腫瘤乏氧顯像劑18F-FM ISO的臨床研究進展

王 姝，李亞明

（中國醫科大學附屬第一醫院核醫學科，遼寧 沈陽 110001）

腫瘤乏氧是由于腫瘤微環境造成的，其中低氧誘導因子-1（Hypoxia inducible factor 1，HIF-1）具有重要作用，HIF-1α和HIF-1β復合物間接的介導了腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲、血管生成，并在腫瘤組織糖代謝中有重要作用[1]。乏氧不僅使腫瘤自身更具侵襲性，而且能引起腫瘤細胞的放化療抵抗性，與腫瘤的進展有重要關聯[2-4]。因此臨床治療開展前，有必要檢測腫瘤組織的乏氧情況。放射性核素乏氧顯像是一種體外無創的檢查方法，乏氧顯像劑大致可分為兩大類：硝基咪唑類和非硝基咪唑類，其中硝基咪唑類乏氧顯像劑 1-H-1-（3-[18F]氟-2-羥基丙基）-2-硝基咪唑（18F-fluoromisonidazole，18F-FMISO）能夠較好的反映腫瘤組織內的乏氧情況，已廣泛應用于臨床研究[5]。

1 概述

乏氧是惡性腫瘤的一個重要特性，其發生依賴于腫瘤血管生成及腫瘤細胞迅速的生長，其內的新生血管與正常的脈管不同，血管供氧能力差，血流緩慢，使得運輸至腫瘤細胞的氧氣和營養物質不充分，引起腫瘤組織氧供應和氧消耗的不平衡。氧分壓降低刺激腫瘤細胞復雜的細胞信號網絡，包括HIF、PI3K、MAPK、NFKB通路,由此引發了腫瘤內部的乏氧現象[1，3]，同時伴隨著血管痙攣和組織間液壓力持續增高。生長因子（Hepatocyte growth factor，HGF）、血管內皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）、糖酵解和信號分子等開始表達從而降低了腫瘤細胞凋亡。同時乏氧狀態下，腫瘤組織內的氧自由基減少，氧自由基介導放射治療中電離輻射對腫瘤細胞的DNA損傷相應減少。上述過程導致腫瘤細胞的放化療抵抗性[6-7]。

2 攝取機制及影響因素

2.1 攝取機制

在實體腫瘤中，由于腫瘤內外乏氧情況是不斷變化的，難以確定其乏氧區域和程度，所以臨床上很難評估腫瘤的乏氧情況。乏氧顯像劑18F-FMISO可以在乏氧組織中特異性濃聚，具有“腫瘤乏氧靶向性”，其攝取機制是：用發射正電子的核素18F標記FMISO形成示蹤劑，經靜脈進入人體后，通過毛細血管壁被動轉運進入組織，在黃嘌呤氧化酶的作用下，其硝基基團被還原形成一種自由基陰離子，當氧分壓正常時，該離子很快被再氧合，并被運送至細胞外；但在氧分壓低于正常時，該種離子不能被再氧合，反而進一步還原，并結合細胞內大分子物質，從而積聚于乏氧細胞內，可進行乏氧顯像[8-9]。

2.2 攝取影響因素

2.2.1 氧分壓對18F-FMISO攝取的影響

腫瘤內的氧分壓可采用電極測量，乏氧組織平均氧分壓≤10mmHg，正常組織平均氧分壓為24～66mmHg[10]。多項研究表明腫瘤內氧分壓水平對18F-FMISO在乏氧腫瘤中的攝取有明顯的影響。Lawrentschuk等[11]對17例疑似腎細胞癌擬行腎切除術患者行18F-FMISO顯像和電極氧分壓測定，發現腫瘤內的平均氧分壓＞9.5mmHg，同時18F-FMISO只有輕度攝取，說明18F-FMISO可選擇性聚集在乏氧區域。Zimny等[12]對24例頭頸部惡性腫瘤患者行18F-FMISO顯像和電極氧分壓測定，發現低氧水平腫瘤的18F-FMISO攝取明顯高于含氧量正常腫瘤的攝取，且氧分壓＜5mmHg與18F-FMISO攝取腫瘤/肌肉比值有很強的相關性。Bejot等[13]在對18F-FMISO顯像的一項體外研究中發現正常氧分壓條件下18F-FMISO的攝取率很低為（0.5±0.1）%，而在乏氧環境下18F-FMISO的攝取率達（11.0±0.4）%。

