熒光納米成像在乳腺癌診斷中的應用

彭天嬌，陳蒙蒙

（1.河南科技大學臨床醫學院，河南 洛陽 471000；2.河南科技大學第一附屬醫院腫瘤內科，河南 洛陽 471000；3.漯河醫學高等專科學校第二附屬醫院腫瘤內科，河南 漯河 462300）

惡性腫瘤嚴重威脅人類健康，2020 年新發各類癌癥共計1930 萬例，其中乳腺癌（breast cancer）首次超過肺癌，成為全球最常見癌癥，占新發癌癥病例的11.7%[1]。乳腺癌作為威脅女性健康最常見的腫瘤，也是女性腫瘤致死的主要原因[2]。一些病理類型，如三陰性乳腺癌[3]，由于其組織學分級高，容易出現轉移，預后差、生存率低，診療方案都需要進一步探索。目前乳腺癌診斷的金標準是對原發灶和區域淋巴結的空芯針穿刺活檢。乳腺磁共振（MRI）檢查可用于分期評估，并有助于評估手術治療前后的腫瘤范圍及療效評估[4]；雖然MRI 較電子計算機斷層掃描（CT）輻射更小，對于軟組織的分層定位更加準確，但乳腺MRI 有一定的假陽性率。乳腺癌的治療包括化療、內分泌治療、靶向治療和免疫治療等方法，其中手術切除是乳腺癌的治療中常用且有效的手段[5，6]。術中準確的發現病灶，精準勾畫腫瘤及轉移灶的邊緣是亟待解決的問題。納米探針成像是通過納米材料荷載熒光物質[7]，在腫瘤區域特異性激活從而實現熒光成像[8]。除了可以解決特異性成像，滿足影像學診斷的問題，還可以達到術中引導成像，提高手術精準度[9]。盡管納米在細胞和動物層面的研究逐漸深入，但仍沒有實現熒光納米探針的轉化和臨床應用，說明理論可行和人體成像技術仍有待改進。了解腫瘤組織的特點及其微環境，研究納米探針的特性及納米粒子技術的應用具有重要意義。本文現結合乳腺癌的特征，針對現有的臨床影像學診斷，對納米熒光探針在乳腺癌腫瘤的研究進行綜述，根據乳腺癌細胞的特點分析熒光納米探針的激活條件，探討其在乳腺癌成像的應用及面臨的挑戰，旨在為乳腺癌的診療提供新思路。

1 傳統影像學檢查應用

乳腺癌的影像學檢查對于乳腺癌的診斷、分期和治療至關重要，通過影像學檢查可以檢測腫瘤的形態、范圍、定位，浸潤深度等，指導治療方法的選擇。

1.1 診斷評估 對于需要手術治療的患者，術前需要進行全面的影像學評估，傳統的影像學檢查包括乳腺超聲和鉬靶檢查，其與病理學的符合程度有一定差距，導致術中的切緣陽性率和二次手術率提高，影響手術效果及患者預后。乳腺MRI的評估效果均優于超聲、鉬靶等常規影像學檢查[10，11]。雖然MRI 具有較高的陽性率，但是假陽性率的存在不容忽視[12]。如果病灶中存在小葉癌、纖維組織中孤立癌腫或導管原位癌時，由于新生脈管較少，影響腫瘤對造影劑的攝取，會使磁共振對殘余微小病灶的顯影欠佳[13，14]。目前，對于可疑病變的組織，建議使用MRI 聯合細針穿刺活檢進一步明確病灶性質[15]。術前乳腺MRI評估的另一個問題是如何在患者體內進行定位。有研究顯示[15，16]，可通過術前導絲定位或MRI 掃描后重建病灶部位標記手術切除范圍，由于其存在技術難點，在臨床應用尚未普及[17]。因此，術前影像學的精準評估方法仍有待優化。

1.2 術中指導 早期乳腺癌的手術治療需要精準的識別病灶，最大程度的獲得陰性邊緣。術中B 超引導應用于不可觸及的乳腺癌，往往需要術前定位，術中使用實時超聲引導確定手術范圍，術后再次探測手術部位[18]。術中超聲具有方便、快捷、無創的特點，其術中判斷的準確性可以達到鉬靶術前導絲定位。除了實時超聲實時引導，Kaufman CS 等[19]介紹了美蘭注射和導絲定位2 種術中超聲定位方式。選擇性的針對腫瘤細胞顯影成像，對于術中實時引導手術至關重要[20]。完成超聲定位后，在病灶周圍注入少量美蘭，由于美蘭注射液是非選擇性的顯影成像，使用不當會在乳房內出現大面積擴散，導致病灶定位難度增加，因此，注射時需要嚴密控制用量和注射方式。

