核医学示踪技术在肿瘤方面的应用

放射性核素示踪技术是临床与分子核医学的精髓和核心， 其关键科学问题是在分子识别基础上研发具有我国自主知识产权的各种特定分子特异结合部位的分子探针或显像剂及研发高灵敏度和高分辨率的多模态探测仪器等。无疑这对我国医学为适应当前医学模式由传统的诊断、治疗转向现代的预防和保健， 并借助现代分子功能影像学技术对疾病发生发展过程进行预警、监测、真正实现早期诊断和治疗， 为人类健康事业作出巨大贡献具有重要的划时代意义[1]。

放射性核素示踪技术的开创和广泛应用， 在临床医学应用研究中揭示生命现象的本质及探索疾病发生发展的生命科学发展史上最重大的成就之一。肿瘤分子显像及靶向分子治疗是目前肿瘤研究领域的重要方向。

在肿瘤的早期检测、诊断与预警方面，国外，尤其欧美等国家已建立了一套较完整的检测技术与方法，并从实验室阶段进入临床前研究阶段，或少数诊断技术已进入临床应用研究阶段。我们与国际先进水平还存在着明显差距，主要有关研究还停留在实验室研究阶段。

目前诊断恶性肿常用的检查方法是临床物理诊断(询问病史和查体)、血清学肿标志物检查和传统影像学检查，这些都有一定的局限性，或有假阳性，或特异性差、或灵敏度低;而B超、CT、核磁共振检查等是基于疾病的形态学变化，很难在癌变早期尚未有结构形态变化时提供诊断价值。核医学是一门研究核射线或核辐射在医学中的应用及其理论的学科，它是核技术与医学结合的产物。核医学检查核心的原理基础即核素示踪技术，示踪技术就是能够追踪示某种特定物质特定物质踪迹的技术。放射性核素示踪技术是利用放射性核素标记的化学分子或物质(也可称为“探针”)作为放射性药物和/或显像剂引入生物体内，显示体内的生理、生化过程。放射性核素示踪技术的基础是基于放射性核素标记的化学分子与未被标记的同一种化学分子具有同一性和放射性核素自发衰变发出射线的可测性这两个基本性质。因此，在体外通过核医学显像设备观察显像剂参与生物体内各种生理、生化或代谢等方面的功能信息，从而反映示踪剂在生物体系中的运

动规律和疾病发生、发展变化的生物学特征，获得定性、定量及定位结果，为临床疾病诊治提供客观、科学依据。核医学放射性核素显像的最突出的优点是其功能显像，在反映脏器或组织的血流、受体密度和活性、代谢、功能变化方面具有独特的优势，是当今临床诊治疾病的先进技术之一。在很多疾病中，X射线摄片，CT，MRI这些精确反映结构变化的检查手段尚未发现异常时，核医学检查即可提早发现阳性变化，尤其在基因水平、细胞水平发生功能改变时，利用核医学核素示踪技术可以提供预警、测有用的临床前诊断信息。核医学核素示踪技术和现代分子生物学技术相结合行生出的分子核医学是当今分子影像学的最重要组成部分。

肿瘤的靶向成像是指以肿瘤细胞膜表面及其内部表达的，正常组织细胞不表达或呈低表达的标记分子为靶点，通过各种途径借助对靶点有选择性亲和作用的物质为载体或手段，达到靶向显示肿瘤组织的目的。靶向成像技术的关键是能够找到与标记分子特异性结合的体内显像示踪剂和病变组织能被探测的高灵敏度显像仪器。

近年来随着肿瘤学研究的深入，人们逐渐认识都肿瘤血管生成对于肿瘤组织生长重要性。靶向肿瘤血管诊断、治疗肿瘤有以下潜在优势：1.血管内皮细胞的基因组较为稳定，很少发生突变而肿瘤细胞本身是不稳定的，因此无论是诊断还是治疗肿瘤，靶向肿瘤血管内皮细胞要容易的多。2. 从理论上推算，一个内皮细胞要饲养50-100个肿瘤细胞。因此针对血管内皮细胞比直接针对肿瘤细胞更为有效。3. 肿瘤生长的血管依赖性为所有肿瘤共性，针对肿瘤血管的策略具有“广谱新”，在理论上适合对不同肿瘤的诊断、治疗。4. 正常成熟组织毛细血管内皮细胞处于静止状态，而肿瘤血管内皮细胞增殖活跃，出现许多相对特意的标记分子，辨别这些分子功能变化可以提供诊断和预后信息，并且提供肿瘤特异性结合的机制以及追踪治疗反应的基础。