2.2.2 VEGFR對18F-FMISO攝取的影響

VEGFR可誘導血管內皮細胞的生長，血管的增生與腫瘤侵襲、惡性程度和臨床預后密切相關。Rajendran等[14]對19例軟組織肉瘤患者行18F-FMISO顯像及VEGFR表達水平測定，發現18F-FMISO攝取與VEGFR表達有重要聯系，治療前76%腫瘤顯著乏氧，乏氧體積與VEGFR表達水平的相關度達0.39。Kawai等[15]對32例神經膠質瘤初診患者和16例膠質瘤復發患者進行18F-FMISO顯像及VEGFR水平測定，發現初診患者18F-FMISO的攝取與VEGFR水平有明顯相關性，提出18F-FMISO可以作為初診神經膠質瘤患者抗血管治療的生物學標志物。Cher等[16]對17例原發腦膠質瘤患者行18F-FMISO顯像、18F-FDG顯像和MRI，并測定VEGF-R1和Ki67的表達水平，發現VEGF-R1表達增高會引起18FFMISO的攝取增高，兩者具有顯著的相關性，而其他免疫化學標志物與18F-FMISO的攝取只有一定的相關趨勢。Bokacheva等[17]給予大腸癌移植瘤大鼠小分子VEGFR抑制劑進行短期治療，發現治療組的18F-FMISO SUVmean降低了33%，可見VEGFR水平與18F-FMISO的攝取密切相關。

2.2.3 腫瘤血管破壞藥物5，6-二甲基 -4-乙酸基二苯吡酮（5，6-Dimethylxanthenone-4-Acetic acid， DMXAA）對18F-FMISO攝取的影響

DMXAA可以選擇性誘導腫瘤血管內皮細胞凋亡，血管內皮的損害導致血管壁完整性受損，最終導致腫瘤血流供應減少，從而達到治療效果。Ching等[18]采用小鼠結腸移植瘤模型，驗證了DMXAA是通過對血管內皮的損傷達到對腫瘤血管的抑制作用，實驗表明應用DMXAA后3 h，血管內皮細胞出現凋亡，同時腫瘤細胞大量壞死。Oehler等[19]對12例結腸移植瘤小鼠進行DMXAA治療，分別在治療前3 h和治療后24 h行18F-FMISO顯像，結果顯示由于腫瘤局部灌注量減少，DMXAA治療可導致18F-FMISO SUVmean降低，影響了18F-FMISO乏氧顯像效果。

2.2.4 別嘌呤醇（黃嘌呤氧化酶抑制劑）對18F-FMISO攝取的影響

別嘌呤醇是一種抗痛風藥物，其對黃嘌呤氧化酶有抑制作用從而減少尿酸的生成。而黃嘌呤氧化酶在18F-FMISO乏氧顯像中起到重要作用，Bejot等[14]在對18F-FMISO的一項體外研究中利用分光光度法評價黃嘌呤氧化酶對18F-FMISO產生的酶催化還原反應，結果表明這種酶催化還原反應只在厭氧條件下發生。Prekeges等[20]研究得出，18F-FMISO在乏氧組織中的攝取取決于黃嘌呤氧化酶對硝基的還原情況，而黃嘌呤氧化酶抑制劑別嘌呤醇則會抑制這種硝基還原反應，從而對18F-FMISO的攝取產生影響，同時這種影響與別嘌呤醇的濃度有一定的相關性。也有研究認為別嘌呤醇對乏氧組織中18F-FMISO的攝取影響不大。Joseph等[21]對猴的腎臟細胞分別給予不同劑量的別嘌呤醇，在重度乏氧的條件下，測量去甲基化MISO與黃嘌呤氧化酶的結合率，得出不同別嘌呤醇劑量下的結合率沒有統計學差異。說明別嘌呤醇對于18FFMISO在乏氧條件下的結合率無顯著影響。綜上，別嘌呤醇對18F-FMISO攝取的影響還有待于進一步研究。

