肿瘤乏氧检测方法研究进展

1、肿瘤乏氧检测方法研究进展            【关键词】  肿瘤；乏氧显像；放射性核素显像；HL91    0引言肿瘤的氧合状态是放疗、化疗、生物治疗、加热等治疗的重要的影响因素1，肿瘤乏氧细胞对放射治疗的敏感性低，对化疗、生物治疗等同样较为耐受。肿瘤乏氧同样是局部复发和远处转移的重要危险因素。如果能够准确地测定个体肿瘤的氧合状态，以此指导治疗方案的选择将有助于提高肿瘤的疗效。目前虽然乏氧检测的技术还未完全成熟，但已有多种检

2、测方法应用于临床，其前景无疑是广阔的。1侵入性检测方法氧电极法氧电极法是目前应用的唯一可以直接测定肿瘤乏氧的方法，其测定结果可以直观的反应肿瘤的氧合状态而被认为是测定肿瘤乏氧状态的“金标准”2。氧电极法测定肿瘤乏氧状况的参数有：（1）实测的肿瘤氧分压(PO2)平均值或中位数；（2）肿瘤乏氧比例(Hypoxia percentage，HP)，即实测的肿瘤PO2数据内，PO2<2mmHg、<5mmHg或<10mmHg所占的百分数(分别以HP2、HP5、HP10表示)，其中对放射治疗疗效影响最大的因素是HP2；（3）肿瘤乏氧体积(Hypoxicsubvolume，HSV)，即肿瘤的

3、体积乘以肿瘤乏氧比例。Nordsmark等3报道了35例行放射治疗的进展期头颈部鳞癌(放疗剂量6668Gy)PO2与患者预后的关系。用氧电极法测得PO22.5mmHg的肿瘤为乏氧组，结果显示在治疗前氧合好的肿瘤局部控制率高达90，而乏氧组仅为45(=004)。氧电极法测量有一定的局限性。（1）乏氧临界值的判断目前尚无一个公认的标准；（2） 由于肿瘤内氧分布存在明显异质性，故需多道多点测定，如用Eppendof氧微电极测定宫颈癌含氧情况时，宜用5个测试道，每道测23个点 ；（3） 由于氧电极本身技术的局限，在测定时对信号反应率低和电极穿过基质和纤维组织时对电极末梢产生压力，故测定数据有误差；（4

4、）测定时不能区分氧电极是插入肿瘤活组织抑或坏死区，并且不能区别为急性或慢性乏氧2 ；（5）氧电极法是一种有创检测方法。这些局限性限制了氧电极法的应用。2生物学检测指标及方法肿瘤细胞在乏氧状态下可以通过自身某些内源性基因表达的变化来适应其赖于生长的微环境。目前已知这些内源性基因包括有乏氧诱导因子(Hypoxiainducedfactor1，HIF1)4、碳酸酐酶9(Carbonic anhydrase 9，CA9)、糖转运酶(Glucose transporter，Glut)、血管内皮生长因子(Vascular endothe lial growth factor，VEGF)、p53、促红细胞生

5、成素(Erythropoietin，EPO)和血小板源性生长因子(Platelet derived growth factor，PDGF),其中以HIF1最受人关注。HIF1中是目前研究的比较多的一种细胞因子，它由两个亚单位构成HIF1和HIF1。HIF1随氧分压的变化不大，而HIF1在不同的氧环境中蛋白稳定性有很大差别，富氧时稳定性降低而乏氧时稳定性增高，以致在乏氧状态下蛋白水平增高，因此可以通过检测HIF1的表达水平估计组织的氧合状态。Haugland等5对宫颈癌患者分别采用免疫组织化学检测HIF1的表达水平和氧微电极直接测定肿瘤的氧分压后发现，两者有较好的符合性(P<001)。Wa

6、ng Min等6研究发现在乳腺癌 MCF7 细胞中Manganese superoxide dismutase（MnSOD）的活性可以影响HIF1的状态，活性较低时可以使HIF1在乏氧环境下积聚，但在活性中等时抑制HIF1在乏氧环境积聚，在高活性时再次促进其积聚，而呈双曲线。通过抑制HIF1的积聚或许提高肿瘤对放化疗的反应，但目前尚无此方面的文献。3影像学检测方法3.1彩色多普勒超声显像彩色多普勒是在频谱多普勒技术基础上发展起来的利用多普勒原理进行血流显像的技术，1986年开始用于周围血管血流成像。它可以无创、实时地提供病变区域的血流信号信息，这是X线、核医学、CT、MRI 以及PET所做不到

