乳腺癌分子成像靶标及成像技术的临床应用进展

王保泞，姜一弘，赵 晶，张 莉空军军医大学唐都医院 超声诊断科，陕西西安 70038；空军军医大学基础医学院 生物化学与分子生物学教研室，陕西西安 7003

乳腺癌(breast cancer，BC)是发生于乳腺上皮组织的恶性肿瘤，在全世界女性癌症中发病率居第2位，已成为当前社会的重大公共卫生问题之一。因此早期准确诊断及评估其侵袭性具有重要的临床意义[1]。传统影像检查方法包括X线、CT、超声、MRI等。近年来分子成像成为一门新兴学科，其可从分子和细胞水平上实现生物过程的可视化、表征和测量[2]。分子成像利用特定分子靶标的示踪剂，可以在分子和细胞水平上观察体内的生物过程。与癌症相关的特异分子靶标的成像将有助于癌症的早期诊断和治疗。目前乳腺癌分子成像靶标大致可以分为受体和代谢过程两大类[3]。下面对这两类靶标及其对应的成像方法逐一进 行阐述。

1 受体类

1.1 雌激素受体 70%～80%的乳腺癌患者为激素受体阳性[雌激素和(或)孕激素受体阳性]，这使得内分泌治疗成为重要的治疗选择。雌激素受体(estrogen receptor，ER)在BC的治疗方案选择和预后预测中有着关键作用[4]。18F-氟雌二醇(18FFES)是无创评估患者原发或继发肿瘤中ER状态的有效工具，可以观察和量化体内ER的表达[5-6]。且18F-FES PET可检出的ER阳性病变与肿瘤组织活检的免疫组化染色结果高度相关。多项研究已证明，18F-FES PET对多发性肿瘤患者或难以活检的肿瘤患者ER表达状态的评估具有更大潜能。18F-FES PET/CT可能影响新诊断乳腺癌患者的治疗。18F-FES目前在法国获批进入临床，其商标名EstroTep[7]。

18F-FES PET也存在一些不足：PET的分辨率存在限制，不能显示小转移瘤中的FES摄取情况[3]。且目前FES-PET的研究未证明其检测肝转移的能力。肝代谢的生理性摄取远远超过子宫或大多数ER+转移瘤的FES摄取，因此FES-PET对乳腺癌肝转移的检测效果较差。此外，FES的肠-肝循环也会使腹部成像复杂化[7]。这些限制有望在后续的研究中得以解决。

1.2 孕激素受体 孕激素受体(progesterone receptor，PR)是类固醇受体。PR虽然不是乳腺癌内分泌治疗的靶点，但它是抗雌激素治疗效果评估的一个指标，其表达依赖于功能性ER的存在。有证据表明，(ER+，PR+)的转移性BC较(ER+，PR-)的转移性BC对抗雌激素治疗的反应更好。在三苯氧胺辅助治疗中，PR的表达也有很高的预后价值。因此，若可以放射性标记PR，则能够间接反映BC的病变及内分泌治疗效果[8]。

目前最成熟的PR靶向PET显像剂是18F-FFNP，该化合物对PR具有很高的亲和力和特异性。18FFFNP是一种安全的PET显像剂，其脏器和全身辐射剂量与18F-FES及其他临床常用放射性药物相当。用于PET显像标记的孕酮类似物可检测PR激活过程中的关键转录因子ER的激活，并可用于评估PR的表达，以规划内分泌治疗方案，特别是作为抢救性治疗时的应用[9]。与ER成像相比，使用放射性配体进行PR成像的临床研究和应用较为有限，其临床潜力可能更侧重于评估患者对内分泌治疗或抗雌激素治疗的反应[10]。尽管已经证明孕激素受体与内分泌治疗的反应性相关，但目前的活体研究中并未显示其对预后的任何影响，这种局限性可能是目前关于孕激素成像的文献较少导致的。

1.3 表皮生长因子受体 乳腺癌与表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)家族关系密切，该类受体与ER一样是BC的分类标准和治疗靶点。其中人表皮生长因子受体-2(human epidermal growth factor receptor 2，HER2)最具临床意义。其可以广泛调节细胞过程，包括增殖、分化、运动、侵袭、血管生成和抗凋亡功能等。20%～30%的BC患者HER2/erbB2癌基因扩增或过度表达，这与其侵袭性和不良预后相关。因此，针对EGFR靶点的成像将有助于BC患者的早期诊断及治疗[11]。

