纳米粒子在甲状腺癌诊治中的研究进展

詹立升 杨思嘉 吴剑超 崔敏

暨南大学附属珠海医院（广东珠海519000）

甲状腺癌是最常见的内分泌系统恶性肿瘤，约占内分泌系统肿瘤的95%，占所有癌症的1%［1⁃2］。甲状腺癌按病理类型分为：甲状腺乳头状癌（PTC）、甲状腺滤泡状癌（FTC）、甲状腺髓样癌（MTC）和甲状腺未分化癌（ATC），其中甲状腺乳头状癌和甲状腺滤泡状癌统称分化型甲状腺癌（DTC），占所有甲状腺癌的90%以上［3］。传统解剖成像方法如磁共振成像（MRI）、正电子发射计算机断层扫描（PET）、超声（US）均难以发现＜1 cm 肿瘤［4］。目前甲状腺癌治疗手段是以手术治疗为主，结合放射性碘治疗、放化疗和靶向治疗的个体化综合治疗。分化型甲状腺癌容易淋巴结转移，少数失去摄取碘功能成为碘难治性分化型甲状腺癌（RAIR⁃DTC）。RAIR⁃DTC 恶性程度高、预后差、病死率高，放射性碘治疗、TSH 抑制治疗以及放化疗效果均不理想。所以目前迫切需要找到更有效的成像和治疗方法，以提高甲状腺癌患者远期生存率。

随着纳米医学的不断发展，纳米材料在肿瘤的预防、诊断和治疗中越来越扮演着重要的角色。纳米粒子本身具有的尺度效应、表面效应、量子效应以及光、声、电、热、磁等特性使纳米科技与生物医学充分对接，从而发挥对肿瘤成像和治疗的作用。由于纳米材料的尺寸远比肿瘤细胞小得多，其可携带药物靶向至肿瘤细胞，并发挥成像和治疗等作用［5］。一方面，纳米颗粒能够在生理环境中保持稳定性，通过EPR 效应对肿瘤细胞产生被动靶向的能力。另一方面，纳米粒子表面易于修饰和功能化，连接靶向分子及其他功能基团，利于增强其生物相容性和对肿瘤细胞的靶向能力。基于纳米粒子的以上特性，有望利用其对肿瘤细胞进行精准的靶向成像及治疗。目前已使用纳米粒子在实体器官肿瘤上进行了一系列的临床试验，包括结直肠癌［6］、非小细胞肺癌［7］、胃癌［8］、乳腺癌［9］和食管腺癌［10］等，并且取得了较好的疗效。纳米粒子应用于肿瘤的诊断和治疗受到越来越多的研究人员和临床工作者的重视。本文将从纳米粒子应用于甲状腺癌成像和治疗进展进行综述，对纳米粒子结合传统影像、光学成像及各种治疗方法进行综述。

1 纳米粒子应用于诊断甲状腺癌

1.1 纳米粒子结合经典影像 目前甲状腺癌影像学检查以B 型超声为主，CT、MRI 为补充检查方法。这些解剖成像方法如磁共振成像（MRI）、正电子发射计算机断层扫描（PET）、超声（US）均难以发现＜1 cm 肿瘤，极易造成漏诊。分子影像利用各种分子探针，与特定的肿瘤细胞表面生物标志物结合，增强成像信号，从而提高了灵敏度和特异度。

1.1.1 纳米粒子应用于放射性核素显像 目前临床上常用的核素显像方法为放射性碘全身显像，根据检查目的可分为诊断性全身显像（Dx⁃WBS）和治疗后全身显像（Rx⁃WBS），Dx⁃WBS 可在放射性碘治疗前评估颈部残余甲状腺组织量，探查残余及远处转移病灶，从而指导及调整治疗方案［11］。131I 是放射性碘全身显像的常用核素，但由于其γ射线能量过高等原因造成图像质量欠佳，此外还可能产生“顿抑”效应［11］。多靶点的多模成像纳米探针不仅可提高靶向性和增强信号，并且减少了造影剂剂量和使用频率，更全面地反映了肿瘤细胞分子信息。KO 等［12］以镓⁃68设计并合成一种多靶点的，可用于荧光、放射性核素、磁共振成像的三模态成像探针细胞实验表明此探针对PTC 细胞有很好的靶向性。由于其靶向能力不依赖于碘钠同向转运体，对去分化的甲状腺癌亦有较好的成像效果，可避免产生“顿抑”效应。