7、的。彩色多普勒还可用于观察治疗效果，通过肿瘤内血管的多少和血流的变化，可以间接判断疗效。若治疗后肿瘤血管减少，异常血流信号消失，则说明疗效满意；反之，则疗效差或提示肿瘤复发。关于用超声法检测组织氧含量的研究不是很多。但Martino等7的研究取得了积极的成果。他们观察了20例头颈部肿瘤的颈部转移灶，对转移灶进行彩色多普勒检查和对同一部位用氧电极法测定组织氧含量，用显示器的像素密度作为血管密度与氧含量作了相关分析，发现两者的相关系数为0.71。3.2核磁共振技术通过特定的磁共振技术如血氧水平依赖性(Blood oxygen leveldependent, BOLD) MRI 、overhause

8、r MRI(OMRI)、电子顺磁共振成像(Electron paramagnetic resonance imaging,EPRI)等可反映肿瘤的供氧状态和组织的氧化还原能力。磁共振灌注成像技术是近几年的研究热点，得到了较快发展。通过了解肿瘤微循环的灌注情况就能清楚微环境的氧含量。肿瘤中不充分的灌注及混乱血管网可导致肿瘤慢性扩散障碍性乏氧，而肿瘤乏氧还可呈急性的周期性现象，因为有些肿瘤血管会定期地开放和关闭，在此过程中往往也会产生所谓的急性灌注异常性肿瘤乏氧。通过对肿瘤灌注状态的评价可间接地对其乏氧程度进行判断，此即为通过灌注成像推测肿瘤乏氧状态的理论依据。Hermans等8发现低灌注的肿瘤有

9、着较低的局部控制率及较高的局部复发率，证实了肿瘤中低灌注的部分往往是相对乏氧的部分，而乏氧的肿瘤又对治疗特别是放射治疗具有拮抗效应这一结论。磁共振灌注成像技术可以分为动态增强磁共振成像(dynamic contrast enhanced MRI，DCEMRI)、流入法、相位敏感法9。Cooper等10就氧微电极法直接测量与DCEMRI对宫颈癌的肿瘤氧分压状态评价进行了对照研究，发现2种方法在统计学上有较显著的相关性。4核医学检测方法利用放射性核素如 18F、3H、123I、125I、131I、62 Cu、99m Tc等标记的乏氧组织显影剂进行SPECT或PET显影可以对乏氧进行定性和定量检测，

10、是目前乏氧检测研究最为集中的技术，且能同时用于肿瘤的诊断和判断肿瘤的分期，并可以使放疗照射野更加精确11。4.1硝基咪唑类乏氧组织显像剂用放射性核素标记MISO(misonidazole)及其衍生物，体内外实验均发现其可结合到哺乳动物乏氧细胞。Lawrentschuk等人在肾癌病人中用18Ffluoromisonidazole (18FFMISO)显像，发现患侧肾乏氧状况明显高于对侧正常肾脏。同时用氧电极法所检测的肾癌组织氧分压为9.6mmHg，而正常软组织为37.6mmHg。近年来人们对MISO的衍生物进行了大量研究。例如对一种MISO衍生物18氟红硝基咪唑(FETNIM)的生物分布研究12

11、,13显示，其周围组织代谢率、脱氟率和乏氧组织代谢率均适用于PET乏氧显像且优于 18F MISO，其脑中分布少而肠、肾中分布高，且其清除速率在体内的大部分脏器中均接近。对FMISO、FDG和FETNIM比较，在TPRR（肿瘤/血浆滞留比）上，FDG最高，FETNIM次之，但在TMRR（肿瘤/肌肉滞留比）上，FETNIM明显高于FDG和FMISO，通过肿瘤的放射自显影显示，乏氧区域吸收的FETNIM要比正常区域的多。4.2非硝基咪唑类的乏氧组织显像剂理想的乏氧组织显像剂应具有高渗透性和低氧化还原电位，前者便于它达到细胞内线粒体，后者利于它在正常细胞稳定而在乏氧细胞被异常高浓度的电子还原。由此来

12、看，硝基咪唑基团并非为乏氧显像的理想基团。目前对非硝基咪唑类乏氧组织显像剂的研究取得了可喜的进展。HL91（4，9diaza3，3，10，10tetramethyldodecan2，11dione dioxime）亦称BnAO，化学名称为4，9二氮3，3，10，10四甲基十二烷2，11二酮肟。99m Tc HL91无细胞毒性，显像能力明显优于硝基咪唑类化合物，是一种前景广阔的新型乏氧组织显像剂14。在动物试验中发现HL91在肿瘤乏氧区选择性积聚，但同时在肝肾有很高的积聚，限制了其在腹部的应用15。Van等14对9例怀疑为头颈部鳞癌复发的患者行HI91 SPECT及螺旋CT扫描，CT显示5例复发

13、，其中3例淋巴结转移且经活检证实，HL91显像除1例假阳性外均与CT及活检结果一致。李玲等16对拟接受三维适形放疗的35例非小细胞肺癌患者于放疗前12天进行了99m Tc HL91 SPECT检查，其中20例于放疗过程中（3040Gy）及放疗后12天行SPECT检查，利用感兴趣区（ROI）技术计算T/N（靶与非靶）比值，分析了放疗前T/N与放疗前后T/N变化与放疗疗效的关系。结果发现放疗前T/N较低组放疗疗效高于T/N较高组（=0.040），放疗前后T/N变化较大组疗效高于变化较小组，但无统计学差异。在对脑胶质瘤、鼻咽癌的研究中同样发现99m Tc HL91乏氧显像对疗效的判断有指导意义1,1

