钆塞酸二钠的研究

杨 奎 徐 鹏

(佳木斯大学第一附属医院,黑龙江 佳木斯 154003)

钆塞酸二钠(Gd-EOB-DTPA)商品名为普美显,别名为钆噻酸二钠。该药物是由德国拜耳公司生产、经静脉注射、能被肝细胞特异吸收的小分子药物。20世纪90年代初期,该药品投入临床研究,通过三期试验后于瑞典等国家批准使用,2011年7月在我国成功上市。Gd-EOB-DTPA是钆与EOB-DTPA的螯合物,其合成过程是在钆喷替酸葡甲胺(Gd-DTPA)基础上开链螯合添加脂溶性的乙氧基苯甲基(ethoxybenzyl),该药品相比同类型药物具有较明显的高效性、安全性[1]。Gd-EOB-DTPA注射液信息如表1。

表1 Gd-EOB-DTPA注射液基本信息Tab. 1 Basic information of gadoxetic acid disodium

1 Gd-EOB-DTPA的化学纯化

Gd-EOB-DTPA的制备大致可分为三个步骤,即酯化、水解、开链螯合。相比水解和螯合过程而言,其酯化过程对反应条件要求较高,反应步骤较为复杂,同时生成中间体时产生的杂质较多,对产品的纯度影响较大,所以迫切需要一种简单高效的方法对合成进行更好的质控,尤其是对酯纯化反应进行改进。

有学者提出以钆塞酸二钠中间体(酯)的粗品为原料,采用高效液相色谱法(HPLC)进行纯化以解决该问题。该学者对分离材料进行了优化并对洗脱技术进行了升级,最终获得了高纯度样品[2]。这一过程的中间体(酯)产出率稳定,回收率高,而且操作简单。亦有学者为了改善Gd-EOB-DTPA的效果以及提高Gd-EOB-DTPA使用安全性而对其异构体进行提纯。理论上异构体Gd-A较之Gd-B有更高的干细胞特异摄取力,能明显缩短磁共振(MR)的T1弛豫时间,提高诊疗效率。

近年来,有研究者发现还可以利用反相HPLC技术来分离Gd-EOB-DTPA,从而达到更理想的使用效果和安全性[3]。该技术是一种化学键合相色谱法,是为了解决分离过程中机械吸附在载体上的固定液的流失问题而产生的。该方法可将不同的有机官能团通过化学反应键合到硅胶载体表面的游离烃基上,从而生成化学键合固定相,化学键合固定相对各种极性溶剂都有良好的化学稳定性和热稳定性[4]。实验最后得到了分离后的Gd-EOB-DTPA异构体:Gd-A和Gd-B(水溶液)。实验者将异构体进行动物实验以验证它的安全性。结果表明:经反相 HPLC 技术分离得到的Gd-A和Gd-B的纯度均在99%以上,且异构体Gd-A的血浆清除率高,降低了钆在体内沉积的风险,还可以以更少剂量达到成像目的。但该技术目前仍缺乏更多的临床试验数据,有待进一步的研究与发展。

2 钆塞酸二钠在人体中的药代动力学

Gd-EOB-DTPA因共价键结合了脂溶性基团EOB,所以一方面具有EOB-DTPA的低蛋白结合率和亲水的特性,另一方面注射一段时间后其能被肝细胞选择性吸收。Gd-EOB-DTPA分子的血浆半衰期经测定为56 min左右,约为常规钆类细胞外MR增强剂(96 min)的一半,而越短的半衰期对人体危害越小[5]。有研究证实,Gd-EOB-DTPA分子在人体中24 h内可被完全清除且其化学性质会一直保持稳定[6]。其在体内的排泄方式为肝脏、肾脏双通道排泄。40%～60%的Gd-EOB-DTPA分子先由肝细胞窦状间隙膜的有机阴离子转运多肽(OATP)特异性吸收,随后这些分子因其蛋白结合率和亲水性都相对较低,随血液入肝后优先分布于肝细胞外间隙,细胞外间隙广泛分布的正离子可明显缩短组织MR的T1弛豫时间。Gd-EOB-DTPA分子以蛋白质结合的形式被肝细胞吸收,并通过有机阴离子转运多肽8(OATP8)和胆汁酸转运蛋白排泄到胆汁中[7]。研究发现此步骤需要多种蛋白,如有机阴离子转运蛋白多肽OATP1、 OATP1B1、OATP1B3和多药耐药相关蛋白[8],因此采用Gd-EOB-DTPA可实现肝胆系统“一站式”检查。剩余的Gd-EOB-DTPA分子经肾脏的肾小球过滤后排入膀胱[9]。Gschwend等[10]评估了Gd-EOB-DTPA在肾衰竭、肝衰竭或两者皆有的患者中的药代动力学和安全性,表明在轻度至中度肝损伤患者中,肾脏排泄量会代偿肝排泄量,反之,在肾功能损害的情况下,肝排泄量会增加。

