18F-FLT和18F-FDG PET顯像評價肺腺癌放射治療療效研究

曲寶林 俞 偉 王 卉 張慧娟 蔡博寧 張錦明 杜樂輝 田嘉禾

18F-FLT和18F-FDG PET顯像評價肺腺癌放射治療療效研究

曲寶林①俞 偉①王 卉②張慧娟①蔡博寧①張錦明②杜樂輝①田嘉禾②

目的：評價3'-脫氧-3'-18F-氟代胸苷(18F-FLT)和18F-氟代脫氧葡萄糖(18F-FDG)PET早期肺腺癌顯像在放射治療療效中的作用。方法：將18只荷肺腺癌小鼠隨機分為18F-FLT組和18F-FDG組，各組又隨機配對分為A、B、C3組，每組3只。A組為對照組，未進行任何治療；B組于實驗前1 d采用異氟醚麻醉后，固定于直線加速器下，對小鼠腫瘤部位進行放射治療，單次劑量2000 cGy，能量6 MV，射線類型為X射線；C組于實驗前2 d同樣對小鼠腫瘤部位進行放射治療，操作方法及放射治療劑量同B組。經小鼠尾靜脈注入18F-FLT和18F-FDG后行MicroPET顯像，并處死小鼠取各器官用井形探測儀測定生物分布。結果：荷肺腺癌小鼠的生物分布研究中發現，腫瘤部位18F-FLT及18F-FDG攝取較高，腫瘤對肌肉及肺的T/NT比值均＞2，18F-FLT及18F-FDG PET對腫瘤顯像清晰。放射治療后肺腺癌18F-FLT攝取較對照組明顯降低，而18F-FDG攝取變化不明顯。PET顯像18F-FLT組在放射治療24 h和48 h后T/NT值明顯降低且與放射治療前對比有明顯差異(t=2.017，P＜0.05)。18F-FDG組則無明顯差異。結論：18F-FLT可被肺部惡性腫瘤攝取，其特異度高于18F-FDG。放射治療引起的18F-FLT攝取變化較18F-FDG靈敏，放射治療后18F-FLT攝取降低較18F-FDG明顯，因而18F-FLT是一種監測惡性腫瘤放射治療療效的有效示蹤劑。

3'-脫氧-3'-18F-氟代胸苷；18F-氟代脫氧葡萄糖；細胞增殖；肺腺癌

[First-author’s address] Department of Radiotherapy, General Hospital of PLA, Beijing 100853, China.

正電子發射計算機斷層掃描(positron emission tomography，PET)是近年來迅速發展起來的影像技術，為惡性腫瘤的診斷和分期，尤其在惡性腫瘤放射治療后的療效評價帶來巨大幫助[1-4]。18F-氟代脫氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG)是目前臨床PET/ CT檢查最為常用的示蹤劑，但18F-FDG并非腫瘤特異性示蹤劑，炎性細胞、肉芽組織等均可攝取18F-FDG，因此有一定的假陽性。而3'-脫氧-3'-18F-氟代胸苷(3'-deoxy-3'-18F-fluorothymidine，18F-FLT)為胸腺嘧啶核苷的衍生物，是良好的增值顯像劑，因其能夠反映腫瘤增值特性等優勢而倍受關注。本研究通過荷瘤小鼠肺腺癌模型研究18F-FLT在鼠體內生物分布規律和在PET顯像中的可行性，對荷肺腺癌小鼠進行放射治療，對比治療前后腫瘤對18F-FDG和18F-FLT兩種示蹤劑的攝取及PET顯像變化，評價18F-FDG和18F-FLT在檢測肺腺癌放射治療療效中的作用。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與設備

(1)小鼠為Balb/c-nu裸鼠，體重18～20 g，6周齡，雌雄各半，由解放軍總醫院實驗動物中心提供，實驗動物使用許可證: 軍動管字第2006E00699，按SPF級標準飼養于解放軍總醫院實驗動物中心層流架內。

