超聲分子成像在腫瘤新生血管評價中作用的研究進展

陳夢杰，周軍

(三峽大學第一臨床醫學院，湖北宜昌 443003)

超聲分子成像在腫瘤新生血管評價中作用的研究進展

陳夢杰，周軍

(三峽大學第一臨床醫學院，湖北宜昌 443003)

實體瘤的生長、侵襲和轉移依賴于血管生成，對腫瘤血管的成像是早期診斷惡性腫瘤的重要途徑，而血管生成與腫瘤組織內表達的分子物質(如血管內皮生長因子VEGFR-2、整合素αvβ3、共刺激分子B7-H3等)密切相關，這些分子可成為靶向超聲造影劑的靶點，為腫瘤新生血管的顯影提供條件。分子成像評價腫瘤新生血管的研究使人們對腫瘤血管生成有了進一步認識，此為腫瘤的臨床診斷和治療提供了新的可能研究方向。

腫瘤血管；靶向造影劑；超聲分子成像

近年來，新超聲分子靶向造影劑的出現使新興超聲分子成像技術呈現出巨大前景，引起研究者們的廣泛關注。不同的抗原或受體分子會在病理過程中高水平表達，在正常組織中往往不表達或低水平表達，超聲分子成像技術就是利用相應的親和分子與微泡造影劑結合，使其主動結合至靶區并聚集，從而在分子水平觀察疾病進程。超聲分子成像技術不僅具有傳統超聲的優點，如高分辨率、低成本和無電離輻射等，而且結合了分子靶向超聲造影劑，對分子靶點的定量評估具有高敏感性[1]。目前這一新興技術較廣泛用于腫瘤、血栓及炎癥的顯像研究中。血管生成在腫瘤發生發展過程中扮演重要角色，在腫瘤組織內特異性高表達的血管生成相關因子可作為腫瘤超聲分子成像及腫瘤治療的靶向作用位點。超聲分子成像技術通過定量評估腫瘤新生血管生成情況來間接反映腫瘤組織增殖、轉移及侵襲活性，且可實時動態觀察,反復診斷。超聲分子成像的多功能臨床應用潛能使其成為超聲分子影像學發展的熱點?，F對超聲分子成像在腫瘤新生血管評價中作用的研究進展綜述如下。

1 超聲靶向造影劑的組成及特性

分子影像技術的關鍵在于分子探針選擇，靶向超聲造影劑作為新型的超聲分子探針是目前研究熱點。超聲靶向造影劑的設計思路是將靶向分子的疾病特異性配體或抗體連接至微泡外殼，造影劑經靜脈注射到達人體內各器官微循環后，依靠抗體、抗原或受體、配體的特異性結合主動與疾病高特異性分子結合，達到分子成像及定量分析疾病某一階段特定分子標志物的目的[2]，這亦是超聲影像學從非特異性成像到靶顯像、從宏觀形態到微觀分子的轉變。

1.1 靶向造影劑的組成 傳統造影劑是由外層殼包裹氣態芯組成，不同氣體芯(如空氣、氮氣、全氟化碳或六氟化硫)和不同外殼(如清蛋白、半乳糖、脂質或高分子聚合物)組成不同類型造影劑。靶向造影劑是在傳統微泡的基礎上將特異性分子連接至微泡外殼表面，其制作過程極為復雜，大致分為兩種連接方式，即共價連接與非供價連接。前者主要靠微泡與配體之間的離子鍵、物理吸附等作用，此方法穩定性不高，適用于小分子配體的連接；后者是利用生物素-親和素等橋梁進行連接，結合效率高，尤其適用于不能耐受微泡制作過程的大分子單抗[3]。

