唐 琪，蘇丹柯，金觀橋，王 錚

(1.廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像診斷中心，廣西 南寧 530021；2.廣西醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，廣西 南寧 530021)

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·綜述·

RGD雙模態(tài)探針分子影像學(xué)研究進(jìn)展

唐 琪2，蘇丹柯1*，金觀橋1，王 錚1

(1.廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像診斷中心，廣西 南寧 530021；2.廣西醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，廣西 南寧 530021)

整合素αvβ3在腫瘤新生血管形成中發(fā)揮十分重要的作用，利用其特異性配體RGD(Arg-Gly-Asp)動態(tài)監(jiān)測整合素αvβ3的表達(dá)情況、定性評估腫瘤血管生成，對腫瘤的良惡性判定及預(yù)后評估有重要的意義?；赗GD肽的分子影像學(xué)檢查方法是監(jiān)測整合素αvβ3表達(dá)的無創(chuàng)新技術(shù)，在腫瘤的早期診斷與療效監(jiān)測、腫瘤靶向藥物的研制以及其他非腫瘤疾病的治療中有潛在的應(yīng)用前景。本文對RGD雙模態(tài)分子探針在臨床前期應(yīng)用中的研究價值進(jìn)行綜述。

RGD肽；整合素αvβ3；雙模態(tài)；分子影像學(xué)

整合素受體家族是一組由α和β亞基通過非共價鍵結(jié)合而成的異質(zhì)二聚體跨膜糖蛋白，在細(xì)胞表面黏附過程中起重要作用，整合素αvβ3作為整合素家族的重要成員可與細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合，使內(nèi)皮細(xì)胞黏附、遷延、增殖、分化最終形成血管[1-3]。RGD是由精氨酸、甘氨酸、天冬氨酸組成的線性三肽序列，其作為整合素αvβ3的特異性配體主要通過殘基與整合素αvβ3的金屬離子靶向結(jié)合，由RGD肽修飾的抗血管生成藥物發(fā)揮藥理作用的機(jī)制正是通過抑制αvβ3的活性間接抑制腫瘤新生血管的形成[4]。因此，通過RGD肽動態(tài)定量監(jiān)測整合素αvβ3的表達(dá)情況對腫瘤的早期診斷、治療及預(yù)后評估具有重要的意義。分子影像學(xué)是通過影像技術(shù)在活體內(nèi)進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的定性及定量研究的影像學(xué)研究方法，可定量監(jiān)測整合素αvβ3。目前，影像模態(tài)大致可分為兩類[5]，一類是解剖層面模態(tài)(如CT、MRI及超聲成像等)，另一類是功能層面模態(tài)(如PET、SPECT、熒光成像等)，雙模態(tài)成像技術(shù)是將具有兩種顯像功能的分子示蹤劑注入機(jī)體，并分別用兩種影像模態(tài)進(jìn)行檢測，獲取病變區(qū)域解剖形態(tài)和分子代謝等信息的一種分子成像技術(shù)。長期以來，學(xué)者們運(yùn)用單一影像模態(tài)診斷疾病，隨著人類疾病譜的變化，單一模態(tài)分子影像學(xué)的假陽性和假陰性較高，使其難以滿足對疾病精準(zhǔn)診斷的需求，因而雙模態(tài)甚至多模態(tài)融合分子成像技術(shù)將會是分子影像學(xué)未來發(fā)展的新趨勢[6]。雙模態(tài)成像與傳統(tǒng)的單模態(tài)分子成像相比，集合并彰顯了不同模態(tài)成像的共同優(yōu)勢，能同時提供組織器官的解剖、代謝以及分子方面的信息。本文就RGD雙模態(tài)分子成像在腫瘤及非腫瘤中的應(yīng)用價值進(jìn)行綜述。