1.1.2 纳米粒子应用于磁共振成像 磁共振成像有较好的软组织分辨能力，并且能从矢状位、冠状位和横轴位显示甲状腺癌颈部侵犯情况，同时也有边界不清、信号不均、诊断准确率不如超声等缺点。近年来，磁性纳米粒子已被广泛应用于多种肿瘤的成像与治疗研究。磁性纳米粒子既具有纳米粒子的特性，又具有超顺磁性，可在外加磁场下定向移动，在交变磁场下吸收电磁波产热。其中JEE 等［13］用四氧化三铁结合抗碘钠同向转运体抗体制备对DTC 进行MRI 成像及磁热疗的纳米探针，它不仅显著增强了MRI T2 加权象，而且磁热疗有效抑制肿瘤的生长。

1.1.3 纳米粒子应用于CT 成像 CT 显像具有良好的断层显像效果，但其局限性在于软组织造影差，其敏感性和特异性均不及超声。CHEN 等［14］合成近红外荧光/CT 双模态成像的纳米探针，该探针由牛血清蛋白、金纳米簇和碘离子组装而成，可分辨体积小至2 mm3的甲状腺组织，成像性能可与临床使用造影剂相媲美。综上，近红外荧光/CT 双模态成像的纳米探针在前临床研究上有广阔的应用前景。

1.2 纳米粒子结合光学成像

1.2.1 光声成像及近红外荧光成像 当脉冲激光照射物质时，吸收电磁波能量热膨胀而产生应力变化，进而激发声波，即光声效应。光学成像具有高对比度、高灵敏度的优点，但其成像深度不足。声学成像有成像深度大、分辨率高，但是灵敏度、特异度较低。而光声成像作为功能成像同时兼顾了上述两者的优点，即光声成像具有对比度、灵敏度高和成像深度大、分辨率高的优点。CHENG 等［15］合成可同时用于光声成像及近红外二区（1 000～1 700 nm）荧光成像的双模探针，在甲状腺滤泡状癌裸鼠移植模型成像实验中获得很高的时间、空间分辨率，并增强光声及荧光信号的效果。

1.2.2 拉曼成像 细针抽吸活检（FNA）是目前诊断甲状腺癌的金标准，但其不仅存在较高的假阴性率，而且还难以从形态学上区分如增生性结节、滤泡性腺瘤、滤泡状癌等不同甲状腺病理形态。拉曼光谱学因其独特的“指纹”特征可以反映生物分子和结构信息，其他优势如对水低灵敏度，制样简单等都在生物医学诊断领域引起广泛的关注，目前其应用范围已涉及脑、乳腺、肺、消化道、鼻咽、候及皮肤等多个器官。然而，传统拉曼光谱学由于低信号的缺点限制了临床应用。表面增强拉曼散射可通过将分子吸附在粗糙金属或金属溶胶颗粒，如金银铜等表面上获取比传统拉曼散射增强的信号。在众多的研究中，HUANG 等［16］采用银纳米粒子增强拉曼散射效应来诊断甲状腺正常组织和癌组织。在LI 等［17］以银纳米粒子为增强基的甲状腺离体组织SERS 光谱研究中，实验中以三组样品进行检测：甲状腺癌（n＝32）结节性甲状腺肿（n＝20）正常甲状腺组织（n＝25），检测结果通过主成分分析、线性判别分析及留一法交叉验证分析后发现SERS 法诊断甲状腺组织灵敏度分别为92%、75% 和87.5%；特异度分别为82.6%、89.4%和84.4%。

1.3 生物传感应用 在过去的几十年里，众多研究者发现丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路在甲状腺癌发生发展中起到关键作用［2，18⁃19］。而最常见的激活MAPK 信号通路的突变点有BRAF 原癌基因突变、RET/ PTC 基因的重排及RAS 突变等［20］。金纳米粒子由于其独特的光学特性如局部表面等离子体共振（local surface plasma resonance，LSPR）和共振光散射（resonance light scattering，RLS）等十分适合作为超灵敏生物传感器的高效探针。

LIAO 等［21］成功地用金纳米粒子生物标记物和方波剥离伏安法检测乳头状癌BRAF 基因突变，该法被证实可在224 个核苷酸序列中分辨突变型和野生型BRAF 基因。WANG 等［22］用13 nm 大小的金纳米球成功制备了基于共振光散射（resonance light scattering assay，RLS）分析法的基因微阵列，可对甲状腺乳头状癌突变基因进行检测。金纳米粒子独特的光学为了检验共振光散射分析法的实用性，他们以此法（光散射强度反映基因突变水平）对50 例乳头状癌患者甲状腺组织进行突变基因检测，用高表达PTC 突变基因的K1 细胞系做阳性对照，正常甲状腺组织做阴性对照。分析结果显示，NRAS 密码子61 位点突变与PTC 有密切关联，其检测结果与桑格测序法所得到的结果高度一致。

