腫瘤乏氧檢測方法研究進(jìn)展

1、腫瘤乏氧檢測方法研究進(jìn)展         【關(guān)鍵詞】  腫瘤；乏氧顯像；放射性核素顯像；HL910引言腫瘤的氧合狀態(tài)是放療、化療、生物治療、加熱等治療的重要的影響因素1，腫瘤乏氧細(xì)胞對(duì)放射治療的敏感性低，對(duì)化療、生物治療等同樣較為耐受。腫瘤乏氧同樣是局部復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的重要危險(xiǎn)因素。如果能夠準(zhǔn)確地測定個(gè)體腫瘤的氧合狀態(tài)，以此指導(dǎo)治療方案的選擇將有助于提高腫瘤的療效。目前雖然乏氧檢測的技術(shù)還未完全成熟，但已有多種檢測方法應(yīng)用于臨床，其前景無疑是廣闊的。1侵入性檢測方法氧電極法氧電極法是目前應(yīng)用的唯一可以直接

2、測定腫瘤乏氧的方法，其測定結(jié)果可以直觀的反應(yīng)腫瘤的氧合狀態(tài)而被認(rèn)為是測定腫瘤乏氧狀態(tài)的“金標(biāo)準(zhǔn)”。氧電極法測定腫瘤乏氧狀況的參數(shù)有：（1）實(shí)測的腫瘤氧分壓(PO2)平均值或中位數(shù)；（2）腫瘤乏氧比例(Hypoxia percentage，HP)，即實(shí)測的腫瘤PO2數(shù)據(jù)內(nèi)，PO22mmHg、5mmHg或10mmHg所占的百分?jǐn)?shù)(分別以HP2、HP5、HP10表示)，其中對(duì)放射治療療效影響最大的因素是HP2；（3）腫瘤乏氧體積(Hypoxicsubvolume，HSV)，即腫瘤的體積乘以腫瘤乏氧比例。Nordsmark等報(bào)道了35例行放射治療的進(jìn)展期頭頸部鱗癌(放療劑量6668Gy)PO2與患者預(yù)

3、后的關(guān)系。用氧電極法測得PO22.5mmHg的腫瘤為乏氧組，結(jié)果顯示在治療前氧合好的腫瘤局部控制率高達(dá)90，而乏氧組僅為45(=004)。氧電極法測量有一定的局限性。（1）乏氧臨界值的判斷目前尚無一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)；（2） 由于腫瘤內(nèi)氧分布存在明顯異質(zhì)性，故需多道多點(diǎn)測定，如用Eppendof氧微電極測定宮頸癌含氧情況時(shí)，宜用5個(gè)測試道，每道測23個(gè)點(diǎn) ；（3） 由于氧電極本身技術(shù)的局限，在測定時(shí)對(duì)信號(hào)反應(yīng)率低和電極穿過基質(zhì)和纖維組織時(shí)對(duì)電極末梢產(chǎn)生壓力，故測定數(shù)據(jù)有誤差；（4）測定時(shí)不能區(qū)分氧電極是插入腫瘤活組織抑或壞死區(qū)，并且不能區(qū)別為急性或慢性乏氧 ；（5）氧電極法是一種有創(chuàng)檢測方法。這些局

4、限性限制了氧電極法的應(yīng)用。2生物學(xué)檢測指標(biāo)及方法腫瘤細(xì)胞在乏氧狀態(tài)下可以通過自身某些內(nèi)源性基因表達(dá)的變化來適應(yīng)其賴于生長的微環(huán)境。目前已知這些內(nèi)源性基因包括有乏氧誘導(dǎo)因子(Hypoxiainducedfactor1，HIF1)、碳酸酐酶9(Carbonic anhydrase 9，CA9)、糖轉(zhuǎn)運(yùn)酶(Glucose transporter，Glut)、血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothe lial growth factor，VEGF)、p53、促紅細(xì)胞生成素(Erythropoietin，EPO)和血小板源性生長因子(Platelet derived growth factor

