磁共振對比劑在肝臟及其腫瘤靶向成像中的應用研究進展

余日勝 周佳萍

慢性肝病是威脅生命健康的重要因素，是肝細胞癌（HCC）的高危因素。我國作為慢性肝病，尤其是慢性乙肝的第一大國，對高危人群進行定期監測尤其重要。HCC是全球第五大常見癌癥，也是癌癥相關死亡的第二大常見原因[1-2]。其預后很大程度上取決于腫瘤分期，由于缺乏早期診斷的機會與方法，且HCC患者多伴有脂肪肝、肝硬化，使得很多患者在確診時已失去手術切除機會，這對現有的影像學檢查及成像技術帶來挑戰[2-6]。

MRI是一種沒有電離輻射，空間分辨率高，對病變組織本身及其周圍組織關系成像較清晰的檢查，便于對疾病分期作出判斷[7-8]。MRI是肝臟疾病診斷與鑒別診斷常用的影像學手段之一，但其常規掃描對于疾病檢出的敏感性仍然較低，影響腫瘤的檢出[4-5，9-10]。因此為了得到更清晰的MRI圖像，提高鄰近組織與腫瘤的成像對比度，常使用MRI對比劑來彌補敏感性低的缺陷，旨在更好地對病灶定位、定性。MRI分子成像是分子影像學的重要組成部分，其相關的對比劑研究對肝臟疾病早期診斷作出重要貢獻[7，11]。為了滿足早期成像，設計合成生物安全性高、磁性活力強、肝臟腫瘤靶向的MRI對比劑，進一步提高腫瘤MRI診斷的敏感性及特異性是肝臟MRI成像技術的研究重點。本文將MRI對比劑在靶向肝臟腫瘤成像應用中的研究及進展作一述評。

1 MRI對比劑分類

MRI信號來自于被外部磁場磁化質子的射頻信號，這些質子主要來自水分子，應用射頻脈沖來激發磁化，并使用磁場梯度來提供空間定位。磁共振成像反映的不同信號強度，取決于核自旋密度、水質子的縱向弛豫時間（T1）、橫向弛豫時間（T2）、水分子流動性的組織參數以及回波時間、重復時間等掃描參數。MRI對比劑一般通過改變縱向、橫向弛豫時間來改變信號強度，主要分為順磁性對比劑和超順磁性對比劑。順磁性對比劑一般是含有釓（Gd3+）或錳（Mn2+）等鑭系元素的配合物，這些元素可以縮短縱向弛豫時間，使目標部位T1信號增強，被稱為陽性對比劑。超順磁性對比劑一般是基于氧化鐵粒子，通過縮短橫向弛豫時間，減低成像信號，被稱為陰性對比劑。目前臨床應用及影像研究的肝臟MRI對比劑主要有肝非特異性細胞外對比劑、肝細胞特異性對比劑、網狀內皮系統特異性對比劑、血管內或血池對比劑以及基于分子影像學制備的腫瘤靶向對比劑[12-16]。

1.1 肝非特異性細胞外對比劑 肝非特異性細胞外對比劑是由因含未配對電子而具有順磁性的鑭系金屬離子釓（Gd3+）或錳（Mn2+）和螯合配體如二亞乙基三胺五乙酸（DTPA）、1，4，7，10-四氮雜環十二烷-1，4，7，10-四羧酸（DOTA）及磷酸二苯一異癸酯（DPDP）組成，以被動分布機制聚集在血管間隙和細胞外血管外間隙[17-18]。釓螯合物是最早研制并應用于臨床的肝臟順磁性對比劑。目前在臨床最常應用的主要有Gd-DTPA、Gd-DOTA等含釓對比劑細胞外對比劑相對小分子，通常為親水性螯合物，不與蛋白結合，經靜脈給藥后能快速分布到全身血管系統，隨后滲透過肝內毛細血管網彌散到細胞外組織間隙，幾乎全部通過腎小球濾過排泄[18-19]。有報道稱含釓對比劑可能會導致患者出現腎源性系統纖維化，在多次反復注射后可能會導致骨、腦組織釓絡合物沉積[20-21]。除此之外，肝非特異性細胞外對比劑還存在一些不足之處：（1）血液循環時間短，體內消除快；（2）無特異性。

