医学影像学杂志2008年第l8卷第1期 J led Irna v01.18 No.1 2008 肿瘤血管新生分子影像的研究进展 赵艳娥 ,张志强 综述,卢光明 审校 (1.南方医科大学南京临床学院南京军区南京总医院江苏南京210002;2.南京军区南京总医院医学影像科江苏南京210002) 【摘要】血管新生在肿瘤生长、转移中起到重要的作用。分子影像的出现为及早定量评价肿瘤血管新生提供了新方 法。本文介绍了分子影像在肿瘤血管新生中应用进展。 【关键词】肿瘤;血管新生;分子靶;分子影像 中图分类号:R445 文献标识码:A 文章编号:1006—9011( ̄o8)ol一0084—03 Advane ̄of molecular.m 西I in ̄inor aI |a siS ZHAO Yau-e 。ZHANG q 。LU 口 1.CArdc/Schaool ofNanifag 2.D Ⅲ删Medical University De ̄nt ofMedical Imaging。Nanj/ng 210002,P.R.China 210002。P.R.Ch/na ofNanjing MedicalImo ̄,W。Genera/Ho ̄p0A Command。J7v 【Abstract】Angiogenesis is the propelling force for tumor growth and metastasis.Molecular imaging is a new method.which csn offer quantitative assesment of angiogenesis a8 early 8.8 possible.This article reviews the applications ofmolecular imaging in tumor angiogene— sis. 【Keywords】Tumor;Angiogenesis;Moleculartarget;Molecularimag4ng 早在1971年Folkman提出了肿瘤生长和转移依赖于血 管生成的观点。临床和动物试验证明。如果没有新生血管形 ①要有高度特异的分子探针;②适当的放大策略;③需要高 分辨率、高敏感性的快速成像系统【3J。而高度特异性探针的 制备是分子影像技术的关键条件。对于肿瘤血管新生来说。 成来供应营养,肿瘤在达到1~2mm的直径或厚度后将不再 增大-1 J。因此评价肿瘤血管新生并采取早期干预具有重要 的临床意义。CT、MRI uSG、PET只能对一些与血管相关的物 高度特异探针的制备依赖与分子靶点的选择和确认。 所有实体性肿瘤必须通过新生血管来获得氧和养分。从 原有血管床中生成新血管的过程称作血管新生(angiogene. sis)。此过程有许多因子诱导,现已发现肿瘤细胞本身和浸 润到肿瘤组织内及周围的炎细胞能产生多种血管生长因子。 理和功能参数进行直接或间接评价,比如:血流量、血流容 积、血管通透性、微血管密度以及肿瘤的新陈代谢等等。采用 传统技术时不能显示肿瘤新生血管的分子靶点,不能够对肿 瘤新生血管及早定量分析。最近几年刚刚兴起的分子影像 技术为肿瘤血管成像带来新曙光。本文首先简单介绍分子 影像定义及肿瘤血管新生分子机制,然后着重对目前用于肿 瘤分子成像的分子靶作一综述。 1分子影像定义及肿瘤血管新生分子机制 分子影像学广义上定义为在体内,从细胞和分子水平, 如血管内皮生长因子等,它们具有通过其受体与相应的靶细 胞(如血管内皮细胞)结合,增加内皮细胞的化学趋向性,促 进血管内皮细胞和毛细血管出芽生长,慢慢的形成血管 网络。新近的研究还发现,肿瘤细胞不仅可以产生血管生长 因子,也可以诱导多种抗血管生长因子。野生型的p53基因 可以诱导血小板反应蛋白形成从而下调血管内皮生长因子 的产生,抑制肿瘤血管的形成,而在许多肿瘤中p53基因突 变,使血小板反应蛋白水平下降,血管内皮生长因子水平升 对生物过程进行特征性地描述和测量。与传统影像学不同, 它不是以异常分子改变的结果为对象,而是以异常的分子改 变为对象【2J。它的目标是直接对体内特异的分子进程在细 胞水平进行评价,比如基因的表达、蛋白质之间的相互作用、 细胞动态的跟踪、药效的评价等。 高,从而诱导肿瘤血管形成。其实肿瘤的生长是血管生长因 子和抗血管因子共同控制的结果,所以抑制肿瘤血管形成已 成为肿瘤治疗的一个重要途径,并且有望成为治愈癌症中的 有力武器。 