5、，PDGF),其中以HIF1最受人關(guān)注。HIF1中是目前研究的比較多的一種細(xì)胞因子，它由兩個(gè)亞單位構(gòu)成HIF1和HIF1。HIF1隨氧分壓的變化不大，而HIF1在不同的氧環(huán)境中蛋白穩(wěn)定性有很大差別，富氧時(shí)穩(wěn)定性降低而乏氧時(shí)穩(wěn)定性增高，以致在乏氧狀態(tài)下蛋白水平增高，因此可以通過檢測HIF1的表達(dá)水平估計(jì)組織的氧合狀態(tài)。Haugland等對(duì)宮頸癌患者分別采用免疫組織化學(xué)檢測HIF1的表達(dá)水平和氧微電極直接測定腫瘤的氧分壓后發(fā)現(xiàn)，兩者有較好的符合性(P001)。Wang Min等研究發(fā)現(xiàn)在乳腺癌 MCF7 細(xì)胞中Manganese superoxide dismutase（MnSOD）的活性可以影響

6、HIF1的狀態(tài)，活性較低時(shí)可以使HIF1在乏氧環(huán)境下積聚，但在活性中等時(shí)抑制HIF1在乏氧環(huán)境積聚，在高活性時(shí)再次促進(jìn)其積聚，而呈雙曲線。通過抑制HIF1的積聚或許提高腫瘤對(duì)放化療的反應(yīng)，但目前尚無此方面的文獻(xiàn)。3影像學(xué)檢測方法3.1彩色多普勒超聲顯像彩色多普勒是在頻譜多普勒技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的利用多普勒原理進(jìn)行血流顯像的技術(shù)，1986年開始用于周圍血管血流成像。它可以無創(chuàng)、實(shí)時(shí)地提供病變區(qū)域的血流信號(hào)信息，這是X線、核醫(yī)學(xué)、CT、MRI 以及PET所做不到的。彩色多普勒還可用于觀察治療效果，通過腫瘤內(nèi)血管的多少和血流的變化，可以間接判斷療效。若治療后腫瘤血管減少，異常血流信號(hào)消失，則說明療效

7、滿意；反之，則療效差或提示腫瘤復(fù)發(fā)。關(guān)于用超聲法檢測組織氧含量的研究不是很多。但Martino等的研究取得了積極的成果。他們觀察了20例頭頸部腫瘤的頸部轉(zhuǎn)移灶，對(duì)轉(zhuǎn)移灶進(jìn)行彩色多普勒檢查和對(duì)同一部位用氧電極法測定組織氧含量，用顯示器的像素密度作為血管密度與氧含量作了相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)兩者的相關(guān)系數(shù)為0.71。3.2核磁共振技術(shù)通過特定的磁共振技術(shù)如血氧水平依賴性(Blood oxygen leveldependent, BOLD) MRI 、overhauser MRI(OMRI)、電子順磁共振成像(Electron paramagnetic resonance imaging,EPRI)等可反映

8、腫瘤的供氧狀態(tài)和組織的氧化還原能力。磁共振灌注成像技術(shù)是近幾年的研究熱點(diǎn)，得到了較快發(fā)展。通過了解腫瘤微循環(huán)的灌注情況就能清楚微環(huán)境的氧含量。腫瘤中不充分的灌注及混亂血管網(wǎng)可導(dǎo)致腫瘤慢性擴(kuò)散障礙性乏氧，而腫瘤乏氧還可呈急性的周期性現(xiàn)象，因?yàn)橛行┠[瘤血管會(huì)定期地開放和關(guān)閉，在此過程中往往也會(huì)產(chǎn)生所謂的急性灌注異常性腫瘤乏氧。通過對(duì)腫瘤灌注狀態(tài)的評(píng)價(jià)可間接地對(duì)其乏氧程度進(jìn)行判斷，此即為通過灌注成像推測腫瘤乏氧狀態(tài)的理論依據(jù)。Hermans等發(fā)現(xiàn)低灌注的腫瘤有著較低的局部控制率及較高的局部復(fù)發(fā)率，證實(shí)了腫瘤中低灌注的部分往往是相對(duì)乏氧的部分，而乏氧的腫瘤又對(duì)治療特別是放射治療具有拮抗效應(yīng)這一結(jié)論。磁

