乳腺癌分子成像的应用价值

葛洁 王健 曹旭晨*

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，近期对我国恶性肿瘤发病和死亡分析的研究显示乳腺癌占女性发病率第1位，每年新发病例约27.9万，居女性恶性肿瘤死亡率的第4位[1]。因此，早期准确诊断及评估其侵袭性，是影响乳腺癌病人预后至关重要的因素。传统影像检查包括X线、CT、MRI、超声等，是依赖于乳腺解剖学改变的结构成像，因此在乳腺癌的早期诊断中具有一定的滞后性。分子成像是结合医学影像技术学、分子生物学、计算机科学等多学科的一门新的学科，最早由Weissleder提出，主要应用影像技术对活体组织的分子水平变化进行定性及定量分析，从而达到诊断的目的。目前，分子成像技术主要包括超声分子成像、MR分子成像、放射性核素分子成像及光学分子成像。

由于恶性肿瘤的异质性，导致乳腺癌病人对治疗方式的敏感性具有较大的差异。而通过分子靶向探针对乳腺癌分子分型有利于乳腺癌的诊断及疗效评估，因此明确乳腺癌的分子分型具有重要意义。根据乳腺癌分子标志物[人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor 2,HER2）、雌激素受体（estrogen receptor,ER）、孕激素受体（progesterone receptor,PR）]的表达水平及生物学特性，将乳腺癌的分子分型分为以下5型：Luminal A型（ER+和/或 PR+、HER2－、Ki67＜14%）、Luminal B 型（ER+ 和/或 PR+ 、HER2－/过 表 达 、Ki67≥14% ）、HER2 阳性型（HER2 过表达、ER－和 PR－）、基底样型/三阴型（ER－和 PR－、HER2－）及其他特殊类型乳腺癌[2]。早期研究[3]显示ER+及HER2－的乳腺癌病人的预后较好，三阴性乳腺癌病人预后较差。

1 超声分子成像

近年来，超声分子成像已用于乳腺癌、胰腺癌、卵巢癌等疾病的早期诊断，其诊断准确性明显优于常规超声。超声对比剂主要包括靶向超声微泡和非靶向超声微泡。超声分子成像技术主要运用靶向超声微泡与乳腺癌中高表达的靶分子特异性结合从而实现对血管或细胞成像。此外，还有携带治疗药物或基因的超声微泡，其不仅能用于肿瘤成像还可用于治疗。

靶向微泡表面含有特异性受体的配体或特异性抗原的抗体，能选择性地与特定的受体或抗原相结合，从而用于疾病的诊断。近年来，有研究者[4]将跨膜蛋白B7－H3（也称CD276）作为超声微泡靶向分子。B7－H3是B7家族成员之一，其高表达被认为是早期区域淋巴结转移，晚期疾病和总体恶化预后的预测因子[4－5]。Bachawal等[5]在乳腺癌小鼠模型上使用了B7－H3靶向微泡进行超声分子成像，研究证实B7－H3超声微泡与小鼠体内的B7－H3能够特异性结合，并发现乳腺癌组织B7－H3靶向微泡的成像信号显著高于正常乳腺组织。但B7－H3靶向微泡超声成像信号与乳腺癌分子分型及病人预后的相关研究尚未见报道。有研究[6]显示可生物降解的靶向微泡聚合物（BPC－NB－PNBL－NPY）在乳腺癌中具有应用价值，但是现阶段临床上使用的超声对比剂主要以非靶向微泡为主，而用于癌症成像的特异性靶向微泡仍处于临床前研究。

携带药物或基因的微泡在乳腺癌的靶向治疗中具有较好的应用前景，其在超声波的驱动下向靶组织运载药物，由于微泡受到超声的瞬态空化效应发生破裂，从而释放药物进入邻近的肿瘤细胞中[7]。随着乳腺癌分子生物学机制研究的深入，乳腺癌超声靶向微泡破坏（ultrasound－targeted microbubble destruction,UTMD）治疗越来越受到关注。Ji等[8]研究证实UTMD能够安全、有效且具有针对性地将微小RNA递送到靶组织。Kobus等[9]将HER2阳性且发生脑转移的乳腺癌病人的癌细胞 （MDA－MB－361）接种到30只裸鼠上，通过聚焦超声联合超声微泡瞬时破坏血脑屏障来改善治疗，结果显示治疗期间聚焦超声联合超声微泡治疗组能够有效抑制脑转移乳腺癌的生长。这些研究显示超声微泡靶向治疗可将化疗药物靶向传递到癌组织，能提高肿瘤局部的药物浓度，增强化疗药的疗效，减轻病人因化疗所致的全身不良反应；超声微泡还可将外源性基因或单克隆载体导入乳腺癌细胞。未来UTMD有望成为乳腺癌病人新的治疗方式[10]。

