分子影像納米探針在動脈粥樣硬化的應用進展

周 佳， 曹 省， 郭瑞強

(武漢大學人民醫院超聲影像科，湖北省武漢市 430060)

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，As)是一種以動脈慢性炎癥為特征的疾病，主要原因是脂質代謝和炎癥反應紊亂，動脈壁中脂質的積累和炎癥活動可導致動脈硬化和動脈壁增厚[1]，產生的斑塊可導致進行性管腔狹窄，從而出現缺血和穩定型心絞痛的癥狀，或者突然破裂導致血栓形成、血管閉塞和心肌梗死，As出現臨床癥狀通常在較晚的病程。雖然心血管疾病的影像檢測手段發展日益成熟，但是常規的影像手段不能提供與疾病早期發生發展及其并發癥相關的潛在病理生理過程的信息。分子影像及納米醫學技術的迅猛發展正好能彌補這一短板，該成像方法能在分子和細胞水平對動脈粥樣硬化斑塊進行活體定性和定量研究，檢測出壞死核心、炎癥、斑塊內出血、纖維帽厚度和微鈣化等，實現As的早期檢測和監控疾病的發生發展[2]。納米造影劑在形狀、大小和組成方面具有可調節性，不僅如此，還可以連接相關的生物共軛物。納米醫學的不斷發展引起了學者們的研究熱潮，致力于研究As早期診斷以及診療一體化的納米分子探針，這些探針有望成為As的早期診斷技術。

1 納米探針結合磁共振成像在As診斷中的應用進展

磁共振成像(agnetic resonance imaging,MRI)是一種非侵入性成像技術，通過高空間分辨率和出色的軟組織對比度評估As斑塊病變程度。納米探針將MRI的診斷優點、斑塊成分信息以及血管參數結合，可用于易損斑塊的診斷和斑塊穩定性的評估。目前可作為As分子影像診斷的MRI納米探針有以下幾種(表1)。

1.1 靶向內皮細胞As標記物的MRI納米探針

釓配合物(Gdchelates)是目前臨床上最常用的T1造影劑,然而釓配合物在代謝過程中所釋放的游離釓離子存在腎毒性,會導致組織纖維化[3]和腦部沉積[4]的風險。血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)能夠誘導活化的炎癥細胞向內皮細胞募集，被認為是As最常見的生物學標記物。有學者發現設計靶向VCAM-1的植物煙草花葉病毒納米顆?？梢越档歪徟浜衔锏氖褂昧浚苊庠煊皠淼哪I毒性風險[5]。另外，P-選擇素被證實是介導白細胞和內皮細胞黏附的重要蛋白，靶向P-選擇素的納米顆粒有利于MRI造影劑在內皮細胞聚集，增強斑塊顯像[6]。

1.2 靶向巨噬細胞As標記物的MRI納米探針

巨噬細胞是As發生發展過程中最主要的免疫細胞，因其在斑塊中富集，容易攝入納米顆粒，成為納米探針最常見的靶細胞。清道夫受體AI(scavenger receptorsclass AI,SR-AI)是促進巨噬細胞向促炎表型轉化，并導致易損斑塊最終破裂的關鍵因子。有學者發現將SR-AI的高效配體PPI與金納米簇修飾后裝載成特定的納米探針,該探針不僅具有良好的生物安全性，而且能夠顯著增加As小鼠動脈粥樣斑塊成像[7-8]。

CC趨化因子受體2(C-C motif chemokine receptor 2,CCR2)在促炎型巨噬細胞和As斑塊中高表達，其可以促進外周血單核細胞遷移成為巨噬細胞并觸發炎癥反應，有研究團隊組裝了能夠靶向結合CCR2并拮抗其生理作用的肽偶聯納米顆粒，從而抑制原代單核細胞的趨化性遷移和發揮抗炎效應，實現As斑塊的靶向成像乃至治療作用[9]。

1.3 靶向As炎性斑塊非細胞部分的MRI納米探針

纖連蛋白的額外結構域B(extra domain B of fibronectin,FN-EDB)具有靶向進展中斑塊的能力，是評估As進展的新型分子標記物，將以FN-EDB為靶標的納米顆粒用于斑塊成像，可延長造影劑的血液循環時間，并增加了其在斑塊中的積累[10]，該團隊基于靶向FN-EDB設計的納米探針有望用于As的MRI診斷。