1 整合素αvβ3及其特異性配體RGD的生理學(xué)特性

整合素是一種異源二聚體組成的細(xì)胞黏附蛋白，其分子由α和β兩個亞基通過非共價鍵結(jié)合而成[1,3]。研究[7]表明，整合素與多種細(xì)胞因子協(xié)同作用參與腫瘤新生血管的形成。迄今為止已發(fā)現(xiàn)至少25種異源二聚體整合蛋白，而整合素αvβ3即為其中之一。RGD最初是從細(xì)胞外基質(zhì)中提取的，存在以下幾種生理學(xué)特性：①黏附性：最初Pierschbacher等[8]在酶工程學(xué)實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)具有細(xì)胞黏附活性的纖維蛋白，正是通過其攜帶的RGD三肽序列起作用，由此RGD序列較強(qiáng)的黏附作用被認(rèn)可。②介導(dǎo)作用：RGD三肽能夠特異性識別細(xì)胞膜黏附受體整合素αvβ3、并與之特異性結(jié)合，介導(dǎo)細(xì)胞的黏附過程。研究[9]發(fā)現(xiàn)RGD主要通過其殘基與整合素αvβ3金屬離子之間的靜電起作用。③飽和性：研究[10]表明，適當(dāng)增加RGD的濃度可以提高RGD與整合素分子的結(jié)合能力，但由于RGD分子之間的競爭性抑制作用，濃度過高反而會抑制其與整合素的結(jié)合，研究[1]證實(shí)RGD與整合素結(jié)合的最佳濃度比為2∶1，是由于存在兩個RGD分子同時結(jié)合一個整合素的情況。④穩(wěn)定性：RGD序列在體外常較穩(wěn)定，導(dǎo)入體內(nèi)易被許多水解酶水解，研究[11-13]證實(shí)，若將RGD主肽鏈全部或部分設(shè)計成環(huán)狀，將大幅提高其穩(wěn)定性，此外，環(huán)狀RGD與整合素結(jié)合的能力也增強(qiáng)，生物學(xué)性能將顯著提高。筆者認(rèn)為，RGD上述4種特性構(gòu)成其實(shí)時動態(tài)監(jiān)測整合素αvβ3的生理學(xué)基礎(chǔ)。

2 RGD雙模態(tài)分子探針的應(yīng)用價值

MRI在分子影像學(xué)方面有著廣泛的應(yīng)用前景，其空間分辨率高，可多參數(shù)、多功能成像，但敏感度相對較低，如分化良好的病灶與正常組織信號差異不大時易造成漏診。熒光成像敏感度高，價格低廉，但單獨(dú)應(yīng)用無法顯示病灶的解剖結(jié)構(gòu)，對病變難以精確定位，MRI與熒光成像結(jié)合可實(shí)現(xiàn)對病灶的可視化及量化成像[14-15]；核醫(yī)學(xué)放射性核素顯像是通過探測具有特定的生物學(xué)效應(yīng)的示蹤劑間接反應(yīng)體內(nèi)的生物學(xué)代謝過程。放射性核素顯像示蹤劑的敏感性及靶向性強(qiáng),單獨(dú)應(yīng)用無法提供病灶的解剖定位，MRI與核醫(yī)學(xué)成像的結(jié)合可同時提供解剖和分子代謝信息[16]。RGD雙模態(tài)探針可與腫瘤新生血管表達(dá)的整合素αvβ3靶向結(jié)合，一方面通過解剖模態(tài)對病灶區(qū)域進(jìn)行定位，另一方面，應(yīng)用敏感性強(qiáng)的功能模態(tài)對病變的化學(xué)組成及分子代謝進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，兩者有機(jī)結(jié)合可提供更豐富可靠的診斷信息。筆者認(rèn)為，構(gòu)建RGD雙模態(tài)分子顯像的意義在于運(yùn)用兩種不同的成像技術(shù)多角度顯示病變的形態(tài)及代謝，以利于定量和定性分析。RGD與整合素αvβ3靶向性結(jié)合的機(jī)制使其在腫瘤的早期診斷與療效監(jiān)測、腫瘤靶向藥物的研制以及其他非腫瘤疾病的治療中具有潛在的應(yīng)用前景[17]。

2.1 腫瘤的早期診斷與療效監(jiān)測 RGD雙模態(tài)分子成像可用于腫瘤的早期診斷及療效監(jiān)測，與其特異性識別整合素αvβ3受體有關(guān)，RGD雙模態(tài)分子成像技術(shù)在腫瘤早期診斷與療效監(jiān)測中的應(yīng)用已成為研究熱點(diǎn)。劉峰君等[18]將具有MR顯像功能的Gd3+與RGD肽耦合制成雙模態(tài)分子探針，并對胰腺癌patu8988細(xì)胞實(shí)現(xiàn)熒光/MRI雙模態(tài)顯像，提高了胰腺癌的早期檢出率。梁濤等[19]應(yīng)用18F-FB-RGD與18F-FDG兩種示蹤劑對荷Lewis肺癌C57BL/6小鼠行PET成像，結(jié)果表明18F-FB-RGD對肺癌檢出的靈敏度和特異度均優(yōu)于18F-FDG，也進(jìn)一步證實(shí)了RGD探針有助于提高腫瘤的早期檢出率。在療效監(jiān)測方面，鮑曉等[20]采用新型RGD二聚體對膠質(zhì)瘤裸鼠模型進(jìn)行PET/CT雙模態(tài)顯像，該RGD雙模態(tài)探針可特異性富集于瘤灶部位，有效區(qū)分正常腦組織與病灶，且與RGD單體相比，提高了與整合素αvβ3親和力，改善顯像效果，從而可對殘存瘤灶進(jìn)行動態(tài)定量檢測，有助于客觀評價腫瘤治療效果。