(2)示蹤劑18F-FLT和18F-FDG均由解放軍總醫院核醫學科PET室提供。試液：DMEM、PMI-1640(美國Gibco公司)。瘤株：A549人肺腺癌細胞株，由中國醫學科學院腫瘤研究所提供。培養基：含10%滅活小牛血清(華美生化制劑公司)，胰蛋白酶(Sigma公司)。

(3)FT603型井型探測儀(北京261廠生產)。PET成像系統: eXplore VISTA-CT MicroPET/CT(美國GE公司)。直線加速器：Precise型直線加速器(瑞典Elekta)。

1.2 實驗方法

1.2.1 荷瘤小鼠模型建立

取正常傳代培養的肺腺癌A-549瘤株細胞，按常規制成單細胞懸液(2×105/ml)，取0.2 ml皮下接種于小鼠右上肢腋下。動物模型皮下接種100%成瘤，瘤體直徑1.0～1.2 cm，接種6～7 d即行實驗。病理切片如圖1所示。

1.2.218F-FDG和18F-FLT PET顯像

采用隨機配對分組將6只荷肺腺癌小鼠分為18F-FLT組和18F-FDG組，每組3只。兩組分別經尾靜脈注射0.2 ml18F-FLT(3.7 MBq)和0.2 ml18F-FDG. (3.7 MBq)。60 min后進行PET顯像和生物分布測定。用10%水合氯醛0.2 ml對荷肺腺癌小鼠進行麻醉，將其平躺在MicroPET/CT的床上，四肢用膠帶固定, 掃描采集10 min。采用三維模式采集圖像，測量結果經分散、隨機計數，重建冠狀面、橫斷面及矢狀面斷層圖像進行分析。

圖像數據分析：采用Micro PET/CT采集系統自帶的軟件包處理。選擇圖像中顯示腫瘤最佳的層面，勾畫感興趣區(region of interest，ROI)，同樣在對側無腫瘤區域勾畫大小相同的ROI作為對照，記錄ROI內平均計數值和標準差值，單位value/pix，計算腫瘤與正常組織(tumor/normal tissues，T/ NT)比值。

1.2.3 兩種示蹤劑檢測肺腺癌小鼠放射治療療效實驗

將18只荷肺腺癌小鼠隨機分為18F-FLT和18F-FDG兩組，每組9只；兩組又隨機配對分為A組、B組及C組，每組3只。①A組為對照組，未進行任何治療；②B組于實驗前1 d采用10%水合氯醛0.2 ml麻醉后固定于直線加速器下，對小鼠腫瘤部位進行放療，劑量為2000 cGy，能量6 MV，射線類型為X射線；③C組于實驗前2 d同樣對小鼠腫瘤部位進行放射治療，操作方法及放射治療劑量同B組。荷瘤鼠Micro PET/CT顯像及圖像數據分析方法同前。

1.3 統計學方法

采用SPSS 12.0統計軟件對數據進行統計分析，計量結果以均值±標準差(x-±s)表示，兩組均數的t檢驗和相關性分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩種示蹤劑在肺腺癌模型體內生物分布和PET顯像

2.1.1 兩種示蹤劑荷肺腺癌小鼠生物分布比較

18F-FLT組和18F-FDG組荷肺腺癌小鼠均在注藥后60 min處死，分離各臟器及組織探測放射性分布。18F-FLT組%ID/g明顯低于18F-FDG組(t=2.163，P=0.031)。18F-FDG組放射性攝取最高的依次為心臟、腫瘤和腎臟；除心臟、腎臟外，腫瘤對其他正常組織的T/NT值均＞2。18F-FLT組放射性攝取最高的依次為腎臟、腫瘤、脾、肝臟；除腎臟、脾、肝臟外，腫瘤對其他正常組織的T/NT值均＞2。兩組腫瘤對心臟、肝臟及腎臟的T/NT值存在顯著性差異，具有統計學意義(t=3.164，t=2.476，t=3.218；P＜0.05)，見表1。