9、共振灌注成像技術(shù)可以分為動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像(dynamic contrast enhanced MRI，DCEMRI)、流入法、相位敏感法。Cooper等10就氧微電極法直接測量與DCEMRI對(duì)宮頸癌的腫瘤氧分壓狀態(tài)評(píng)價(jià)進(jìn)行了對(duì)照研究，發(fā)現(xiàn)2種方法在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有較顯著的相關(guān)性。4核醫(yī)學(xué)檢測方法利用放射性核素如 18F、3H、123I、125I、131I、62 Cu、99m Tc等標(biāo)記的乏氧組織顯影劑進(jìn)行SPECT或PET顯影可以對(duì)乏氧進(jìn)行定性和定量檢測，是目前乏氧檢測研究最為集中的技術(shù)，且能同時(shí)用于腫瘤的診斷和判斷腫瘤的分期，并可以使放療照射野更加精確11。4.1硝基咪唑類乏氧組織顯像劑用放射性

10、核素標(biāo)記MISO(misonidazole)及其衍生物，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)其可結(jié)合到哺乳動(dòng)物乏氧細(xì)胞。Lawrentschuk等人在腎癌病人中用18Ffluoromisonidazole (18FFMISO)顯像，發(fā)現(xiàn)患側(cè)腎乏氧狀況明顯高于對(duì)側(cè)正常腎臟。同時(shí)用氧電極法所檢測的腎癌組織氧分壓為9.6mmHg，而正常軟組織為37.6mmHg。近年來人們對(duì)MISO的衍生物進(jìn)行了大量研究。例如對(duì)一種MISO衍生物18氟紅硝基咪唑(FETNIM)的生物分布研究12,13顯示，其周圍組織代謝率、脫氟率和乏氧組織代謝率均適用于PET乏氧顯像且優(yōu)于 18F MISO，其腦中分布少而腸、腎中分布高，且其清除速率在

11、體內(nèi)的大部分臟器中均接近。對(duì)FMISO、FDG和FETNIM比較，在TPRR（腫瘤/血漿滯留比）上，F(xiàn)DG最高，F(xiàn)ETNIM次之，但在TMRR（腫瘤/肌肉滯留比）上，F(xiàn)ETNIM明顯高于FDG和FMISO，通過腫瘤的放射自顯影顯示，乏氧區(qū)域吸收的FETNIM要比正常區(qū)域的多。         4.2非硝基咪唑類的乏氧組織顯像劑理想的乏氧組織顯像劑應(yīng)具有高滲透性和低氧化還原電位，前者便于它達(dá)到細(xì)胞內(nèi)線粒體，后者利于它在正常細(xì)胞穩(wěn)定而在乏氧細(xì)胞被異常高濃度的電子還原。由此來看，硝基咪唑基團(tuán)并非為乏氧顯像的理想基團(tuán)。目前

12、對(duì)非硝基咪唑類乏氧組織顯像劑的研究取得了可喜的進(jìn)展。HL91（4，9diaza3，3，10，10tetramethyldodecan2，11dione dioxime）亦稱BnAO，化學(xué)名稱為4，9二氮3，3，10，10四甲基十二烷2，11二酮肟。99m Tc HL91無細(xì)胞毒性，顯像能力明顯優(yōu)于硝基咪唑類化合物，是一種前景廣闊的新型乏氧組織顯像劑14。在動(dòng)物試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)HL91在腫瘤乏氧區(qū)選擇性積聚，但同時(shí)在肝腎有很高的積聚，限制了其在腹部的應(yīng)用15。Van等14對(duì)9例懷疑為頭頸部鱗癌復(fù)發(fā)的患者行HI91 SPECT及螺旋CT掃描，CT顯示5例復(fù)發(fā)，其中3例淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移且經(jīng)活檢證實(shí)，HL91顯像

13、除1例假陽性外均與CT及活檢結(jié)果一致。李玲等16對(duì)擬接受三維適形放療的35例非小細(xì)胞肺癌患者于放療前12天進(jìn)行了99m Tc HL91 SPECT檢查，其中20例于放療過程中（3040Gy）及放療后12天行SPECT檢查，利用感興趣區(qū)（ROI）技術(shù)計(jì)算T/N（靶與非靶）比值，分析了放療前T/N與放療前后T/N變化與放療療效的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)放療前T/N較低組放療療效高于T/N較高組（=0.040），放療前后T/N變化較大組療效高于變化較小組，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。在對(duì)腦膠質(zhì)瘤、鼻咽癌的研究中同樣發(fā)現(xiàn)99m Tc HL91乏氧顯像對(duì)療效的判斷有指導(dǎo)意義1,17。目前研究較多的另一種非硝基咪唑類乏氧顯像劑

