肿瘤基因显像

1、就是利用放射性核素标就是利用放射性核素标 记的探针，在记的探针，在DNADNA、mRNAmRNA或蛋白水平上，或蛋白水平上， 体内无创伤的显示基因及基因表达产物体内无创伤的显示基因及基因表达产物 ( (受体、酶和功能性蛋白受体、酶和功能性蛋白) )的功能动力学的功能动力学 变化，进行诊断或疗效评价。变化，进行诊断或疗效评价。 是染色体是染色体DNADNA序列，用于序列，用于 产生功能产物，比如多肽产生功能产物，比如多肽( (酶、受体酶、受体) ) 或功能性或功能性RNARNA分子。基因具有一定的组分子。基因具有一定的组 织、细胞学的特异性。织、细胞学的特异性。 (gene expression

2、)是指基因的转是指基因的转 录与翻译以及它们的控制，基因表达水平的录与翻译以及它们的控制，基因表达水平的 改变是细胞癌变的一个重要因素。并且基因改变是细胞癌变的一个重要因素。并且基因 的表达是动态的，它随着不同的生长、发育的表达是动态的，它随着不同的生长、发育 阶段、疾病、药物、或环境的作用而在质和阶段、疾病、药物、或环境的作用而在质和 量上开启或关闭某些基因。量上开启或关闭某些基因。 细胞中的细胞中的( (oncogene)oncogene)过量表达和过量表达和 ( (tumor suppressor genetumor suppressor gene，TSG)TSG)的的 突变失活是肿瘤发

3、生的重要标志。肿瘤的发突变失活是肿瘤发生的重要标志。肿瘤的发 生和发展是一个多因素、多步骤和多基因参生和发展是一个多因素、多步骤和多基因参 与的复杂过程。单个基因的突变不足形成癌与的复杂过程。单个基因的突变不足形成癌 症，对于实质性癌来讲可能需要症，对于实质性癌来讲可能需要5 56 6个癌基个癌基 因的突变。因的突变。 原癌基因原癌基因 ( (prot - oncogene)prot - oncogene)激活后称为激活后称为 癌基因。根据癌基因最终蛋白质产物功能癌基因。根据癌基因最终蛋白质产物功能 和生物化学性质的不同将癌基因可以分成和生物化学性质的不同将癌基因可以分成 为：生长因子、生长因

4、子受体、信号转导为：生长因子、生长因子受体、信号转导 分子、转录因子、细胞凋亡基因和细胞周分子、转录因子、细胞凋亡基因和细胞周 期素类。期素类。 肿瘤抑制基因也被称为抑癌基因。抑癌肿瘤抑制基因也被称为抑癌基因。抑癌 基因的表达也即反义策略。常见的抑癌基因的表达也即反义策略。常见的抑癌 基因有基因有P53P53、RBRB、P16P16等。等。 P53 P53 在正常细胞中一种是控制细胞生长在正常细胞中一种是控制细胞生长 周期抑制细胞分裂，让细胞停止在细胞周期抑制细胞分裂，让细胞停止在细胞 周期的周期的G1G1期，尤其在细胞因外界因素受期，尤其在细胞因外界因素受 到损伤时；另一种是诱导到损伤时；另

5、一种是诱导 ( (apoptosis)apoptosis)。P53P53是临床发现与肿瘤发是临床发现与肿瘤发 生相关率最高的抑癌基因。生相关率最高的抑癌基因。 基因显像和分子影像中其它显像的机理和基因显像和分子影像中其它显像的机理和 方法有着明显的不同，目前将按照基因显方法有着明显的不同，目前将按照基因显 像分成三种：采用反义技术像分成三种：采用反义技术DNADNA或或RNARNA对靶对靶 基因的直接显像，基因诱导受体、酶显像基因的直接显像，基因诱导受体、酶显像 和转导基因表达显像。和转导基因表达显像。 ( (antisense technology)antisense technology)

6、是是 一类能与特异性一类能与特异性mRNAmRNA、DNADNA互补的小分互补的小分 子量的、可扩散的子量的、可扩散的DNADNA转录物，它能够在转录物，它能够在 翻译水平、转录水平和核酸复制水平上翻译水平、转录水平和核酸复制水平上 高度特异地抑制靶基因表达。高度特异地抑制靶基因表达。 是用放射性核素标记是用放射性核素标记 反义寡核苷酸反义寡核苷酸( (radiolabelled radiolabelled antisense oligonucleotidesantisense oligonucleotides， RASON)RASON)，经体内核酸杂交，显示基因经体内核酸杂交，显示基因 异常