表1 兩種示蹤劑在肺腺癌模型體內生物分布比較(x-±s)

荷肺腺癌小鼠兩種示蹤劑生物分布比較顯示，兩組腫瘤對心臟、肝臟和腎臟的T/NT值存在顯著性差異(t=2.186，P=0.015)如圖2所示。

圖2 兩種示蹤劑在肺腺癌模型體內生物分布圖

2.1.2 兩組注射示蹤劑后的PET顯像結果

18F-FLT組與18F-FDG組于注射后60 min進行PET顯像，可見腫瘤攝取明顯增高，采用Micro PET/CT采集系統自帶的軟件包處理。選擇圖像中顯示腫瘤最佳的層面，勾畫ROI，同樣在對側無腫瘤區域勾畫大小相同的ROI作為對照，記錄ROI內平均計數值和標準差值，單位value/pix。計算T/NT。18F-FLT組與18F-FDG組于注射后60 min T/NT值有明顯差異，18F-FLT組為2.4±0.2，18F-FDG組為4.3±0.3，其差異有統計學意義(t=3.135, P=0.023)，如圖3、圖4所示。

圖3 荷肺腺癌小鼠60 min18F-FLT Micro PET顯像圖(冠狀位)

圖4 荷肺腺癌小鼠60 min18F-FDG Micro PET顯像圖(冠狀位)

2.218F-FLT及18F-FDG檢測肺腺癌放射治療療效的實驗

2.2.1 兩種示蹤劑各組荷瘤小鼠腫瘤放射性分布比較

在放射治療實驗中，兩種示蹤劑共6組荷肺腺癌小鼠在注藥后60 min處死，用井型探測儀探測腫瘤的放射性分布(%ID/g)。18F-FDG組中放射治療的B組及C組較對照的A組腫瘤組織%ID/g略有下降，但統計學無顯著性差異(t=0.675，P=0.506)。18F-FLT組中B組及C組腫瘤組織%ID/g則依次有明顯下降，與A組比較統計學上差異有顯著性(t=3.164，P=0.036)，見表2。18F-FDG組及18F-FLT組荷肺腺癌小鼠腫瘤放射性分布情況如圖5、圖6所示。

表2 各組荷瘤小鼠腫瘤放射性分布(%ID/g)比較(x-±s)

圖5 18F-FDG組荷肺腺癌小鼠腫瘤放射性分布圖

圖6 18F-FLT組荷肺腺癌小鼠腫瘤放射性分布圖

18F-FDG組放射治療后B組及C組較對照的A組腫瘤組織%ID/g略有下降，但統計學無顯著性差異(t=1.436，P=0.57)。18F-FLT組放射治療后B組及C組腫瘤組織%ID/g則依次有明顯下降，與A組比較差異有顯著性，具有統計學意義(t=3.026，P=0.024)。

2.2.2 放射治療后18F-FLT及18F-FDG PET顯像結果兩組PET顯像結果顯示，放射治療前腫瘤的

18F-FLT及18F-FDG攝取均明顯增高，在每組示蹤劑中對照組與放療組中0 h的T/NT值未見統計學差異。18F-FDG組T/NT值高于18F-FLT組，18F-FLT組在放射治療后24 h、48 h后T/NT值明顯降低且與放射治療前(3.3±0.5)對比有明顯差異(1.7±0.3，1.2±0.2)，具有統計學意義(t=2.017，P=0.043)，對照組差異無統計學意義(t=1.542，P=0.232)，對照組與放療組的24 h及48 h對比有明顯差異，具有統計學意義(t=3.156，P=0.024)。18F-FDG組則無明顯差異。荷肺腺癌小鼠放射治療后24 h、48 h及對照組PET顯像如圖7、圖8所示，兩種示蹤劑T/NT值變化情況如圖9所示。

