楊文杰，秦 靖，趙菊梅，師長(zhǎng)宏*

(1.延安大學(xué)醫(yī)學(xué)院，陜西 延安 716000；2.空軍軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，陜西 西安 710032)

泌尿系腫瘤是指發(fā)生在泌尿系統(tǒng)的腫瘤，主要包括前列腺癌、腎癌和膀胱癌等[1]。據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)告，泌尿系腫瘤的發(fā)病率呈快速上升勢(shì)頭，由于大部分腫瘤發(fā)現(xiàn)時(shí)就已處于中晚期，相應(yīng)的治療手段有限[2]，導(dǎo)致其發(fā)病率和死亡率高居不下，臨床上對(duì)于泌尿系腫瘤通常采取手術(shù)切除、放射治療和化學(xué)治療[3]，但這些治療方式往往創(chuàng)傷大、不良反應(yīng)多、易發(fā)生耐藥，導(dǎo)致治療效果欠佳[4]。近年來(lái)，近紅外熒光成像作為一種新興的生物醫(yī)學(xué)成像模式頗受關(guān)注，近紅外熒光具有組織干擾小，實(shí)時(shí)圖像采集、高靈敏、無(wú)毒性和穿透能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于腫瘤基礎(chǔ)研究和臨床實(shí)踐[5]。目前已開(kāi)發(fā)了多種近紅外熒光染料用于腫瘤的診療和靶向治療，本文就近紅外熒光染料在泌尿系腫瘤中應(yīng)用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 近紅外探針用于腫瘤模型診斷

近紅外熒光染料可以在700～1000 nm波長(zhǎng)處誘導(dǎo)強(qiáng)烈的熒光，此區(qū)域生物組織背景熒光低，吸收弱，為腫瘤診斷提供了可能[6]。吲哚菁綠(Indo cyanine green，ICG)是目前唯一由美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(Foodand Drug Administration，F(xiàn)DA)批準(zhǔn)用于臨床診斷的近紅外熒光染料[7]，廣泛用于鑒別良性或惡性腫瘤。傳統(tǒng)的近紅外熒光染料必須化學(xué)結(jié)合腫瘤特異性的靶向配體，例如代謝底物、細(xì)胞表面肽、生長(zhǎng)因子抗體或腫瘤特異性的細(xì)胞表面生物標(biāo)志物[8]。因此，這些成像只能檢測(cè)有限數(shù)量的特定目標(biāo)。而新型的七甲川菁染料因其具有雙重成像和腫瘤靶向特性的雜環(huán)聚甲基花青素，可以優(yōu)先聚集并滯留在不同類(lèi)型的癌細(xì)胞中，無(wú)需化學(xué)結(jié)合即可實(shí)現(xiàn)靶向腫瘤細(xì)胞。因此該類(lèi)探針已成為腫瘤成像和靶向治療的理想實(shí)驗(yàn)工具，例如IR-780[9]、IR-783[10]、IR-808[5]和MHI-148[11]等。由于七甲川菁染料光學(xué)性能和成像效果良好，可利用該染料進(jìn)行體內(nèi)顯影以確認(rèn)癌癥的發(fā)生，目前該方法已經(jīng)應(yīng)用于篩選人源性腫瘤組織異種移植模型，例如前列腺癌和腎癌等。研究發(fā)現(xiàn)IR-783可以實(shí)現(xiàn)腎癌及前列腺癌的近紅外熒光成像，較之ICG優(yōu)點(diǎn)更加突出，成像穩(wěn)定，可以直接識(shí)別腫瘤細(xì)胞，無(wú)需連接靶向物質(zhì)[12]。Yang X，等[11]研究表明IR-783及其同類(lèi)物在體外可以被多種腎臟癌癥細(xì)胞特異性攝取，從而對(duì)腎癌組織進(jìn)行體內(nèi)近紅外熒光成像診斷。另外，IR-780碘化物能夠?qū)崿F(xiàn)前列腺癌細(xì)胞的選擇性近紅外熒光成像，在裸小鼠前列腺癌異種移植瘤模型中，該染料可以通過(guò)近紅外熒光成像實(shí)現(xiàn)前列腺癌組織的體內(nèi)成像診斷[6]。

