熒光納米成像在乳腺癌診斷中的應(yīng)用

彭天嬌，陳蒙蒙

（1.河南科技大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471000；2.河南科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，河南 洛陽(yáng) 471000；3.漯河醫(yī)學(xué)高等專(zhuān)科學(xué)校第二附屬醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，河南 漯河 462300）

惡性腫瘤嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康，2020 年新發(fā)各類(lèi)癌癥共計(jì)1930 萬(wàn)例，其中乳腺癌（breast cancer）首次超過(guò)肺癌，成為全球最常見(jiàn)癌癥，占新發(fā)癌癥病例的11.7%[1]。乳腺癌作為威脅女性健康最常見(jiàn)的腫瘤，也是女性腫瘤致死的主要原因[2]。一些病理類(lèi)型，如三陰性乳腺癌[3]，由于其組織學(xué)分級(jí)高，容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)移，預(yù)后差、生存率低，診療方案都需要進(jìn)一步探索。目前乳腺癌診斷的金標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)原發(fā)灶和區(qū)域淋巴結(jié)的空芯針穿刺活檢。乳腺磁共振（MRI）檢查可用于分期評(píng)估，并有助于評(píng)估手術(shù)治療前后的腫瘤范圍及療效評(píng)估[4]；雖然MRI 較電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）輻射更小，對(duì)于軟組織的分層定位更加準(zhǔn)確，但乳腺M(fèi)RI 有一定的假陽(yáng)性率。乳腺癌的治療包括化療、內(nèi)分泌治療、靶向治療和免疫治療等方法，其中手術(shù)切除是乳腺癌的治療中常用且有效的手段[5，6]。術(shù)中準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)病灶，精準(zhǔn)勾畫(huà)腫瘤及轉(zhuǎn)移灶的邊緣是亟待解決的問(wèn)題。納米探針成像是通過(guò)納米材料荷載熒光物質(zhì)[7]，在腫瘤區(qū)域特異性激活從而實(shí)現(xiàn)熒光成像[8]。除了可以解決特異性成像，滿(mǎn)足影像學(xué)診斷的問(wèn)題，還可以達(dá)到術(shù)中引導(dǎo)成像，提高手術(shù)精準(zhǔn)度[9]。盡管納米在細(xì)胞和動(dòng)物層面的研究逐漸深入，但仍沒(méi)有實(shí)現(xiàn)熒光納米探針的轉(zhuǎn)化和臨床應(yīng)用，說(shuō)明理論可行和人體成像技術(shù)仍有待改進(jìn)。了解腫瘤組織的特點(diǎn)及其微環(huán)境，研究納米探針的特性及納米粒子技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。本文現(xiàn)結(jié)合乳腺癌的特征，針對(duì)現(xiàn)有的臨床影像學(xué)診斷，對(duì)納米熒光探針在乳腺癌腫瘤的研究進(jìn)行綜述，根據(jù)乳腺癌細(xì)胞的特點(diǎn)分析熒光納米探針的激活條件，探討其在乳腺癌成像的應(yīng)用及面臨的挑戰(zhàn)，旨在為乳腺癌的診療提供新思路。

1 傳統(tǒng)影像學(xué)檢查應(yīng)用

乳腺癌的影像學(xué)檢查對(duì)于乳腺癌的診斷、分期和治療至關(guān)重要，通過(guò)影像學(xué)檢查可以檢測(cè)腫瘤的形態(tài)、范圍、定位，浸潤(rùn)深度等，指導(dǎo)治療方法的選擇。

1.1 診斷評(píng)估 對(duì)于需要手術(shù)治療的患者，術(shù)前需要進(jìn)行全面的影像學(xué)評(píng)估，傳統(tǒng)的影像學(xué)檢查包括乳腺超聲和鉬靶檢查，其與病理學(xué)的符合程度有一定差距，導(dǎo)致術(shù)中的切緣陽(yáng)性率和二次手術(shù)率提高，影響手術(shù)效果及患者預(yù)后。乳腺M(fèi)RI的評(píng)估效果均優(yōu)于超聲、鉬靶等常規(guī)影像學(xué)檢查[10，11]。雖然MRI 具有較高的陽(yáng)性率，但是假陽(yáng)性率的存在不容忽視[12]。如果病灶中存在小葉癌、纖維組織中孤立癌腫或?qū)Ч茉话r(shí)，由于新生脈管較少，影響腫瘤對(duì)造影劑的攝取，會(huì)使磁共振對(duì)殘余微小病灶的顯影欠佳[13，14]。目前，對(duì)于可疑病變的組織，建議使用MRI 聯(lián)合細(xì)針穿刺活檢進(jìn)一步明確病灶性質(zhì)[15]。術(shù)前乳腺M(fèi)RI評(píng)估的另一個(gè)問(wèn)題是如何在患者體內(nèi)進(jìn)行定位。有研究顯示[15，16]，可通過(guò)術(shù)前導(dǎo)絲定位或MRI 掃描后重建病灶部位標(biāo)記手術(shù)切除范圍，由于其存在技術(shù)難點(diǎn)，在臨床應(yīng)用尚未普及[17]。因此，術(shù)前影像學(xué)的精準(zhǔn)評(píng)估方法仍有待優(yōu)化。

