分子靶向核医学显像

朱广文 刘 佳

1.大连医科大学附属第一医院核医学科，辽宁大连 116011；2.大连医科大学基础医学院，辽宁大连 116044

分子靶向核医学显像针对分子靶点有：反义分子、适体、抗体和抗体片段、肿瘤和神经细胞受体等。分子核医学影像可以提供疾病的病理生理及活体生物化学的相关信息，包括代谢、乏氧、细胞增殖、凋亡、血管生成、多药耐药等。

1 分子靶向核医学

所谓的分子靶向核医学，是在细胞分子水平上，针对已经明确的位（靶）点（该位点可以是肿瘤细胞内部的一个蛋白分子，也可以是一个基因片段等），设计相应放射性核素标记的显像剂或治疗药物，其进入体内会特异地选择这个位（靶）点，结合发生作用，达到显像或放射治疗的目的。

目前，几个分子显像剂已经进入临床应用。其中最重要的是18F-FDG，作为葡萄糖转运蛋白表达的标记，被誉为“千年分子”。18F-FDG PET应用得到迅速地发展，作为一种常规的临床成像工具，它已被证明是一个敏感的肿瘤显像剂，可以提供肿瘤生物特性；可以监测肿瘤治疗反应等；其应用还包括评估存活心肌和癫痫的诊断等。两个生长抑素受体靶向显像剂，111In标记的奥曲肽和99Tcm-depreotide，可以对神经内分泌肿瘤或肺癌进行特异的肿瘤显像。虽然抗体成像尚未充分发挥其潜力，一些抗肿瘤抗体已经成熟并具备实用的特点，这包括：靶向黏液状的表面糖蛋白TAG-72的111In-satumomab pendetide（Oncoscint），用于直肠癌或卵巢癌的诊断；靶向前列腺特异性膜抗原的111In-capromab pendetide（Prostascint），用于前列腺癌的诊断；靶向癌胚抗原（CEA）的99Tcm-arcitumomab（CEA Scan），用于肠道恶性肿瘤的诊断；靶向血小板糖蛋白Ⅱb /Ⅲa受体的一种肽类，99Tcm-Apcitide（AcuTect），用于检测下肢深静脉血栓形成等。这些成功的应用表明，分子核医学影像时代已经到来。

2 目前已经取得的进展

2.1 反义靶向

反义基因显像是利用放射性核素标记的反义寡核苷酸分子探针，与肿瘤中过度表达的目标mRNA特异性互补结合，在体外通过SPECT（单光子发射型断层显像）、PET（正电子断层显像）等检查手段，在基因表达水平早期、定性诊断疾病。虽然反义基因显像在细胞及动物实验取得一定的成功[1-2]，但是目前报道经修饰或不同载体的反义寡核苷酸分子探针由于穿透生物屏障、细胞膜的能力，体内稳定性等方面原因，导致反义寡核苷酸分子探针进入肿瘤细胞靶点的数量少，靶区/本底比值低，不能满足体外显像的要求。这使反义分子探针的进一步设计合成及加载必要的载体成为迫切的需要。

除了典型的DNA-DNA和DNA-RNA杂交，寡核苷酸还可以绑定到胞浆内或核内蛋白质。反义寡核苷酸成像应用还包括病毒（艾滋病毒，巨细胞病毒，EB病毒）感染，炎症，心肌缺血（热休克蛋白70）等[3]。

2.2 肿瘤抗原

随着杂交瘤技术、单克隆抗体技术的快速发展，放射性核素标记的抗体得到相当大的进展。如目前市售针对显像使用的癌胚抗原，肿瘤相关糖蛋白（TAG-72）和前列腺特异膜抗原的抗体；针对角蛋白8、细胞间黏附分子-1（ICAM-1）、多形性上皮黏蛋白抗原（黏蛋白）和表皮生长因子受体的抗体等；放射性核素标记CD20抗体被批准用于治疗淋巴瘤。

然而，抗体成像的技术问题，包括抗体（HAMA）反应、交叉反应、非特异性摄取、肝摄取和免疫反应等因素，限制了抗体成像的进一步发展。为此，抗体的设计合成的改进、多级抗体的应用、人或嵌合鼠抗体的研制等工作是下一步研究的方向。

另一种方法是使用高亲和力的肽。检测内源性结合最优的肽序列后，利用放射性核素标记，进行相关显像。肽的优点：可以直接合成、无FC受体、更快的吸收动力学和血液清除率高等[4]，且有价格优势。

2.3 肿瘤受体

2.3.1 σ-受体 σ-阿片受体包括两个亚型，σ-1和σ-2。包括前列腺癌在内的某些肿瘤过度表达σ-1受体。σ-2受体过度表达在多种类型的肿瘤，包括恶性黑色素瘤、乳腺癌、前列腺癌和肺小细胞癌。σ-2受体的表达与肿瘤细胞的增殖状态（细胞增殖）相关。放射性核素标记的σ-1或σ-2受体的特异性配体可以进行相应的受体显像[5]。