HER2表达增加是侵袭性乳腺癌的标志之一。原发灶与转移灶之间HER2表达的异质性限制了肿瘤活检的应用，而分子成像是评估HER2阳性原发灶和转移灶的非侵入性工具，具有诊断HER2阳性乳腺癌和检测其远处转移的潜力[12]。PET和SPECT最早用于HER2分子成像研究，可通过18F、64Cu、68Ga、89Zr及124I等标记曲妥珠单抗或较小的HER2靶向抗体片段进行HER2-PET成像[13-15]。通常用于PET/SPECT显像的放射性核素有86Y、99mTc、111In和125I。研究表明，相较于完整的HER2抗体曲妥珠单抗，放射性核素标记更小的HER2抗体片段如Affibody可以更好地克服标记曲妥珠单抗体积大的缺点。此外，其他影像学技术也在HER2的分子成像中进行了尝试，如结合了曲妥珠单抗的磁性氧化铁纳米粒可以通过3T MRI检测体内外HER2的表达[16]；结合Affibody的超顺磁性氧化铁纳米粒不仅具有良好的HER2靶向性，还具有较好的生物相容性和胶体稳定性，在MRI成像上更具优势，具有广阔的临床应用前景[17]。

监测肿瘤部位HER2表达的变化可以帮助医生选择不同治疗阶段应使用的HER2抑制剂，或是否应使用其他的非HER2抑制剂[2]。根据文献，曲妥珠单抗与化疗结合使用可延长HER2+BC患者的总存活率并减缓疾病进展。拉帕替尼是EGFR和HER2受体的双重酪氨酸激酶抑制剂，临床上对HER2过表达的转移性BC有效。在乳腺癌的预防及治疗方面，HER2显像具有广阔前景[18]。然而，针对EGFR靶点的分子成像临床资料有限，还需要临床进一步探索[19]。

1.4 血管内皮生长因子 血管生成在肿瘤的发生中至关重要。肿瘤细胞分泌的血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)作为肿瘤细胞的自分泌生存因子，与相应受体结合后，促进肿瘤血管的生成和生长，因此VEGF/VEGF受体(VEGFR)信号通路在调节血管生成及肿瘤发生、发展中起关键作用。在各种临床研究中，VEGF和(或)VEGFR的过表达被认为是预后不良的标志。由于VEGF蛋白的可溶性和不稳定性，对VEGF表达的成像相比对VEGFR表达的成像更具挑战性，VEGF成像的策略主要是使用抗VEGF抗体或报告基因的方法。如放射标记的贝伐珠单抗，即一种抗VEGF抗体，最近被用来成像VEGF在卵巢癌和乳腺癌异种移植模型中的表达[13]。VEGF受体的PET成像将有助于规划是否及何时开始抗血管生成治疗，并有效地监测治疗效果[16]。

1.5 整合素家族 整合素是一种膜镶嵌蛋白，是由18α和8β两个亚单位以非共价形式结合而成的异源二聚体。整合素家族包括24个跨膜受体，可介导细胞之间及细胞与细胞外基质之间的相互识别与黏附[20]。整合素在新生血管和肿瘤细胞中表达，而在上皮细胞和成熟内皮细胞中不表达或很少表达。因此整合素的表达水平与肿瘤的侵袭性和转移潜能密切相关，这使其成为开发抗血管生成药物和早期肿瘤诊断分子成像探针的重要生物靶点[21-22]。整合素家族中，目前研究最多的是αvβ3，其表达量的增加被认为是乳腺癌局部进展和转移的标志[3]。此外，由于整合素受体在破骨细胞表面也高水平表达，因此整合素αvβ3显像在乳腺癌骨转移病灶，特别是溶骨型病灶的检测与定位方面具有非常重要的意义[23]。

精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列(Arg-Gly-Asp，简称RGD序列)是大多数整合素结合配体最常见的识别位点，因此常利用RGD多肽配体进行PET和SPECT整合素受体的显像[24]。理论上，线性和环状RGD多肽都可以作为靶向生物分子。但线性RGD多肽的一个主要缺点是其对整合素受体的亲和力较低，而通过二硫键、硫醚和刚性芳香环等连接物环化RGD多肽，可增加其对受体的亲和力和选择性。目前许多放射性标记的环状RGD多肽已作为SPECT或PET中肿瘤显像的放射性示踪剂。整合素靶向放射性示踪剂将成为肿瘤临床前评估的重要方法，可实现无创监测肿瘤转移和早期检测肿瘤对抗血管生成治疗的反应[22]。