3 18F-FM ISO的主要臨床研究

3.1 良惡性組織的鑒別診斷

18F-FMISO顯像可以用來鑒別腫瘤的良性惡性組織。Norikane等[22]為評價腫瘤的乏氧情況，分別對24例頭頸部腫瘤患者行18F-FMISO顯像和18F-FDG顯像，測量局部的腫瘤血流比值，將比值≥1.2的區域定義為乏氧區域，并通過免疫組化的方法測量HIF-1α和p53的表達水平，結果顯示腫瘤組織存在著廣泛的乏氧區域，可見18F-FMISO顯像能夠鑒別組織的良惡性，同時18F-FMISO顯像的最大攝取值與HIF-1α和p53的表達有一定的相關性。Sato等[23]為探究18F-FMISO顯像與HIF-1α表達的聯系，分別對23例口腔鱗狀細胞癌患者行18F-FMISO顯像和18F-FDG顯像，測量兩種顯像的最大攝取值和HIF-1α表達情況，HIF-1α水平對腫瘤的預后有較好的提示作用，結果顯示18F-FMISO顯像的最大攝取值與HIF-1α表達水平有較高的相關性，18F-FDG顯像的最大攝取值與HIF-1α表達水平沒有明確的相關性，進而證明18F-FMISO顯像不僅可以提示腫瘤的糖代謝情況還可以提示腫瘤內的乏氧情況。

3.2 指導腫瘤調強放療及療效評估

腫瘤治療前后的乏氧組織的總體積和乏氧比例是不斷變化的，如何準確發現乏氧區域并判斷其比例大小，是臨床工作中的一個難題。多項研究結果表明18F-FMISO顯像能夠提示腫瘤的乏氧情況，有助于腫瘤調強放療及療效評估。Okamoto等[24]對11例頭頸部腫瘤患者分別行2次18F-FMISO顯像，間隔48 h，為評價18F-FMISO顯像對腫瘤乏氧的重復性，采用最大攝取值、腫瘤血流比和腫瘤肌肉比等定量指標進行分析，得出18F-FMISO的攝取值與腫瘤乏氧情況有高度的可重復性，對于精準放療計劃的制定有重要意義。因此利用18F-FMISO顯像指導勾畫放射治療的靶區,提高18FFMISO顯像高攝取區域的放療劑量,可提高治療效果,同時保護正常組織。Lin等[25]對7例頭頸部腫瘤患者分別在治療前及治療中進行了18F-FMISO顯像，得出結論18F-FMISO顯像可以探測到腫瘤乏氧的空間分布變化，在調強放射治療（Intensity-modulated radiotheray，IMRT）方面有廣闊的應用空間。Alber等[26]對舌癌患者進行18F-FMISO顯像，利用數學公式和計算機軟件制定放療計劃，使放療高劑量區與18F-FMISO攝取增高區域分布一致，將生物攝取圖像轉化為放療劑量效率分布，可見乏氧顯像對于IMRT的重大意義。Grkovski等[27]對10位非小細胞肺癌患者行18F-FDG及18F-FMISO顯像，研究結果提示18F-FMISO顯像在非小細胞肺癌中有較高的再現性，可在乏氧腫瘤的治療及療效評價上起到重要作用。Cheng等[28]對20例乳腺癌患者在治療前后分別行18F-FDG及18FFMISO顯像，結果提示18F-FMISO的攝取與臨床預后有明顯的正相關，可用于評價內分泌治療療效。Kikuchi等[29]對17例頭頸部腫瘤患者治療后行18F-FMISO顯像，采用最大攝取值和腫瘤/肌肉比作為乏氧指標，分為高攝取組和低攝取組，兩組間的腫瘤局部控制率和疾病特異性生存率均有統計學差異性，可見18F-FMISO顯像可以用來評價頭頸部腫瘤的治療效果。