2 纳米粒子应用于治疗甲状腺癌

DTC 的治疗通常是以手术治疗为主，选择性放射碘治疗和内分泌治疗；而针对RAIR⁃DTC 的化疗药物如多柔比星、阿霉素在肿瘤内分布较低且具有心脏毒性，因而限制了其应用；多激酶抑制剂如索拉菲尼仅延长了无进展中位生存时间，而未能提高整体生存率，相关不良反应发生亦非常普遍，如皮肤毒性、高血压、胃肠道毒性等。基于以上治疗现状，临床上迫切需要高效低毒的治疗方法。利用各种纳米材料本身具有的尺度效应、表面效应、量子效应以及光、声、电、热、磁等特性，可对RAIR⁃DTC 进行一系列的载药治疗、光热疗法、磁热疗、光动力疗法以及siRNA 递送治疗。

2.1 纳米粒子载药靶向治疗 高分子材料PLGA⁃COOH是已获FDA 批准可用于注射型药物控释剂的材料，具有安全无毒副作用，稳定，生物相容性好的特点。在2012年国内已有报道［23］用PLGA⁃COOH 成功制备TSH 受体介导的靶向甲状腺癌细胞的高分子纳米靶向药物，在体外与FTC⁃133 细胞有较强结合能力。这为甲状腺癌靶向药物的研究奠定了一定的基础。GAO 等［24］以脂质体多聚物合成160 nm 的纳米粒子包载顺铂，对FTC⁃133 细胞移植瘤小鼠治疗，疗效确切。此项研究中的材料归功于此纳米级药物特有的EPR 效应、对TSHR 靶向性和酸响应性释放顺铂。

国内学者LI 等［25］以二氧化硅纳米粒子作为载体，将对碘难治性分化型甲状腺癌（RAIR⁃DTC）有效的抗肿瘤药物阿霉素（DOX）键合在纳米粒子上，并在DOX 与SiO2之间设定酸响应性连接，最后将人促甲状腺激素（TSH）通过二硫键与纳米颗粒连接制备对RAIR⁃DTC 进行靶向治疗的酸响应性纳米粒子。与此相类似地，另一项研究［26］以聚乳酸⁃羟基乙酸共聚物（PLGA）和脂质体合成130 nm 的球形纳米粒子，具有TSHR 靶向性和PH 响应性释放索拉菲尼的能力。这类以促甲状腺素受体为靶点的药物被证明在体外可对高表达TSHR 的癌细胞如FTC133 进行载药靶向治疗。然而，参与甲状腺癌发生发展的分子机制亦十分复杂，对各种病理类型的乃至不同时期的疗效尚有待进一步的研究观察。

2.2 纳米粒子应用于光热疗法 光热疗法是借助光热材料把特定波长的激光能转化为热能，利用局部组织热效应来杀灭肿瘤细胞，达到治疗肿瘤的目的。光热疗法迄今发展了四代材料体系：第一代光热材料是以金银铂为代表的贵金属材料，其光热转换效率高，但价格昂贵；第二代光热材料是碳类材料，虽有较大的光热转换面积，但近红外区吸收能力差；第三代光热材料主要是金属和非金属的化合物，如硫化铜、硫化锌等；第四代材料是有机染料类，如吲哚菁绿、普鲁士蓝；其中第三、四代光热材料正处于研究热潮。近年来，各种低毒性、高光热转化效率的纳米材料被开发用于治疗肿瘤。ZHOU 等［27］设计并合成一种可同时用于光热治疗及放射治疗的硫化铜纳米粒子PEG⁃［64Cu］CuS 研究结果表明，PEG⁃［64Cu］CuS 介导的放射治疗、光热治疗及放射结合光热治疗均有效延缓了甲状腺癌的生长，其中以放射结合光热治疗疗效最为显著，明显提高了荷瘤鼠生存率。DOTAN 等［28］以多壁纳米碳管为光热材料，结合抗促甲状腺素受体抗体、促甲状腺素作为靶向分子。以上研究中各材料显示靶向性良好，疗效确切，但均存在可视化程度低、高热过程难以控制的缺点，若联合多模态成像（如热成像、光声成像、CT 及MRI）、复合材料可合成诊疗一体的多功能纳米探针，在提高光热转换效率的同时，实时动态评估疗效和监测复发、转移。