2.3.2 乳腺癌受体 乳腺癌的内分泌治疗是公认的。约55%～65%的原发性乳腺癌表达雌激素受体，45%～60%表达孕激素受体。放射性核素标记的雌激素类似物已用于人类乳腺肿瘤检测，可以评估肿瘤雌激素受体状态，并监测响应抗雌激素治疗。Her-2/neu是一种跨膜受体酪氨酸激酶，在17%～30%的原发性乳腺癌表达。曲妥珠单抗（赫赛汀）是一种单克隆抗体，131I标记anti-HER-2/neu单克隆抗体可以与HER-2/neu细胞外部分结合[6]。在荷乳腺肿瘤小鼠实验中观察到肿物的摄取。

2.3.3 其他受体 各种在肿瘤过表达的受体都可以用于显像。这包括：G-蛋白偶联受体、胃泌素释放肽受体、血管活性肠肽受体、生长抑素受体、酪氨酸激酶受体、血小板衍生生长因子（PDGF）-B受体、生长因子受体（VEGF）、胰岛素样生长因子1型受体、表皮生长因子受体（EGF-R）、白细胞介素-2受体的β-亚基等。放射性核素标记的相应配体进行的体外显像，可以用于肿瘤的诊断、靶向抗肿瘤药物的选择、药物治疗的监测等方面。

2.4 肿瘤代谢

肿瘤细胞的葡萄糖代谢、蛋白质代谢、氨基酸代谢等均发生异常，利用放射性核素标记的相应代谢底物，可以进行肿瘤代谢显像。如目前大量应用的18F-FDG葡萄糖代谢显像用于肿瘤的诊断、分级、分期等。因涉及内容繁多，这部分内容将另文详述。

2.5 肿瘤乏氧

组织缺氧是肿瘤、脑血管疾病、缺血性心脏疾病、周围血管疾病和炎症性关节炎的发病机制的核心之一。肿瘤乏氧程度可以判断其侵袭力，并与化疗或放疗抵抗相关。乏氧诱导因子（HIF）是在这个过程中的关键因子。在脑肿瘤中，HIF-α表达程度与肿瘤的分级相关。目前，还没有直接针对乏氧诱导因子的显像剂。一些可以反映组织乏氧程度的显像剂得到应用。如18F-fluoromisonidazole（FMISO），18F-fluoroerythronitroimidazole，123I-iodoazomycin arabinoside（IAZA）。SPECT乏氧显像应用较多的是99Tcm-HL91，它是一个非硝基咪唑类化合物；其他PET示踪剂还有64Cu-和60Cu-标记的 copper–diacetyl–bis（N4-methylthiosemicarbazone）（ATSM）[7]。

2.6 肿瘤增殖

不受控制的细胞增殖是恶性肿瘤的标志之一，细胞有丝分裂活动的组织学指标增强与肿瘤细胞间变和肿瘤侵袭性增强相关。针对增殖的显像可用于区分良或恶性病变；确定高分化肿瘤的失分化趋势；确定最佳活检部位、手术切除范围或放射治疗布野等。18F-FDG葡萄糖代谢显像可以间接反映肿瘤的增殖情况；直接反肿瘤映增殖情况的放射性核素标记的核苷类似物包括18F-1’-fluoro-5-（C-methyl）-1-β-D–arabino furanosyluracil（FMAU）[8]，124I-iododeoxyuridine 和124I-5-iodo-1-（2-fluoro-2-deoxy-β-D-arabinofuranosyl）-uracil（FIA U）等。

2.7 细胞凋亡

细胞凋亡（程序性细胞死亡）是一个活跃的、能量依赖的机制。可以清除已经受伤、感染或经免疫认为有害或多余的细胞。凋亡级联反应是复杂的，为成像提供了一些潜在的目标。细胞发生凋亡时，通常在细胞膜内的磷脂，突然易位到细胞膜外部。膜联蛋白V可以结合在暴露的磷脂上。99Tcm-Annexin V已在动物模型用于凋亡显像[9]。

2.8 血管新生

血管生成抑制剂是最有前途的新的肿瘤治疗药物之一。已经确定促血管生成和血管生成抑制因子有几十个。在血管内皮细胞生成和血管重塑过程中，在VEGF刺激下整合素αvβ3高表达，而在成熟的血管或在非肿瘤性上皮细胞无表达。其包含基序：-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）序列。几项研究表明：采用18F、99Tcm锝、111In、64Cu标记RGD肽，已经在荷瘤动物模型上获得成功[10]。