1.2 肝細胞特異性對比劑 肝細胞特異性對比劑是由有功能的肝細胞吸收并在膽汁中排泄的含順磁性金屬離子的螯合物，同時具備肝細胞特異性和細胞外對比劑的性質，可提供肝動脈、肝靜脈、肝門脈及肝膽期四期現象。該類對比劑主要通過肝細胞特異性有機陰離子轉運蛋白（OATPs）攝取，能縮短組織的T1值，使得有功能的肝細胞在T1WI上顯著強化，無肝細胞功能或轉運蛋白功能減弱、缺失的癌前病變/惡性腫瘤呈現肝膽期低信號[22-23]。由此，該對比劑對于肝臟腫瘤的早期檢出及鑒別、HCC表征分型以及肝轉移瘤的早期檢出有較大價值[23-24]。肝細胞特異性對比劑的制備已具有二十多年的歷史，目前最常用于臨床的包括釓塞酸二鈉（Gd-EOBDTPA，普美顯）、釓貝葡胺（Gd-BOTPA，莫迪斯）[25]。

Gd-EOB-DTPA、Gd-BOTPA均屬于釓螯合MRI對比劑，通過肝細胞OATPs攝取，通過多藥耐藥相關蛋白轉運體（MRP2）經膽道排泄。據研究報道該類對比劑經膽道腎臟雙重排泄，約有50%的Gd-EOB-DTPA經膽道排泄，遠高于Gd-BOTPA，因此Gd-EOB-DTPA在肝膽疾病的應用中更加廣泛[23，25-26]。除了釓螯合物外，含錳的肝特異性MRI對比劑錳福地匹三鈉（Mn-DPDP，泰乃影）也被應用，該對比劑在緩慢輸注后被肝細胞攝取，使肝實質明顯強化，但其并不適用于動態顯像[23]。

肝細胞特異性對比劑對于肝腫瘤的早期診斷，尤其是早期小病灶診斷較敏感；有助于鑒別邊緣性肝結節，如局灶性結節增生（FNH）、肝硬化相關再生結節或發育不良結節、早期HCC。但該類對比劑也存在一些缺點：（1）與常規的細胞外對比劑相比，其動脈期強化效果較差；（2）容易在動脈期產生偽影；（3）對肝實質本身功能有要求，若伴隨肝功能退變或纖維化，肝細胞表面OATPs減少，肝實質對其攝取減少，從而可能降低病變的檢出敏感性及診斷準確性[23]。

1.3 網狀內皮系統特異性對比劑 正常肝組織存在大量屬網狀內皮系統的單核巨噬細胞（Kupffer細胞），主要功能是識別、吞噬清除血液中粒徑＞200 nm的顆粒，而肝腫瘤中缺乏網狀內皮系統及Kupffer細胞，因此粒徑＞200 nm的MRI對比劑選擇性分布在正常肝組織。

目前最常見的網狀內皮系統特異性對比劑主要有超順磁氧化鐵（SPIO）顆粒，其一般由納米氧化鐵晶體核與穩定的生物相容性材料組成，以改善溶解性及耐受性。該類對比劑的直徑分布在30～5 000 nm，能被巨噬細胞吞噬，尤其是肝竇周圍的Kupffer細胞。正常肝組織攝取SPIO顆粒后會產生“黑肝”效應，而腫瘤組織很少或幾乎不攝取SPIO顆粒，由此呈現為高信號，從而提高了肝內病灶檢出率[27-28]。

近年來對合成基于SPIO的納米分子探針作為MRI對比劑的研究進展廣受關注，也有不少研究制備了SPIO相關納米粒并證明了其在細胞層面及體內成像的作用[29-30]。該類對比劑特點是對網狀內皮系統具被動靶向作用，增加正常肝實質與病灶間的對比度，從而提高肝臟疾病及腫瘤檢出率。但SPIO的應用有一定的缺陷：（1）如前所述較多的HCC患者伴肝硬化背景，其肝內鐵沉積會對其強化效果有一定影響；（2）有研究認為SPIO存在劑量相關的細胞毒性[31-32]；（3）對于部分遺存少量Kupffer細胞病灶的成像效果不佳[33]。