2.2 腫瘤靶向藥物的研制 整合素αvβ3在腫瘤細(xì)胞表面呈高表達(dá)，而正常細(xì)胞則表達(dá)程度低甚至不表達(dá)，因此整合素αvβ3有望成為腫瘤治療的理想靶點(diǎn)[7]，RGD與整合素αvβ3可靶向結(jié)合、表明RGD雙模態(tài)分子探針可潛在運(yùn)用于腫瘤靶向藥物的研制。朱華等[21]通過建立U87腫瘤裸鼠模型，注入經(jīng)放射性核素111In標(biāo)記的CCPM-RGD納米粒子后實(shí)現(xiàn)熒光/核醫(yī)學(xué)雙模態(tài)顯像，表明具有腫瘤靶向特異性的RGD肽標(biāo)記的納米探針體外穩(wěn)定性強(qiáng)，且由于其能特異性富集于腫瘤所在的部位，靶向性佳，為多模態(tài)腫瘤靶向納米藥物的研制和開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。Deng等[22]利用放射性核素125I標(biāo)記環(huán)狀RGD-超小超順磁性氧化鐵(cRGD-USPIO)作為分子探針實(shí)現(xiàn)乳腺癌的SPECT/MR雙模態(tài)顯像，通過普魯士藍(lán)染色驗證125I-cRGD-USPIO特異性濃聚于癌灶部位，證實(shí)雙環(huán)cRGD-USPIO可作為核醫(yī)學(xué)/MR特異性乳腺癌靶向藥物用于乳腺癌的治療，通過動態(tài)測定分子探針的濃度，可計算達(dá)峰時間以及半衰期。此外，利用配體RGD攜帶化療藥物(如阿霉素)靶向到達(dá)腫瘤新生血管表面，可針對性抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移及惡變，同時，減弱化療藥物對機(jī)體正常組織器官的不良反應(yīng)[23]。

2.3 非腫瘤疾病的治療 RGD雙模態(tài)分子成像不僅對腫瘤的診斷、治療及預(yù)后評價深入研究到分子水平，也同時延伸到非腫瘤疾病的研究領(lǐng)域。Canbay等[24]闡述了肝星狀細(xì)胞的活化是肝纖維化的病理生理學(xué)基礎(chǔ)，后有學(xué)者[25-26]證實(shí)，針對肝星狀細(xì)胞的靶向治療可作為治療肝纖維化的重要手段，活化的肝星狀細(xì)胞表面表達(dá)的整合素受體水平上調(diào)，可與RGD序列肽靶向性結(jié)合，有研究[27]報道，活化的肝星狀細(xì)胞是表達(dá)整合素αvβ3的主要細(xì)胞類型，且整合素αvβ3蛋白亞型的表達(dá)程度與肝纖維化的分級程度呈高度相關(guān)。筆者認(rèn)為，若能將含有抑制細(xì)胞活性的藥物靶向性結(jié)合到活化的肝星狀細(xì)胞膜上將有望抑制肝纖維化的進(jìn)一步惡化，因此雙模態(tài)RGD分子探針可潛在運(yùn)用于監(jiān)測及延緩肝纖維化病變。此外，蘇航等[28]構(gòu)建99Tcm-3PEG4-RGD雙模態(tài)分子探針，對大白兔實(shí)現(xiàn)易損斑塊活體SPECT/CT雙模態(tài)顯像，證實(shí)含RGD的雙模態(tài)分子探針可用于區(qū)分粥樣斑塊的嚴(yán)重程度，評估心肌梗死和缺血性腦卒中的發(fā)生率。目前對不同特異性RGD肽和整合素亞型生物學(xué)行為仍缺少系統(tǒng)性的認(rèn)識，關(guān)于RGD雙模態(tài)探針在非腫瘤疾病的應(yīng)用仍處于研究的起始階段，有待于進(jìn)一步研究。

