量子点纳米荧光探针在胃癌诊疗中的新进展

孙旭阳，刘 昶，纪艳超，王 垚，张成森

哈尔滨医科大学附属第四医院普外三科，黑龙江 哈尔滨 150001

专题·胃癌

量子点纳米荧光探针在胃癌诊疗中的新进展

孙旭阳，刘 昶，纪艳超，王 垚，张成森

哈尔滨医科大学附属第四医院普外三科，黑龙江 哈尔滨 150001

近年来，随着环境不断恶化，癌症发病率不断提高。癌症的早期诊断和治疗显得尤为重要。量子点(quantum dots，QDs)纳米荧光探针因具有荧光时间长、特异性和灵敏性高等独特的光学性质，在肿瘤细胞标记和生物治疗领域中应用广泛，已成为现代生物医学成像领域的研究热点。通过QDs纳米荧光探针对肿瘤的特异性标记作用，对肿瘤细胞进行定位，从而实现探针对肿瘤的诊断、治疗和评估预后的作用，本文将对不同QDs纳米荧光探针对胃癌的诊断和治疗作一概述。

量子点；荧光探针；胃癌；肿瘤微环境

胃癌是国际上公认的第四大常见肿瘤[1]，是导致癌症患者死亡的第二大肿瘤[2]。在胃癌的治疗上提倡多学科治疗，而外科手术切除仍是治疗胃癌的主要方式，但治疗效果不能令人满意[3-5]，主要原因是治疗后的复发和转移[6]。如何尽早发现并治疗胃癌患者且评估他们的预后，为胃癌的诊治提出了新的问题。一个世纪前，Paul Ehrlich提出了“魔弹”假说，量子点(quantum dots，QDs)纳米荧光探针的应用使得这个假说成为现实，QDs纳米荧光探针不但可对胃癌细胞进行精准定位，同时可发出荧光便于识别[7]，为胃癌早期诊断治疗提供了新思路。

1 QDs纳米荧光探针的优势

QDs纳米荧光探针一般由QDs与单克隆抗体组成，QDs是一种由Ⅱ～Ⅵ族或Ⅲ～Ⅴ族元素组成的，粒径为1～100 nm的纳米微晶体[8]，在探针中主要起发光作用，且拥有其他成像材料所不具备的优势：物理特性克服了荧光染色法的障碍，可较容易地控制其发射波长，且具有近似有机染剂100倍的较长半衰期；在照射达100次的情况下还可保持70%的高荧光率，且能在多次激发后保持基本无衰减状态，故纳米荧光探针可对标记物进行较长时间的高灵敏度观测[9]。而对组织具有较强穿透力的特性[10]，特别适合对体内肿瘤组织标记成像。QDs在成像方面的独特优势，使QDs纳米荧光探针成为一种具有高发展潜能的体内成像工具[11-12]。而单克隆抗体则起到与肿瘤细胞特异性结合作用。正是由于QDs纳米荧光探针在分子影像方面所具备的各种优势，使得它成为真正可识别肿瘤细胞的探针。

2 QDs纳米荧光探针对胃癌诊疗的研究现状

Li等[13]认为成功开发安全高效的纳米探针在体内早期胃癌的靶向显像是一个很大的挑战，他们选择以硫化锌(CdSe)为核壳的QDs作为典型的材料，利用齿状烷基链和多个羧基修饰QDs，所得的两亲聚合物工程化量子点(PQDs)缀合以乳腺癌1号(BRCAA1)和HER-2的单克隆抗体，制备出的纳米荧光探针用于在体外MGC803胃癌细胞的标记和裸鼠体内胃癌细胞靶向成像。结果表明：PQDs具有良好的水溶性、生物相容性和荧光强度。BRCAA1抗体和HER-2抗体偶联的PQDs纳米探针对胃癌细胞的跟踪标记均有良好效果，并能针对胃癌细胞成像及治疗。相信在不久的将来纳米荧光探针对早期胃癌的诊断和治疗具有巨大的潜力。

研究[2]表明，在肿瘤组织中，癌细胞、肿瘤浸润巨噬细胞和肿瘤新生血管在空间上紧密相连，形成了能够促进肿瘤侵袭转移的侵袭单元，这是促使肿瘤转移的重要肿瘤微环境。Hu等[6]通过原位分子成像技术揭示了侵袭单元在胃癌转移中起到的重要作用。开发一种计算机辅助算法，验证了以QDs为基础的多路复用技术在分子成像中的优势，利用促进胃癌转移的肿瘤侵袭单元成像使我们更深入了解肿瘤侵袭的机制。

Peng等[14]利用QDs同时检测胃癌组织中浸润巨噬细胞、肿瘤微血管密度(microvessel density,MVD)和新生血管成熟度等生物标志物来预测临床胃癌患者的预后。验证了与HE染色及其他传统染色方法相比，QDs在同时检测多种生物标记物时存在明显优势，且成像清晰。揭示了肿瘤基质在癌症生物学的重要作用，并从肿瘤微环境的角度开辟了新的领域来预测胃癌患者的预后。

He等[15]在对123例胃癌患者的研究中发现，通过制作出能特异性标记胃癌基质中成纤维细胞的小窝蛋白1(CAV-1)和轻链3B蛋白(LC3B)纳米荧光探针，利用QDs免疫荧光成像技术对胃癌患者的病理切片进行染色，在荧光显微镜下成像发现，胃癌基质中CAV-1含量越低，可预测胃癌患者生存时间越短，而基质中高水平的LC3B可能对应的是更长的生存时间。如果将CAV-1与LC3B结合起来研究，对预测胃癌患者死亡更有意义。使用先进的QDs探针成像技术可更好地评估CAV-1与LC3B两种蛋白对胃癌患者生存时间的影响。