血小板是介導血栓形成的重要介質，把血小板膜包裹在合成的納米顆粒核上來制備仿生納米顆粒[11]，該納米顆粒的產物能夠與活化的內皮細胞、泡沫細胞和膠原蛋白相互作用，以達到促進斑塊成像的目的。除了直接包被血小板膜以外，納米顆粒可以包裝TEG4,一種活化斑塊內血小板的標記物，該納米顆粒注射到As小鼠體內能夠靶向獲得斑塊的血小板以促進斑塊成像[12]。

1.4 靶向血管平滑肌細胞As標記物的MRI納米探針

超順磁性氧化鐵(SPIONs)是典型的T2負增強造影劑，具有良好的生物相容性、超順磁性。SPIONs可進入人體內，主要被肝、脾及單核巨噬細胞系統吞噬[13]，這表明其主要在有炎癥反應的地方積聚，例如人As斑塊和血栓[14]?；赟PIONs可進行表面修飾的功能特性，有研究表明硫酸葡聚糖修飾SPIONs可以靶向巨噬細胞清道夫受體，從而利于As小鼠的斑塊成像[15-16]。髓性過氧化物酶可作為區分易損As斑塊與穩定斑塊的有效標記物，將SPIONs和MPO的納米結合物注射射到As小鼠體內，可檢測易損As斑塊和監測髓性過氧化物酶活性[17]。組織因子(tissuesfactor,TF)是影響As斑塊發展和血栓形成的關鍵因素，SPIONs經過表皮生長因子結構域修飾后，可用于TF陽性的動脈粥樣斑塊的分子成像,以此判斷是否有血栓形成及斑塊進展情況[18]?？贵wprofilin-1可特異性靶向As斑塊中的血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)，有助于斑塊的成像[19]。這些證據都表明，SPIONs是As分子影像診斷技術的有效納米載體。

2 納米探針結合PET在As診斷中的應用進展

正電子發射斷層掃描(PET)成像具有優越的靈敏度、可定量、功能檢測及無創等特點，被廣泛用于心血管疾病的研究。納米顆粒為As的PET分子成像提供了獨特的優勢，例如血液停留時間延長、靈敏度和特異度提高等。目前可作為As分子影像診斷的PET納米探針有以下幾種(表1)。

2.1 靶向內皮細胞As標記物的PET納米探針

血管生成是斑塊形成過程中的重要病理過程，可導致斑塊出血和斑塊易損性。GEBP11肽已被證實對監測內皮細胞的新血管形成具有重要價值。有研究發現，將GEBP11肽偶聯到Fe3O4磁性納米粒子上，并用68Ga進行放射性標記之后，可以檢測As斑塊內的血管形成，提示斑塊有出血風險[20]。

2.2 靶向NPR-C的PET納米探針

利鈉肽清除受體-C(natriuretic factor receptor C，NPR-C)可與C型利鈉肽結合介導其降解，導致心血管功能的惡化，因此NPR-C被認為是As診斷的生物靶點[21-22]。通過將C型心房利鈉肽與納米材料綴合在一起行成梳狀納米顆粒，該梳狀顆?？梢蕴禺愋园邢騈PR-C，同時在血液中具有良好的穩定性，通過As動物模型和離體人類CEA標本對復雜的動脈粥樣斑塊進行成像[23]，證實該梳狀納米探針可用于晚期As斑塊成像。

2.3 靶向趨化因子受體的PET納米探針

趨化因子是一組小的肝素結合蛋白，通過相應的趨化因子受體引導循環白細胞運動至炎癥或損傷部位，因此與斑塊的形成、進展、穩定和破裂有著密切的關系。vMIP-II做為趨化因子受體的拮抗劑，包裝vMIP-II的梳狀納米顆粒通過減低腎排泄率延長了血液停留時間，因而能夠更加準確地評估斑塊的進展[24]。

3 納米探針結合CT在As診斷中的應用進展

CT被認為是臨床上對冠狀動脈狹窄進行分級和確定斑塊鈣化最可靠、最準確的方法。盡管如此，學者們致力于通過獨特的納米方法來提高CT分子成像的特異度和對比度。迄今為止，已經開發了多種納米顆粒造影劑，包括碘化納米顆粒和金屬基納米顆粒(表1)，如鉍、鐿和金[25]。Hyafil等[26]開發了碘化聚合物納米顆粒用于冠狀動脈粥樣斑塊巨噬細胞的CT成像。而金屬基納米顆粒中，金納米粒子在As診斷上獲得了巨大關注，主要是因為金納米顆粒靶向造影劑穩定、毒性低，并能顯著衰減X射線光子[27-28]。基于金納米顆粒的特點，有研究團隊制備了高密度脂蛋白金納米顆粒(Au-HDL)，即特定的巨噬細胞靶向造影劑，可示蹤As小鼠動脈巨噬細胞，并同時對斑塊進行成像[29]。

