王程远，王亚儒，唐海灵

（1陕西省宝鸡市中心医院肛肠外科，陕西 宝鸡721008；2陕西省西安市中心医院消化内科，陕西 西安710000）

0 引言

肝脏恶性肿瘤是我国城乡居民的最主要死因之一。目前我国在肿瘤防治方面已取得了令人瞩目的成就，但各类肿瘤患者的总体死亡率并未见明显下降，尤其肝脏肿瘤更令人担忧，究其原因，最主要的是肿瘤自身生物特性的多样性和异质性，加之缺乏早期客观准确评价体系和筛查体系，发现时大多已至中晚期，治疗效果通常较差。肿瘤传统的影像学检查方法主要以解剖显像为主，常难以发现早期阶段的肿瘤，在肿瘤发展演变、疗效评价等方面也存在一定程度滞后性。如何针对肿瘤的生物学特性，对患者提供个体化的精准治疗，以达到早期诊断、精确治疗、准确监测的目的，是当前面临的迫切问题。分子影像学可运用影像学方法观察组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平的变化，对特定分子的生物学行为在影像方面进行定性和定量研究，对肿瘤精准治疗带来新的希望。

1 分子影像技术基本原理及概述

分子影像学是对人或其他活体在分子和细胞水平的生物学过程进行可视化、特征化和测量的科学，是医学影像技术和分子生物学、化学、物理学、放射医学、核医学以及计算机科学相结合的一门新的学科。1999年美国哈佛大学Weissleder最早提出分子影（成）像学（molecular imaging， MI）的概念，即应用影像学的方法对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究［1］。它主要是以体内特定分子为成像对比度源，利用现有的一些医学影像技术对人体内部生理或病理过程在分子水平上进行无损伤的、实时的成像，达到显示活体组织在分子和细胞水平上的生物学过程的目的。分子影像技术的应用给肿瘤的治疗带来了新的曙光，其作为连接分子生物学和临床医学的桥梁，着眼于生物组织细胞或分子水平的生理和病理变化，以期在分子细胞水平揭示肿瘤发病机制及其关键靶点，为生物靶向药物的筛选与评价提供更直接、准确的评价手段，有望成为肿瘤早期精准诊断及精准治疗的可靠途径［2］。

2 分子影像探针在肝脏肿瘤中的应用

2．1 分子影像探针的设计策略 分子影像以探针应用为显著特点，结合多种成像设备，对活体靶点进行成像。其成像策略不仅包括传统的形态学成像，而且包括功能学成像，理想的探针是分子影像学发挥优势的先决条件。探针通常由可以用于示踪的信号组分及靶向组分构成。利用肿瘤代谢过程中其微环境葡萄糖浓度、pH值与正常组织的不同可以设计出氟代脱氧葡萄糖（18F-FDG）示踪剂、pH指示剂和MR光谱。肿瘤细胞在增殖过程中可能高表达某种酶，靶向细胞外基质酶的探针及酶激活的分子探针已被研发。肿瘤血管内皮细胞表达一些特殊分子，以此为靶点设计的肿瘤血管靶向性探针已用于临床。某些肿瘤细胞表达特异性抗原，如肝癌特异性抗原AFP、前列腺特异性抗原PSA、胰腺癌特异性抗原CEA等，以抗原为靶标蛋白可以设计抗体探针［3-6］。近红外光（nearinfrared，NIR）波长为650～900 nm，组织特别是水及血红蛋白在该波长范围对红外光吸收最少，且该波长光组织穿透能力强，生物组织在该波长段内不易产生荧光信号。利用NIR荧光成像可最大限度减少组织非特异性荧光，且自体荧光小，背景信号干扰低，且成像深度深，信背比高。将肿瘤组织用近红外荧光材料标记，可在荧光显微镜下精确观察到肿瘤的实时形态及代谢特征，据此原理研发的光学分子影像手术导航系统已应用于临床［7-10］。近年来多光谱光声层析成像探针发展迅速，可早期发现肿瘤微小病灶［11-12］。

