICG可以有效代替放射性核素應用于乳腺癌的前哨淋巴結活檢中。然而，Murawa等[23]的研究發現，相較于應用放射性凝膠行前哨淋巴結活檢，在近紅外成像系統與ICG的引導下會切除數量更多的前哨淋巴結，且術后肢體水腫的發生率也會增加，但該方法可以提高前哨淋巴結活檢的準確率。

2.2 保乳手術中乳腺癌顯影

保乳手術聯合術后放療是治療乳腺癌的有效手段之一，但切除的標本切緣陽性會使復發率升高，影響患者生存[24-25]。因此，術中對于切緣的判斷至關重要。利用熒光造影劑的分子成像技術能夠準確識別腫瘤邊緣[26]。現已有臨床試驗表明，利用ICG在乳腺癌組織中的積聚特點，近紅外成像系統聯合ICG可于術中輔助術者在保乳手術過程中判斷切緣位置及切緣處是否殘留腫瘤組織，經術后病理證實，完整切除熒光染色區域可獲得陰性切緣[14]。此外，近紅外成像系統聯合ICG有助于導管內癌的定位，但其精準性仍需進一步完善。

3 靶向熒光探針的應用

盡管現有的熒光染料聯合近紅外成像技術已經在乳腺癌的診斷及治療領域取得了一定的臨床效果，但仍有不足之處。例如，ICG在血漿中的半衰期僅為2～4 min，且與血漿蛋白結合后清除率會減慢，難以在長時間的手術中應用[27]。而5-ALA不易在腫瘤細胞中積聚，同樣不適合應用于乳腺癌的保乳手術中[28-29]。因此，研制出可以靶向定位乳腺癌細胞，并具有熒光顯像功能的近紅外熒光染料對于乳腺癌的診斷與精準切除具有重要意義。以下列舉3種已在臨床階段或動物模型中取得明顯效果且具有不同作用機制的新型乳腺癌靶向熒光探針。

3.1 貝伐珠單抗-IRDye800CW

貝伐珠單抗-IRDye800CW是一種以血管內皮生長因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）作為示蹤靶點的熒光探針，分子量為1.537 kDa，現已應用于臨床治療中[30-32]。VEGFA是一種參與腫瘤血管生成的可溶性二聚體糖蛋白，在乳腺癌組織中過表達，其陽性率約為73%[33-35]。而貝伐珠單抗能中和所有的VEGFA亞型，且可以作為放射性顯影劑與單光子發射計算機斷層顯像（singlephoton emission computed tomography，SPECT）和正電子發射斷層顯像（positron emission tomography，PET）聯合使用[36]。已有研究表明，經111In和89Zr標記的貝伐珠單抗可以在乳腺癌、黑色素瘤、腎細胞癌以及神經內分泌腫瘤中特異性成像，其中貝伐珠單抗的用量為4.5 mg[37-39]。Lamberts等[32]以1∶4的比例將微劑量的貝伐珠單抗與近紅外熒光染料IRDye800CW（吸收峰為778 nm，發射峰為795 nm）結合，隨后向擬行乳腺癌保乳手術的患者靜脈注射4.5 mg（26 nmol）的貝伐珠單抗-IRDye800CW，在切緣陽性的患者中，對切除標本進行近紅外光學成像，證實了該靶向示蹤劑能夠可靠評估手術切緣。

3.2 IRDye800CW-E2

IRDye800CW-E2是以雌激素受體α（estrogen receptor α，ERα）作為靶點的靶向熒光探針，ERα是一種核激素受體，可調節多種靶組織中內源性雌激素相關信號的生理效應，近75%的乳腺癌患者異常高表達ERα[40-43]。IRDye800CW-E2適用于ERα陽性乳腺癌患者體內進行靶向顯像，現已應用于荷瘤小鼠的體內靶向ERα成像[44]。IRDye800CW-E2由以下兩部分組成：①菁染料IRDye800CW，作為近紅外熒光基團；②E2類似物乙炔基雌二醇胺，作為ERα的靶向配體。該熒光探針通過靜脈注射的方式給藥，應用雙波段488 nm和660 nm激發波長的近紅外成像設備進行體內成像，最后大部分經由腎臟代謝，少量經由肝臟代謝。體內近紅外熒光成像顯示，IRDye800CW-E2具有良好的ERα結合親和力，能夠快速有效地與靶點ERα結合，且擁有較高的靈敏度和特異度，并可在注射后的4～48 h內實現腫瘤與背景信號的良好對比。

3.3 NIR-SN-GGT

NIR-SN-GGT是以γ-谷氨酰轉肽酶（γ-glutamyltranspeptidase，γ-GGT）為靶點的酶活化的近紅外熒光探針[45]，γ-GGT在許多生理及病理過程中具有重要作用[46-47]，其過表達與乳腺癌、肝癌、結腸癌及卵巢癌的發生和發展有關[48-50]。該探針具有實時識別γ-GGT活性的能力，可用于測定不同器官中γ-GGT的含量，并將腫瘤組織與正常組織區分開，現已成功應用于小鼠異種移植瘤模型中。NIR-SNGGT由以下兩部分組成：①近紅外雙氰基異佛爾酮核，作為信號報告單元；②γ-谷氨酰基基團，作為特異性識別位點。γ-GGT存在的情況下，NIR-SNGGT探針轉化為NIR-SN-NH2，電子容量增加，釋放近紅外熒光信號，使腫瘤區域中波長為655～755 nm的近紅外熒光信號逐漸增強，而正常組織中由于γ-GGT的表達水平較低，僅產生微弱的熒光信號[46]。NIR-SN-GGT探針具有良好的深部組織通透性，通過注射方式給予荷瘤小鼠NIR-SN-GGT（注射劑量為100 μmol/L，150 μl）30 min后，腫瘤組織即可與周圍正常組織形成明顯對比[45]。

4 小結

目前近紅外熒光成像技術在乳腺癌手術中應用較少，主要由于缺少高效且安全的熒光染料。靶向熒光探針能夠精準識別乳腺癌細胞，并在腫瘤細胞中大量積聚，增強熒光信號，其應用前景非常廣泛。近紅外成像系統聯合靶向熒光探針不僅可以應用于乳腺癌保乳手術的術中成像，降低切緣陽性率，減少正常組織損傷，達到乳腺癌精準切除的目的，還能夠以無創、高效的方式為腫瘤的早期診斷提供依據，部分擁有共同靶向目標的其他惡性腫瘤患者也可從中獲益。然而現階段大部分靶向熒光探針仍處于動物實驗階段，其安全性與最優劑量等問題仍需進一步研究。