2 代谢过程

2.1 DNA合成 DNA的合成与代谢可以反映细胞的分裂增殖情况，与正常细胞相比，肿瘤细胞的DNA合成明显增加。而肿瘤细胞增殖水平是监测抗癌疗效和衡量预后的关键因素。因此，开发DNA合成的放射性示踪剂，实现细胞增殖成像一直是核医学研究的目标[25]。

由于胸腺嘧啶核苷是DNA中特有的核苷酸，因此大多数DNA合成标志物主要集中在胸腺嘧啶核苷类似物上[25]。18F-3'-氟-3'-脱氧胸腺嘧啶(FLT)是一种用于定量DNA合成和细胞增殖的核苷类显像剂，首次报道于1998年。FLT被细胞摄入后，由于结构与胸苷类似，能够在胞质胸苷激酶1(thymidine kinase 1，TK1)的作用下被磷酸化形成FLT单磷酸，FLT单磷酸不能参与DNA合成从而在细胞内蓄积。由于TK1主要在分裂细胞中表达，所以FLT的摄取和蓄积基本上仅限于分裂细胞。因此，FLT是一种有效的细胞增殖指标，其肿瘤摄取情况可以反映肿瘤细胞的增殖率。研究发现，FLT摄取与经典的增殖标志物Ki-67水平存在良好的相关性[26]。由于FLT成像主要反映细胞增殖水平，因此在衡量疾病早期治疗效果方面具有较大的潜力[3]。

FLT-PET的应用目前仍存在局限性。如FLT可被肝葡萄糖醛酸化，醛酸化的FLT不能被细胞识别并摄取。而某些特定的化疗药物和镇痛药物可显著影响葡萄糖醛酸转移酶的水平或活性。因此，还需要测定血浆中FLT醛酸化产物的水平，以确保能准确计算FLT被细胞摄取的情况。此外，细胞DNA合成中的大部分胸腺嘧啶核苷酸来自内源性途径，因此胸腺嘧啶代谢成像只能反映一部分DNA合成情况。而当抗肿瘤治疗影响了细胞的内源性核苷酸生成途径后，检测到的FLT摄取状态可能存在误导性[27]。希望在未来的研究中这些局限能得到解决。

2.2 细胞凋亡 细胞凋亡的抑制是BC恶性生长的基本细胞生理改变之一。因此，针对细胞凋亡过程进行分子成像也是BC成像的一种可行策略。细胞凋亡的主要特征之一是死亡细胞外膜磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，PS)的表达增加。因此，PS是进行PET/SPECT细胞凋亡无创成像的理想靶点。膜联蛋白V(Annexin V)在Ca2+存在时与PS具有很高的亲和力，这使得放射性标记的Annexin V成为临床和生物医学研究中非常有潜力的细胞凋亡显像剂[28]。但放射性标记的Annexin V存在一些明显的缺点，限制了其在临床中的应用，如体内Ca2+浓度无法控制、血液清除缓慢导致图像对比度差、在肝肾中显示高非特异性摄取的不良生物分布曲线、肿瘤组织穿透性差等。尽管存在缺点，但目前99mTc-Annexin V仍是通过靶向PS进行细胞凋亡成像的首选放射性示踪剂[29]。

放射性标记的PS结合肽和Zn(Ⅱ)复合物为PET/SPECT细胞凋亡分子显像提供了一种新的策略。与Annexin V相比，放射性标记肽和Zn(Ⅱ)复合物具有更多优点，包括体积更小、组织穿透性更强、在血液中清除更快等[28]。其他用于凋亡分子显像的放射性标志物也是研究的重点，如18FML-10、18F-CP18、18F-ICMT-11等目前均处于临床研究阶段，有望在不久的将来投入使用[29]。

