分子影像探針早期診斷肝纖維化研究進(jìn)展

王 璐，辛 軍

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

肝纖維化是慢性肝病發(fā)展為肝硬化的必經(jīng)過程[1]，其發(fā)生發(fā)展與肝星形細(xì)胞激活及細(xì)胞外基質(zhì)合成與降解失衡相關(guān)。早期肝纖維化具有可逆性及可治愈性[2]，故早期診斷肝纖維化并判斷其程度具有重要意義。穿刺活檢為早期診斷肝纖維化的金標(biāo)準(zhǔn)，但有創(chuàng)，且無法反映肝臟整體改變。肝臟超聲彈性成像及MR彈性成像診斷肝纖維化敏感度及特異度均較高[3]，但均為間接診斷方式，且易受感染、脂肪變性、膽汁淤積等多種外界因素干擾而影響準(zhǔn)確性[4-6]。目前有機(jī)結(jié)合CT、MRI、PET等多種成像模式，形成兼具雙模態(tài)成像乃至三模態(tài)成像已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究前沿，分子探針作為肝纖維化多模態(tài)成像核心技術(shù)受到廣泛關(guān)注。

1 MRI分子探針

相比傳統(tǒng)MRI，MRI分子探針以無創(chuàng)、可視化方式反映肝纖維化過程中分子水平改變，對(duì)肝纖維化進(jìn)行精準(zhǔn)定量評(píng)價(jià)，有利于早期及特異性診斷肝纖維化。

1.1 EP-3533 作為細(xì)胞外基質(zhì)主要組成部分，Ⅰ型膠原蛋白含量與肝纖維化程度呈正相關(guān)[7]。EP-3533是特異性Ⅰ型膠原蛋白靶向釓基的探針，由十六氨基酸肽經(jīng)二硫鍵與十氨酸環(huán)肽結(jié)合而成，其中負(fù)責(zé)同Ⅰ型膠原蛋白特異性結(jié)合的部分為十氨酸環(huán)肽[8]。POLASEK等[9]利用二乙基亞硝胺(diethylinitrosamine, DEN)和CCl4誘導(dǎo)2種肝纖維化模型，行EP-3533 PET顯像后發(fā)現(xiàn)處理組(0.55±0.33)與對(duì)照組(0.39±0.04)T1信號(hào)強(qiáng)度差異顯著(P<0.05)；進(jìn)一步分析EP-3533靶向探針的體循環(huán)清除率，與正常組或非特異性顯像劑Gd-DTPA相比，EP-3533在肝纖維化模型小鼠體內(nèi)洗出時(shí)間顯著延長(zhǎng)。FUCHS等[10]以CCl4誘導(dǎo)不同階段肝纖維化模型，以肝臟與相鄰骨肌對(duì)比度噪聲比(ΔCNR)為量化指標(biāo)，與肝組織活檢Ishak評(píng)分及羥脯氨酸含量進(jìn)行分級(jí)比較，結(jié)果顯示ΔCNR與Ishak分期及羥脯氨酸具有良好相關(guān)性(r=0.83、r=0.89)，證實(shí)EP-3533分子成像有助于評(píng)估肝纖維化分期。

1.2 CM-101 CM-101與EP-3533的膠原蛋白靶向結(jié)合機(jī)制相同，差異主要在于螯合劑，前者使用較穩(wěn)定的環(huán)形釓螯合劑Gd-DOTA，后者使用的線性釓螯合劑Gd-DTPA穩(wěn)定性不高，易在腎臟、骨組織滯留，對(duì)腎功能不全患者潛在風(fēng)險(xiǎn)較高，致其臨床應(yīng)用受限。相比而言，CM-101藥代動(dòng)力學(xué)更加穩(wěn)定，其血液半衰期[(6.8±2.4)min]較EP-3533血液半衰期[(19±2)min]短，骨組織吸收沉積量較EP-3533低[11]。肝纖維化進(jìn)展中，CM-101對(duì)Ⅰ型膠原蛋白含量變化較敏感，其ΔCNR值與羥脯氨酸水平及Ishak評(píng)分呈高度正相關(guān)。FARRAR等[11]通過ROC曲線測(cè)定CM-101注射后最佳顯像時(shí)間為10～15 min，意味著單次檢查即可同時(shí)完成MR基線掃描及強(qiáng)化掃描，初步解決了MRI分子成像的難題之一，即靶向藥物分布及血漿清除時(shí)間較長(zhǎng)，使基線掃描與強(qiáng)化掃描不得不分割開來，導(dǎo)致患者依從性及掃描單位漂移等問題。CM-101用于診斷、評(píng)估肝纖維化優(yōu)勢(shì)明顯，臨床應(yīng)用前景十分可觀。

