曲宝林 俞 伟 王 卉 张慧娟 蔡博宁 张锦明 杜乐辉 田嘉禾

18F-FLT和18F-FDG PET显像评价肺腺癌放射治疗疗效研究

曲宝林①俞 伟①王 卉②张慧娟①蔡博宁①张锦明②杜乐辉①田嘉禾②

目的：评价3'-脱氧-3'-18F-氟代胸苷(18F-FLT)和18F-氟代脱氧葡萄糖(18F-FDG)PET早期肺腺癌显像在放射治疗疗效中的作用。方法：将18只荷肺腺癌小鼠随机分为18F-FLT组和18F-FDG组，各组又随机配对分为A、B、C3组，每组3只。A组为对照组，未进行任何治疗；B组于实验前1 d采用异氟醚麻醉后，固定于直线加速器下，对小鼠肿瘤部位进行放射治疗，单次剂量2000 cGy，能量6 MV，射线类型为X射线；C组于实验前2 d同样对小鼠肿瘤部位进行放射治疗，操作方法及放射治疗剂量同B组。经小鼠尾静脉注入18F-FLT和18F-FDG后行MicroPET显像，并处死小鼠取各器官用井形探测仪测定生物分布。结果：荷肺腺癌小鼠的生物分布研究中发现，肿瘤部位18F-FLT及18F-FDG摄取较高，肿瘤对肌肉及肺的T/NT比值均＞2，18F-FLT及18F-FDG PET对肿瘤显像清晰。放射治疗后肺腺癌18F-FLT摄取较对照组明显降低，而18F-FDG摄取变化不明显。PET显像18F-FLT组在放射治疗24 h和48 h后T/NT值明显降低且与放射治疗前对比有明显差异(t=2.017，P＜0.05)。18F-FDG组则无明显差异。结论：18F-FLT可被肺部恶性肿瘤摄取，其特异度高于18F-FDG。放射治疗引起的18F-FLT摄取变化较18F-FDG灵敏，放射治疗后18F-FLT摄取降低较18F-FDG明显，因而18F-FLT是一种监测恶性肿瘤放射治疗疗效的有效示踪剂。

3'-脱氧-3'-18F-氟代胸苷；18F-氟代脱氧葡萄糖；细胞增殖；肺腺癌

[First-author’s address] Department of Radiotherapy, General Hospital of PLA, Beijing 100853, China.

正电子发射计算机断层扫描(positron emission tomography，PET)是近年来迅速发展起来的影像技术，为恶性肿瘤的诊断和分期，尤其在恶性肿瘤放射治疗后的疗效评价带来巨大帮助[1-4]。18F-氟代脱氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG)是目前临床PET/ CT检查最为常用的示踪剂，但18F-FDG并非肿瘤特异性示踪剂，炎性细胞、肉芽组织等均可摄取18F-FDG，因此有一定的假阳性。而3'-脱氧-3'-18F-氟代胸苷(3'-deoxy-3'-18F-fluorothymidine，18F-FLT)为胸腺嘧啶核苷的衍生物，是良好的增值显像剂，因其能够反映肿瘤增值特性等优势而倍受关注。本研究通过荷瘤小鼠肺腺癌模型研究18F-FLT在鼠体内生物分布规律和在PET显像中的可行性，对荷肺腺癌小鼠进行放射治疗，对比治疗前后肿瘤对18F-FDG和18F-FLT两种示踪剂的摄取及PET显像变化，评价18F-FDG和18F-FLT在检测肺腺癌放射治疗疗效中的作用。

1 材料与方法

1.1 实验材料与设备

(1)小鼠为Balb/c-nu裸鼠，体重18～20 g，6周龄，雌雄各半，由解放军总医院实验动物中心提供，实验动物使用许可证: 军动管字第2006E00699，按SPF级标准饲养于解放军总医院实验动物中心层流架内。