噬菌体展示肽文库已被用于体内模型，获得与特异性分子结合的肽序。Ruoslahti等通过视具体肽展示文库选出多条与内皮细胞特异性结合的多肽。其中最有代表性的是精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp, RGD)三肽序列。仅仅三个氨基酸会形成重要的识别位点，这一发现最初是令人质疑的。然而，这个观点很快被证实了[2]。Brown等通过此系列发现了三肽序列：精氨酸-精氨酸-亮氨酸(Arg-Arg-Leu, RRL), 通过肿瘤原型内皮细胞 (TDEC) 的体外结合试验证实：RRL三肽序列可与TDEC特异性结合。因此，RRL三肽序列得到研究者的关注，将其应用于诊断靶点研究。

北京大学第一医院王荣福教授研究团队制备放射性核素碘标记的RRL多肽显像剂，重新设计，并改造了RRL的结构，即在原有RRL结构的氨基端添加一个酪氨酸，使其结构变为Tyr-Cys-Gly-Gly-Arg-Leu-Gly-Gly-Cys，经过修饰的RRl合成纯度可以达到99%以上。优化标记方案，碘标记RRL (131I-RRL)的标记率达到60%以上，体内外实验显示其放射稳定性良好，131I-RRL在荷前列腺肿瘤动物上进行单光子发射计算机断层显像仪 (SPECT)显像，可见肿瘤病灶上呈现明显的异常放射性浓聚。研究发现RRL能够特异性的与肿瘤血管内皮细胞大量结合，而与正常血管内皮细胞仅有少量结合。在荷瘤裸鼠不同时间点系列显像研究中发现，131I-RRL经纬静脉注入模型动物体内后4小时，肝肾等全身组织及肿瘤组织有大量显像剂浓聚[4]。考虑到放射性核素99mTc优良的化学和物理性能你，机器标记化合物更适合SPECT显像和未来普及广泛临床应用，王荣福教授研究团队探索99mTc标记RRL，成功获得放化纯度高达95%以上的99mTc-RRL，动物荷瘤活体显像明显可见肿瘤组织内呈现大量的放射性核素浓聚[5]。为了进一步拓展RRL肿瘤新生血管显像的成像方式，研发特异性更高，并且能够应用于MR显像的纳米颗粒偶联RRL的新型多功能PET/MR显像剂[6]。

[1] 王荣福. 核医学示踪技术的应用研究[J], Journal of Chinese Oncology,  2015, 21(4):261-263.

[2] 张丽, 张春丽, 王荣福. RDG肽类肿瘤靶向受体显像的研究现状及前景[J]. 中国医学影像技术杂志, 2010, 26(6):1176-1178.

[3] Brown CK, Modzelewski RA, Johnson CS, et al. A novel approach for the identification of unique tumor vasculature binding peptides using an E. coli peptide display library[J]. Annals of Surgical Oncology, 2000, 7(10):743-749.

[4] Xia Lu, Ping Yan, Rong-fu Wang, et al. Use of radioiodinated peptide Arg-Arg-Leu targeted to neovascularization as well as tumor cells in molecular tumor imaging[J]. Chines Journal of Cancer Research (CJR), 2012, 24(1):52-59.

[5]Zhao Qian, Yan Ping, Ying Lei, et al. Validation study of 131I RRL Assessment of biodistribution, SPECT imaging and radiation dosimetry[J], Mol Med Report, 2013, 7(4):1355-1360.

[6] 王荣福. 核素示踪分子功能显像技术在肿瘤诊治应用研究进展. 中国医疗器械信息. 2013, 12:18-22