3 钆塞酸二钠在临床MR检查中的应用

Gd-EOB-DTPA作为肝脏特异性MR造影剂在2008年7月由美国食品和药物管理局(FDA)批准用于临床肝胆疾病的检查,因能够显著提高MR的T1加权弛豫时间而常用于肝脏疾病检测中。人体注射Gd-EOB-DTPA不仅在20 min后就能达到肝脏强化峰值[11],从而显示动脉期和静脉期的血供情况,还能利用受损肝细胞因受体减少而导致的造影剂转运障碍对肝细胞进行功能性定性诊断[12]。Gd-EOB-DTPA分子在肝胆期(HBP)增加大量信息,尽管在量化肝功能方面存在困难,但却给增强型MR成像提供了一个独特的机会,通常可以结合定性和定量的形态学和功能信息进行局灶性肝脏病变的诊断,提高弥漫性肝病的评估水平。

3.1 原发性肝细胞癌(HCC)的早期诊断

HCC又称小肝细胞癌,是消化系统的原发性恶性肿瘤之一,发病率在我国有逐年上升趋势[13]。该疾病前期临床表现较为隐匿,数据显示多数患者发现时已进展至中晚期,其5年总体生存率不足50%,而早期发现并进行治疗的患者可大大提高生存率[14]。所以临床上迫切需要找出一种简单易行、准确性高、普及性强的检查方法为其早期诊断提供支持。

目前影像学诊断HCC的最主要的方法为腹部多层螺旋CT增强,其强大的后处理功能可多角度观察病灶位置、大小和血供情况。但早期HCC由于体积小,多有分化良好的肿瘤结构且出现血供改变较晚,常规动态CT及MR对早期疾病检查的特异性和准确性较低。同时临床发现有部分HCC为少血供,导致其在CT增强检查影像中表现不典型,极易漏诊。Ueno等[15]研究表明,HCC的早期在分子水平上OATP1B3已有减少,远早于血供改变,所以在HBP,大多数的HCC肝细胞表面因受体减少而不能摄取Gd-EOB-DTPA分子,在增强MR检查中呈明显低信号,从而可为疾病诊断提供理论基础。多位学者也表示与多排CT(MDCT)相比,钆塞酸增强MR利用动脉期过度增强和HBP低信号的特点,对HCC的诊断具有更高的敏感性[16]。牟焕晨等[17]通过实验分组对HCC的检出率进行比较,实验表明:Gd-EOB-DTPA增强MR组(95.38%)明显高于多层螺旋CT增强组(81.54%),差异具有统计学意义。Gd-EOB-DTPA增强MR诊断HCC的特异度、准确性、阳性预测值、阴性预测值均高于HRCT(高分辨力CT)增强检查结果。国外一项大型多中心试验显示,Gd-EOB-DTPA增强型MR成像改变了131例患者中 的19例患者(14.5%)的手术策略[18]。国内学者通过分析发现Gd-EOB-DTPA增强MR显示出比MDCT更高的灵敏度和整体诊断准确性,是诊断最大2 cm的HCC病灶的首选成像方式[19]。但是有研究发现虽然大多数HCC于HBP呈低信号,但5%～10%的HCC表现为“等或高信号”,并可能与癌细胞分化有关,即分化较高的癌细胞有一定摄取Gd-EOB-DTPA的能力[20]。但有学者认为HCC细胞对Gd-EOB-DTPA的摄取仅与肿瘤OATPlB3蛋白的表达水平有关[15],该机制尚未有可靠实验能进行科学解释。