14、7。目前研究较多的另一种非硝基咪唑类乏氧显像剂为Cu标记的BTS(二硫半卡巴胂)衍生物，包括62CuPTSM 和64CuATSM等。Takahashi等18对4例正常人及6例肺癌患者行 CuATSM 乏氧显像，正常人的肺组织摄取 64CuATSM 的标准值为043±009，而肺癌患者为30±15。与18 FMISO相比，无论在乏氧细胞还是正常细胞中，64CuATSM 都表现出更理想的吸收率和析出率，从而可利用PET达到更快速而有效的乏氧检测。第二代Cu标记的显像剂CuATSM类似物已经人工合成，并显示出与CuATSM同样的乏氧选择性。CuATSE(Cudiacetylbis

15、(N（4）methylthiosemicarbazone), 即为新一代产物，在EMT6 小鼠乳腺癌细胞氧浓度38 mmHg时有良好的摄取，并且表现出比CuATSM更高的肿瘤正常组织摄取比，并且于肝肾细胞中摄取量低于CuATSM19。5小结综上所述， 目前应用于临床的肿瘤的乏氧组织测定方法种类很多,但尚没有一种方法能够做到十分精确地测定肿瘤氧合状态。随着测定方法的不断改进以及不同技术的合理联合应用，对肿瘤氧合状态的精确测定将会有效的应用于临床，以对肿瘤患者实施个性化的治疗，并对肿瘤的预后作出准确的预测20。    【参考文献】  1梁培炎，王国

16、慧，李群，等.99mTcHL91乏氧显像在鼻咽癌治疗中的应用J.中华核医学杂志,2006，26(2):9799.2Menon C，Fraker DL. Tumor oxygenation status as a prognostic markerJ. Cancer Lett，2005，221(2)：2252353Nordsmark M，Overgaard JTumor hypoxia is independent of hemoglobinand prognostic for locoregional tumor control after primary radiotherapy in ad

17、vanced head and neck cancerJActa Oncol，2004，43(4):396403.4Georgia GB, Emmanouil V, Alkmini K,et al.Reconstitution of human hypoxia inducible factor HIF1 in yeast:A simple in vivo system to identify and characterize HIF1a effectorsJ.Biochemical and Biophysical Research Communications,2006, 346 (5): 1

18、28912965Haugland HK， Vukovic V， Pintilie M，et a1Expression of hypoxiainducible factor lain cervical carcinomas： correlation with tumor oxygenationJInt J Radiat Oncol Bi0l Phys，22，53(4)：8548616Wang M, Kirk JS, Venkataraman S,et al. Manganese superoxide dismutase suppresses hypoxic induction of hypoxi

19、ainducible factor1alpha and vascular endothelial growth factorJ. Oncogene,2005, 24(55):81548166.7Martion DI, Ercole FN, Gagel B,et al. Evaluation of tumor oxygenation by color duplex sonography: A new approachJ. Otolaryngology Head & Neck Surgery,2005, 132(5):765769.8Hermans R，Lanmbin P，Van derG

20、oten A，et a1Tumoural perfusion as measured by dynamic computed tomography in head and neck carcinomaJRadiother Oncol，1999，53(2)：1051.9吴斌. 影像学新技术在肿瘤乏氧评价方面的进展J.国外医学临临床床放射学分册,2006,29(3)：199200.10Cooper RA，West CML，Carrington BM，et a1Tumour oxygenation levels corelate with dynamic contrastenhanced MRI p

21、arameters in carcinoma of the cervixJRadiother Oncol，2000，57(1)：53591Detterbeck FC, Vansteenkiste JF, Morris DE,et al. Seeking a Home for a PET, Part 3*: Emerging Applications of Positron Emission Tomography Imaging in the Management of Patients With Lung CancerJ. Chest， 2004,126(5):16561666.1徐瑾,张自成

22、. 肿瘤乏氧显像与放疗研究进展J. 国外医学肿瘤学分册,2004,31(5):3553591Gronroos T，Eskola O，Lehtio K，et a1Pharmacokinetics of18FFETNIM：a potential hypoxia marker for PETJNucl Med，2001，42(9)：139714041Van DW, Versijpt J, D RA,et al. 99Tcm labelled HL91 versus computed tomography and biopsy for the visualization of tumour recurrence of squamous head and neck carcinomaJ. Nuclear Medicine Communications,2001, 22(3):269275.1Suzuki T, Nakamura K, Kawase T, et al. Biodistribution of hypoxic marker, 99mTcHL91 (4,9diaza3,3,10,10tetramethyldodecan2,11dion