(2)示踪剂18F-FLT和18F-FDG均由解放军总医院核医学科PET室提供。试液：DMEM、PMI-1640(美国Gibco公司)。瘤株：A549人肺腺癌细胞株，由中国医学科学院肿瘤研究所提供。培养基：含10%灭活小牛血清(华美生化制剂公司)，胰蛋白酶(Sigma公司)。

(3)FT603型井型探测仪(北京261厂生产)。PET成像系统: eXplore VISTA-CT MicroPET/CT(美国GE公司)。直线加速器：Precise型直线加速器(瑞典Elekta)。

1.2 实验方法

1.2.1 荷瘤小鼠模型建立

取正常传代培养的肺腺癌A-549瘤株细胞，按常规制成单细胞悬液(2×105/ml)，取0.2 ml皮下接种于小鼠右上肢腋下。动物模型皮下接种100%成瘤，瘤体直径1.0～1.2 cm，接种6～7 d即行实验。病理切片如图1所示。

1.2.218F-FDG和18F-FLT PET显像

采用随机配对分组将6只荷肺腺癌小鼠分为18F-FLT组和18F-FDG组，每组3只。两组分别经尾静脉注射0.2 ml18F-FLT(3.7 MBq)和0.2 ml18F-FDG. (3.7 MBq)。60 min后进行PET显像和生物分布测定。用10%水合氯醛0.2 ml对荷肺腺癌小鼠进行麻醉，将其平躺在MicroPET/CT的床上，四肢用胶带固定, 扫描采集10 min。采用三维模式采集图像，测量结果经分散、随机计数，重建冠状面、横断面及矢状面断层图像进行分析。

图像数据分析：采用Micro PET/CT采集系统自带的软件包处理。选择图像中显示肿瘤最佳的层面，勾画感兴趣区(region of interest，ROI)，同样在对侧无肿瘤区域勾画大小相同的ROI作为对照，记录ROI内平均计数值和标准差值，单位value/pix，计算肿瘤与正常组织(tumor/normal tissues，T/ NT)比值。

1.2.3 两种示踪剂检测肺腺癌小鼠放射治疗疗效实验

将18只荷肺腺癌小鼠随机分为18F-FLT和18F-FDG两组，每组9只；两组又随机配对分为A组、B组及C组，每组3只。①A组为对照组，未进行任何治疗；②B组于实验前1 d采用10%水合氯醛0.2 ml麻醉后固定于直线加速器下，对小鼠肿瘤部位进行放疗，剂量为2000 cGy，能量6 MV，射线类型为X射线；③C组于实验前2 d同样对小鼠肿瘤部位进行放射治疗，操作方法及放射治疗剂量同B组。荷瘤鼠Micro PET/CT显像及图像数据分析方法同前。

1.3 统计学方法

采用SPSS 12.0统计软件对数据进行统计分析，计量结果以均值±标准差(x-±s)表示，两组均数的t检验和相关性分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两种示踪剂在肺腺癌模型体内生物分布和PET显像

2.1.1 两种示踪剂荷肺腺癌小鼠生物分布比较

18F-FLT组和18F-FDG组荷肺腺癌小鼠均在注药后60 min处死，分离各脏器及组织探测放射性分布。18F-FLT组%ID/g明显低于18F-FDG组(t=2.163，P=0.031)。18F-FDG组放射性摄取最高的依次为心脏、肿瘤和肾脏；除心脏、肾脏外，肿瘤对其他正常组织的T/NT值均＞2。18F-FLT组放射性摄取最高的依次为肾脏、肿瘤、脾、肝脏；除肾脏、脾、肝脏外，肿瘤对其他正常组织的T/NT值均＞2。两组肿瘤对心脏、肝脏及肾脏的T/NT值存在显著性差异，具有统计学意义(t=3.164，t=2.476，t=3.218；P＜0.05)，见表1。

表1 两种示踪剂在肺腺癌模型体内生物分布比较(x-±s)