7、表达的组织。异常表达的组织。 反义技术机理主要分为两部分，一是反义技术机理主要分为两部分，一是 在转录水平与在转录水平与DNADNA结合，阻断基因的转结合，阻断基因的转 录；二是在翻译水平与录；二是在翻译水平与mRNAmRNA结合，阻结合，阻 断翻译。断翻译。 采用采用18 18F F及 及68 68Ga Ga标记标记rasras、 myc myc、 Neu Neu、EGFREGFR和和 bcl-2bcl-2反义的寡核苷酸已经被用于肿瘤的反义反义的寡核苷酸已经被用于肿瘤的反义 技术显像，而且取得了满意的效果。反义技术技术显像，而且取得了满意的效果。反义技术 显像具有简单、直接进行显像的优点。但

8、是由显像具有简单、直接进行显像的优点。但是由 于每一个细胞靶于每一个细胞靶mRNAmRNA和和DNADNA分子数是有限的，分子数是有限的， 而且进入细胞内标记的寡核苷酸探针更是有限，而且进入细胞内标记的寡核苷酸探针更是有限， 高的本底活性因而仍然需要进行更多的前期研高的本底活性因而仍然需要进行更多的前期研 究以提高图象质量。究以提高图象质量。 是指报道基因表达的是指报道基因表达的 蛋白质与放射性核素标记的报道探针发蛋白质与放射性核素标记的报道探针发 生反应或特异性结合，形成放射性浓聚，生反应或特异性结合，形成放射性浓聚， 通过显像的方法对报道基因的表达进行通过显像的方法对报道基因的表达进行 定

9、量的检测。定量的检测。 报道基因显像按照基因来源分成外源基因表报道基因显像按照基因来源分成外源基因表 达和内原基因表达显像方式两种。目前常用达和内原基因表达显像方式两种。目前常用 的外原基因表达显像方法有：的外原基因表达显像方法有： (1)(1)酶底物方法酶底物方法：报道基因表达的蛋白是：报道基因表达的蛋白是 一种酶，放射性探针是这种酶的底物，酶与一种酶，放射性探针是这种酶的底物，酶与 底物作用的代谢产物在报道基因表达的细胞底物作用的代谢产物在报道基因表达的细胞 内浓聚。内浓聚。 (2) (2) 受体配体受体配体：报道基因表达蛋白是：报道基因表达蛋白是 一种受体，放射性探针是这种受体的配一种受

10、体，放射性探针是这种受体的配 体，受体和配体的特异性结合和内化作体，受体和配体的特异性结合和内化作 用形成报道基因表达细胞的放射性浓聚。用形成报道基因表达细胞的放射性浓聚。 对于外源基因表达显像来讲最主要的挑战对于外源基因表达显像来讲最主要的挑战 是如何提高在肿瘤细胞内肿瘤基因转染率，是如何提高在肿瘤细胞内肿瘤基因转染率， 只有高转染率才能获得满意的临床图像及只有高转染率才能获得满意的临床图像及 治疗效果。目前临床最常用的有单纯疱疹治疗效果。目前临床最常用的有单纯疱疹 病毒病毒1 1胸苷激酶胸苷激酶( (HSVlHSVlTK)TK)报道基因及报道基因及 1818F F FHBG FHBG作为底

11、物基因显像。作为底物基因显像。 和外源基因表达方式显像相比之下，内源性和外源基因表达方式显像相比之下，内源性 基因表达显像开展相对较少，这主要是内源基因表达显像开展相对较少，这主要是内源 性基因的表达较弱，只有依赖高灵敏度的性基因的表达较弱，只有依赖高灵敏度的 PETPET或或PET-CTPET-CT才能检测到。在细胞内一些增才能检测到。在细胞内一些增 强子与特异性的内源性基因有关。如果通过强子与特异性的内源性基因有关。如果通过 启动特异性的增强子来启动基因表达，然后启动特异性的增强子来启动基因表达，然后 就可以在体外检测特异性基因表达。就可以在体外检测特异性基因表达。 基因诱导受体、酶显像：

12、基因诱导受体、酶显像： 采用基因工程的方法人工诱导产生采用基因工程的方法人工诱导产生 新受体、酶进行受体显像。新受体、酶进行受体显像。 目前用于目前用于PETPET和和PET-CTPET-CT基因显像的探针有多基因显像的探针有多 种。用于标记的正电子放射性核素有种。用于标记的正电子放射性核素有 124 124I I、 11 11C C和和 18 18F F， 11 11C C由于半衰期太短，用于由于半衰期太短，用于 基因工程显像标记探针的较少，目前主要基因工程显像标记探针的较少，目前主要 使用正电子放射性核素有使用正电子放射性核素有 124 124I I和和 18 18F F， 而而 124