早期診斷和術(shù)后隨訪的測(cè)試方法大多是創(chuàng)傷性檢查，對(duì)患者往往會(huì)引起一定的痛苦。由于近紅外熒光染料可以與多種類(lèi)型腫瘤細(xì)胞結(jié)合，尤其是異常細(xì)胞如循環(huán)腫瘤細(xì)胞(circulation cancer cell，CTC)也可以被特異性吸收。研究證實(shí)近紅外熒光染料識(shí)別血液中的腫瘤細(xì)胞，可用于體外細(xì)胞學(xué)檢查，因此可用于腫瘤包括泌尿系腫瘤的早期檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的快速臨床篩查。IR-783可以在體內(nèi)和體外實(shí)現(xiàn)膀胱癌的選擇性近紅外熒光成像，在加入IR-783后，通過(guò)近紅熒光外成像可以檢測(cè)出混入血樣及尿樣中的膀胱癌細(xì)胞，可用于膀胱癌的臨床篩查[11]。同時(shí)，IR780碘化物和IR-783可以有效識(shí)別混入血樣中的前列腺癌細(xì)胞[6]。雖然血液中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞如前列腺癌CTC數(shù)量非常少，但是應(yīng)用納米芯片技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)血液中的CTC，從而對(duì)癌癥的早期監(jiān)測(cè)和治療奠定基礎(chǔ)。

2 近紅外探針用于術(shù)中導(dǎo)航

近紅外熒光成像技術(shù)通過(guò)使用熒光探針可對(duì)特定的活組織進(jìn)行顯像，在手術(shù)過(guò)程中獲得血管、淋巴管和特定組織的實(shí)時(shí)視覺(jué)信息，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方法無(wú)法識(shí)別的微小病灶，正確顯示腫瘤邊緣，幫助外科醫(yī)生作出術(shù)中決策。該技術(shù)由于其操作簡(jiǎn)單、快速實(shí)時(shí)、安全無(wú)害，具有良好的應(yīng)用前景[13]。目前，ICG已成功地用于腎切除手術(shù)過(guò)程中的實(shí)時(shí)觀察，由于在正常組織中，ICG可以發(fā)出高強(qiáng)度的近紅外熒光信號(hào)，而腫瘤組織因?yàn)檠汗嘧⒉涣?，?dǎo)致沒(méi)有熒光或只有微弱的熒光，這種差異使外科醫(yī)生可以輕松地區(qū)分腎腫瘤組織和正常組織[14]。同時(shí)，ICG還可以對(duì)膀胱癌進(jìn)行根治性切除，同時(shí)查看是否轉(zhuǎn)移至前哨淋巴結(jié)。目前僅有ICG被美國(guó)FDA批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床，由于其缺乏腫瘤特異性，ICG的累積不僅局限于癌組織，還可能少量積聚在炎癥組織及創(chuàng)傷區(qū)域，必須將ICG與特異靶向配體結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)特異性，因此其應(yīng)用受到限制[15]。甘氨酸-精氨酸-天冬氨酸(glycine-arginine-aspartic，RGD)結(jié)合形成的RGD作為一種多肽配體，可以特異性結(jié)合整聯(lián)蛋白[16]。已有研究證明可以在多種癌癥細(xì)胞中過(guò)量表達(dá)，同時(shí)具有調(diào)節(jié)癌癥細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移以及血管生成的重要作用。劉玉偉，等[17]將ICG與RGD通過(guò)化學(xué)耦合得到膀胱癌特異性探針I(yè)CG-RGD，在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，ICG-RGD可高度特異且敏感地檢測(cè)膀胱癌的腫瘤殘留量，具有良好的光學(xué)穩(wěn)定性和生物兼容性，通過(guò)近紅外熒光成像下的術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)可清晰地顯示膀胱癌邊緣并可切除<0.5 mm的微小腫瘤灶，表明其在近紅外熒光成像在指導(dǎo)泌尿外科醫(yī)師精確切除膀胱癌方面具有良好的應(yīng)用前景。