1999年Wesslider ̄出分子影像技术的三个必备条件: 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)编号 2006CB705707 肿瘤的血管不同于正常组织的血管,它处于增殖状态。 正常的血管内皮细胞更新需要120天左右,而肿瘤血管内皮 细胞则只需要7天左右。肿瘤血管内皮细胞稀少。基底膜不 完整,因此血管渗透性很高。肿瘤血管不具有完整的微循环 作者简介:赵艳娥(1981一),女,山东省德州市人,南方医科大学 硕士研究生在读,主要从事影像学诊断工作 通讯作者:卢光明南京军区南京总医院医学影像科210002 功能。不受神经及体液的调解【4J。 维普资讯 http://www.cqvip.com 医学影像学杂志2OO8年第18卷第1期 J Med Imaging v01.18 No.1 2008 2肿瘤血管分子成像的分子靶 前文已经提到,分子成像中关键因素之一是分子靶的寻 找与选择,从以上提到的肿瘤血管形成机制和肿瘤血管结构 来说,肿瘤血管分子成像分子靶点的寻找可以从以下几个方 面着手:①肿瘤血管内皮细胞,有许多促血管生长因子特异 作用于这些内皮细胞;②血管内皮细胞受体及细胞外基质的 黏附分子;③基底膜及蛋白酶系统,目前用于分子成像的分 子靶有整合素、血管内皮生长因子及其受体、内皮抑素、纤维 粘连蛋白、蛋白酶等等-5J。 2.1整合素及血管内皮生长因子及其受体 整合素是一个内皮细胞膜蛋白家族,它是一种跨膜粘附 受体,作为含有精氨酸一甘氨酸一天冬氨酸多肽的细胞外基 质蛋白的黏附受体,能够控制肿瘤血管内皮细胞的增殖和存 活。alpha(v)beta3受体是整合素家族中一分子。它在静息 细胞内几乎不表达,在平滑肌细胞上也是仅有少量的表达, 相反,肿瘤毛细血管和肿瘤细胞均有高表达-6J。所以alpha (V) ̄ta3不仅仅是分子成像的特异靶点,而且也是肿瘤治疗 潜在的分子靶。另外,alpha(v)beta3特异性抗体、alpha(v)be. ta3特异的RGD多肽也已经用在多种研究中。 目前己经研制出靶向alpha(v)beta3各种分子探针,如: Winter等L7 J将靶向alpha(V)beta3的磁共振探针(纳米颗粒) 经静脉注射到新西兰兔Vx_-2肿瘤动物模型的后肢,得到与 组织学相一致的肿瘤新生血管的图像,都是不均匀分布在肿 瘤外周,邻近血管的外膜内及肿瘤与肌肉交界处。Ellgela 等-8J利用超声探针对肿瘤新生血管进行评价,观察到探针更 多地聚集在肿瘤微血管内,而在血管外几乎没有,并且非靶 向探针则没有在微血管内聚集。Chen等-9J用PET探针成功 地对原位乳腺癌动物模型的肿瘤血管alpha(V)beta3整合素 进行成像。另外还有适合光学成像探针。这些探针目前还 在基础研究阶段。 血管内皮生长因子是一种功能强大且能产生多种生物 学效应的细胞因子。它能够通过旁分泌的形式促进内皮细 胞增殖、迁移,诱导血管形成,促进肿瘤持续生长:还能够提 高血管通透性促进肿瘤的转移,有实验证明,VEGF能够抑制 肿瘤细胞的调亡。总之,VEGF与肿瘤的生长、转移有密切的 关系;并且研究证明,在病理状态下,VEGF表达水平要比生 理状态下高很多,如缺血、实体肿瘤。因此VEGF是研究血管 新生的很好的靶分子,同时,VEGF特异性抗体可以显著抑制 肿瘤的生长,因此也是肿瘤靶向治疗的理想分子靶。 传统的检测VEGF的方法是检测病人的血清,这种检测 方法大部分用于肿瘤患者的预后评估,但不利于肿瘤的早期 检测。u等 用123I标识Ⅵx (165)静脉注射到患有胃肠肿 瘤的病人体内,进行闪烁成像,此方法的平均敏感性是58%。 与CT、MPd相比,虽然 I VEGF(165)受体闪烁显像的阳性率 要低,但是它检测到的肿瘤绝大部分直径小于2em。此研究 还发现成像技术能够显示疾病的生物特征,有利于肝脏良恶 性病变的鉴别诊断。cai等[11]用(64)cu标识血管内皮生长 因子的PET探针在活体内成功的检测血管内皮生长因子受 体表达情况,这一研究对肿瘤新生血管靶向治疗具有指导意 义。Jayson等¨ J开发出一种新的抗VEGF单克隆抗体一 I 标记人抗血管内皮生长因子抗体(humanized anti2vascular eat. dothelial growth factor ̄body HuMV833),在动物实验肿瘤模型 的成像及治疗上均获得了成功。 