1.2 靶向造影劑的特性及優勢 在超聲場作用下，造影劑內的氣體芯經壓縮和膨脹可產生有效背向散射，可被超聲探頭接收并經成像系統檢測成像。造影劑經靜脈注射到達人體內各器官微循環后，可使超聲回波信號顯著增強，從而大大提高超聲診斷效果[4]。微米級造影劑可自由通過肺循環，但因自身大小的限制不能透過血管，不能對血管外疾病進行診斷和治療，因此具有局限性。隨著納米技術及納米材料的發展，新型納米級造影劑的研發日益崛起，并憑借著其相對分子質量小、穿透力強等優點推動分子成像技術的發展。研究表明，腫瘤血管內皮間隙比正常血管內皮間隙大，能允許直徑小于700 nm的粒子穿過，在7.5 MHz的頻率下，粒徑小至500 nm的微泡能產生有效造影效果[5]，這為納米級超聲造影劑用于血管外靶組織顯像提供了理論依據。靶向造影劑是由普通造影劑與靶向分子結合而成,不但有傳統造影劑的特性，且在靶向分子的引導下，造影劑可靶向到達某特定部位進行顯影，從而顯著提高超聲診斷的效果。傳統超聲造影劑不能有效停留于病變組織，只能短暫地在病變組織內顯影，因此對疾病的診斷欠佳，而靶向造影劑可延長造影劑在病變組織中的停留時間，使造影劑的增強效果相對持久。另外，將靶向造影劑與治療藥物或基因結合，可將治療藥物、基因定向地輸送到某特定的病變組織，達到定向基因或藥物治療病變的目的。

2 腫瘤新生血管成像中的靶向造影劑

實體瘤的生長、侵襲和轉移依賴于血管生成，對腫瘤血管的成像是早期發現癌癥的重要途徑。腫瘤血管的形成可發生于腫瘤生長的晚期，為此，研究者們建立了血管生成開關模型學說[6]。一般情況下，血管生成受激活因子和抑制因子影響，當激活因子和抑制因子保持相對平衡時血管生成處于相對平靜狀態，而在腫瘤發生過程中某個時間點，激活因子上調打破該平衡，從而啟動“血管生成開關”,促進血管生成。因此，“血管生成開關”啟動是惡性腫瘤發病早期的關鍵性標志。由于血管生成刺激因子的上漲，內皮表型發生了變化并過度表達大量與血管生成相關的分子，如VEGFR-2和αvβ3，這些分子水平的變化使腫瘤血管不同于正常、成熟血管的形態與生物學特性，這種差異又稱為腫瘤血管的異質性。這些與血管生成相關的分子可成為藥物及造影劑的靶點[6]。目前，主要的腫瘤血管靶向造影劑有B7-H3靶向造影劑、VEGFR-2靶向造影劑、整合素αvβ3靶向造影劑及發展起來的雙靶、多靶造影劑。

2.1 VEGF及其受體靶向造影劑 血管內皮生長因子(VEGF)是一種強大的促進血管內皮細胞增殖的因子，只有當其與血管內皮生長因子受體(VEGFR)結合后才有強大的促血管生成作用。研究表明，VEGF/VEGFR-2是血管生成的主要信號轉換器，可通過調節血管內皮細胞增殖、遷移來促進腫瘤內部新生血管的生成，而新生血管可為腫瘤的生長提供營養物質輸送和代謝廢物排泄通道[7]。因此，VEGF/VEGFR-2對于腫瘤血管生成及腫瘤生長至關重要，這為以VEGF/VEGFR 信號通路為靶點的腫瘤靶向分子成像提供了條件。Pysz等[8]通過制備以VEGFR-2為靶點的超聲靶向造影劑,構建小鼠卵巢癌模型,研究靶向造影劑對胰腺癌血管顯影效果，他們的研究結果證實了以VEGFR-2為靶點的超聲靶向分子成像能作為早期診斷惡性腫瘤的一個新方法。Ehling等[9]運用3D SPAQ 技術和VEGFR-2靶向造影劑(BR55)檢測了早期微小乳腺癌中VEGFR-2表達水平，結果表明VEGFR-2靶向超聲分子成像可有效診斷出微小乳腺病變甚至微轉移患者。值得注意的是，BR55在經過廣泛動物模型實驗與不同物種毒性實驗之后成為第一個亦是目前惟一一種進入美國及歐洲臨床初期實驗的靶向造影劑，目前研究人員正對BR55的人體內毒性、人體內前列腺癌顯影的可行性、人體內可疑性卵巢癌和乳腺癌顯影的可行性和有效性進行研究。此外，研究者還通過攜帶VEGF或VEGFR表達抑制劑的靶向微泡來抑制腫瘤血管生成，以達到有效治療腫瘤的目的[10]?？梢?，以VEGF/VEGFR為靶點的靶向超聲分子成像對于診斷和治療腫瘤具有廣闊前景。