荷肺腺癌小鼠两种示踪剂生物分布比较显示，两组肿瘤对心脏、肝脏和肾脏的T/NT值存在显著性差异(t=2.186，P=0.015)如图2所示。

图2 两种示踪剂在肺腺癌模型体内生物分布图

2.1.2 两组注射示踪剂后的PET显像结果

18F-FLT组与18F-FDG组于注射后60 min进行PET显像，可见肿瘤摄取明显增高，采用Micro PET/CT采集系统自带的软件包处理。选择图像中显示肿瘤最佳的层面，勾画ROI，同样在对侧无肿瘤区域勾画大小相同的ROI作为对照，记录ROI内平均计数值和标准差值，单位value/pix。计算T/NT。18F-FLT组与18F-FDG组于注射后60 min T/NT值有明显差异，18F-FLT组为2.4±0.2，18F-FDG组为4.3±0.3，其差异有统计学意义(t=3.135, P=0.023)，如图3、图4所示。

图3 荷肺腺癌小鼠60 min18F-FLT Micro PET显像图(冠状位)

图4 荷肺腺癌小鼠60 min18F-FDG Micro PET显像图(冠状位)

2.218F-FLT及18F-FDG检测肺腺癌放射治疗疗效的实验

2.2.1 两种示踪剂各组荷瘤小鼠肿瘤放射性分布比较

在放射治疗实验中，两种示踪剂共6组荷肺腺癌小鼠在注药后60 min处死，用井型探测仪探测肿瘤的放射性分布(%ID/g)。18F-FDG组中放射治疗的B组及C组较对照的A组肿瘤组织%ID/g略有下降，但统计学无显著性差异(t=0.675，P=0.506)。18F-FLT组中B组及C组肿瘤组织%ID/g则依次有明显下降，与A组比较统计学上差异有显著性(t=3.164，P=0.036)，见表2。18F-FDG组及18F-FLT组荷肺腺癌小鼠肿瘤放射性分布情况如图5、图6所示。

表2 各组荷瘤小鼠肿瘤放射性分布(%ID/g)比较(x-±s)

图5 18F-FDG组荷肺腺癌小鼠肿瘤放射性分布图

图6 18F-FLT组荷肺腺癌小鼠肿瘤放射性分布图

18F-FDG组放射治疗后B组及C组较对照的A组肿瘤组织%ID/g略有下降，但统计学无显著性差异(t=1.436，P=0.57)。18F-FLT组放射治疗后B组及C组肿瘤组织%ID/g则依次有明显下降，与A组比较差异有显著性，具有统计学意义(t=3.026，P=0.024)。

2.2.2 放射治疗后18F-FLT及18F-FDG PET显像结果两组PET显像结果显示，放射治疗前肿瘤的

18F-FLT及18F-FDG摄取均明显增高，在每组示踪剂中对照组与放疗组中0 h的T/NT值未见统计学差异。18F-FDG组T/NT值高于18F-FLT组，18F-FLT组在放射治疗后24 h、48 h后T/NT值明显降低且与放射治疗前(3.3±0.5)对比有明显差异(1.7±0.3，1.2±0.2)，具有统计学意义(t=2.017，P=0.043)，对照组差异无统计学意义(t=1.542，P=0.232)，对照组与放疗组的24 h及48 h对比有明显差异，具有统计学意义(t=3.156，P=0.024)。18F-FDG组则无明显差异。荷肺腺癌小鼠放射治疗后24 h、48 h及对照组PET显像如图7、图8所示，两种示踪剂T/NT值变化情况如图9所示。

图7 荷肺腺癌小鼠放射治疗后18F-FDG PET显像图

图8 荷肺腺癌小鼠放射治疗后18F-FLT PET显像图

18F-FDG组T/NT值高于18F-FLT组，18F-FLT组在放射治疗后24 h、48 h后T/NT值明显降低且与放射治疗前对比有明显差异(t=3.018，P=0.026)，对照组无明显差异(t=0.563，P=0.142)，对照组与放疗组的24 h及48 h对比有明显差异(t=2.174，P=0.034)。18F-FDG组则无明显差异。