1.3 隨訪監測 超聲檢查在判斷病灶囊實性、細微觀察腫物邊緣情況等方面較鉬靶檢查有一定優勢[21]。在超聲檢查隨訪時出現異常聲像表現，需結合鉬靶，排除是否為鈦夾影像或是粗大鈣化影。若無法判定腫物性質，則可考慮粗針穿刺或手術切除明確診斷[22]。對于術后的乳腺影像隨訪，特別是保乳術后隨訪，推薦使用超聲聯合鉬靶檢查[23]。復發性乳腺癌常表現為以實性成分為主的低回聲和混合回聲腫物，沒有明確的邊界。如果手術“瘢痕”越來越大，或其邊緣有變圓的趨勢，則需警惕腫瘤復發[24]。

2 納米探針熒光成像

納米材料作為一種新的材料廣泛應用于腫瘤的診斷、治療和預防。納米醫藥利用納米技術對不同材料和尺寸的改進，利用其獨特的物理、化學、生物特性，實現其小顆粒、大比表面積和高活性等特點。自1995 年FDA 批準Doxil（鹽酸多柔比星脂質體注射劑）上市，越來越多的與腫瘤治療相關的納米醫藥進入人們的視野[25]。納米藥物在血液中顯示出更好的穩定性，比如白蛋白紫杉醇，有更長時間的血藥濃度，更好的生物利用度[26]，較傳統的紫杉醇在減輕不良反應方面具有顯著優勢[27]。納米材料針對特定組織靶向結合，顯示出納米材料在乳腺癌診療中的巨大的潛力。與此相似的納米探針研發針對腫瘤組織與正常組織分子生物學中的區別，分為生物響應型納米材料和靶向熒光納米材料。生物響應型納米探針通過在表面修飾響應物質，可用于實時、原位成像。在腫瘤組織周圍異常表達的物質激活發光，而在癌旁和正常組織中實現熒光淬滅[28]。靶向熒光納米材料通過針對腫瘤細胞高表達的生物標志物特異性激活[29]，實現對腫瘤邊緣的精準勾畫。基于此，已經開發出一系列不同材料的納米熒光探針，見表1。

表1 乳腺癌的熒光納米探針

3 熒光納米探針成像條件

早期學者們通過對細菌和酵母的研究發現，細胞的基因型決定細胞的所有表型，也因此認為腫瘤的全部特性都歸因于單個腫瘤細胞的生物學行為。然而，越來越多的證據表明，腫瘤的特性并非僅僅由單個腫瘤及其所攜帶的基因決定。在一些乳腺癌、結腸癌中，腫瘤間質被腫瘤細胞招募和利用，共同發揮作用，這說明多種不同分化方向的細胞通過異質性相互作用，構成獨特的腫瘤微環境，促進腫瘤生長。熒光納米探針可“智能識別”腫瘤組織獨特的微環境或腫瘤細胞特異靶點。對于乳腺癌來說，和其他實體腫瘤相似，具有偏酸性環境，組織缺氧、高代謝等特點。

3.1 酸性環境 腫瘤細胞依賴糖酵解產生能量，形成了腫瘤周邊的pH 6.5～6.9，該值低于正常的組織和體液循環系統[30]。乳腺癌細胞糖酵解過程中產生大量乳酸和二氧化碳，為了避免細胞毒性，乳酸通過轉運體從胞內排出，大量質子通過多種質子泵被排出[31]。此外，碳酸酐酶作用于二氧化碳的轉運和代謝，可促進胞外酸性環境的形成[32]。多種納米材料可針對腫瘤的這種主要特征，實現“智能”的生物響應。Voskuil FJ 等[33]提出一種與吲哚菁綠偶聯的超pH敏感的兩親性聚合物，由于納米級大分子協同作用的機制，這種聚合物在酸性的腫瘤細胞外微環境中迅速不可逆轉地解離，產生熒光。研究表明，該新型熒光納米材料可作為包括乳腺癌在內的4 種實體腫瘤的成像方式。這種有效、準確的成像方式可提供圍繞實體腫瘤邊緣的熒光圈，從而服務于熒光引導手術。有學者對此是否會對術后病理的診斷產生影響做了研究。Tang X 等[34]構建了一種具有良好生物相容性的納米偶聯物，由含19F的Gd3+螯合物組成，對pH 響應，應用于磁共振成像。這種納米材料作為成像的造影劑，實現對腫瘤靈敏、準確的成像。目前，pH 熒光納米探針主要利用細胞器，如溶酶體、線粒體等實現細胞器的靶向檢測。針對細胞膜、細胞核及內質網等多種細胞器的pH 檢測可為研究相關疾病的診斷成像提供更有力的支持。