2．2 分子影像探针在肝脏肿瘤中的应用现状 分子影像探针在肝脏肿瘤中的应用加速了肝脏肿瘤研究方法的改进，并且其在肿瘤诊断及其生物学行为监测、精准手术等方面的研究已成为近年来的热点。常见的近红外荧光材料有两种，一种为有机荧光小分子，如吲哚菁绿（indocyanine green， ICG）、Cy5．5、IRDy800等，另一种为荧光量子点，是一种荧光半导体纳米材料。使用ICG标记肿瘤，联合应用术中超声及吲哚菁绿-近红外线摄像系统可有效发现≤3 mm的肝脏转移灶［13］；将X射线散射成像技术与纳米金颗粒造影剂结合起来，在毫米级病灶检出方面明显优于传统的X射线散射成像技术［14］。该技术拓展了肝脏肿瘤研究方法，提高了肿瘤早期诊断率。将量子点分子成像技术应用到体外3D细胞培养平台可模拟肿瘤细胞生长微环境，监测其生物学行为［15］；金纳米探针技术与暗视野光散射成像技术结合，可观察肝脏肿瘤细胞周期［16］。抗甲胎蛋白抗体介导的Fe3O4磁性纳米粒子结合超导量子干扰生物磁化率测量扫描技术可实现术中对肝脏肿瘤细胞的追踪识别［17］。

3 分子影像与肝脏肿瘤诊断及鉴别诊断

分子影像技术与传统影像技术结合实现了多模态分子影像技术，可以实现肝脏肿瘤早期精准诊断。肝脏占位性病变是影像诊断中常用的专业术语，通常用以描述B超、CT、MRI、PET-CT等检查结果，包括临床上各类良恶性肿瘤。近年来，临床上对肝脏原发或继发肿瘤治疗水平不断提高，对肝脏肿瘤的影像诊断要求也越来越高，不仅要准确发现肿瘤，作出诊断及鉴别诊断，还要对肿瘤的空间定位及侵犯程度有较好的评估［18］。 CT、MRI、超声、PET-CT 等影像技术在成像方法及肝脏特殊对比剂等方面均发展快速，对肝脏肿瘤的定性、定位等诊断标准也日趋成熟，但此类检查主要以解剖显像为主，缺乏功能评判指标，对一些微小病灶检出率低，常难以发现早期阶段的肿瘤，仍然存在漏诊及误诊、误治。精准医学对疾病诊疗提出了更高要求［19］。分子影像技术结合 PET／CT和PET／MRI、超声等设备，实现了多模态分子影像技术融合，可准确定位异常代谢与解剖部位，非侵入性地对活体内及分子水平动态定量观察，在肿瘤的早期诊断、科学分期、疗效评估等方面意义重大［20-21］。

新型分子影像学探针的研发为早期临床病理诊断提供有力的支撑。病理学检查作为诊断肝脏肿瘤金标准沿用至今，过去十多年来肝脏肿瘤诊断水平进步主要得益于成像技术的发展，但对直径＜1 cm的病灶检出率很低［22］，早期诊断率受到严重制约。唯有发现病灶才有可能进一步做病理检查。常规超声诊断可有效发现直径20 mm左右肝脏占位性结节，简便易行，费用低廉，在各级医院均可开展，是目前筛查病例首选检查方式［23］。 CT、MRI增强扫描、DSA、超声造影等技术提高了诊断水平，尤其在AFP阴性的小肝占位病变诊断中取得了进步［24］。超声造影技术可以显示动态、实时图像，可以观察肿瘤大致功能状态，操作简便，应用广泛［25］。但上述传统手段对微小病灶检查均无优势。近年来，以分子影像为基础的改进技术可以检出毫米级病灶［14］。 研究［26］发现，将 X射线散射成像技术与纳米金颗粒造影剂结合起来可实现对肝细胞癌3 mm病灶的检出，技术敏感性明显提高，为肝细胞癌早期诊断提供了非侵袭性的新途径，在 MRI显像中亦取得良好效果［26］。 Sheth 等［13］在一项动物实验研究中使用吲哚菁绿荧光标记法成功发现小鼠模型结直肠癌数毫米的肝转移灶。超声引导下细针穿刺活检是目前常用的病理诊断方法，大量研究发现并未见穿刺道肿瘤转移，仍然是肝脏肿瘤诊断与鉴别诊断的有效手段［27-30］。将超声造影、分子影像探针、穿刺活检有机结合，既可以发现早期微小肿瘤病灶，观察肿瘤在活体组织上的生物学过程，又可以准确进行活检，作出进一步明确诊断，协助制定合理的治疗方案［23］。