3 前景與展望

目前，RGD雙模態(tài)分子探針的作用機(jī)制及其臨床應(yīng)用是醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)，但其尚未廣泛運(yùn)用于臨床診療，原因可能有：①因血管生成過程是多因素、程序復(fù)雜的生理學(xué)反應(yīng)過程，F(xiàn)riedlander等[29]通過實(shí)驗發(fā)現(xiàn)部分由血管內(nèi)皮生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子等介導(dǎo)的血管生成過程依賴整合素αvβ5，由于RGD肽僅特異性與整合素αvβ3結(jié)合，因此RGD肽對這部分血管生成抑制作用較弱；②分布于血管內(nèi)皮的整合素αvβ3含量少，尚難以對其實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)檢測；③RGD雙模態(tài)分子探針合成的技術(shù)要求高，目前暫不具備大規(guī)模多量生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)條件。關(guān)于RGD雙模態(tài)探針的后續(xù)研究可著眼于突破上述局限性。

綜上所述，RGD肽特異性結(jié)合整合素αvβ3的特性使其在多種腫瘤疾病的診斷、治療及預(yù)后評估中具有潛在的應(yīng)用前景，待臨床前期研究深入到一定水平，可為腫瘤診療帶來新的契機(jī)。

[1] Ma H, Hao P, Zhang L, et al. A new cyclic RGD peptide dimer for integrin αvβ3imaging. Eur Rev Med Pharmacol Sci, 2016,20(4):613-619.

[2] Sun CC, Qu XJ, Gao ZH. Integrins: Players in cancer progression and targets in cancer therapy. Anticancer Drugs, 2014,25(10):1107-1121.

[3] Sun CC, Qu XJ, Gao ZH. Arginine-Glycine-Aspartate-Binding integrins as therapeutic and diagnostic targets. Am J Ther, 2016,23(1):E198-E207.

[4] Pinon P, Wehrle-Haller B. Integrins: Versatile receptors controlling melanocyte adhesion, migration and proliferation. Pigment Cell Melanoma Res, 2011,24(2):282-294.

[5] 邢巖，趙晉華．放射性核素標(biāo)記納米探針在腫瘤多模態(tài)分子影像學(xué)中的應(yīng)用．中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2015，23(2)：144-147．

[6] Chou SW, Shau YH, Wu PC, et al. In vitro and in vivo studies of FePt nanoparticles for dual modal CT/MRI molecular imaging. J Am Chem Soc, 2010,132(38):13270-13278.

[7] 鄭媛媛，王繼紅，李慶偉．以整合素αvβ3為靶點(diǎn)的RGD配體在抗腫瘤血管新生中的應(yīng)用．中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報，2013，29(4)：299-305．

[8] Pierschbacher MD, Ruoslahti E. Cell attachment activity of fibronectin can be duplicated by small synthetic fragments of the molecule. Nature, 1984,309(5963):30-33.

[9] Rubtsov MA, Syrkina MS, Aliev G. RGD-based therapy: Principles of selectivity. Curr Pharm Des, 2016,22(7):932-952.

[10] Liu S. Radiololabeled cyclic rgd peptides as integerin αvβ3-targeted radiotracers： Maximizing binding affinity via bivalency. Bioconjug Chem， 2009,20(12)：2199-2213.

[11] Saha SK, Ghosh KR, Gao JP, et al. Highly sensitive dual-mode fluorescence detection of lead ion in water using aggregation-induced emissive polymers. Macromol Rapid Commun, 2014,35(18):1592-1597.

[12] 孫昱，王任婕，高識，等.99Tcm-3P4-RGD2SPECT顯像對孤立性肺結(jié)節(jié)的診斷價值.中華核醫(yī)學(xué)與分子影像雜志,2013,33(1):24-28.

[13] Chen Q, Wang H, Liu H, et al. Multifunctional dendrimer-entrapped gold nanoparticles modified with RGD peptide for targeted computed tomography/magnetic resonance dug-modal imaging of tumors. Anal Chem, 2015,87(7):3949-3956.

[14] Barnoy EA, Fixler D, Popovtzer R, et al. An ultra-sensitive dual-mode imaging system using metal-enhanced fluorescence in solid phantoms. Nano Res, 2015,8(12):3912-3921.

[15] Niu XJ, Chen HY, Wang YQ, et al. Upconversion Fluorescence-SERS dual-mode tags for cellular and in vivo imaging. ACS Appl Mater Interfaces, 2014,6(7):5152-5160.