2.2蛋白酶 蛋白酶在肿瘤形成、血管新生、局部浸润及广泛转移均 起到重要的作用。在所有蛋白酶水解酶中,基质金属蛋白酶 家族受到最广泛的关注,它总共有20多种亚型,特别是基质 金属蛋白酶一2(m ̄v-2)可以降解细胞外基质,促进肿瘤的浸 润及肿瘤神经血管形成-1引。大量的临床研究证明。基质金 属蛋白酶-2的表达与肿瘤预后有很大的相关性,这种相关性 促进人类研制出大量的MMP-2抑制剂,并且已经有一部分药 物己经进入临床3期试验。因此在体内无创性对MMP-2进 行成像对评价肿瘤的特征(如MMP-2表达水平)具有一定的 实际意义,并且影像表现信息可以作为评估药物疗效的分子 标志。Bremer等-1 J用靶向MMP-2光学探针。在近红外线光 学成像技术下,在体内对肿瘤MMP-2表达水平进行了检测。 试验结果证明,MMP-2阳性的肿瘤在静脉注射探针1h之后 信号就有明显的增加。MMP-2阴性的肿瘤信号几乎没有什么 改变。同时Bremer等-l5J利用近红外线技术对MMP-2抑制因 子也进行了检测,最近Medina等-16J报道了利用Tc—CIT(CIT 为MMP-2抑制因子)对MMP-2进行选择性成像,也取得了成 功。这一研究发现促进了临床利用蛋白酶抑制因子治疗肿 瘤的发展。 2.3内皮抑素CD105 CD105是一种与增殖相关的、低氧诱导的蛋白,它是转 换生长因子.B1及 的受体,通过和转换生长因子.p受体I 及受体Ⅱ作用,调节转换生长因子.B的表达。免疫组化研究 证明在肿瘤组织血管内高度表达,用抗CD106抗体测得瘤内 微血管密度要比其它方法测得的值更具有实际意义,微血管 密度越高,生存时间就越短,CD105可以脱落进入血液循环, 血中浓度升高,与肿瘤转移有关 。Bredow.S等 将“ I 标记的抗鼠CD105抗体经静脉注射到C57BL/6裸鼠肿瘤体 内,利用放射自显影技术检测,结果发现该抗体在肿瘤周围 高度浓聚,这与免疫组化检测到结果一致:肿瘤周围血管比 较丰富。Fomattietal等-1 J在狗乳腺癌模型中,利用抗人体 CD105抗体和放射免疫显像技术也得到相同的结果。Du ”J 等研究发现鲫 标记的片断E9能够检测到传统影像技术 未能检测到的转移病灶。用免疫毒素或放射免疫核素标记 的抗CD105抗体能够抑制肿瘤或消除肿瘤的生长,这在裸鼠 的乳腺癌或结肠癌中得到证实。而且没有全身副作用。因 此,CD105是一个很有前途的血管分子靶,可以用于肿瘤成 像、预测肿瘤预后的情况,并且有希望用免疫治疗实体肿瘤 或其它血管性病。 2.4纤维粘连蛋白 纤维粘连蛋白是一种普遍存在细胞粘连分子,它是细胞 外基质蛋白的代表,剪接变体ED-B纤维连接蛋白是一个癌 85 维普资讯 http://www.cqvip.com
医学影像学杂志2OO8年第18卷第1期 JNedImping v01.18 No.1 2006 胚抗原,它在人类所有原发肿瘤或转移肿瘤内高度表达,如 乳腺癌、非小细胞肺癌等。在处于增殖状态的组织内也有较 高的表达,比如:子宫内膜、卵巢。而在成熟的血管、正常的 成人器官及炎性病变内检测不到该蛋白的表达。因此靶向 ED-B纤维粘连蛋白的体内无创性成像不仅仅作为肿瘤发生 的标记,而且也可以作为检测和预测抗肿瘤血管癌症治疗的 成败与否。 L19是一个单链抗体片段(scFv),它能和纤维粘连蛋白 的ED-B序列特异性结合。 等r2o】利用显微放射自显影 术发现:I标记的L19在肿瘤基质以及肿瘤神经血管周围特 异性聚集,并且聚集的程度与ED-B表达的水平相关,Sant1. maria等r21】用放射免疫成像技术和I标记的L19检测肿瘤内 ED-B的表达,该研究发现该探针特异聚集在进展期肺癌和 结肠癌肝转移的肿瘤浸润的区域,与前者发现一样,探针聚 集的程度和ED-B的表达水平相关,由于I标记程序的复杂、 检查费高、化学不稳定性的缺点阻碍了该探针的广泛应用, 因此为了临床应用,Tc与I相比,是一个较好的同位素,因为 它的半衰期仅仅为6个小时,而且标记程序较为简单。Diet. nlar等L22j用代标记L19的探针和闪烁显像技术成功在动物 肿瘤模型体内检测到DE-B。该研究的成功为临床体内无创 性检测肿瘤血管新生相关因子提供了一个很好的途径。 3总结与展望 以上对血管新生的分子靶点做了综述,这些分子靶都很 有前景。