4 納米探針結合超聲在As診斷中的應用進展

研究As進展機制的分子影像學方法有CT、PET和MRI。CT和PET存在一定輻射，每年檢查的次數有限，而MRI和PET收費高，不易于普及。超聲成像是一種常用的臨床成像技術，可快速測量動脈斑塊的大小、內膜中層厚度，甚至是斑塊表面的潰瘍和出血。超聲納米、微泡造影劑可提高脈管系統的穿透力，可快速高效定位動脈斑塊，大大提高了超聲作為As影像學診斷的潛力。目前，可作為As分子影像診斷的超聲納米探針有以下幾種(表1)。

表1 納米探針在As分子影像診斷的靶點總結

4.1 靶向內皮細胞As聯合標記物的超聲納米探針

納米分子探針可與內皮細胞不同As生物標志物或者治療藥物結合，發揮As診斷乃至治療作用。同時將人P-選擇素、VCAM-1、LOX-1、血管性血友病因子及具有親和力的小肽配體結合到脂質穩定的納米微泡表面，用以靶向炎癥細胞和血小板的內皮細胞黏附分子，對晚期As斑塊的超聲成像有積極意義[30]。不僅如此，納米探針可以將分子影像與血栓治療一體化，通過將溶栓藥物、微泡及納米顆粒組裝成納米微泡后可用于溶栓治療，以避免血栓介導的急性心血管事件的發生[31]。

4.2 靶向VSMCs的超聲納米探針

VSMCs表型轉化在As斑塊進展中起著至關重要的作用。骨橋蛋白的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列可與CD44相互作用，是VSMCs表型轉化的生物標記之一。泡沫細胞高表達骨橋蛋白,檢測斑塊骨橋蛋白的表達可以成為斑塊穩定性評估的理想手段?；诖?，有研究團隊構造了一種雙模態成像探針，即靶向骨橋蛋白的納米顆粒[32]，其可用于對易損As斑塊進行直接和非侵入性的體內可視化成像。

4.3 靶向炎性標記物的超聲納米顆粒

斑塊內持續炎癥與斑塊的不穩定和破裂有關，因此檢測斑塊是否存在進行性炎癥反應，有助于As早期診斷和風險評估。CD36通過攝取氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)和觸發動脈炎癥反應的信號級聯參與As的形成，因此，CD36可作為研究As進展的有效標志物[33]。半導體聚合物納米顆粒具有理想尺寸、高消光系數、優異的光穩定性和生物相容性等優點，與傳統的激發波段相比，半導體聚合物納米顆粒能夠提供更深的組織穿透力和更高的信噪比。由于其減少了光散射和背景，有科研團隊開發了一種抗CD36修飾的半導體聚合物納米顆粒，在注射As納米顆粒24 h后，斑塊成像的效果明顯增強[33-34]。

4.4 IVUS與納米技術結合助力As斑塊的診斷

血管內超聲(IVUS)是無創性超聲技術和有創性導管技術相結合，使用末端連接有超聲探針的特殊導管進行的醫學成像技術，可以準確并定量對斑塊成分進行分析，對于診斷易損斑塊的價值較大。近年來，許多學者發現納米技術與IVUS的結合對于As斑塊精準檢測存在巨大的潛力[35-36]，有研究團隊通過血管內超聲技術結合近紅外二區分子探針及白蛋白組裝納米探針用于As易損斑塊的診療中,最終提高As超聲分子成像的診斷效果[37]。

綜上所述，納米探針與分子影像技術的結合為As診斷帶來了新的曙光，能夠在分子和細胞水平上對斑塊發生發展進行定性和定量研究，是對傳統影像學新的補充和發展。理想的分子探針在分子影像學是重中之重，其需具備低毒性、良好穩定性以及在面對體內血液流動產生的剪切力時，仍然能保持不脫靶，做到持續尋靶。在未來進一步的臨床轉化上，還需更多安全性研究和實用性研究。