[16] Hamamura MJ, Ha S, Roeck WW, et al. Development of an MR-compatible SPECT system (MRSPECT) for simultaneous data acquisition. Phys Med Biol, 2010,55(6):1563-1575.

[17] 王星，冉海濤，王志剛，等．?dāng)yRGD肽靶向高分子造影劑的制備及體外靶向?qū)嶒灒袊t(yī)學(xué)影像技術(shù)，2011，27(12)：2403-2406．

[18] 劉峰君，張兵波，宋歌，等．Gd3+與RGD共修飾量子點(diǎn)用于胰腺癌細(xì)胞的熒光及MR雙模態(tài)成像．高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報，2012，33(2)：378-382．

[19] 梁濤，劉陽，尹東濤，等．示蹤劑18F-FB-RGD在肺癌模型中的生物分布研究．海南醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2014，20(5)：588-591．

[20] 鮑曉，王明偉，徐俊彥，等．新型18F-RGD二聚體的正常生物分布及U87MG荷瘤裸鼠小動物PET/CT顯像研究．中國癌癥雜志，2013，23(6)：408-412．

[21] 朱華，李囡，林新峰，等．111In-CCPM-RGD納米粒子的合成及其雙模態(tài)分子顯像研究．化學(xué)學(xué)報，2014，72(4)：427-432．

[22] Deng S, Zhang W, Zhang B, et al. Radiolabeled cyclic arginine-glycine-aspartic (RGD)-conjugated iron oxide nanoparticles as single-photon emission computed tomography (SPECT) and magnetic resonance imaging (MRI) dual-modality agents for imaging of breast cancer. J Nanopart Res, 2015,17(1):1-11.

[23] Corti A, Curnis F. Tumor vasculature targeting through NGR peptide-based drug delivery systems. Curr Pharm Biotechnol, 2011,12(8):1128-1134.

[24] Canbay A, Higuchi H, Bronk SF, et al. Fas enhances fibrogenesis in the bile duct ligated mouse: A link between apoptosis and fibrosis. Gastroenterology, 2002,123(4):1323-1330.

[25] Schuppan D. Liver fibrosis: Common mechanisms and antifibrotic therapies. Clin Res Hepatol Gastroenterol, 2015,39(1):S51-S59.

[26] 杜施霖，王吉耀，陸偉躍．含有精-甘-天冬氨酸序列的環(huán)肽與大鼠肝星狀細(xì)胞體外結(jié)合的特性．中華肝臟病雜志，2005，13(5)：362-365．

[27] Zhang CY, Liu HH, Cui YF, et al. Molecular magnetic resonance imaging of activated hepatic stellate cells with ultrasmall superparamagnetic Iron oxide targeting integrin alpha(v)beta(3) for staging liver fibrosis in rat model. Int J Nanomedicine, 2016,11(3):1097-1108.

[28] 蘇航，王蒨，米宏志，等．99Tcm-3PEG4-RGD用于家兔易損斑塊分子顯像．中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2014，30(6)：813-817．

[29] Friedlander M, Brooks PC, Shaffer RW, et al. Definition of two angiogenic pathways by distinct alpha v integrins. Science, 1995,270(5241):1500-1502.

Research progresses of RGD dual-mode probe in molecular imaging

TANGQi2，SUDanke1*，JINGuanqiao1，WANGZheng1

(1.MedicalImagingCenter,GuangxiMedicalUniversityTumorHospital,Nanning530021,China；2.GraduateSchool,GuangxiMedicalUniversity,Nanning530021,China)

Integrin αvβ3plays a crucial role in the formation of new blood vessels of tumor. Tumor angiogenesis can be qualitatively assessed by monitoring the expression of integrin αvβ3using its specific ligands RGD (Arg-Gly-Asp), which is more important in evaluating prognosis of benign and malignant tumor. Molecular imaging based on RGD peptides becomes an noninvasive and original technique that has a potential prospect of application in early diagnosis and monitoring curative effects of tumor, tumor targeting and other non-tumorous diseases. The preclinical value of RGD dual-modal molecular probes were reviewed in this article.

RGD ligands; Integrin αvβ3; Dual-mode; Molecular imaging

國家自然科學(xué)基金(81460452)。

唐琪(1992—)，女，湖北宜昌人，在讀碩士。研究方向：頭頸影像診斷。E-mail： 1157932721@qq.com

蘇丹柯，廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院影像診斷中心，530021。E-mail： sudan33@sina.com

2016-05-22

2016-07-19

R445; R73

A

1672-8475(2016)09-0576-04

10.13929/j.1672-8475.2016.09.013