磁性纳米探针用于肝细胞癌诊疗一体化研究进展

孙振博，罗明芳，杨彩霞，吕奕洁，李祥林

(滨州医学院医学影像学院，山东 烟台 264003)

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma， HCC)为全球第六大常见癌症，在癌症致死率中位居第四，每年约有84.1万新发病例，78.2万人因此死亡[1]。HCC预后差的主要原因在于缺乏有效、准确的早期诊断方法，多数患者确诊时已为晚期，导致治疗严重受限。影像学检查是检出HCC高危患者的重要手段，其中MRI可在生物体内实现空间和时间上的无创、可视化及定量检测[2-3]，但由于正常肝脏组织与病灶间对比度不足，常规MRI对于某些病变能够提供的信息有限。应用肝脏特异性对比剂(hepatocyte-specific contrast agents， HSCA)可获得更准确的形态学和相关功能信息。目前临床多采用基于钆塞酸二钠(gadolinium ethoxybenzyldiethy-lenetriaminepentaacetic acid， Gd-EOB-DTPA)进行肝脏T1对比成像[4]。但T1 MR对比剂在诊断肝脏损伤方面存在明显缺陷，因小分子复合物缺乏肿瘤特异性，该对比剂不能鉴别小肝癌与部分转移瘤，也较难区分不典型结节与HCC[5]。既往研究[6]表明，部分肾性系统性纤维化与Gd-EOB-DTPA相关。为在保证安全性的前提下增强对比，需开发具有高敏感度和特异度的靶向探针。磁性纳米材料是最常用的探针合成材料之一，具有独特的物理化学性质，形状可控，稳定性好，广泛用于构建MR分子成像探针。本文对磁性纳米探针(magnetic nanoparticles， MNP)用于HCC诊疗的研究进展进行综述。

1 HCC特异性靶向MNP

与现有的基于细胞外流体扩散的HSCA不同，MNP可被库普弗细胞选择性吞噬，并可因其超顺磁性物理性质而缩短T2弛豫时间，降低T2信号强度，实现阴性对比。最常用于鉴别正常肝组织和肿瘤组织的T2对比的MNP主要磁性构成为超顺磁性氧化铁(superparamagnetic iron oxide， SPIO)，以钆或锰为基础的纳米探针也具有潜在的HCC成像性能[7]。目前认可的HCC特异性分子靶点主要包括甲胎蛋白(alpha fetoprotein， AFP)、磷脂酰肌醇蛋白聚糖3(glypican-3， GPC-3)、血管内皮生长因子、整合素受体αvβ3、CD44、叶酸(folic acid， FA)和遗传受体等[8]。

1.1 GPC-3靶向探针 GPC-3位于细胞膜表面，通常表达于胎儿胎盘和肝脏中，可调节胚胎细胞生长，为HCC特异性糖蛋白，在健康人肝细胞中不表达，其升高与HCC的发生及预后密切相关[9]。作为早期HCC的肿瘤标志物，GPC-3在癌前病变中的表达率为100%，特异度和表达率均高于AFP[10-12]。LI等[13]以GPC-3作为特异性靶点构建HCC 的SPIO 分子探针，将GPC-3相关单克隆抗体与超小SPIO纳米颗粒耦联，采用1.5T MR仪进行扫描，发现T1、T2弛豫时间均缩短，对比成像效果明显，降低了影像学诊断难度。TIAN等[14]将Fe3O4/Au核-壳纳米复合物(Fe3O4@Au core-shell nanoparticles， FANP)表面修饰GPC-3结合肽(GPC-3 binding peptide， GBP)用于基于MRI的光热治疗，发现GBP-FANP对GPC-3的亲和力明显高于FANP，靶向效果更为显著；静脉给药后，经MR、光声及荧光多模态成像发现GBP-FANP在GPC-3阳性HCC细胞中特异性积聚，具有极佳的多模态对比成像效果；且经GBP-FANP治疗后HCC生长速度明显减慢。

1.2 αvβ3靶向探针 αvβ3是HCC诱导的新生血管内皮细胞大量表达的特异性整合素受体之一，在肿瘤血管生成中起关键作用。αvβ3较少表达于正常肝细胞，使其成为HCC分子成像的极佳靶点[15]。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(arginine-glycine-aspatic acid， RGD)序列多肽与αvβ3具有较高亲和力，RGD多肽可作为HCC靶向探针的设计元素之一[16]。CHEN等[17]构建了由SPIO、RGD多肽和近红外荧光染料吲哚菁绿(indocyanine green， ICG)构成的靶向光学/MR双模态成像探针SPIO@ICG-RGD；特异性靶向实验显示其细胞摄取ICG数量显著增加，证实了αvβ3受体靶向的有效性以及可利用该靶向特性实现MR特异性HCC成像。