2 MR分子成像

与物理检查、乳腺钼靶和超声相比，MRI对浸润性乳腺癌和导管原位癌的诊断具有更高的敏感度[11]，而且对其浸润程度具有独特的诊断价值。一项纳入了44项研究的Meta分析[12]显示MRI对乳腺癌诊断的敏感度约为90%，特异度为72%。另一项Meta分析[13]显示，与常规影像检查相比，MRI对多灶性乳腺癌的检出具有更高的敏感度。动态增强MRI（DCE－MRI）是诊断和监测乳腺癌的有效方法，其利用药物代谢动力学模型来量化血管与间质之间对比剂交换，并分析活体内肿瘤血流量、微血管和毛细血管通透性的变化[14]。DCE－MRI不仅能够描绘肿瘤组织的整个生物学特征，还可显示周围淋巴结受累情况、肿瘤是否侵犯邻近胸壁组织，并检测出一些隐匿性乳腺癌病灶。乳腺癌MRI应用指南中包括了对已确诊为乳腺癌病人的疾病程度的评估、高危病人乳腺癌的筛查、对新确诊的乳腺癌病人对侧乳腺的筛查及新辅助化疗（neoadjuvant chemotherapy,NAC）疗效的评估[15]。

随着多种有效的特异性分子探针，如氧化铁颗粒、Gd螯合物及脂质体等对比剂的问世，MR分子成像得到了发展。在一项以钆特酸葡胺（gadoterate meglumine,Gd－DOTA）为载体，与胱氨酸－精氨酸－谷氨酸－赖氨酸－丙氨酸的五肽分子结合形成靶向MR对比剂的研究中，采用动物实验证实了该对比剂对转移性肿瘤具有高度的对比增强作用，能够检测到直径＜0.5 mm的微小转移灶[16]。此外，由于ER在大多数乳腺癌组织中过度表达，其表达水平可作为预测病人预后的主要因素之一。Pais等[17]将17β－雌二醇（EPTA GD）或他莫昔芬（TPTA GD）偶联到四甲基吡啶乙酸钆螯合物（PTA Gd）载体上，获得了新的ER靶向探针。该靶向分子探针在体内特异性与ER相结合，能用于评估乳腺癌病灶中ER的表达水平。近年来，研究发现趋化因子受体4（C－X－Cmotif chemokine receptor 4，CXCR 4）在正常乳腺组织及乳腺癌组织中均表达，但其表达量会随病灶恶性程度增加而增加，与乳腺癌的侵袭性密切相关。朱等[18]以CXCR4为靶点合成了特异性探针超小超顺磁性氧化铁颗粒（USPIO），并在乳腺癌细胞株MCF-7内进行体外实验，证实USPIO具有特异性靶向结合能力。目前，由于肿瘤MR靶向对比剂合成的成本过高，这类对比剂主要在实验室研究中应用，但这类对比剂具有较高的稳定性、特异性和亲和力，未来有望在肿瘤的检测中发挥重要作用。

3 放射性核素分子成像

放射性核素分子成像包括单光子发射体层成像（SPECT）、正电子发射体层成像 （PET）/CT、正电子发射乳腺成像（positron emission mammography,PEM）、PET/MRI，它们在乳腺癌的诊断、监测及预后评估中均具有重要价值。

放射性显像剂99Tcm-甲氧基异丁基异腈（99Tcmmethoxyisobutylisonitrile,99Tcm-MIBI）及18F-氟代脱氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose,18F-FDG）是最早应用于临床的显像剂，也是目前临床应用最广泛的显像剂。早期研究显示99Tcm-MIBI及18F-FDG对小于1 cm病灶的诊断敏感度分别为48.2%、68%，对大于1 cm病灶的敏感度分别为74.2%、92%[19-20]；18F-FDG PET/CT对腋窝淋巴结转移的敏感度为44%～67%[21]。由此可见，99Tcm-MIBI及18F-FDG 对大病灶的敏感度较高，但对于小病灶及腋窝淋巴结的敏感度较低。还有研究者[22]认为18F-FDGPET/CT对乳腺癌骨转移的敏感性较低，故不推荐单独使用。因此，其在乳腺癌诊断中的应用价值备受争议。但也有研究者[23]认为18F-FDGPET/CT能够评估淋巴结情况，发现一些隐匿性的病灶及诊断病人的全身情况，可以改变乳腺癌病人的临床分期，为临床选择治疗方式提供参考。另一方面，近年来研究[24]表明肿瘤对18F-FDG摄取增加的程度与肿瘤的恶性程度呈正相关，即18F-FDG摄取越高肿瘤恶性程度越高。乳腺癌病人18F-FDG摄取相关的代谢参数研究发现，NAC治疗前后最大标准化摄取值（maximum standard uptakevalue,SUVmax）的变化可以评估NAC是否有效。

