分子影像学与纤维化（二）：纤维化分子显像探针

李周雷 谭婉红 陈仲本

参与组织炎症和纤维化的分子生物学过程

组织损伤会引发一系列的伤口愈合反应［1］，最终导致组织再生或纤维化，具体取决于伤口愈合反应的程度（图1）。伤口愈合的第一阶段出现血管通透性增加及血管外凝血［2］。组织受损使上皮和/或内皮细胞释放炎性因子，启动凝血级联反应［2］。血小板在遇到胶原蛋白和凝血因子时被迅速募集并激活，促进血管舒张及通透性增加；凝血酶原蛋白即凝血因子Ⅱ水解后形成凝血酶，凝血酶将可溶性纤维蛋白原转化为可溶性链式纤维蛋白，以促进血小板聚集，形成纤维蛋白凝块［3］；上皮细胞和内皮细胞经活化后产生基质金属蛋白酶（matrix metalloprotein，MMP），MMP 会破坏基底膜，从而使炎症细胞向损伤部位迁移并聚集；同时，生长因子、细胞因子和趋化因子增多，并通过刺激白细胞的增殖和募集来启动愈合反应；白细胞将生产更多的细胞因子和生长因子、白细胞介素13（interleukin-13，IL-13）、转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、血小板衍生生长因子（platelet derived growth factor，PDGF），从而激活巨噬细胞合成纤维细胞［3］；血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）也会增多并诱导血管生成；活化的巨噬细胞和中性粒细胞会清除组织碎片和死细胞；活化的成纤维细胞会转化为肌成纤维细胞并迁移到伤口处并沉积形成结缔组织（Ⅰ型胶原蛋白、纤连蛋白、弹性蛋白）［4］；活化后的肌成纤维细胞将促进伤口收缩；胶原纤维通过赖氨酰氧化酶（LOX、LOXL2）的作用开始交联［5］；血管恢复后，疤痕组织将被消除，细胞（上皮细胞和内皮细胞）分裂并迁移形成再生组织。

然而，在慢性炎症发生和修复过程中，由于肌成纤维细胞被持续活化，促使胶原交联持续形成，可导致纤维化的形成；而细胞外基质的任何转变都会使平衡转向疤痕形成；当新胶原蛋白的生成超过其降解速度时，就会发生纤维 化［6］。

针对纤维化及纤维化生成的分子成像

分子成像是在分子水平上对细胞和物质代谢等过程的体内表征和测量［7］。分子成像需要使用高亲和力探针，探针可以是小分子（受体配体、酶底物）或具有更高分子量的亲和配体（肽、单克隆抗体、重组蛋白）；可使用不同的成像方式，如MRI、超声、光学成像以及核医学技术，后者包括正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PET）和单光子发射计算机断层扫描（single photon emission computed tomography，SPECT）。

没有任何一种分子成像技术具有绝对优势，各具优缺点。MRI 无辐射，空间分辨率相对较高，可深入组织成像，在使用分子探针情况下，可以在分子成像基础上提供额外的图像信息。基于X 射线的显像技术例如CT 成像技术可提供更高的分辨率，不受组织深度限制；但是，CT 成像技术软组织对比度很差，进行分子成像时需要较高显像剂浓度（mM 级）。另一方面，像SPECT 和PET 这样的核技术具有极高的检测灵敏度，显像剂使用浓度很低（pM 级），也可以深入组织进行成像。但与MRI 或CT 相比，空间分辨率要低得多（约0.5～10 mm）；由于很多显像剂的半衰期较短，PET 和SPECT 探针必须按需合成，且具有辐射暴露危险。超声方法成本低、方便、利于广泛应用，然而对操作者个性因素依赖过高；虽然空间分辨率很高，但组织穿透性受限。超声对比剂基于具有回声的微米级颗粒（例如气体填充），而颗粒大小限制了血管外的输送。光学成像方法（荧光成像和近红外荧光成像）在研究应用中具有较高的优越性，因其灵敏度和空间分辨率高且成本低，但穿透深度小（＜1 cm）限制了其在临床上的应用。鉴于上述情况，PET-MRI 被认为是最可能克服上述限制的影像技术［8］。

使用特异性靶向显像剂来直接标的参与纤维化和纤维化进展的物质进行分子成像，为纤维化成像提供了一种特异性高、诊断能力强的新技术。目前，已成熟或在研发中的纤维化和纤维进展成像的显像剂主要是：活化的成纤维细胞、活化的巨噬细胞和其他炎症标志物、整合素、MMP及细胞外基质（extracellular matrix，ECM）蛋白，例如纤维蛋白、纤连蛋白、Ⅰ型胶原蛋白合成、过表达Ⅰ型胶原蛋白、过表达氧化胶原蛋白和弹性蛋白（表1）。

表1 纤维化相关显像剂及应用

小 结

纤维化是慢性组织损伤的常见结果，尽管学者们对纤维化发病机制及其潜在分子机制的研究取得了一定进展，但纤维化疾病的临床治疗及管理仍需提高。众所周知，纤维化疾病建立模型难，动物研究与人类疾病之间存在较大差异，抗纤维化疗法的临床开发困难重重，主要难点是患者存在较大异质性且临床终点不明确，需进行长期且昂贵的临床试验。

基于成像的生物标志物是对体内相关改变进行无创和连续性重复检测的理想靶点，因此有助于新的治疗靶点的临床前研究、动物模型的验证及实行临床转化，以改善纤维化患者的治疗和管理。本文介绍的分子探针仅为探索解决这些问题的第一步，仍需更好的临床成像工具和技术为载体来开展。纤维化成像探针的优质潜能有望使该领域成为未来发展的热点。