合适的肿瘤血管生成的分子靶成像是肿瘤早期治 疗的靶结构,寻找好分子靶对提高恶性肿瘤疗效同样具有重 要的价值。成功的分子影像除了要有特异性的分子靶点之 外,还需要理想的分子探针和高敏感性成像技术,目前靶向 血管新生的分子探针多数只是适合光学和核素成像,而适合 砌、超声等其他成像技术的分子探针研究尚少,所以肿瘤血 管新生分子影像还处于刚刚起步阶段,从基础研究走上临床 应用还需要一段时间。 参考文献: [1]Folkman J.New perspectivein clinical oneolo ̄,from anglo ̄enesisIe- seareh[J].Eur J Cancer,1996,32.2534—2539. [2]Welsslede ̄R,M8hrI U.Molecular imaging[J].Radiolog,2001, 219.316—333. [3]Weisslede ̄R.Molecularimaging,exploa'ingthe nexthontie ̄[J].Ra— diolog,1991,212:609—614. [4]YaIlc0p∞】es GD,K18 ̄r,hnm M,Folkman J.vaseuloge ̄s angio ne- 豳,and ̄vth factors-"印llriIl8 enter the fray at the boraer[J].Cell, 1998。93:661—664. [5]Janet C,Miller,Home ̄:H,Pien.Dushyant salumi et 81 i,, ̄ing ar ̄io- genesis ̄applications and l ̄tentlalfordrugdevdopm ̄[J].Jc ̄nud 0f the Natioml Cancer Institute,20O5,97:172—187. [6] COOK CJ.Oneo]ogleal molecular imaging:nuclear medicine tech- niques[J].B J Radiol,2OO3,76"152—158. [7]Winter Phi,Camthers SD,l<丑 目A,et 81.molecularimaging 0f8n- gio ̄enesisin Nasomt Vx-2 rabbit mrn0ls using a novelavP3-targeted 86 r,anopartide and 1.5Tesia ma ̄etic 11.l ̄orlanee imaging[J].Cancer ,2OO3,63:5838—5843. [8]Zll,, ̄aaD,Leong-PoiH,caJp叽t口J,et 81.imagingh】llM a.Oo ̄一 esis witheontrast ultrasound and micrdx ̄les targeted a vP3[J].Cir. culation,2OO3,108:336—341. [9]Chela X,Paltc R,Tohme M,et 81.bliero-PET and autoradiographic imaging breast Cancer alpha v.integrin expression using(18)F1一and 64 Cul—labeled RGD peptide[J].Bioconjug Chetr,2OO4,15:41—49. [1O]ⅡS,Peck—Ilado ̄avljevie M,Kienast 0,et.81.Imaging gastroln— testinahumours using vascular endothelial growth factor-165 (VEGF165)receptor scinti ̄phy[J].Amud 0foncolo ̄,,2OO3,14: 1274—1 叮. 【l1]Cai W,Chetr K,blohamed-li KA.