但由于18F-FDG并非特异性肿瘤显像的分子探针，炎性或某些良性肿瘤也可以表现为18F-FDG的高摄取。近年来，研究人员开发了新的PET分子探针，目前报道的有胸苷类似物（18F-FLT）、表皮生长因子类 （64Cu-曲妥珠单抗）、雌激素受体类 （18FFES）、孕激素受体类 （18F-FFNP）、乏氧类 （18FFMISO）等。其中，18F-FLT可用于增殖成像，在体内主要由平衡型核苷转运载体1（equilibrative nucleoside transporter,ENT1）将其从细胞外转运到细胞内。研究[25]表明，ENT1在乳腺癌中的表达水平与病人的预后相关。因此，18F-FLT摄取值的变化在一定程度上可能反映了乳腺癌的侵袭性，有研究[26]表明FLT显像可用于乳腺癌病人分期及早期预测病人对化疗敏感性。但18F-FLTPET有一定的局限性，其在正常肝脏和骨髓表现为高摄取。因此，在乳腺癌病人发生肝脏和/或骨髓转移时18F-FLTPET的应用价值有限。HER2属于表皮生长因子受体家族成员，其具有受体酪氨酸激酶活性，HER2阳性表达提示乳腺癌恶性程度较高，预后较差。曲妥珠单抗是临床上常用的HER2阳性乳腺癌病人的靶向治疗药物。Mortimer等[27]用64Cu标记的曲妥珠单抗作为新型分子探针对乳腺癌病人进行PET/CT检查，并结合了病人的免疫组化结果，证实64Cu-曲妥珠单抗的摄取程度与病人HER2表达状态密切相关。类似的分子探针18F-FES、18F-FFNP能分别与乳腺癌ER、PR特异性靶向结合，根据肿瘤组织对靶向探针的摄取程度可以判断病人原发病灶及转移病灶ER、PR的表达水平，从而筛选出适合内分泌治疗的病人，为其制定个体化治疗方案并预测其疗效，同时还可用于监测内分泌治疗的疗效及耐药情况。

PET/CT在乳腺癌的诊断中虽具有一定优势，但对小病灶的检出并不敏感。PEM是目前最广泛使用的乳腺PET系统，已经在美国、拉丁美洲和亚洲的50多个站点安装[28]。PEM较PET具有更高的分辨率和敏感度，能够检出一些乳腺癌的小病灶。有研究者[29]对比研究PEM和全身PET对乳腺癌诊断的敏感性，证实PEM在乳腺癌小病灶中诊断的敏感度明显优于全身PET显像 （分别为66.7%、13.3%）。此外，PET/MRI将PET葡萄糖代谢的功能信息与MRI的结构、功能成像信息相结合，在提高软组织对比度、提供多序列参数信息等方面具有独特的优势[30]。有研究[31]表明PET/MRI对肿瘤治疗决策的影响可能优于PET/CT。Melsaether等[32]采用前瞻性实验比较了PET/MRI及PET/CT对乳腺癌病人病灶的检出率，发现PET/MRI对肝脏及骨组织中转移灶的敏感度优于PET/CT，但PET/CT对发现肺转移灶的敏感度更高。Pinker等[33]在多参数PET/MRI鉴别乳腺良恶性病变可行性的研究中，发现PET/MRI有利于乳腺良、恶性病变的诊断，并减少不必要的乳腺活检。此外，PET/MRI用于评估NAC反应，在指导个体化治疗的研究中也体现了优势[34]。

4 光学分子成像

光学分子成像应用能与体内靶分子特异性结合的生物荧光分子探针进行显像，并通过体外相关的成像设备获得靶分子显像图。近年来，光学分子成像已被广泛应用于多个领域,如药物开发、临床实践等[35]。

光学分子成像技术在指导外科手术上具有重要的优势[36]。乳腺导管原位癌因不能被触及，在手术中常难以完全切除，多数情况下需要二次切除。目前，有研究者[37]发现噬菌体能够选择性地结合具有特异性碳酸酐酶Ⅸ胞外结构域的纳米体；另有研究者[38]使用以低氧为标记的靶向荧光探针（碳酸酐酶Ⅸ）使乳腺导管原位癌可视化。van Brussel等[39]研究发现光学分子成像技术能够用于小鼠乳腺导管原位癌术前和术中的监测，使根治性切除乳腺导管原位癌成为可能。利用这一成像技术，外科医生有望在术中区分肿瘤组织和正常组织，指导手术方案。此外，光学成像还可以用于分子荧光病理学对穿刺活检及手术标本进行表型检测。

5 展望

分子成像概念的提出至今不足20年，却备受研究者们关注。分子成像在乳腺癌生长动力学评估、微血管浸润情况、基因表型检测及放化疗反应评估等方面具有独特的优势。在诊断方面，分子成像较传统影像检查方法具有更高的检出率，MRI、PET等逐渐被用于乳腺癌病人治疗前的评估。在治疗方面，分子成像能够监测病灶对放化疗的敏感性，有利于实现个体化治疗，UTMD的研究为乳腺癌病人提供了新的用药途径和方法。此外，分子成像还能实现实时、精确、动态的医学成像，用于指导临床手术。总之，分子成像在乳腺癌的临床应用中具有良好的前景，有助于临床实现个体化和精准治疗。但由于肿瘤具有异质性，在肿瘤的发生、发展过程中分子表达及其表型均可发生变化，因此分子成像技术的临床应用仍有许多问题亟需解决，如特异性乳腺癌分子探针的研发、分子探针的安全性等。