14、為Cu標(biāo)記的BTS(二硫半卡巴胂)衍生物，包括62CuPTSM 和64CuATSM等。Takahashi等18對(duì)4例正常人及6例肺癌患者行 CuATSM 乏氧顯像，正常人的肺組織攝取 64CuATSM 的標(biāo)準(zhǔn)值為043±009，而肺癌患者為30±15。與18 FMISO相比，無論在乏氧細(xì)胞還是正常細(xì)胞中，64CuATSM 都表現(xiàn)出更理想的吸收率和析出率，從而可利用PET達(dá)到更快速而有效的乏氧檢測。第二代Cu標(biāo)記的顯像劑CuATSM類似物已經(jīng)人工合成，并顯示出與CuATSM同樣的乏氧選擇性。CuATSE(Cudiacetylbis(N（4）methylthiosemicarb

15、azone), 即為新一代產(chǎn)物，在EMT6 小鼠乳腺癌細(xì)胞氧濃度38 mmHg時(shí)有良好的攝取，并且表現(xiàn)出比CuATSM更高的腫瘤正常組織攝取比，并且于肝腎細(xì)胞中攝取量低于CuATSM19。5小結(jié)綜上所述， 目前應(yīng)用于臨床的腫瘤的乏氧組織測定方法種類很多,但尚沒有一種方法能夠做到十分精確地測定腫瘤氧合狀態(tài)。隨著測定方法的不斷改進(jìn)以及不同技術(shù)的合理聯(lián)合應(yīng)用，對(duì)腫瘤氧合狀態(tài)的精確測定將會(huì)有效的應(yīng)用于臨床，以對(duì)腫瘤患者實(shí)施個(gè)性化的治療，并對(duì)腫瘤的預(yù)后作出準(zhǔn)確的預(yù)測20。【參考文獻(xiàn)】  1梁培炎，王國慧，李群，等.99mTcHL91乏氧顯像在鼻咽癌治療中的應(yīng)用J.中華核醫(yī)學(xué)雜志,2006，26

16、(2):9799.Menon C，F(xiàn)raker DL. Tumor oxygenation status as a prognostic markerJ. Cancer Lett，2005，221(2)：225235Nordsmark M，Overgaard JTumor hypoxia is independent of hemoglobinand prognostic for locoregional tumor control after primary radiotherapy in advanced head and neck cancerJActa Oncol，2004，43(4)

17、:396403.Georgia GB, Emmanouil V, Alkmini K,et al.Reconstitution of human hypoxia inducible factor HIF1 in yeast:A simple in vivo system to identify and characterize HIF1a effectorsJ.Biochemical and Biophysical Research Communications,2006, 346 (5): 12891296Haugland HK， Vukovic V， Pintilie M，et a1Exp

18、ression of hypoxiainducible factor lain cervical carcinomas： correlation with tumor oxygenationJInt J Radiat Oncol Bi0l Phys，22，53(4)：854861Wang M, Kirk JS, Venkataraman S,et al. Manganese superoxide dismutase suppresses hypoxic induction of hypoxiainducible factor1alpha and vascular endothelial gro

19、wth factorJ. Oncogene,2005, 24(55):81548166.Martion DI, Ercole FN, Gagel B,et al. Evaluation of tumor oxygenation by color duplex sonography: A new approachJ. Otolaryngology Head & Neck Surgery,2005, 132(5):765769.8Hermans R，Lanmbin P，Van derGoten A，et a1Tumoural perfusion as measured by dynamic

20、 computed tomography in head and neck carcinomaJRadiother Oncol，1999，53(2)：1051.吳斌. 影像學(xué)新技術(shù)在腫瘤乏氧評(píng)價(jià)方面的進(jìn)展J.國外醫(yī)學(xué)臨臨床床放射學(xué)分冊(cè),2006,29(3)：199200.10Cooper RA，West CML，Carrington BM，et a1Tumour oxygenation levels corelate with dynamic contrastenhanced MRI parameters in carcinoma of the cervixJRadiother Oncol，2000，57(1)：53591Detterbeck FC, Vansteenkiste JF, Morris DE,et al. Seeking a Home for a PET, Part 3*: Emerging Applications