3 讨论

抗肿瘤治疗的早期评价对于肿瘤治疗方案的筛选和预后的评估尤为重要。目前，临床上常用的评价抗肿瘤疗效的方法主要是依靠放射影像学技术，通过早期观察肿瘤治疗前后体积的变化来判定治疗的效果。然而，肿瘤大小的变化包含了一系列的生物发展过程，不仅有肿瘤细胞增殖的改变，其他的如组织纤维变性、炎性细胞浸润和组织间液的变化，均可使肿瘤的体积发生变化。此外，有些能抑制肿瘤细胞发展但不致细胞死亡的一些新的抗肿瘤药物并不会改变肿瘤的大小。因此，采用普通放射影像学技术只能间接反映肿瘤组织功能状况，其评价抗肿瘤治疗疗效有着一定的缺陷。

PET能够无创性探测正电子放射性核素在机体内分布状况，可从分子水平反映人体组织的生理、病理、生化以及代谢改变，在肿瘤中的应用非常广泛。PET显像能够灵敏而准确地反映肿瘤的异常灌注和代谢、蛋白质合成、DNA复制和细胞增殖状况，是诊断肿瘤和评价抗肿瘤效果的有利工具[5-6]。

PET所采用的放射性示踪剂主要是用“有机的”正电子放射体－11C、13N、15O及18F等标记的药物，按生化作用分类可分为代谢型示踪剂、结合型示踪剂和血流灌注型示踪剂等，PET的发展在一定程度上取决于正电子示踪剂的研制与应用。18F-FDG是迄今为止应用最广泛的示踪剂，其生物学行为与葡萄糖相似，经同一途径被细胞摄取和磷酸化，但不能进一步代谢而滞留于细胞线粒体内，恶性肿瘤细胞受局部缺氧及肿瘤生物学行为改变的影响，糖酵解高度活跃、葡萄糖转运体蛋白表达明显增多，因此18F-FDG摄取和滞留高于正常组织数倍甚至数十倍。但18F-FDG并非肿瘤特异性示踪剂，炎性细胞、肉芽组织等均可摄取18F-FDG，因此有一定的假阳性[7]。近年来，核苷代谢类PET示踪剂已经有了较大发展，18F-FLT是目前最有应用前景的核苷代谢类示踪剂，通过DNA合成补救途径中关键酶胸腺嘧啶激酶-1(thymidine kinase-1，TK-1)作用，间接反映肿瘤细胞增殖状态，从而可以特异性地诊断肿瘤[8]。

图9 荷肺腺癌小鼠放射治疗后T/NT值变化情况图

本研究对荷肺腺癌小鼠模型中18F-FLT和18F-FDG的生物分布和PET显像进行了对比研究，发现虽然18F-FLT组放射性分布(%ID/g)明显低于18F-FDG组，但两组肿瘤组织均有较高的放射性摄取；18F-FLT组肿瘤对心脏、肺、肌肉的T/NT值均＞2；两组PET显像均见肿瘤部位呈显著性放射性热区，显像清晰，与井型探测仪探测放射性分布(%ID/ g)相一致。表明18F-FLT可以应用于肺部恶性肿瘤的PET显像，能够清楚地区分肿瘤组织和其他正常组织。18F-FLT在心脏部位的低本底显示出其作为示踪剂可以弥补18F-FDG的不足之处，能更好地区分出胸部的肿瘤及纵隔转移病灶，有助于临床诊断和分期。