1.4 血管內或血池對比劑 超小順磁性氧化鐵納米粒（USPIO）是一種以氧化鐵晶體核包裹左旋糖酐或葡萄糖所形成的納米粒，其直徑一般＜20 nm，不同于會被網狀內皮系統快速吞噬的SPIO，USPIO可以逃避巨噬細胞的捕獲，表現出相當長的血液循環時間，因此被稱為血管內或血池對比劑[27，34]。USPIO除了能縮短T2弛豫時間外，還能影響T1弛豫時間，因此可以在T1WI上增強背景肝實質信號，在T2WI時降低背景肝實質的信號，即USPIO既是T2對比劑，也是T1對比劑。由于USPIO最終被淋巴結和骨髓中的吞噬細胞消除，因此也有研究報道了利用USPIOs增強MRI對前列腺癌淋巴結的術前評估分期[35]。

2 肝臟MRI對比劑分子影像學發展及方向

隨著分子影像學的探究發展，制備安全高效、腫瘤靶向的MRI對比劑，利用對細胞表面分子的特異性識別，在分子水平實現可視化的研究逐漸廣泛。腫瘤分子水平的研究發展指示肝細胞、肝臟腫瘤細胞表面的一些過表達受體在腫瘤細胞代謝及生長增殖中起重要作用。設想研發經特異性抗體或配體修飾的MRI對比劑，通過與受體的配合反應，使MRI對比劑在進入體內后實現主動靶向腫瘤靶組織并特異性結合的目的，有望明顯提升成像效果，減少全身不良反應，提高MRI對肝臟腫瘤的早期檢出及診斷準確率。

2.1 肝細胞受體MRI對比劑 肝細胞具有多樣性，其細胞膜上存在各種轉運通道及轉運受體，最常見并且研究較多的是去唾液酸糖蛋白受體（ASGPR）[36]。ASGPR單一存在于肝細胞表面，在肝細胞糖蛋白代謝中發揮作用，其可以識別無唾液酸基胎球蛋白或阿拉伯半乳聚糖等配體并特異性結合，使對比劑在肝細胞中的靶向傳遞，故可被稱為肝細胞受體對比劑。有不少研究報道了應用半乳聚糖與肝ASGPR受配體反應，制備含成像對比劑的納米顆粒，以鑒別正常肝組織與腫瘤組織[37-38]。

2.2 腫瘤細胞受體MRI對比劑 按照功能將腫瘤表面過表達的受體主要分為代謝性受體和營養性受體，這些過表達受體在正常組織中近少量表達或不表達。

2.2.1 代謝性受體特異性MRI對比劑 代謝性受體包括受體酪氨酸激酶超家族，如葉酸受體（FA）、表皮生長因子受體（EGFR）、人類表皮生長因子受體（HER-2），以及其他一些激素類受體[39-40]。將這些受體的配體或其類似物直接與釓螯合物鏈接，或與含對比劑載體的表面間接連接，能增強釓螯合物或載體的靶向性，有望制備肝臟腫瘤靶向的MRI對比劑。以葉酸受體系統為例，葉酸是新細胞產生與代謝維持的必需物質，與合成DNA堿基合成相關，在細胞快速分裂與生長時期或細胞異常增殖時顯得十分重要；而葉酸受體是一種高親和性、糖基磷脂酰肌醇錨定的葉酸結合蛋白，在各類腫瘤細胞中明顯過表達。有研究者針對HER-2將Gd-DOTA與曲妥珠單抗偶聯于含金納米粒，制備一種能在CT及MRI中成像的新型對比劑[40]。另有研究報道基于葉酸受體靶向成像與治療的發展，揭示了其攜帶的化療藥物、寡核苷酸、MRI對比劑的靶向治療以及靶向成像的發展[41-42]。

