18F-FMISO乏氧顯像劑的臨床應用進展

高艷青，王宇飛，郭占林＊

（1.內蒙古醫科大學，內蒙古 呼和浩特 010059；2.內蒙古醫科大學附屬醫院 胸外科）

腫瘤乏氧是導致癌癥病人預后不良的重要原因[1]。由于腫瘤早期新生血管不足以支持其快速增殖，從小到幾毫米到大到十幾厘米的惡性腫瘤組織普遍存在乏氧區域。腫瘤組織的微環境是不斷變化的。所以，它的乏氧區域與乏氧程度也是不斷變化的。乏氧是腫瘤預后不好、產生對放化療抵抗及侵襲性增加的關鍵原因之一[2]。因此，檢測腫瘤組織的乏氧區域和乏氧程度十分重要，它能夠為腫瘤早期診斷、療效評價和預后情況提供線索。眾多乏氧檢測方法中，核醫學（PET/SPECT）分子顯像技術扮演著重要角色。原理就是被放射性核素（18F、64Cu、11C、15OO、111In、99m Tc、123I等）標記的乏氧顯像劑（硝基咪唑類、非硝基咪唑類）能夠在腫瘤特定的乏氧區域成像，而且成像后能夠進行定量分析。其中1-H-1-（3-[18F]氟-2-羥基丙基）-2-硝基咪唑（18F-fluo-romisonidazole，18F-FMISO）乏氧顯像劑是目前臨床上應用最廣泛的。下面將對18F-FMISO的最新實驗及臨床研究進展及目前存在的問題進行綜述。

1 18F-FMISO概述

18F-FMISO乏氧顯像劑具體是如何在乏氧細胞內蓄積的機制尚未明確。但Luo等[3]認為硝基咪唑類化合物擁有較高的組織滲透性，所以可以很輕松地進入到組織細胞內。硝基基團被細胞內酶（黃嘌呤氧化酶）還原形成一種自由基陰離子，如果細胞內氧合條件好，這種陰離子自由基會被氧化成原化合物被排出體外；但是如果細胞氧分壓較低的話，這些中間產物就不會被氧化，而會進一步被還原，并結合細胞內大分子物質從而積聚于乏氧細胞內。這些被放射性核素標記的乏氧顯像劑在乏氧細胞與正常細胞內形成濃度差，利用相應儀器探測并記錄這種濃度差，從而進行乏氧的顯像。Yamane等[4]認為，18F-FMISO（硝基咪唑類化合物）在乏氧細胞內聚集可能是由于還原后的自由基陰離子與谷胱甘肽形成結合體聚集在乏氧細胞內，所以它檢測乏氧方面的能力可能與細胞乏氧和細胞內谷胱甘肽量的多少有關。近期又有研究[5]指出巨噬細胞中18F-FMISO的攝取可能與細胞的極化狀態有關。

以2-硝基咪唑為基礎的化合物是第一代用來檢測腫瘤乏氧的[6]。在過去的幾十年間，一些氟化硝基咪唑類[4]（如圖1）已被發現并應用于PET成像。包括18F-FMISO、18F-FETNIM、18F-EF5、18F-FAZA、18F-HX4、18F-FETA。其中18F-FMISO是最先被發現，也是目前臨床上應用最廣泛的。

圖1 氟化硝基咪唑類化合物的分子式Fig.1 Molecular formula of fluorinated nitroimidazole compounds

2 18F-FMISO在腫瘤診斷中的應用與進展

2.1 良惡性腫瘤的鑒別

臨床上我們常借助PET-CT檢查來判斷腫瘤的良惡性，目前臨床常用的兩種放射性核素標志物是18F-FDG[7]和18F-FMISO。由于18F-FDG診斷惡性腫瘤的機制是腫瘤細胞糖酵解增強，攝取葡萄糖增加，而一些炎癥、結核糖酵解也會增加，所以18F-FDG往往會存在假陽性的問題。近期梁志娜[8]進行了一項關于18F-FMISO與18F-FDG診斷良惡性肺結節的Meta分析，結果表明診斷早期肺良惡性結節18F-FMISO更具有優勢，18F-FMISO診斷良惡性肺結節的特異性要優于18F-FDG，但是敏感性不如18F-FDG。所以單獨使用18F-FMISO或聯合18F-FDG在診斷良惡性腫瘤方面可能會更準確。