阮静等[16]通过共价键偶联胃癌组织高表达的分子标志物BRCAA1的单克隆抗体制备出荧光磁性纳米探针，利用分子影像技术、免疫荧光技术和等离子体质谱技术共同表征分析纳米探针在体内的分布及靶向胃癌能力。结果表明：荧光磁性纳米粒子具有良好荧光性能和磁响应性能，纳米探针对胃癌具有良好的靶向特异性和检测灵敏度，为胃癌的早期检测和诊断奠定基础。而利用荧光磁性纳米粒子标记人诱导多能干细胞成功制备了具有良好荧光性能的干细胞纳米探针，制备的干细胞纳米探针具有好的靶向识别胃癌的能力，干细胞纳米探针主要分布在体内的肿瘤组织和肝部，且随着注射时间的增加，肿瘤组织的荧光信号越来越强，在外加交变磁场产热的辅助作用下，干细胞纳米探针可以显著抑制胃癌肿瘤组织的生长，延长荷瘤小鼠的生存时间，对胃癌的治疗具有非常重要的指导意义。

张云鹏等[17]将胃癌特异性抗原TAG-72(tumor-associated glycoprotein 72)的单克隆抗体CC49与碲化镉(CdTe)QDs结合，制成具有特异性标记功能的靶向碲化镉量子(CdTe QDs)探针，并采用透射电镜观察、荧光光谱分析及高效液相色谱分析(HPLC)等方法对制成的探针进行研究分析。利用蛋白质印迹(Western blotting)和免疫组织化学法(IHC)对细胞株表面的抗原TAG-72进行检测，分析探针对正常胃黏膜上皮细胞与胃癌细胞免疫成像。结果表明：制作出的靶向CdTe QDs探针，在体外能够对胃癌细胞株进行特异性免疫荧光成像而不能与胃黏膜正常上皮细胞结合。这为QDs荧光探针应用于胃癌诊断、定位、治疗及预后提供了实验基础。

3 QDs纳米荧光探针在胃癌诊疗中存在的问题与展望

QDs荧光探针因独特的属性被广泛应用于生物成像，但其生物毒性仍使人们忧心忡忡，甚至适度酸性或碱性条件都可能导致QDs重金属暴露，出现对正常细胞的毒害作用，因此，QDs的生物相容性和生态毒性测试应该在体内和体外得到验证[18]。为了减轻毒性，研发聚合物涂层已经成功应用，这种方法不仅增大QDs直径，使其停留在血管内的时间增长，同时增强肝脏网状内皮细胞对QDs的吸收能力[19]，间接降低了QDs探针对细胞的毒害作用。但在临床上制作出无毒的或低毒的QDs纳米荧光探针，并将探针应用于人体仍需进一步的研究。

HER-2基因是癌基因，主要调控细胞的生长、繁殖,还可以增强癌细胞的运动、生存及转移能力[20]，受到环境及其他因素影响后被激活开始表达，促使正常细胞向肿瘤细胞转化。近年来针对HER-2 基因研发的单克隆抗体的分子靶向抗癌药物赫塞汀(Herceptin)，在治疗HER-2过表达的转移性乳腺癌方面已取得良好的治疗效果。据文献[3]报道，在欧洲Herceptin已经用于HER-2高表达胃癌患者的靶向治疗。研究表明，30%以上的人类肿瘤组织中伴有HER-2基因过度表达，一些文献报道胃癌HER-2蛋白的过表达率为5.6%～88%[21-22]，正常胃黏膜未见HER-2的高表达，HER-2基因与胃癌的诊断及治疗有密切关系[23-24]，其中胃癌细胞株中的NCI-N87细胞表达水平较高[21]。因此，HER-2可作为胃癌治疗的靶点，制作出与该靶点特异性结合的QDs单克隆抗体(QDs-HER-2 mAb)荧光探针，利用探针能与胃癌细胞中HER-2特异性结合的特性，发挥探针标记胃癌组织及前哨淋巴结作用，对胃癌细胞进行诊断，而探针上的抗体能够同时对HER-2mAb起到封闭作用，影响HER-2表达，从而起到治疗作用。利用特殊手术设备对胃癌组织及细胞进行实时术中成像，精准切除肿瘤将是外科手术以后努力的目标。总之，QDs纳米荧光探针在胃癌诊疗中的潜力远远不止于此，有待我们进一步探究。

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(责任编辑：陈香宇)

New progress of quantum dots nano fluorescent probe in diagnosis and treatment of gastric cancer

SUN Xuyang, LIU Chang, JI Yanchao, WANG Yao, ZHANG Chengsen

Department of General Surgery, the Fourth Affiliated Hospital of Harbin Medical University, Harbin 150001, China

In recent years, with environmental degradation, the incidence of cancer has risen constantly. Thus early diagnosis and treatment seem to be particularly important. Quantum dots (QDs) nano fluorescent probe has characters like long time, high specificity and sensitivity, which make it a hot topic in modern biological medical photography. By the specific making function of QDs nano fluorescent probe, we can locate cancer cells, and realize the diagnosis, treatment, evaluation and predication of cancer. In this article， QDs nano fluorescent probe in the diagnosis and treatment of gastric cancer was reviewed.

Quantum dots; Fluorescent probe; Gastric cancer; Tumor microenvironment

10.3969/j.issn.1006-5709.2016.06.003

孙旭阳，硕士研究生，住院医师，研究方向：肿瘤的靶向治疗。E-mail：120991018@qq.com

刘昶，博士，主任医师，研究方向：肿瘤的靶向治疗。E-mail：changliu72@163.com

R735.2

A

1006-5709(2016)06-0609-03

2015-10-15