2.3 葡萄糖代谢 与正常细胞相比，肿瘤细胞中的葡萄糖代谢通常会增加，因此可通过葡萄糖代谢评估肿瘤发展情况。18F-氟代脱氧葡萄糖(FDG)是一种可被细胞摄取的葡萄糖类似物，可作为示踪剂识别葡萄糖代谢增强的细胞。研究表明，FDG的摄取程度与细胞增殖相关，因此可作为判断肿瘤侵袭性的指标[2]。18F-FDG的摄取受乳腺组织密度的影响，致密的乳腺组织对18F-FDG的摄取增加，但其摄取量仍低于乳腺癌。恶性肿瘤细胞对18F-FDG极强的亲和力构成了18F-FDGPET乳腺癌显像的基础[30]。

FDG-PET成像是目前研究得最深入、临床应用最广泛的识别葡萄糖代谢的方法，有助于原发肿瘤的检测和诊断、局部和远处转移的分期以及治疗反应的监测。NCCN指南推荐FDG-PET/CT作为局部晚期、炎性和复发/转移性乳腺癌患者的可选分期方法之一。此外，FDG-PET也已被用于评估局部晚期BC患者的化疗反应[3]。乳腺病变对18F-FDG的摄取强度与肿瘤的生物学特性，如病理类型、侵袭性、分子亚型等有直接关系。浸润性导管癌对18F-FDG的亲和力高于非浸润性导管癌，三阴性乳腺癌对18F-FDG摄取能力高于其他分子亚型。FDG的摄取还受到月经周期激素波动的生理影响[30]。

FDG摄取不是肿瘤细胞所特有的，也可以在非肿瘤性病变中出现，尤其是在炎症和修复中。很多增殖期的正常细胞也会表现出很高的有氧糖酵解率。因此，当组织中存在激活的炎性细胞或增殖期细胞时，可能会出现假阳性[2]。且对于乳腺癌的早期检测和诊断，希望能够检测到直径 ＜1 cm的不可触及的肿瘤。目前已开发出高分辨率、高敏感度的正电子放射乳腺成像术(positron emission mammography，PEM)用于早期乳腺癌的检测和诊断，使用FDG的PEM可以检测出直径为3 mm的原发性乳腺癌病灶[31]。Noritake等[32]比较了FDG-PEM与FDG-PET，结果表明PEM对辅助化疗后的残留癌具有更高的诊断能力，其临床效能还有待进一步研究验证。

2.4 胆碱代谢 胆碱是细胞膜的重要组成成分，是细胞分裂所必需的。首先由胆碱激酶(choline kinase，CK)将胆碱磷酸化形成磷胆碱，而后磷胆碱被细胞捕获和摄取。癌变的人乳腺上皮细胞与未癌变细胞相比，CKα的活性增加，磷胆碱水平明显升高[3]。此外，胆碱也被认为是细胞外受体激酶/丝裂原活化蛋白激酶通路的标志之一，该通路参与ER-α和PIK3通路的磷酸化，从而导致乳腺癌患者对抗内分泌药物的耐药。因此，利用分子影像标记显示CKα也是目前乳腺癌分子成像的新思路[33]。

目前常用的靶向胆碱代谢通路的放射性示踪剂主要有18F-胆碱、11C-胆碱和18F-NaF等[34]。FDG与胆碱PET诊断评估原发性BC的敏感度相似，而11C-胆碱较FDG更具特异性。但考虑到FDG在临床上的广泛研究与应用，选择放射性示踪剂时FDG可能优于11C/18F-胆碱[3]。此外，研究表明联合使用18F-NaF和18F-FDG诊断乳腺癌骨转移具有优越的性能[35]。但目前对胆碱成像的研究仍然有限，导致该类成像方法至今不能广泛应用，期望后续得到进一步研究和发展。

3 结语

在各类用于乳腺癌分子成像的PET示踪剂中，临床上研究得最深入、使用最广泛的是FDG。近年来，各种新型PET示踪剂也积极地投入研发及临床试验，成像技术日趋成熟。不同的分子成像方法有其各自的适用条件及优缺点，可根据不同的临床需要进行选择。必要时可联合多种成像方法，以更好地实现对乳腺癌患者的评估与个体化诊治。

乳腺癌分子成像技术的发展极大地提升了诊断及治疗乳腺癌的能力。尽管存在某些局限性，但随着越来越多的分子成像靶标被开发，其应用范围正迅速扩大。如今不仅某个分子靶点，甚至整个代谢过程也同样可以被成像，在不久的将来也许还会有新的途径成为成像靶标。无论如何，分子成像技术的应用在乳腺癌的研究史上都将是一座耀眼的里程碑。