1.3 RGD-USPIO 肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cell, HSC)是細(xì)胞外基質(zhì)的主要來源[12]。整合素αvβ3于活化HSC(aHSC)上表達(dá)，調(diào)控其凋亡和增殖[13-14]。人工合成的RGD三肽序列(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)可與整合素αvβ3靶向結(jié)合。ZHANG等[8]基于此受體-配體識(shí)別系統(tǒng)，以超小順磁性氧化鐵納米顆粒修飾RGD序列(RGD-USPIO)合成分子探針作為MR T2對(duì)比劑，探索注射對(duì)比劑前后MRI數(shù)據(jù)與大鼠肝臟病理結(jié)果之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)RGD-USPIO在纖維化肝組織中與aHSC結(jié)合，使肝組織MRI T2信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生改變，以T2弛豫率變化(ΔR2*)作為信號(hào)強(qiáng)度量化指標(biāo)，其在不同肝纖維化分期之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，證實(shí)RGD-USPIO可用于肝纖維化分期。但肝纖維化常與肝臟炎性反應(yīng)伴行，導(dǎo)致肝實(shí)質(zhì)中較多的巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，RGD-USPIO被aHSC吞噬的同時(shí)也有機(jī)會(huì)被巨噬細(xì)胞非特異性吞噬，可能干擾成像結(jié)果。另外，整合素αvβ3在腫瘤新生血管中也有所表達(dá)，部分原發(fā)性肝癌與進(jìn)展期肝纖維化關(guān)系密切，故對(duì)該顯像劑診斷肝纖維化的特異性仍需進(jìn)一步評(píng)估。

2 PET/SPECT分子探針

核醫(yī)學(xué)成像可自分子水平獲取探針同靶點(diǎn)結(jié)合后的代謝變化等信息，成為肝纖維化診斷及預(yù)后評(píng)價(jià)的重要工具；特異性分子探針作為該技術(shù)的核心受到廣泛關(guān)注。

2.118F-FPP-RGD2以放射性標(biāo)記環(huán)狀RGD肽(cRGD)對(duì)αvβ3進(jìn)行成像已得到廣泛認(rèn)可，并正在向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化[15-18]。LI等[15]利用放射性核素99mTc標(biāo)記cRGD觀察小鼠模型生物學(xué)分布及活體SPECT顯像，以肝臟攝取量/心臟攝取量作為參數(shù)定量評(píng)估肝纖維化程度，由于該探針主要通過腎臟及肝膽途徑排泄，尤其右腎與肝臟在成像層面中存在部分重疊，使腎內(nèi)濃聚放射性藥物易干擾肝臟顯像。相比SPECT成像，PET成像的靈敏度、分辨率更高。ROKUGAWA等[16]以RDG小分子量三肽作為靶向分子，以F-4-硝基苯基-2-氟代(18F-FPP-RGD2)作為顯像組件構(gòu)建整合素αvβ3特異性分子探針，以第80～90 min肝臟攝取值(SUV80～90 min)作為肝臟攝取18F-FPP-RGD2半定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)肝臟18F-FPP-RGD2攝取值與膠原蛋白比例面積成正相關(guān)，與αv蛋白和β3蛋白表達(dá)量的相關(guān)性良好，尤以β3蛋白為著(rαv=0.593，rβ3=0.835)，證實(shí)以RGD分子探針診斷肝纖維化有一定可行性。

2.218F-BCPP-BF 非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)現(xiàn)已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)慢性肝病主要病因之一，目前其發(fā)病機(jī)制尚不清楚，但已知線粒體損傷是NAFLD從單純性脂肪肝向肝炎甚至肝纖維化發(fā)展的重要分子機(jī)制[19]。

HARADA等[20]設(shè)計(jì)并合成對(duì)線粒體復(fù)合物(MC-1)具有高親和力的新型探針，即18F-BCPP-BF。 SAKAI等[21]利用18F-BCPP-BF顯像首次實(shí)現(xiàn)肝臟組織從脂肪變性到肝臟脂肪變性伴炎癥性病變(nonalcoholic steatohepatitis, NASH)過程中線粒體功能減退的可視化，以平均標(biāo)準(zhǔn)攝取值(mean standardized uptake value, SUVmean)作為觀測(cè)指標(biāo)，量化膽堿缺乏性左旋氨基酸高脂飲食(choline deficient L-amino acid high-fat diet, CDAHFD)誘導(dǎo)的NAFLD小鼠與健康小鼠PET顯像差異，發(fā)現(xiàn)經(jīng)CDAHFD處理1周后肝組織對(duì)18F-BCPP-BF的攝取量下降到對(duì)照組攝取量的70%, 6～12周后處理組攝取量基本穩(wěn)定在對(duì)照組攝取量的50%；18F-BCPP-BF在NAFLD模型小鼠肝臟內(nèi)SUVmean下降程度與NAFLD評(píng)分呈正相關(guān)(R2=0.674 7)，提示18F-BCPP-BF PET成像有望用于早期診斷NAFLD、疾病分期及進(jìn)展隨訪。

2.318F-FEDAC 線粒體外膜18 kDa轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transport protein, TSPO)是多種炎癥疾病標(biāo)志物[22]。作為TSPO的靶向分子探針，18F-FEDAC在肺炎、酒精性脂肪肝等疾病中的應(yīng)用研究業(yè)已開展[23-25]。HATORI等[26]證實(shí)TSPO在aHSC及巨噬細(xì)胞中均有表達(dá)，該研究結(jié)合PET掃描、免疫組織化學(xué)染色及離體放射自顯影技術(shù)，追蹤肝纖維化進(jìn)過程中18F-FEDAC的放射性分布與TSPO熒光分布范圍的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)18F-FEDAC攝取值與肝臟損傷程度呈正比。另一方面，肝纖維化常在肝炎基礎(chǔ)上發(fā)生，炎癥細(xì)胞表面TSPO高表達(dá)，僅以PET顯像難以區(qū)分放射性信號(hào)來源，用于臨床診斷肝纖維化受限。