2.2.2 營養性受體特異性MRI對比劑 營養性受體包括葡萄糖受體（GR）、轉鐵蛋白受體（TfR）、低脂蛋白受體（LDLR）等，將這些受體的配體或其類似物直接與釓螯合物鏈接，或與含對比劑載體的表面間接連接，亦有望制備得到肝臟腫瘤靶向的MRI對比劑。轉鐵蛋白TfR是鐵穩態的重要組成部分，能與細胞外結合了Fe3+的轉鐵蛋白Tf結合，形成Fe3+-Tf-TfR被內吞入細胞，轉運入細胞的Fe3+主要儲存在鐵蛋白中，脫鐵的Tf-TfR再回游到細胞膜解離，開始新的循環，以上由Tf-TfR介導的內吞作用是細胞內鐵的主要轉運途徑。由于腫瘤細胞包括肝臟腫瘤細胞的快速增殖，對鐵的高需求，其細胞表面TfR高表達，以此作為靶向受體的MRI對比劑，有望明顯提高對比劑肝臟腫瘤靶向性，增強成像效果。已有文獻報道關于TfR作為靶點的MRI成像、MRI診療一體化的研究，將Tf與SPIO、釓螯合物等連接，證明所制備新型MRI對比劑的診斷、診療能力[42-44]。

2.3 腫瘤血管受體MRI對比劑 實體腫瘤營養物質獲取方式從早期直接在周圍環境中攝取改變為后期從主要供給血管中獲取，可見腫瘤新生血管在其獲取營養、快速增殖甚至遠處轉移中的重要作用。研究表明，腫瘤血管內存在某些高表達受體能刺激腫瘤血管內皮細胞增殖，誘導腫瘤新生血管形成，如血小板衍生生長因子受體（PDGFR）、血管內皮生長因子受體（VEGFR）、整合素、E-選擇素、酪氨酸激酶受體（Tie-2）。由此，利用生長因子拮抗及相關受體阻滯成為了腫瘤靶向研究熱點，而針對這些受體作為靶點進行MRI成像的研究也不乏報道。已有研究者針對VEGFR制備結合聚賴氨酸與氧化鐵，合成了新型納米分子探針，在動物磁共振成像中驗證了該探針的早期診斷作用[45]。

2.4 MRI報告基因相關特異性對比劑 MRI報告基因成像是將報告基因轉染到細胞，通過其在細胞內的持續表達以及后續對聚集鐵和其他介質的效應，是細胞產生明顯的信號改變。目前應用于MRI成像的報告基因有酪氨酸酶基因（TYR）、β-半乳糖苷酶基因（LacZ）；轉鐵蛋白受體基因（TfR）及鐵蛋白基因（Fth）等[7，11]。以目前研究中應用較多的鐵蛋白報告基因為例，不同于所述的其他幾種基因，該基因成像不用依賴于外源性對比劑。鐵蛋白是機體內鐵蓄積的重要形式，其在體內表達可以導致細胞內的Fe3+濃度下降，從而引起細胞增強對細胞外鐵離子的攝取，而儲存在鐵蛋白的鐵將變成具有超順磁性的氧化鐵顆粒，以此縮短T2弛豫時間，降低T2信號。與基于納米離子的技術（如SPIOs）不同，鐵蛋白報告基因不會因為細胞分裂被稀釋，而導致成像敏感性的改變[11]。研究報道了利用鐵蛋白基因表達進行MRI檢查，顯示了鐵蛋白基因表達后T2時間縮短的現象[46]。另外，報告基因還可以通過賦予啟動子來進一步調控基因在靶向組織表達，如給予甲胎蛋白（AFP）作為啟動子，使期其在AFP表達陽性肝細胞中特異性啟動后續報告基因表達，以提高MRI成像的精準性。

3 總結

通過應用MRI對比劑，肝臟病變的檢出率及診斷準確性、可靠性得以明顯提升，如肝細胞特異性和網狀內皮系統特異性MRI對比劑有助于肝內病灶的早期檢出。而腫瘤靶向研究隨著其分子水平的深入探究也呈現出新的、多樣化的研究方向。在已有MRI對比劑基礎上，設想新型的具備肝臟腫瘤靶向性的分子影像探針是目前乃至未來研究的熱點，相信這些新型成像對比劑有望進一步提高MRI在肝臟疾病的早期檢測、診斷、可視化診療的作用。

（本文由浙江省醫學會推薦）