肿0f vasl3ulal"endothelial faetorreeeptor expression[J].J blud Ned,20O6,47:2048—2O56. [12]Jayson GC,Zweit J,JacksonA,et 81.Molecularimaging and biolog— ieal evaluation HubW833 anti2VEGF antitx ̄dy:implications for tri一 81 design 0f antiangioge ̄ie antibodies[J].J Nail Cancer lnst,2OO2, 94:1484—1493. [13]Fang J,Shing Y,Wiedersehain D,et 81.Satlix metalloproteinase-2 is requiredforthe switchtothe angi。学efIic ph.m0 ypein a hlII如旷model [J].Proc Nali Acad SciU SA,2OOO,97.3884—3889. [14]Bremer C,Bredow S,M8I-Im0d U,et 81.ovti ̄inuiging 0f malrix metallopro ̄einase-2 activity in tlmlO ̄-*feasibility study in a motlse moael[J].RKliolo ̄,,2001,221..523—529. [15]Bremer C,Tung CH,Weisdeder R.In vivomoleculartarget assess— merit 0fillatrixmetalloproteinase activity[J].Nat Ned,2001,7:743 —748. [16] Medina OP,Kai D K,Vahanen H,et 81.RKlionuclide imaging 0f tumol"xenI)g|afIs in mice using a atinase-ta ng peptide[J].An— ticancer 。2005,25:33—42. [17]DufSE,LIC,GarlandⅢ,et 81.CD105isimportantfor angiogenesis: evidence and potential applications[J].FASEB,2003,17:984— 992. [18]Bredow S,I. ̄qirlM,H ̄aannB,et 81.1mag1.g 0ftumolll neovascula— ture bylargetingtheTCF—-binding receptore.dodin[J].Bur JCan— Cel-,2OOO,36:675—681. [19]Fonsatti E,Jekunen AP,Kai DKJA,et 81.Endogllnis a suitable target for d]icient imaging solid tumoi,s ̄in vivo evidence in a ca‘ nine m“IIl ry ea ̄inoma model[J].Clin Cancer R∞,2OOO,6:2037 —2043. [20]Taril L,Baiza E,Viti F,et 81.A high—afinity agai h1lm瞰l antibody thattar ̄ttunoral blood ve ̄els[J].Blood,1999,94:192—198. [21]Santimaria M,blo6catelli G,Viale GL,et 81.1mmun ̄eintigraphic detection 0fthe ED—B do ̄rl 0ffibroneetin。allnal ̄el"0f angio ̄e一 豳,in patiellta with eal'lCel"[J].Clin CllllCel- ,2OO3,9:571— 579. [22]BerndofD,Borkowski S,bloo ̄ayerD,et 81.Imaging 0f11111301"an— giogenesis using 99roTe—labeled human reeombin ̄t anti’ed-b 6’ broneetin antibody fragme.n ̄[J].J Nucl Ned,20O6,47 ̄1707— 1716. (收稿El期:2OO7—02—17修回El期"-2[]07—04—1O) (本文编辑:时季成)
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