2.2 確定腫瘤的分級、分期

神經膠質瘤（GB）是一種常見的原發性惡性腫瘤，共分為IV級，級別越高，惡性程度越高，不同級別的神經膠質瘤治療方法和預后完全不同。Mapelli等[9]很早便發現多形性膠質母細胞瘤（GB，IV級）攝取18F-FMISO較低級別的神經膠質瘤（IV級以下）攝取量明顯增多。最近，Abdo等[10]在一項前瞻性臨床研究中，對33例神經膠質瘤患者進行了18F-FMISO PET和MRI檢查，發現缺氧程度（低氧量和SUVmax）與HIF-1α（乏氧誘導因子）、CAIX（碳酸酐酶IX）、VEGF（血管內皮生長因子）的表達之間存在相關性，沒有攝取18F-FMISO的患者比攝取陽性的患者有更長的生存時間（log-rank，P＜0.005），證明了18F-FMISO PET攝取與腫瘤級別密切相關，多形性膠質母細胞瘤（GB，IV級）的攝取率很高。這些研究表明，18F-FMISO不僅能診斷神經膠質瘤，而且在神經膠質瘤的分級、分期上也有很大作用，可以為后續治療提供依據。目前只有文獻報道18F-FMISO在神經膠質瘤分級、分期上扮演重要角色，至于在其他腫瘤上有沒有幫助，還有待研究。

2.3 診斷微轉移癌、預測腫瘤轉移

腫瘤乏氧會導致腫瘤產生耐藥，從而使侵襲性增加，更容易發生轉移[1.2]。而成為真正臨床轉移灶之前被稱為微轉移癌。微轉移癌普遍高度乏氧，不容易被目前影像學（CT/MRI）手段檢測到。Pretell等[11]建立人非小細胞肺癌A549和HTB177細胞皮下、腹腔移植瘤模型，用免疫組化方法發現亞毫米級微轉移癌嚴重缺氧，而PET顯示有顯著的18F-FMISO攝取，認為18F-FMISO PET不僅對在宏觀上的腫瘤檢測有幫助，在微轉移癌方面也有很大的作用。近期Zhang等[12]研究發現，在建立小鼠結直腸癌細胞肝臟轉移的模型中，18F-FMISO的攝取與HIF-1α/GLUT-1表達之間存在一定相關性，認為18F-FMISO的攝取可能作為轉移癌的潛在分子探針，可以預測腫瘤轉移。但是目前不足之處在于18F-FMISO在預測腫瘤轉移的檢測仍處于基礎實驗研究中。

2.4 診斷非腫瘤性疾病

18F-FMISO的原理是檢測乏氧的組織細胞，但是一些非腫瘤性疾病也存在乏氧。眾所周知，核磁是目前診斷早期腦梗死的首選檢查，一般發病24 h內的腦梗在核磁上便會被發現。但是腦梗的病變范圍可能會在發病的3~7 d內繼續擴大。所以早期預測腦梗病變繼續擴大的方法會為治療提供幫助。Gómez等[13]對19名早期（發病48 h內）腦梗患者行18F-FMISO PET檢查，發現沒有攝取18F-FMISO的9例患者中腦梗病變范圍后來沒有繼續擴大。腦梗病變范圍擴大的標準是較初次核磁檢查病變范圍體積增加20%。18F-FMISO攝取與梗死范圍繼續擴大存在顯著相關性。18F-FMISO PET掃描在預測梗死病變繼續擴大方面具有100%的敏感性和82%的特異性。近來也有研究[14]報道18F-FMISO在診斷結節性心肌病或心臟外的結節病中可能非常有效。總之，18F-FMISO未來可以診斷的疾病將會越來越多，有待于進一步研究證實。

3 18F-FMISO在腫瘤治療中的應用與進展

3.1 18F-FMISO在指導放療方面的作用

目前認為，腫瘤乏氧會對放化療產生抵抗，造成對治療的不敏感，腫瘤會進一步進展威脅患者生命。而18F-FMISO能夠檢測腫瘤乏氧，確定腫瘤對放化療的耐受性，從而有助于臨床醫生調整個性化治療方案。（1）調強放療：Li等[15]研究發現，劑量學上在18F-FMISO PET的指導下，通過同時綜合升壓將非小細胞肺癌乏氧部位的劑量調整到72Gy、78Gy和84Gy是可行的，同時并未見到放療并發癥的出現。近期Vera等[16]在一項II期臨床實驗中發現，對于54例非小細胞肺癌患者18F-FMISO攝取量高也就是存在乏氧的肺癌患者，予以加強的放療，而其他人則予以常規放療，在長達3年的隨訪過程中，發現18F-FMISO陽性患者中，調強放療似乎可以延長11.2個月的生存期，改善了患者5年的生存期，當然這有待于進一步的臨床驗證；（2）放療增敏：腫瘤細胞乏氧會對放療不敏感，放療增敏就是應用某些藥物，使乏氧的腫瘤細胞對放療再次敏感，有助于增加放療療效，而18F-FMISO可以動態監測這種放療增敏劑的療效。我國學者[17]近期研究發現，對60例食管鱗癌患者行完全隨機對照研究發現18F-FMISO PET能夠無創、動態、敏感地監測甘氨雙唑鈉（放療增敏劑）對食管癌患者的放療增敏效果，能夠為臨床放療提供重要依據，準確評價放射增敏療效，利于腫瘤的個體化治療的和新型增敏劑的開發。以上兩種治療方法均需要大量實驗驗證，但是都指出了18F-FMISO能夠為放療治療提供重要線索，所以18F-FMISO可能會提示發現更多惡性腫瘤乏氧的治療方法。