放射治疗对18F-FDG摄取的影响较为复杂，放射线引起的细胞内损伤修复机制的激活及放射治疗后肿瘤血管狭窄和闭塞，肿瘤组织肿胀、水肿而导致缺氧状况等的变化，均会引起无氧糖酵解与有氧氧化途径的启动，从而导致18F-FDG的浓聚增加[9]。但此时肿瘤的增殖实际上被抑制，18F-FDG很难反映准确治疗效果。虽然有大量应用18F-FDG来评价抗肿瘤疗效的报道，但18F-FDG主要反映体内葡萄糖的利用情况，不能特异性地检测肿瘤的反应[10]。而应用18F-FLT测定肿瘤增殖活性的变化，可能能够更好地反映肿瘤的治疗效果。

本研究对荷肺腺癌小鼠进行放射治疗干预，对比了放射治疗前后两种示踪剂在肿瘤中的摄取和PET显像。发现18F-FLT组中放射治疗24 h及48 h肿瘤组织放射性分布(%ID/g)迅速下降，与对照组比较统计学存在显著性差异；而18F-FDG组中放射治疗组较对照组无明显差异。肺腺癌PET显像18F-FLT组中对照组荷肺腺癌小鼠肿瘤部位显像清晰，放射治疗后24 h、48 hT/NT值明显降低且与放射治疗前对比有明显差异，而对照组则无明显差异，对照组与放射治疗组的24 h及48 h对比有明显差异。18F-FDG组则无明显差异。由此可见，18F-FLT同样能够早期无创地监测肿瘤放射治疗的反应，为治疗方案的合理实施创造了机会。

综上所述，18F-FLT及18F-FDG均是较理想的肺部恶性肿瘤PET示踪剂。18F-FLT较18F-FDG能更灵敏反映肿瘤对放射治疗的早期反应，与肿瘤增殖活性明显相关，可为评估疗效、选择最佳治疗方案提供准确的生物学信息。

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Experimental research of 18F-FLT and 18F-FDG PET imaging for monitoring lung adenocarcinoma response to radiotherapy

QU Bao-lin, YU Wei, WANG Hui, et al
China Medical Equipment,2015,12(6):70-74.

Objective: To evaluate the early efficacy of18F-FLT and18F-FDG PET imaging in assessing the tumor response of radiotherapy for lung adenocarcinoma. Methods: Eighteen mice bearing the lung adenocarcinoma were randomly divided into two groups according to the different tracers (18F-FLT and18F-FDG), every group was divided into three parts, the first and second groups were treated with 6 Mv X-ray irradiation of 2000 cGy one fraction in the first and second day before the experiment , the third was control group. All mice were injected with18F-FLT or18F-FDG by tail vein. At 30 min after tracers injection, body distribution and PET imaging were performed. Results: The body distribution study in murine model of lung adenocarcinoma shows considerable uptake of18F-FLT and18F-FDG in tumor was observed. The ratio of tumor to muscle, tumor to lung were all above 2.18F-FLT uptake in murine model of lung adenocarcinoma after irradiation was significantly lower than that of control group. PET imaging after radiotherapy shows the T/NT value of FLT group was significantly lower than the control group after 24 h, 48 h(t=2.017, P＜0.05). Conclusion: Our experimental studies shows that the uptake of18F-FLT in pulmonary malignant tissues is higher than that in normal tissues, thus the pulmonary neoplasm can be identified accurately with PET imaging. The decrease in tumor18F-FLT uptake after radiotherapy was more pronounced than that of18F-FDG. Therefore,18F-FLT is a promising PET tracer for monitoring response to radiotherapy in oncology.

3'-deoxy-3'-18F- fluorothymidine;18F-fluorodeoxyglucose; Tumor proliferation; Lung adenocarcinoma

曲宝林,男,(1972- ),博士，副主任医师。解放军总医院放疗科，从事肿瘤放射治疗工作。

1672-8270(2015)06-0070-05

R734.2

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.021

2015-01-27

①解放军总医院放疗科 北京 100039

②解放军总医院核医学科 北京 100039