3.2 氧化還原反應 諸如乳腺癌這樣的實體腫瘤中，為了供應腫瘤增殖需要的營養物質，瘤體出現廣泛的血管增生。但因腫瘤生長的速度超過了血管生長率，腫瘤中心會存在乏氧區域，且高代謝產生大量活性氧和谷胱甘肽濃度在腫瘤微環境中顯著升高[35]。現已有多靶點的抗血管生成的藥物應用于腫瘤治療，如阿帕替尼是用于胃-食管交界部腺癌的1A 類推薦治療藥物，貝伐珠單抗用于肺癌的治療等。還有研究受到這種腫瘤相關血管增殖的啟發，提出通過納米酶和腫瘤血管正常化相結合來破壞腫瘤的協同增強策略[36]，此納米酶不僅具有光熱特性，而且可以在腫瘤微環境的刺激下有效產生活性氧，并且在第2 近紅外區的熒光成像和磁共振成像在活體內的可視化追蹤方面也表現出了顯著的成像性能。Elaimy AL 等[37]的研究認為VEGF 不僅促進腫瘤血管生成，對乳腺癌腫瘤細胞本身也有促進作用。因此，乳腺癌表面特異靶點的熒光納米材料的安全性仍有待進一步考證。缺氧是腫瘤的一種特性，與晚期腫瘤進展和惡性程度有關。一種嗜氧的納米酶結合過氧化氫可控釋放氧氣的特點用于乳腺癌的診療，該材料在輻射狀態下可生成氧氣，作為抑制乳腺原位腫瘤生長和肺轉移的藥物。超氧陰離子（O2·-）是代謝過程中生物體產生的一種活性氧，廣泛參與對細胞功能的調控。Xiao H 等[38]研究發現了一種新的納米材料，通過對活性分子的產生位點和濃度變化進行成像，實現對氧氣的具體識別，可視化亞細胞定位，為進一步探索異常能量代謝在腫瘤發生發展中異常的信號轉導提供重要的材料。

3.3 其他 各種細胞表面的酶和糖蛋白與癌細胞密切相關。透明質酸（HA）是一種線性粘多糖，是所有活生物體細胞外基質的重要組成部分。Guo X 等[35]研究獲得了水環境下穩定的納米粒子，過表達的透明質酸酶在腫瘤細胞中實現了響應性熒光信號的關/開行為。經激光照射后，在載瘤小鼠體內實現了良好的近紅外熒光成像，表明納米粒子可作為一種生物兼容的治療性平臺，同時用于體內雙模式腫瘤成像和光治療。HA 也是CD44 蛋白的配體，CD44蛋白在多種腫瘤細胞表面過表達，針對這兩種分子的雙重靶向納米載體，提升淋巴結內乳腺癌細胞的靶向標記和特異性識別能力。Dai Y 等[39]研制的納米顆粒具有快速進入前哨淋巴結并靶向標記乳腺癌細胞的能力。通過熒光成像可以長時程動態監測5K-HA-HPPS 在淋巴結中的蓄積情況，而光聲成像則可以顯示納米顆粒在完整淋巴結中的空間分布信息。建立乳腺癌轉移前哨淋巴結鑒定新方法，有效地解決了腫瘤轉移的前哨淋巴結與炎癥性淋巴結難以區分的難題，便于指導術中及術后乳腺癌的成像。

4 總結與展望

惡性腫瘤對人類的傷害每年造成數百萬的死亡，但目前診斷和治療策略效率有限。隨著精準治療時代的來臨，納米技術的在診療中顯示出巨大的潛力。乳腺癌的細胞組織學特征與其他實體腫瘤相似，但針對其獨特的特征，開發針對性的靶點結合，如HER-2 受體，有助于實現特異性精準成像。腫瘤及其癌旁組織的生物學分界不明確，針對腫瘤組織的成像是否會引起癌旁的異常蓄積激活并引起相應的不良反應仍有待探討。同時，新型納米材料的生產、儲存及應用需要更多臨床實驗的支持，其安全性、有效性仍有待進一步探討。隨著對癌生物學的研究以及對乳腺癌的靶點探索，納米材料在未來將更加精準的應用于成像和治療。