综上,Gd-EOB-DTPA增强MR在早期HCC以及小病灶检出中具有较高的特异性及准确性,可明确诊断出病灶位置及范围信息,明显提高少血供病灶的检出率。

3.2 肝功能评估

肝功能综合评估方法,如Child-Pugh分级、吲哚氰绿(indocyanine,IGG)试验、体积测量、终末期肝病模型评分系统等,已经被广泛应用于临床,但是以上方法只适用于整体肝功能的评估,不能评估各肝段肝功能情况,满足不了临床精准诊断的需求。而且由于肝细胞的死亡与修复进程不一致,肝功能常表现为节段性分布不均,这也提高了肝功能评估的要求[21]。目前肝功能评估主要是通过肝实质信号强度、MR弛豫时间的测定、胆管信号强度、胆管显影时间以及胆管内对比剂排泄的量来评价[22]。近年来,有学者提出通过计算注射Gd-EOB-DTPA增强MR前后的肝实质信号强度、弛豫时间等来评估肝功能甚至是局部肝功能,该方法满足了临床精准诊断的需求,已被广泛应用[23]。

国内学者通过实验分析了肝实质细胞摄取Gd-EOB-DTPA的程度与Child-Pugh评分及定量指标的相关性,为肝脏功能量化评估提供了依据[24]。该实验共计纳入65例患者,并按照不同评分等级进行分组对照实验。实验结果表明,将肝细胞对Gd-EOB-DTPA的强化率作为定量指标可以对肝功能进行量化评估,同时也能对肝硬化患者的肝脏储备功能及愈后进行评估。国外研究者通过实验证明了Gd-EOB-DTPA增强MR对肝功能评估的价值。研究发现,功能正常的肝细胞与受损肝细胞在特异吸收Gd-EOB-DTPA分子时存在差异,受损细胞吸收Gd-EOB-DTPA分子的能力明显下降,因此通过增强MR对肝功能评估能同时评估整个或部分肝功能[25]。Haimerl等[26]通过肝实质强化后T1时间及T1时间减低率区分了肝功能正常和轻度受损的临界值,最后表明肝实质强化后T1时间降低50%可作为参考界限。Hata等[27]认为Gd-EOB-DTPA增强MR对肝功能评估可实现对不同肝段肝功能进行评估或丰富某特定肝段的解剖和血管信息,弥补以往方法评估肝功能的不足。Gd-EOB-DTPA增强MR对肝功能评估为临床精准评估部分肝段切除体积等治疗计划至关重要[28]。

以上研究表明,Gd-EOB-DTPA用于增强MR使得肝脏储备功能的无创评估和定性定量诊断成为可能,开创性地提出了对肝脏的特定区域评估,从而为肝脏的检查提供了更全面的信息和理论基础。然而,不同人体的增强MR信号表现的高低并非固定值,且信号强度并不由造影剂用量高低而决定,同时还会受到设备等其他因素的影响,还有待进一步优化和解决。

4 Gd-EOB-DTPA应用的未来展望

影像学检查中,Gd-EOB-DTPA能被肝细胞特异性吸收的特点明显区别于与以往检查方式,这种无辐射、无创伤的检测能被临床患者很好地接受,可同时对肝胆系疾病进行“一站式”检查,尤其是对于一些需要多次检查、长期随访的慢性肝胆系疾病患者具有独特优势。同时Gd-EOB-DTPA增强MR结合三维重建技术还能无创性地实现区域性肝功能评估。

但目前Gd-EOB-DTPA对肝胆系疾病的检查大多还处于临床研究阶段,且Gd-EOB-DTPA增强MR在肝胆功能障碍患者的胆系检查中仍存在局限性[29]。如,在对肝脓肿、肝囊肿以及肝转移瘤的检查中,肝胆特异期影像表现与HCC相似,难以鉴别,需要将Gd-EOB-DTPA增强MR进一步同其他检查手段相结合,因而这也是今后重要的研究方向。同时Gd-EOB-DTPA增强MR在HCC的检查中发现,有小部分肝癌细胞也能吸收Gd-EOB-DTPA分子并表现为高信号,这极易引起漏诊。因此未来Gd-EOB-DTPA增强MR进入临床,用于诊断肝脏疾病和肝脏功能评估还需要研究者们展开更广泛的研究。Gd-EOB-DTPA增强MR胆道成像能够展现胆道系统解剖形态获得胆汁排泄的动态时间信息。如何利用该点了解肝脏分泌胆汁的情况,从而获得肝胆系统功能状况的信息也是今后的研究重点。总而言之,利用Gd-EOB-DTPA对肝胆系疾病诊断及系统评估的诊断方法、测量标准,以及检测对象还有待研究者们进行更加明确的量化和进一步发掘。