2.9 神经受体和神经递质

2.9.1 多巴胺系统 黑质多巴胺能神经元的缺失是帕金森氏症病理生理机制的核心。这个系统还与精神分裂症、抽动秽语综合征、自闭症和吸毒等有关。第一个显像剂是18F-6-L-fluorodopa，它是多巴胺的前体，可以直接评估多巴胺功能；在临床研究中，对帕金森氏症病的早期诊断和鉴别诊断方面，已得到了很好的验证。在欧洲临床中，SPECT显像剂2βcarbomethoxy-3β-（4-123I-iodophenyl）tropane（β-CIT）[11]得到广泛应用。

已确定至少5种多巴胺受体亚型，可归类为D1-D2类，分别激活或抑制腺苷酸环化酶。D2类受体一般在纹状体的GABA能神经元分布。受体显像可以帮助鉴别非典型帕金森氏综合征、渐进性核上性麻痹、多发性系统萎缩下降等。D2受体的配体包括11C-raclopride和123I-s（-）iodobenzamide（IBZM）。D1受体的配体包括11C-SCH 23390和11C-NNC-112，11CNNC-687，和11C-NNC-756等。

2.9.2 胆碱能系统 突触后毒蕈碱乙酰胆碱受体在大脑皮质和基底节广泛表达。被认为与学习和记忆有关，并已在AD和匹克氏病、精神分裂症等出现异常。研究配体包括[N-11C-methyl]benztropine，123I-IPIP 和（R，S）-3-quinuclidinyl-4-123I-iodobenzilate （IQNB）。神经元烟碱受体分布相对局限，包括丘脑，海马，纹状体和下丘脑等。其在认知和记忆，情感，运动控制中发挥的作用；并在抑郁，焦虑、精神分裂症、帕金森氏病等发生改变；皮质烟碱乙酰胆碱受体受损已被证实与AD的临床严重程度有关。代表配体包括11C-nicotine和5-123I-iodo-A-85380[12]。

2.9.3 谷氨酸系统 谷氨酸钠是一种兴奋性神经递质，是已经确定了六个神经元上受体家族之一；在海马锥体神经元上这些受体的密度最大，推测在学习和记忆中起关键作用。其中，电压门控钙通道被称为NMDA受体，是研究最多的一个。NMDA受体的过度刺激，被认为是癫痫和脑缺血神经元损伤的主要机制。其代表配体 N-（1-naphthyl）-N’-（3-125I-iodophenyl）-N’-methylguanidine（125I-CNS1261）[13]。

2.9.4 阿片系统 阿片受体家族中的μ亚型（阿片类镇痛药）和δ和κ亚型（脑啡肽和强啡肽）是被研究较多的亚型。阿片受体的改变见于疼痛、成瘾及帕金森氏病、亨廷顿氏病、癫痫等。11C-Carfentanil是μ亚型的特异配体，已被广泛研究。11C-Methyl naltrindole是一种δ亚型的特异配体。Diprenorphine作为非特异的配体，已被11C、18F和123I标记，并进行相关研究[14]。

2.9.5 脑组织中的异常蛋白质 阿尔茨海默病（AD）是一个复杂的原发的神经退行性疾病。其病变主要包括：tau蛋白磷酸化、神经纤维缠结、神经元微管相关蛋白、老年斑、β-淀粉样变性等。大多数研究是针对这些病变成分展开的。如针对残留的β-淀粉样蛋白，99Tcm标记的单克隆抗体10H3[15]，123I标记的血清淀粉样P成分等。

2.10 多药耐药

P-糖蛋白（Pgp）是多药耐药基因MDR1的产物。一些恶性肿瘤Pgp过表达，限制了多种化疗药物如柔红霉素、长春新碱、阿霉素等的效果。心肌灌注显像剂99Tcm-sestamibi、99Tcmtetrofosmin和99Tcm-furifosmin可以反映肿瘤的多药耐药基因或同源多药耐药基因的表达水平。这些示踪剂作为分子靶向剂，可以评估Pgp表达水平，从而预测化疗反应[16]。

2.11 报告基因

报告基因是人为地插入目标细胞或组织的一个外源基因，作为一种方便的方式来确认成功引入的治疗基因表达情况。迄今，在临床上已使用的报告基因系统主要包括多巴胺2型报告基因或单纯疱疹I型胸苷激酶基因（HSV-TK1）。HSVTK1的 靶 向 制 剂 包 括18F-fluoroganci-clovir（FGCV）、18F-fluoropenciclovir（FPCV），9-[4-18F-fluoro-3-（hydroxymethyl）butyl] guanine（FHBG）等[17]。

3 总结

目前，分子靶向成像正处于起步阶段。开发、设计特异的、理化性质优良的分子探针尤为重要，一个成功的分子显像可以产生良好的效果。例如，许多癌前病变的成功检测是非常有益的，使“先发制人”的方式治疗恶性肿瘤成为可能。可以想象在现在和未来，分子靶向显像正在或将要改变我们的临床思维方式，从而改变目前患者检查和治疗的流程，以获得最佳的诊疗效果。

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