1.3 FA靶点探针 作为天然维生素，FA在人体代谢过程中有着极为重要的意义[18]。FA受体在HCC、乳腺癌及肾癌等恶性肿瘤中高度表达，而在正常细胞中不表达或低表达，具有较强的特异性[19]。以FA为配体，通过FA受体介导将超顺磁性材料递送入肿瘤细胞，以缩短肿瘤组织T2弛豫时间，实现可视化监测治疗肿瘤[20]。CHEN等[21]以纳米钆卟啉金属有机骨架(acid-nanoscale gadolinium-porphyrin metal-organic frameworks， NPMOF)作为基础基团合成新型探针FA-NPMOF；以斑马鱼HCC模型观察FA-NPMOF靶向能力，发现其对FA受体具有较强亲和力，可靶递送纳米探针。

1.4 基因水平靶点探针 随着基因组测序技术的发展，越来越多基因水平靶点用于合成探针。TBLR1(transducin β-like 1 X-linked receptor 1)基因在促进HCC细胞增殖和血管生成中具有重要作用。GUO等[22]据此开发出2种不同靶向纳米治疗体系，分别携带TBLR1基因质粒及靶向TBLR1基因的小干扰RNA质粒，经过HCC模型体内成像动物实验验证了基于基因水平靶点的探针具有显著T2增强成像和抗癌作用。

2 MNP用于一体化诊疗HCC

一体化诊疗指以诊断结果为指导的治疗策略，依赖影像学手段无创、实时监测治疗反应，得出个体化给药方案，以提高肿瘤治疗水平[23]。基于MRI一体化诊疗肿瘤现已成为研究热点[24]。目前用于一体化诊疗肿瘤研究的主要治疗方式包括光动力治疗(photodynamic therapy，PDT)、光热治疗(photothermal therapy， PTT)、磁热治疗及纳米探针辅助载药化学治疗等。

2.1 PDT PDT基本原理为光敏剂在特定波长的光激发下产生具有细胞毒性的活性氧以杀伤肿瘤，具有无创、不良反应小、无耐药性等优势，目前已用于治疗浅表部位肿瘤[25]；但对肿瘤进行PDT所需光敏剂剂量大且于全身分布等问题易对正常组织造成损伤，需寻找更加适用于HCC的光敏剂，并提高探针的生物相容性。YIN等[26]开发出由FA、聚乙二醇(polyethylene glycol， PEG)和光敏剂二氢卟酚e6(chlorin e6， Ce6)构建的新型多功能PDT/MRI纳米探针PEG2K-FA@Ce6，与游离Ce6相比可显著提高细胞摄取效率及PDT效果。

2.2 PTT PTT以光敏剂吸收激发光，将光能转化为热能，使局部温度升高，以杀伤肿瘤细胞。作为新型纳米材料，二维过渡金属硫化物纳米材料不仅具有较强的光热效应，且可高效与化学治疗药物结合，易于进行功能性修饰[27]。WANG等[28]以125I-c(RGDyK)环肽为靶向修饰基团，制备平均水动力直径约40 nm的Fe3O4纳米粒子125I-RGD-PEG-MNP，作为肿瘤靶向MRI联合PTT的新型探针。

2.3 磁热治疗 MNP在交变磁场作用下可将磁能转化为热能，增高MNP温度，因而可用于磁热治疗肿瘤，具有安全、不良反应小的优势[29]。为提高成像和磁热治疗效果，HURLEY等[30]在SPIO外包被介孔硅壳，并以PEG进行表面修饰；经包被后的MNP在生理环境下聚集明显降低，而于肿瘤区域富集增加，使磁热治疗效果明显提高。LI等[31]以锰锌铁磁性纳米粒子(manganese zinc ferrite MNP， MZF-MNP)为基础磁热单元，在其表面修饰HCC特异性抗体CD147蛋白，并将阿霉素(doxorubicin， DOX)装载其中，构建以磁热响应纳米为载体、装载CD147蛋白和DOX的纳米探针，可主动靶向HCC细胞，并通过磁热治疗杀伤肿瘤细胞；同时温度升高使热敏载体结构发生变化而释放DOX，联合磁热治疗和化学治疗以增强治疗效果。

2.4 辅助载药化学治疗 MNP可在实现肿瘤成像的同时通过修饰纳米载体实现多功能化，如靶向递送辅助化学治疗药物，通过修饰纳米载药载体实现药物在体内的长效循环，减少药物清除而增强疗效。LIU等[32]发现酸碱度响应型T1-T2双模态成像纳米探针在肿瘤一体化诊疗中具有重要作用，多功能酸碱度敏感聚合物纳米探针可有效地在HCC区域富集并释放对比剂和治疗药物。ZHANG等[33]基于Fe3O4@ZnO核壳纳米复合材料，在其表面修饰转铁蛋白受体抗体，并装载化学治疗药物DOX，由此开发出MRI及放射、化学治疗一体化的HCC诊疗探针。

3 小结与展望

综上所述，MNP对于准确判断肿瘤边缘和实时评估疗效等具有重要意义，开发具有高敏感度、对比成像效果好、高特异度、低毒性的MNP，有望实现早期、无创检测HCC，并进行个性化精准治疗。目前大多数MNP研究仍处于动物实验阶段，需深入研究其体内变化，探索更多特异性靶点，提高鉴别诊断的可靠性及检测肿瘤边缘的准确率，实现影像学引导治疗及实时评估疗效等。