1.2 術(shù)中指導(dǎo) 早期乳腺癌的手術(shù)治療需要精準(zhǔn)的識(shí)別病灶，最大程度的獲得陰性邊緣。術(shù)中B 超引導(dǎo)應(yīng)用于不可觸及的乳腺癌，往往需要術(shù)前定位，術(shù)中使用實(shí)時(shí)超聲引導(dǎo)確定手術(shù)范圍，術(shù)后再次探測(cè)手術(shù)部位[18]。術(shù)中超聲具有方便、快捷、無(wú)創(chuàng)的特點(diǎn)，其術(shù)中判斷的準(zhǔn)確性可以達(dá)到鉬靶術(shù)前導(dǎo)絲定位。除了實(shí)時(shí)超聲實(shí)時(shí)引導(dǎo)，Kaufman CS 等[19]介紹了美蘭注射和導(dǎo)絲定位2 種術(shù)中超聲定位方式。選擇性的針對(duì)腫瘤細(xì)胞顯影成像，對(duì)于術(shù)中實(shí)時(shí)引導(dǎo)手術(shù)至關(guān)重要[20]。完成超聲定位后，在病灶周?chē)⑷肷倭棵捞m，由于美蘭注射液是非選擇性的顯影成像，使用不當(dāng)會(huì)在乳房?jī)?nèi)出現(xiàn)大面積擴(kuò)散，導(dǎo)致病灶定位難度增加，因此，注射時(shí)需要嚴(yán)密控制用量和注射方式。

1.3 隨訪(fǎng)監(jiān)測(cè) 超聲檢查在判斷病灶囊實(shí)性、細(xì)微觀(guān)察腫物邊緣情況等方面較鉬靶檢查有一定優(yōu)勢(shì)[21]。在超聲檢查隨訪(fǎng)時(shí)出現(xiàn)異常聲像表現(xiàn)，需結(jié)合鉬靶，排除是否為鈦夾影像或是粗大鈣化影。若無(wú)法判定腫物性質(zhì)，則可考慮粗針穿刺或手術(shù)切除明確診斷[22]。對(duì)于術(shù)后的乳腺影像隨訪(fǎng)，特別是保乳術(shù)后隨訪(fǎng)，推薦使用超聲聯(lián)合鉬靶檢查[23]。復(fù)發(fā)性乳腺癌常表現(xiàn)為以實(shí)性成分為主的低回聲和混合回聲腫物，沒(méi)有明確的邊界。如果手術(shù)“瘢痕”越來(lái)越大，或其邊緣有變圓的趨勢(shì)，則需警惕腫瘤復(fù)發(fā)[24]。

2 納米探針熒光成像

納米材料作為一種新的材料廣泛應(yīng)用于腫瘤的診斷、治療和預(yù)防。納米醫(yī)藥利用納米技術(shù)對(duì)不同材料和尺寸的改進(jìn)，利用其獨(dú)特的物理、化學(xué)、生物特性，實(shí)現(xiàn)其小顆粒、大比表面積和高活性等特點(diǎn)。自1995 年FDA 批準(zhǔn)Doxil（鹽酸多柔比星脂質(zhì)體注射劑）上市，越來(lái)越多的與腫瘤治療相關(guān)的納米醫(yī)藥進(jìn)入人們的視野[25]。納米藥物在血液中顯示出更好的穩(wěn)定性，比如白蛋白紫杉醇，有更長(zhǎng)時(shí)間的血藥濃度，更好的生物利用度[26]，較傳統(tǒng)的紫杉醇在減輕不良反應(yīng)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)[27]。納米材料針對(duì)特定組織靶向結(jié)合，顯示出納米材料在乳腺癌診療中的巨大的潛力。與此相似的納米探針研發(fā)針對(duì)腫瘤組織與正常組織分子生物學(xué)中的區(qū)別，分為生物響應(yīng)型納米材料和靶向熒光納米材料。生物響應(yīng)型納米探針通過(guò)在表面修飾響應(yīng)物質(zhì)，可用于實(shí)時(shí)、原位成像。在腫瘤組織周?chē)惓１磉_(dá)的物質(zhì)激活發(fā)光，而在癌旁和正常組織中實(shí)現(xiàn)熒光淬滅[28]。靶向熒光納米材料通過(guò)針對(duì)腫瘤細(xì)胞高表達(dá)的生物標(biāo)志物特異性激活[29]，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤邊緣的精準(zhǔn)勾畫(huà)。基于此，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一系列不同材料的納米熒光探針，見(jiàn)表1。