13、124I I由于含有单光子射线，所以在采集由于含有单光子射线，所以在采集 时需要采用时需要采用2 2D D采集模式。采集模式。 1. 1. 尿嘧啶核苷衍生物类尿嘧啶核苷衍生物类 124 124IFIAU IFIAU图象明显优于图象明显优于 18 18FFHBG FFHBG类显像类显像 剂，但是剂，但是 124 124I I的获得较为困难，标记过的获得较为困难，标记过 程和程和 18 18FFHBG FFHBG相比目前还没有达到全自相比目前还没有达到全自 动化的程度，因而动化的程度，因而 124 124IFIAU IFIAU的使用相对的使用相对 较少。较少。 2. 2. 无环鸟苷衍生物类无环鸟苷

14、衍生物类( (ACV) ACV) 目前在临床前期和临床试验中主要采用目前在临床前期和临床试验中主要采用 18 18F FHBG F FHBG进行显像。尽管在有些报道中，进行显像。尽管在有些报道中， HSVIHSVItktk基因表达的基因表达的PETPET显像时，显像时，FIAUFIAU可可 能是一种比能是一种比FHBGFHBG更有效的探针，但更有效的探针，但124 124I I不 不 易获得，成为易获得，成为FIAUFIAU临床应用的最大障碍。临床应用的最大障碍。 肿瘤基因显像最主要的问题是提高标肿瘤基因显像最主要的问题是提高标 记的探针在肿瘤组织具有高的靶组织记的探针在肿瘤组织具有高的靶组织

15、 和周围本底组织的比值（和周围本底组织的比值（）。）。 1.1.筛选具有高特异性和高亲合力的探针；筛选具有高特异性和高亲合力的探针； 2.2.使用合适的正电子放射性核素标记的探针；使用合适的正电子放射性核素标记的探针； 3.3.PET-CTPET-CT或或PETPET图像分辨率和灵敏度；图像分辨率和灵敏度； 4.4.对于基因诱导受体显像和转导基因表达显对于基因诱导受体显像和转导基因表达显 像安全问题仍然是临床应用中的重要问题。像安全问题仍然是临床应用中的重要问题。 基因显像在临床应用仍然处于初期阶段，基因显像在临床应用仍然处于初期阶段， 还需要大量的基础和临床前期研究。但是还需要大量的基础和临

16、床前期研究。但是 基因显像和传统的代谢显像相比具有高度基因显像和传统的代谢显像相比具有高度 的特异性，而且从疾病发生的根源为临床的特异性，而且从疾病发生的根源为临床 信息。基因显像也将成为在活体动物研究信息。基因显像也将成为在活体动物研究 蛋白之间相互关系的重要工具。蛋白之间相互关系的重要工具。 基因异常基因异常 表达失控表达失控 代谢改变代谢改变 功能失调功能失调 结构代偿结构代偿 症状体征症状体征 Disease is not a THING, but a PROCESS H.Wagner,Jr 是染色体是染色体DNADNA序列，用于序列，用于 产生功能产物，比如多肽产生功能产物，比如多肽

17、( (酶、受体酶、受体) ) 或功能性或功能性RNARNA分子。基因具有一定的组分子。基因具有一定的组 织、细胞学的特异性。织、细胞学的特异性。 (gene expression)是指基因的转是指基因的转 录与翻译以及它们的控制，基因表达水平的录与翻译以及它们的控制，基因表达水平的 改变是细胞癌变的一个重要因素。并且基因改变是细胞癌变的一个重要因素。并且基因 的表达是动态的，它随着不同的生长、发育的表达是动态的，它随着不同的生长、发育 阶段、疾病、药物、或环境的作用而在质和阶段、疾病、药物、或环境的作用而在质和 量上开启或关闭某些基因。量上开启或关闭某些基因。 原癌基因原癌基因 ( (prot - oncogene)prot - oncogene)激活后称为激活后称为 癌基因。根据癌基因最终蛋白质产物功能癌基因。根据癌基因最终蛋白质产物功能 和生物化学性质的不同将癌基因可以分成和生物化学性质的不同将癌基因可以分成 为：生长因子、生长因子受体、信号转导为：生长因子、生长因子受体、信号转导 分子、转录因子、细胞凋亡基因和细胞周分子、转录因子、细胞凋亡基因和细胞周 期素类。期素类。 ( (