2.2 B7-H3靶向造影劑 B7-H3又稱CD276，是共刺激分子B7家族的一個新成員，共刺激分子在介導T細胞免疫反應中扮演重要角色。對人乳腺腫瘤、膀胱腫瘤、食管腫瘤等腫瘤組織進行研究發現，B7-H3在腫瘤新生血管內皮表面特異性高水平表達，而在對應正常組織的血管內皮上少量表達甚至不表達[11]。因此，B7-H3在腫瘤新生血管內皮和正常組織血管內皮上的這種表達水平差異性使B7-H3成為一個腫瘤血管靶向分子成像的靶點。Bachawal等[12]用新型的B7-H3靶向微泡在小鼠體內對乳腺腫瘤血管進行分子顯像，研究表明以B7-H3為靶點的超聲分子造影劑結合超聲作用能以較高的診斷性區分乳腺癌與乳腺良性實性病變。Lutz等[13]在這方面亦做了相關研究，他們在成功復制小鼠卵巢癌模型的基礎上注入靶向造影劑，發現攜B7-H3單抗的靶向造影劑可有效聚集至小鼠卵巢癌中,對卵巢癌腫瘤血管進行顯影，并且觀察到靶向造影劑較非靶向造影劑更多地聚集于腫瘤血管內。另一方面，有不少研究表明,B7-H3的特異性高表達使B7-H3成為抗腫瘤血管新生的一個有效治療靶點。

2.3 整合素αvβ3靶向造影劑 整合素αvβ3是由α亞基和β亞基經非共價鍵連接而成。與B7-H3和VEGFR-2類似，αvβ3特異性高表達于多種腫瘤細胞表面和新生血管內皮細胞表面，而在多數正常組織和成熟血管內皮細胞中低水平表達甚至不表達[14]。αvβ3通過與相應配體結合黏附至細胞外基質中的多種成分并相互作用，其配體中均含有RGD(Arg-Gly-Asp)序列。RGD肽可通過生物提取或人工合成獲得，且可進行修飾與改造。因此，RGD多肽可作為整合素αvβ3用于腫瘤超聲分子顯像甚至治療方面的一個切入點。Anderson等[15]將含有半胱氨酸末端的環狀RGD五肽連接至承載吡啶基-丙酸酯的微泡表面成功制成αvβ3靶向微泡，用作腫瘤血管生成的非侵入性超聲分子成像探測器。此外，有研究者在成功制備出αvβ3靶向造影劑的基礎上,將αvβ3靶向造影劑用于腫瘤血管評價和抗腫瘤藥物的輸送，研究證實超聲靶向微泡不僅能對腫瘤新生血管顯影,且可聯合超聲成像系統發展成為一種的全新藥物輸送系統,這對腫瘤靶向治療有遠期影響[16]。

2.4 雙靶及多靶造影劑 隨著對疾病檢測敏感性要求越來越高，雙靶和多靶造影劑已被開發出來并用于對腫瘤血管的評價。Willmann等[17]成功制備同時攜帶抗VEGFR-2單抗和抗αvβ3單抗的雙靶向微泡，并成功用于評價卵巢癌模型。Warram 等[18]比較了αvβ3、P-選擇素和VEGFR-2三重靶向微泡與雙靶、單靶微泡對小鼠體內乳腺癌腫瘤血管的可視化程度，結果表明三重靶向微泡的顯影效果較雙靶、單靶均顯著增強。

3 靶向超聲分子成像對腫瘤血管的定量評估

迄今，諸多學者的研究表明微血管密度與腫瘤生長、轉移和預后密切相關，亦是評價腫瘤血管生成的可靠指標[19]。但目前檢測腫瘤組織中的微血管密度方法是采用術后獲取病理標本進行免疫組化，無法動態觀察。分子聲學顯影可提供一種術前、無創的定量技術,從而動態地檢測腫瘤組織微血管密度。

綜上所述，雖然超聲分子成像技術用于腫瘤新生血管評價還有部分需要解決的問題，如：①靶向造影劑的構建;②血管外靶組織顯像;③雙靶及多靶造影劑制備方法、顯像效果、安全性均有待進一步研究；④超聲靶向造影對腫瘤血管的定量評估。但其有良好的應用前景，對分子成像的進一步研究將推動這一集診斷與治療的新技術逐漸向臨床轉化，并擴大超聲分子成像技術的應用范圍。

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周軍(E-mail:zjsts8@163.com)

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R730.4

A

1002-266X(2017)09-0110-03

2016-04-20)