表1 乳腺癌的熒光納米探針

3 熒光納米探針成像條件

早期學(xué)者們通過(guò)對(duì)細(xì)菌和酵母的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞的基因型決定細(xì)胞的所有表型，也因此認(rèn)為腫瘤的全部特性都?xì)w因于單個(gè)腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為。然而，越來(lái)越多的證據(jù)表明，腫瘤的特性并非僅僅由單個(gè)腫瘤及其所攜帶的基因決定。在一些乳腺癌、結(jié)腸癌中，腫瘤間質(zhì)被腫瘤細(xì)胞招募和利用，共同發(fā)揮作用，這說(shuō)明多種不同分化方向的細(xì)胞通過(guò)異質(zhì)性相互作用，構(gòu)成獨(dú)特的腫瘤微環(huán)境，促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。熒光納米探針可“智能識(shí)別”腫瘤組織獨(dú)特的微環(huán)境或腫瘤細(xì)胞特異靶點(diǎn)。對(duì)于乳腺癌來(lái)說(shuō)，和其他實(shí)體腫瘤相似，具有偏酸性環(huán)境，組織缺氧、高代謝等特點(diǎn)。

3.1 酸性環(huán)境 腫瘤細(xì)胞依賴(lài)糖酵解產(chǎn)生能量，形成了腫瘤周邊的pH 6.5～6.9，該值低于正常的組織和體液循環(huán)系統(tǒng)[30]。乳腺癌細(xì)胞糖酵解過(guò)程中產(chǎn)生大量乳酸和二氧化碳，為了避免細(xì)胞毒性，乳酸通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)體從胞內(nèi)排出，大量質(zhì)子通過(guò)多種質(zhì)子泵被排出[31]。此外，碳酸酐酶作用于二氧化碳的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝，可促進(jìn)胞外酸性環(huán)境的形成[32]。多種納米材料可針對(duì)腫瘤的這種主要特征，實(shí)現(xiàn)“智能”的生物響應(yīng)。Voskuil FJ 等[33]提出一種與吲哚菁綠偶聯(lián)的超pH敏感的兩親性聚合物，由于納米級(jí)大分子協(xié)同作用的機(jī)制，這種聚合物在酸性的腫瘤細(xì)胞外微環(huán)境中迅速不可逆轉(zhuǎn)地解離，產(chǎn)生熒光。研究表明，該新型熒光納米材料可作為包括乳腺癌在內(nèi)的4 種實(shí)體腫瘤的成像方式。這種有效、準(zhǔn)確的成像方式可提供圍繞實(shí)體腫瘤邊緣的熒光圈，從而服務(wù)于熒光引導(dǎo)手術(shù)。有學(xué)者對(duì)此是否會(huì)對(duì)術(shù)后病理的診斷產(chǎn)生影響做了研究。Tang X 等[34]構(gòu)建了一種具有良好生物相容性的納米偶聯(lián)物，由含19F的Gd3+螯合物組成，對(duì)pH 響應(yīng)，應(yīng)用于磁共振成像。這種納米材料作為成像的造影劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤靈敏、準(zhǔn)確的成像。目前，pH 熒光納米探針主要利用細(xì)胞器，如溶酶體、線(xiàn)粒體等實(shí)現(xiàn)細(xì)胞器的靶向檢測(cè)。針對(duì)細(xì)胞膜、細(xì)胞核及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等多種細(xì)胞器的pH 檢測(cè)可為研究相關(guān)疾病的診斷成像提供更有力的支持。