3 雙模態(tài)分子成像

多模態(tài)成像集解剖顯像、分子代謝及功能信息于一身，實(shí)現(xiàn)各成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將影像學(xué)診斷提高到細(xì)胞特異表達(dá)的分子水平，有望為診斷、治療肝纖維化及預(yù)后隨訪提供新策略。

3.1 PET/CT PET/CT是臨床醫(yī)學(xué)影像學(xué)中較為成熟的分子影像技術(shù)。NAMAVARI等[27]以18F-FDG作為輔基，利用開環(huán)18F-FDG上的醛基與氨氧基化多肽分子偶聯(lián)，實(shí)現(xiàn)一步反應(yīng)合成18F-FDG-RGD，該探針診斷肝纖維化特異性高，同時(shí)可評(píng)估肝纖維化進(jìn)程[18]。13N-NH3·H2O PET/CT通過評(píng)估肝組織細(xì)胞的血流擴(kuò)散、灌注以及細(xì)胞膜水通道蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)態(tài)分布，可特異性反映肝臟生理、病理狀態(tài)，但僅以13N-NH3·H2O PET/CT顯像的SUV無法實(shí)現(xiàn)肝纖維化精準(zhǔn)分期[28]。水通道蛋白(aquaporin, AQP)是介導(dǎo)水分子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的通道蛋白，其中AQP1主要表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞，參與肝纖維化新生血管形成，隨著肝纖維化程度加重，其表達(dá)量增加。作為AQP1的分子探針，11C-AQP在纖維化模型鼠與健康對(duì)照組鼠肝內(nèi)濃聚差異顯著，但不同肝纖維化分期組間攝取值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[29-30]。PET/CT作為多模態(tài)成像的代表，利用醫(yī)學(xué)圖像融合技術(shù)對(duì)病灶信息進(jìn)行充分處理，可為診斷疾病提供更有力的證據(jù)。

3.2 PET/MRI 相比PET/CT，PET/MRI的輻射劑量大大降低，且可多序列、多角度對(duì)肝臟及其深部組織進(jìn)行定量分析及精準(zhǔn)定位，在肝臟腫瘤診斷、治療及預(yù)后方面取得進(jìn)展，但針對(duì)肝纖維化的研究尚未廣泛開展。PET/MRI對(duì)診斷肝臟惡性腫瘤及評(píng)估腫瘤轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)確率及敏感度均高于PET/CT[31]，結(jié)合DWI序列成像能夠獲取更多信息，KONG等[32]發(fā)現(xiàn)PET/MRI的SUVmean與表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)呈負(fù)相關(guān)；STEIN等[33]發(fā)現(xiàn)峰值標(biāo)準(zhǔn)攝取值(peak standardized uptake value, SUVpeak)與ADC的變異系數(shù)(ADCCV)呈負(fù)相關(guān)；二者結(jié)合能更深入了解腫瘤的異質(zhì)性。目前PET/MRI研究尚處于初級(jí)階段，顯像劑多以18F-FDG為主，研發(fā)雙功能、高靶向性分子探針必將成為未來顯像劑發(fā)展方向。

4 小結(jié)與展望

探索肝纖維化中心環(huán)節(jié)的生物分子，設(shè)計(jì)、合成及修飾相應(yīng)的分子探針是目前研究的主要方向。目前肝纖維化分子探針的靶點(diǎn)主要聚焦于活化HSC上的整合素αvβ3、Ⅰ型膠原蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)及肝細(xì)胞內(nèi)水通道蛋白、線粒體等。相比細(xì)胞內(nèi)靶點(diǎn)，αvβ3、Ⅰ型膠原蛋白位于細(xì)胞外基質(zhì)，該靶點(diǎn)的分子探針RGD-USPIO、18F-FPP-RGD2及EP-3533、CM101更易進(jìn)入靶分子分布空間，更便于識(shí)別靶點(diǎn)并與之結(jié)合，在早期診斷肝纖維化方面較其他類型探針更具優(yōu)勢(shì)。

目前對(duì)于肝纖維化分子探針研發(fā)、新探針使用劑量及安全性等諸多問題仍需更多探索，未來十年將有更多適用于肝纖維化成像的探針陸續(xù)面世。分子探針技術(shù)的不斷成熟將推進(jìn)雙模態(tài)乃至多模態(tài)影像技術(shù)在肝纖維化的診斷、分級(jí)、定量及治療監(jiān)測(cè)等方面的發(fā)展，有望解決各設(shè)備單獨(dú)成像后圖像配準(zhǔn)及患者依從性等問題，為篩查、縱向監(jiān)測(cè)肝纖維化及評(píng)估療效等提供更精準(zhǔn)的信息。