圖7 荷肺腺癌小鼠放射治療后18F-FDG PET顯像圖

圖8 荷肺腺癌小鼠放射治療后18F-FLT PET顯像圖

18F-FDG組T/NT值高于18F-FLT組，18F-FLT組在放射治療后24 h、48 h后T/NT值明顯降低且與放射治療前對比有明顯差異(t=3.018，P=0.026)，對照組無明顯差異(t=0.563，P=0.142)，對照組與放療組的24 h及48 h對比有明顯差異(t=2.174，P=0.034)。18F-FDG組則無明顯差異。

3 討論

抗腫瘤治療的早期評價對于腫瘤治療方案的篩選和預后的評估尤為重要。目前，臨床上常用的評價抗腫瘤療效的方法主要是依靠放射影像學技術，通過早期觀察腫瘤治療前后體積的變化來判定治療的效果。然而，腫瘤大小的變化包含了一系列的生物發展過程，不僅有腫瘤細胞增殖的改變，其他的如組織纖維變性、炎性細胞浸潤和組織間液的變化，均可使腫瘤的體積發生變化。此外，有些能抑制腫瘤細胞發展但不致細胞死亡的一些新的抗腫瘤藥物并不會改變腫瘤的大小。因此，采用普通放射影像學技術只能間接反映腫瘤組織功能狀況，其評價抗腫瘤治療療效有著一定的缺陷。

PET能夠無創性探測正電子放射性核素在機體內分布狀況，可從分子水平反映人體組織的生理、病理、生化以及代謝改變，在腫瘤中的應用非常廣泛。PET顯像能夠靈敏而準確地反映腫瘤的異常灌注和代謝、蛋白質合成、DNA復制和細胞增殖狀況，是診斷腫瘤和評價抗腫瘤效果的有利工具[5-6]。

PET所采用的放射性示蹤劑主要是用“有機的”正電子放射體－11C、13N、15O及18F等標記的藥物，按生化作用分類可分為代謝型示蹤劑、結合型示蹤劑和血流灌注型示蹤劑等，PET的發展在一定程度上取決于正電子示蹤劑的研制與應用。18F-FDG是迄今為止應用最廣泛的示蹤劑，其生物學行為與葡萄糖相似，經同一途徑被細胞攝取和磷酸化，但不能進一步代謝而滯留于細胞線粒體內，惡性腫瘤細胞受局部缺氧及腫瘤生物學行為改變的影響，糖酵解高度活躍、葡萄糖轉運體蛋白表達明顯增多，因此18F-FDG攝取和滯留高于正常組織數倍甚至數十倍。但18F-FDG并非腫瘤特異性示蹤劑，炎性細胞、肉芽組織等均可攝取18F-FDG，因此有一定的假陽性[7]。近年來，核苷代謝類PET示蹤劑已經有了較大發展，18F-FLT是目前最有應用前景的核苷代謝類示蹤劑，通過DNA合成補救途徑中關鍵酶胸腺嘧啶激酶-1(thymidine kinase-1，TK-1)作用，間接反映腫瘤細胞增殖狀態，從而可以特異性地診斷腫瘤[8]。

圖9 荷肺腺癌小鼠放射治療后T/NT值變化情況圖

本研究對荷肺腺癌小鼠模型中18F-FLT和18F-FDG的生物分布和PET顯像進行了對比研究，發現雖然18F-FLT組放射性分布(%ID/g)明顯低于18F-FDG組，但兩組腫瘤組織均有較高的放射性攝取；18F-FLT組腫瘤對心臟、肺、肌肉的T/NT值均＞2；兩組PET顯像均見腫瘤部位呈顯著性放射性熱區，顯像清晰，與井型探測儀探測放射性分布(%ID/ g)相一致。表明18F-FLT可以應用于肺部惡性腫瘤的PET顯像，能夠清楚地區分腫瘤組織和其他正常組織。18F-FLT在心臟部位的低本底顯示出其作為示蹤劑可以彌補18F-FDG的不足之處，能更好地區分出胸部的腫瘤及縱隔轉移病灶，有助于臨床診斷和分期。