2.3 磁热疗与温度响应释药 磁热疗的概念最早在20 世纪50年代末被提出来：磁热疗是一种通过局部注射或静脉注射等方式使磁性纳米粒子聚集到肿瘤区域，在交变磁场下产生磁热效应破坏肿瘤细胞促使其凋亡。但由于材料、温度测定方法、磁场等条件限制了其发展。20 世纪90年代初，氧化铁纳米颗粒被发现具有很高的磁热效应，且磁场强度和频率均在临床允许范围内。磁性纳米颗粒除了用于磁热疗之外，亦可被修饰为载药体，但由于载药效率低和缺乏有效的释药机制限制了其应用。KOPPOLU等［29］用有温度响应性的正异丙基丙烯酰胺⁃丙烯酰胺⁃烯丙胺聚合物包覆氧化铁纳米粒子和阿霉素，该材料可磁靶向富集在肿瘤区域，在磁热作用下实现温度响应性释药。

2.4 光动力疗法联合载药治疗 光动力疗法是用特定波长的光照射光敏剂使之产生大量的活性氧，从而产生细胞毒作用。卟啉分子作为常用的光敏剂之一因为存在疏水性所以不利于被递送到肿瘤细胞内。PRAMUAL 等［30］分别以聚乳酸⁃羟基乙酸共聚物（PLGA）和3⁃羟基丁酸酯和3⁃羟基戊酸酯共聚物（PHBV）包埋卟啉分子。研究发现，此法不仅可通过纳米粒子特有的EPR 效应增强药物对肿瘤细胞的靶向性，而且提高了单线肽氧的产率和FTC⁃133 细胞摄取率。因此，多聚物纳米材料在光动力治疗中作为光敏剂的递送系统展现出很好的应用前景。

2.5 纳米粒子介导的基因治疗 基因治疗通常使用小干扰RNA（21～25 个核苷酸组成的双链小RNA 分子）诱导与siRNA 序列互补的mRNA 在细胞内断裂，达到沉默靶向基因的目的，进而影响肿瘤相关基因的表达。由于siRNA 在体内易被降解不能有效进入细胞，导致其应用受限。目前常用作递送siRNA 载体有病毒载体、脂质体、阳离子聚合物及纳米材料等。其中，纳米材料不仅具有负载率高、生物相容性好，生物降解性好良好的优点，而且表面可耦合靶向配体、荧光染料及药物，因此近年来备受关注。LOM⁃BARDO 等［31］以聚乳酸⁃羟基乙酸共聚物、壳聚糖包载抗人端粒酶逆转录酶（hTERT）的siRNA，它可有效地将siRNA递送到肿瘤细胞内。LIU 等［32］用一种具有近红外光荧光的多聚物递送siRNA 沉默甲状腺癌BRAF 基因。活体实验结果显示，治疗组瘤体平均体积比对照组小三倍，免疫组化染色分析发现Ki67 表达较对照组明显减少。

2.6 纳米碳在术中淋巴显影应用 纳米炭作为新型淋巴示踪剂，具有染色迅速、示踪清晰、无毒副作用和不易外渗等优点，已被普遍用于甲状腺癌淋巴结清扫过程。纳米碳可使甲状腺及引流区域淋巴结按照甲状腺淋巴引流顺序依次迅速黑染，甲状旁腺及喉返神经等不染色，便于术中辨认。这主要是因为纳米炭平均直径约150 nm，毛细淋巴管内皮细胞间隙为120～500 nm 且基膜发育不全，而毛细血管内皮细胞间隙为30～50 nm，故纳米炭很容易进入毛细淋巴管，却难以进入毛细血管［33］。其次，纳米炭可以被巨噬细胞吞噬后进入毛细淋巴管，滞留、聚集在淋巴结［33］。ZHU 等［34］对162 例乳头状癌患者进行对照研究，结果显示纳米碳组中央区淋巴结清扫切除率显著高于对照组，纳米碳可提高PTC 患者淋巴结切除率。YU 等［35］在对140 例行甲状腺全切或次全切的PTC 患者对照研究，发现纳米碳组对转移淋巴结检出率明显高于对照组。因此，纳米碳可提高淋巴结清扫率，和前哨淋巴结活检的灵敏度。XUE 等［36］认为纳米碳有助于术中保护甲状旁腺，降低术后短暂性的低甲状旁腺素和低血钙发生率；然而，在行甲状腺全切并双侧中央区淋巴结清扫的患者中并不能有效降低永久性甲状旁腺功能减退症的发生。

3 展望

目前为止，大部分纳米粒子在甲状腺癌中的研究主要以体外和小动物实验为主，仍有待进一步的人体实验研究进一步验证其疗效、安全性和毒副反应。纳米医学在甲状腺癌的成像以及治疗领域有着巨大的潜能，对甲状腺癌诊断、提高患者生存率方面有重大意义。多功能纳米粒子为靶向治疗、诊疗一体化提供了现实基础，可达到个体化、综合治疗的目的。在肿瘤发病率不断上升的今天，纳米粒子有望成为治疗肿瘤的又一有力武器。