3.2 18F-FMISO指導低氧靶向治療

目前，已經開發出多種低氧靶向藥物[18]。比如Evofosfamide、替拉扎明等，是一類新型的生物還原活性物，對乏氧細胞具有特異的細胞毒性，在細胞代謝時產生自由基，可以與DNA結合，導致DNA損害繼而細胞死亡。Jennifer等在試驗中發現，結直腸癌移植瘤模型予以不同的治療方案：單純5-氟尿嘧啶化療、單純放療、低氧靶向藥物+5-氟尿嘧啶、低氧靶向藥物+放化療，用FAZA PET（乏氧顯像劑）檢測腫瘤情況，發現后兩者治療方案效果顯著，明顯抑制腫瘤生長。目前多種乏氧靶向藥物已步入臨床實驗中，Zeng[19]表示低氧靶向藥物目前在臨床實驗中有很好的前景。Bandurska[20]實驗研究表示18F-FMISO PET可以檢測微小腫瘤乏氧狀況，并且具有安全、可重復等優點。因此，在18F-FMISO PET幫助下，低氧靶向藥物可能會更有效。

4 18F-FMISO與腫瘤預后評估

18F-FMISO可以用來評價放化療后的治療效果以及惡性腫瘤腫瘤的預后。Zschaeck等[21]研究發現，在22例惡性腫瘤患者中，在放療前行18F-FMISO PET檢查，其中18例出現低氧區域，乏氧的評價標準是最大標準化攝取值（SUVmax），腫瘤與肌肉的比率（T/M）和低氧體積（HV）。結果顯示18F-FMISO攝取較多的患者生存率較18F-FMISO攝取較少的患者低。這提示18F-FMISO PET在放療之前檢測到的腫瘤缺氧可能預示了臨床結局。Rühle等[22]在23例口腔鱗癌患者術前行18F-FMISO PET和18FDG PET檢查，后行根治性手術隨訪5年以上，根據術前PET的參數與術后的結局進行分析，發現低氧容量（HV）與無病生存期和局部復發存在明顯相關性，腫瘤HV可以預測口腔鱗癌患者的預后。惡性腫瘤18F-FMISO攝取量與預后存在相關性，但這需要更多的臨床證據去驗證。

5 18F-FMISO臨床應用中存在的問題

18F-FMISO作為第一代乏氧顯像劑，臨床應用很普遍[6]。這證明它有很多優勢，比如安全、可重復、無創，能夠特異性保留在乏氧組織細胞。但是隨著研究發現，它也存在很多不足的地方。比如：18F-FMISO半衰期過短、吸收率低、清除率較低，從注射到顯像大約需要2 h，更有研究表明歷時4 h顯像效果可能會更好[24]，這些因素影響了清晰度和對比度。而且，還有研究表示它在肝臟、腎臟等部位放射性濃度高，不適合這些地方成像。再與傳統影像（CT/MRI）相比，分辨率（5~7 mm）較低。這些問題同時也限制了18F-FMISO在臨床上進一步推廣。

6 18F-FMISO與其他乏氧顯像劑

由于18F-FMISO存在一些問題，所以目前其他一些乏氧顯像劑的研究也非常火熱，近幾年18F-HX4和18F-FAZA表現出了更為廣闊的發展前景[25]。研究對比18F-HX4、18F-FAZA和18F-FMISO乏氧顯像，發現18F-HX4具有較高的清除率，顯像圖像更清晰。18F-FAZA的生物動力學特點更佳，更能將特異性結合到乏氧區域，而且也有很高的清除率及成像時間快等優點。目前并沒有研究對比出三種乏氧顯像劑在乏氧成像中哪種占過多優勢，因為這幾種乏氧顯像劑都存在各自的優勢與不足。臨床工作中，我們需要根據不同腫瘤、不同乏氧顯像劑的優缺點進行選擇，這樣才能發揮更大的作用。另外還有一些其他的乏氧顯像劑也在研發與實驗階段，比如64Cu-ATSM、SR-4554等，需要更多的實驗去證明這些乏氧顯像劑未來的發展趨勢。

7 展望

在腫瘤進展過程中，乏氧微環境是一個動態的過程，并且與新生血管生成、腫瘤侵襲、腫瘤轉移及腫瘤耐藥密切相關。本文主要介紹乏氧顯像劑18F-FMISO的概念和其在腫瘤診斷、治療、預后方面的應用，以及其存在的不足。我們有理由相信，未來18F-FMISO會得到更好的技術改進，也會有其他更好的乏氧顯像劑開發出來應用于臨床，指導腫瘤的診斷、治療和預后等，使腫瘤患者可以活得更長、活得更好。