4 分子影像与肝脏肿瘤生物学行为监测

利用分子影像技术，设计特异性探针，建立分子水平动物模型，可以无创、可重复地观察活体肿瘤在组织、细胞、分子水平实时、动态、定量化的生物学行为，有利于探索肿瘤发病机制、开发新的治疗靶点、科学评价疗效［31］。利用荧光成像技术联合纳米探针，可以观察肿瘤细胞活动周期，对肿瘤干细胞进行追踪研究，观察肿瘤细胞胆红素代谢［16，32-34］。 肝脏肿瘤细胞在有氧条件下仍以糖酵解为主要能量获取方式，18F-FDG示踪剂可显示肝脏肿瘤细胞糖代谢水平，18F-FDG显像结合 PET／CT和 PET／MRI，有助于肝脏肿瘤临床早期诊断和鉴别诊断［35-37］。此外，量子点分子影像技术在3D培养平台可清晰观察细胞形态学细节，观察细胞运动及伪足成像，监测肿瘤细胞侵袭生长规律，研究肿瘤细胞抗失巢凋亡机制［15］，有助于研究肿瘤发展、侵袭、转移机制，评估肿瘤侵袭能力。 研究［36，38］提示，传统免疫组化技术联合量子点分子影像技术可对患者Ⅳ型胶原、LOX因子及肿瘤血管生长相关特性进行探究，提示细胞外基质在肿瘤侵袭转移方面意义重大。

5 分子影像与肿瘤精准手术切除

分子影像手术导航系统可以实现术中肿瘤组织可视化及重要器官组织的精准识别，从而提高手术效率，降低手术风险。2009年钱永健在国际上首次报道了如何使用荧光显微镜成像系统引导切除荧光标记的小鼠肿瘤组织，开启了光学分子影像手术导航技术领域应用的先河［39］。肝脏肿瘤形状多不规则，内部管道结构复杂，肝脏肿瘤精准切除首先要实现肿瘤组织的精确定位。光学分子影像手术导航技术可以实现手术过程中对肿瘤组织的边界信息的快速、准确、客观的定位，使真正意义上的精准手术成为可能。传统手术中对肿瘤界限的确定往往局限于术者的经验，对切除标本进行反复术中病理检查以确保肿瘤完整切除。对肿瘤先行特异性荧光标记，利用专业的光学显像仪器对瘤体放大，不仅可以引导精准手术切除，还可在术中发现亚毫米级的肿瘤组织［40］。光学分子影像手术导航系统能够在术中实时判断肿瘤的具体边界，使术者对肿瘤的范围、位置、毗邻关系准确把握，实施精准的瘤体切除，最大限度地减少手术残留与邻近组织器官损伤。光学分子影像手术导航系统已在卵巢癌手术中得以成功应用［41］。我国也研发了类似的具有自主知识产权的手术导航系统，目前已进入肝癌手术的临床试验阶段［42-43］。

6 分子影像与抗肿瘤疗效评估

针对肝脏肿瘤代谢、细胞增殖凋亡及血管发生等特点设计的探针可动态评估抗肿瘤治疗效果。肝脏肿瘤非手术治疗方法发展迅速，但由于肝脏肿瘤自身生物特性的多样性和异质性，对生物治疗、靶向基因治疗、放化疗等方法的疗效评价存在不同程度的困难，运用分子影像技术可评价药物对肿瘤代谢、增殖、血管发生和凋亡的影响，评价药物对组织缺氧的影响［44-45］。同时，分子影像技术是药物作用机制研究的重要手段，将大大加快药物研发进程，利用荧光蛋白标记荷瘤鼠肝脏肿瘤组织，并进行荧光分子成像可有效观察药物抗肿瘤效果［46］。 Sheu 等［47］在一项大鼠动物实验中，经动脉导管灌注超顺磁性氧化铁（superparamagnetic iron oxid，SPIO）标记的 NK细胞到大鼠模型肝细胞癌病灶区，能够通过MRI检查定量评估肝细胞癌病灶内NK细胞数量；据此可判断疗效，调节肿瘤生物治疗过程中NK细胞数量，提高治疗效率。分子影像联合多模态融合成像技术可有效观察肿瘤血管生成情况，用于评价一些化疗药物抗血管生成效果［36］。

7 小结与展望

我国是全球肝癌发病率最高的国家，对肝脏肿瘤作出早期诊断，选择合理治疗方法，科学评估治疗效果，减少误诊、误治，提高整体预防、诊疗水平，已刻不容缓。精准医学是继个体化医学、转化医学等新型医学模式后治疗模式的又一突破［48］。分子影像能够通过各种成像手段从分子和细胞水平认识疾病，观察肿瘤细胞功能变化、基因表达、生化代谢、信号传导等，为肝脏肿瘤早期诊断、治疗监测、疾病研究开辟了新的途径，针对肿瘤自身生物特性的多样性和异质性，准确评价疗效，对不同个体提供个性化的精准治疗。联合现代内镜技术，开发光学分子影像手术导航设备，精准手术切除肿瘤，形成全方位的精准诊疗体系。分子影像是一个正在发展中的热点研究领域，然而由于费用高昂，相关配套技术尚未完全成熟，暂未广泛应用于临床，随着精准医学时代的到来，其在肝脏肿瘤精准诊治方面会发挥更大作用。

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