3.2 氧化還原反應(yīng) 諸如乳腺癌這樣的實(shí)體腫瘤中，為了供應(yīng)腫瘤增殖需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，瘤體出現(xiàn)廣泛的血管增生。但因腫瘤生長(zhǎng)的速度超過(guò)了血管生長(zhǎng)率，腫瘤中心會(huì)存在乏氧區(qū)域，且高代謝產(chǎn)生大量活性氧和谷胱甘肽濃度在腫瘤微環(huán)境中顯著升高[35]。現(xiàn)已有多靶點(diǎn)的抗血管生成的藥物應(yīng)用于腫瘤治療，如阿帕替尼是用于胃-食管交界部腺癌的1A 類(lèi)推薦治療藥物，貝伐珠單抗用于肺癌的治療等。還有研究受到這種腫瘤相關(guān)血管增殖的啟發(fā)，提出通過(guò)納米酶和腫瘤血管正常化相結(jié)合來(lái)破壞腫瘤的協(xié)同增強(qiáng)策略[36]，此納米酶不僅具有光熱特性，而且可以在腫瘤微環(huán)境的刺激下有效產(chǎn)生活性氧，并且在第2 近紅外區(qū)的熒光成像和磁共振成像在活體內(nèi)的可視化追蹤方面也表現(xiàn)出了顯著的成像性能。Elaimy AL 等[37]的研究認(rèn)為VEGF 不僅促進(jìn)腫瘤血管生成，對(duì)乳腺癌腫瘤細(xì)胞本身也有促進(jìn)作用。因此，乳腺癌表面特異靶點(diǎn)的熒光納米材料的安全性仍有待進(jìn)一步考證。缺氧是腫瘤的一種特性，與晚期腫瘤進(jìn)展和惡性程度有關(guān)。一種嗜氧的納米酶結(jié)合過(guò)氧化氫可控釋放氧氣的特點(diǎn)用于乳腺癌的診療，該材料在輻射狀態(tài)下可生成氧氣，作為抑制乳腺原位腫瘤生長(zhǎng)和肺轉(zhuǎn)移的藥物。超氧陰離子（O2·-）是代謝過(guò)程中生物體產(chǎn)生的一種活性氧，廣泛參與對(duì)細(xì)胞功能的調(diào)控。Xiao H 等[38]研究發(fā)現(xiàn)了一種新的納米材料，通過(guò)對(duì)活性分子的產(chǎn)生位點(diǎn)和濃度變化進(jìn)行成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)氧氣的具體識(shí)別，可視化亞細(xì)胞定位，為進(jìn)一步探索異常能量代謝在腫瘤發(fā)生發(fā)展中異常的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)提供重要的材料。

3.3 其他 各種細(xì)胞表面的酶和糖蛋白與癌細(xì)胞密切相關(guān)。透明質(zhì)酸（HA）是一種線(xiàn)性粘多糖，是所有活生物體細(xì)胞外基質(zhì)的重要組成部分。Guo X 等[35]研究獲得了水環(huán)境下穩(wěn)定的納米粒子，過(guò)表達(dá)的透明質(zhì)酸酶在腫瘤細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)性熒光信號(hào)的關(guān)/開(kāi)行為。經(jīng)激光照射后，在載瘤小鼠體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了良好的近紅外熒光成像，表明納米粒子可作為一種生物兼容的治療性平臺(tái)，同時(shí)用于體內(nèi)雙模式腫瘤成像和光治療。HA 也是CD44 蛋白的配體，CD44蛋白在多種腫瘤細(xì)胞表面過(guò)表達(dá)，針對(duì)這兩種分子的雙重靶向納米載體，提升淋巴結(jié)內(nèi)乳腺癌細(xì)胞的靶向標(biāo)記和特異性識(shí)別能力。Dai Y 等[39]研制的納米顆粒具有快速進(jìn)入前哨淋巴結(jié)并靶向標(biāo)記乳腺癌細(xì)胞的能力。通過(guò)熒光成像可以長(zhǎng)時(shí)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)5K-HA-HPPS 在淋巴結(jié)中的蓄積情況，而光聲成像則可以顯示納米顆粒在完整淋巴結(jié)中的空間分布信息。建立乳腺癌轉(zhuǎn)移前哨淋巴結(jié)鑒定新方法，有效地解決了腫瘤轉(zhuǎn)移的前哨淋巴結(jié)與炎癥性淋巴結(jié)難以區(qū)分的難題，便于指導(dǎo)術(shù)中及術(shù)后乳腺癌的成像。

4 總結(jié)與展望

惡性腫瘤對(duì)人類(lèi)的傷害每年造成數(shù)百萬(wàn)的死亡，但目前診斷和治療策略效率有限。隨著精準(zhǔn)治療時(shí)代的來(lái)臨，納米技術(shù)的在診療中顯示出巨大的潛力。乳腺癌的細(xì)胞組織學(xué)特征與其他實(shí)體腫瘤相似，但針對(duì)其獨(dú)特的特征，開(kāi)發(fā)針對(duì)性的靶點(diǎn)結(jié)合，如HER-2 受體，有助于實(shí)現(xiàn)特異性精準(zhǔn)成像。腫瘤及其癌旁組織的生物學(xué)分界不明確，針對(duì)腫瘤組織的成像是否會(huì)引起癌旁的異常蓄積激活并引起相應(yīng)的不良反應(yīng)仍有待探討。同時(shí)，新型納米材料的生產(chǎn)、儲(chǔ)存及應(yīng)用需要更多臨床實(shí)驗(yàn)的支持，其安全性、有效性仍有待進(jìn)一步探討。隨著對(duì)癌生物學(xué)的研究以及對(duì)乳腺癌的靶點(diǎn)探索，納米材料在未來(lái)將更加精準(zhǔn)的應(yīng)用于成像和治療。