放射治療對18F-FDG攝取的影響較為復雜，放射線引起的細胞內損傷修復機制的激活及放射治療后腫瘤血管狹窄和閉塞，腫瘤組織腫脹、水腫而導致缺氧狀況等的變化，均會引起無氧糖酵解與有氧氧化途徑的啟動，從而導致18F-FDG的濃聚增加[9]。但此時腫瘤的增殖實際上被抑制，18F-FDG很難反映準確治療效果。雖然有大量應用18F-FDG來評價抗腫瘤療效的報道，但18F-FDG主要反映體內葡萄糖的利用情況，不能特異性地檢測腫瘤的反應[10]。而應用18F-FLT測定腫瘤增殖活性的變化，可能能夠更好地反映腫瘤的治療效果。

本研究對荷肺腺癌小鼠進行放射治療干預，對比了放射治療前后兩種示蹤劑在腫瘤中的攝取和PET顯像。發現18F-FLT組中放射治療24 h及48 h腫瘤組織放射性分布(%ID/g)迅速下降，與對照組比較統計學存在顯著性差異；而18F-FDG組中放射治療組較對照組無明顯差異。肺腺癌PET顯像18F-FLT組中對照組荷肺腺癌小鼠腫瘤部位顯像清晰，放射治療后24 h、48 hT/NT值明顯降低且與放射治療前對比有明顯差異，而對照組則無明顯差異，對照組與放射治療組的24 h及48 h對比有明顯差異。18F-FDG組則無明顯差異。由此可見，18F-FLT同樣能夠早期無創地監測腫瘤放射治療的反應，為治療方案的合理實施創造了機會。

綜上所述，18F-FLT及18F-FDG均是較理想的肺部惡性腫瘤PET示蹤劑。18F-FLT較18F-FDG能更靈敏反映腫瘤對放射治療的早期反應，與腫瘤增殖活性明顯相關，可為評估療效、選擇最佳治療方案提供準確的生物學信息。

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Experimental research of 18F-FLT and 18F-FDG PET imaging for monitoring lung adenocarcinoma response to radiotherapy

QU Bao-lin, YU Wei, WANG Hui, et al
China Medical Equipment,2015,12(6):70-74.

Objective: To evaluate the early efficacy of18F-FLT and18F-FDG PET imaging in assessing the tumor response of radiotherapy for lung adenocarcinoma. Methods: Eighteen mice bearing the lung adenocarcinoma were randomly divided into two groups according to the different tracers (18F-FLT and18F-FDG), every group was divided into three parts, the first and second groups were treated with 6 Mv X-ray irradiation of 2000 cGy one fraction in the first and second day before the experiment , the third was control group. All mice were injected with18F-FLT or18F-FDG by tail vein. At 30 min after tracers injection, body distribution and PET imaging were performed. Results: The body distribution study in murine model of lung adenocarcinoma shows considerable uptake of18F-FLT and18F-FDG in tumor was observed. The ratio of tumor to muscle, tumor to lung were all above 2.18F-FLT uptake in murine model of lung adenocarcinoma after irradiation was significantly lower than that of control group. PET imaging after radiotherapy shows the T/NT value of FLT group was significantly lower than the control group after 24 h, 48 h(t=2.017, P＜0.05). Conclusion: Our experimental studies shows that the uptake of18F-FLT in pulmonary malignant tissues is higher than that in normal tissues, thus the pulmonary neoplasm can be identified accurately with PET imaging. The decrease in tumor18F-FLT uptake after radiotherapy was more pronounced than that of18F-FDG. Therefore,18F-FLT is a promising PET tracer for monitoring response to radiotherapy in oncology.

3'-deoxy-3'-18F- fluorothymidine;18F-fluorodeoxyglucose; Tumor proliferation; Lung adenocarcinoma

曲寶林,男,(1972- ),博士，副主任醫師。解放軍總醫院放療科，從事腫瘤放射治療工作。

1672-8270(2015)06-0070-05

R734.2

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.021

2015-01-27

①解放軍總醫院放療科 北京 100039

②解放軍總醫院核醫學科 北京 100039