3 近紅外探針應(yīng)用于腫瘤治療

近紅外熒光探針除了可以用作光學(xué)成像外，部分染料本身就是強(qiáng)效的光敏劑[18]，可用于腫瘤的光動(dòng)力學(xué)治療(Photodynamic therapy，PDT)，通過(guò)光照后使其釋放活性氧類(lèi)物質(zhì)，從而直接殺傷腫瘤細(xì)胞[19]。另外，近紅外熒光染料也可應(yīng)用于光熱治療(Photothermal therapy，PTT)，利用近紅外熒光化合物在近紅外光照射之后產(chǎn)生大量熱導(dǎo)致照射部位溫度升高引起熱損傷，最終抑制腫瘤細(xì)胞活性達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞的目的[20]。PDT及PTT聯(lián)合療法均已成為腫瘤局部特異性治療的手段[21]。與傳統(tǒng)治療方法相比，PDT/PTT在癌癥治療中顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，包括高特異性、無(wú)創(chuàng)性和準(zhǔn)確的時(shí)空選擇性。IR-808具有光依賴性細(xì)胞毒性，在接受近紅外熒光照射后，引起腫瘤細(xì)胞的光毒性，從而抑制細(xì)胞生長(zhǎng)，呈現(xiàn)出抗腫瘤的PDT潛在效能[22]。IR-808DB作為IR-808的衍生物，在結(jié)構(gòu)修飾后用作光敏劑，顯示出更高的敏感性和對(duì)腫瘤細(xì)胞的PDT功效。Luo S，等[23]開(kāi)發(fā)了一種小分子PS化合物，同時(shí)具有靶向腫瘤細(xì)胞線粒體、近紅外熒光成像和PDT/PTT效應(yīng)的功能。由于線粒體是重要的能量產(chǎn)生細(xì)胞器，易受熱療和過(guò)度ROS的影響。該小分子通過(guò)靶向線粒體，利用PDT/PTT效應(yīng)，導(dǎo)致光療功效的顯著增強(qiáng)，達(dá)到抗腫瘤的效果。Min ho Park開(kāi)發(fā)了一種靶向腫瘤細(xì)胞的近紅外熒光團(tuán)CA800SO3用于PTT治療[24]?；诮Y(jié)構(gòu)固有的靶向方法，這種新型的近紅外熒光化合物顯示出高的腫瘤靶向性，同時(shí)可以產(chǎn)生足夠的高溫和活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)，用于協(xié)同癌癥治療。Ma Y，等[25]合成了一種特定的針對(duì)腫瘤的小分子熒光團(tuán)，用于同步腫瘤成像、PDT和PTT，與傳統(tǒng)的近紅外熒光團(tuán)相比，這種新型的熒光團(tuán)顯著增強(qiáng)了對(duì)光漂白的穩(wěn)定性，可以延長(zhǎng)腫瘤成像時(shí)間并提高光療效率。Tan X，等[22]設(shè)計(jì)合成的IR-808近紅外熒光染料與腫瘤細(xì)胞結(jié)合后，進(jìn)行光誘導(dǎo)時(shí)，可對(duì)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生光熱殺傷效能。IR-780已被證明在腫瘤細(xì)胞的線粒體中特異性聚集，具有抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、遷移和自我更新能力，其機(jī)制在于IR-780在線粒體產(chǎn)生了大量ROS，導(dǎo)致線粒體毒性和癌細(xì)胞死亡。目前，近紅外熒光染料作為一種多功能的治療診斷探針，在光動(dòng)力學(xué)療法中具有廣闊的應(yīng)用前景[22]。

4 近紅外探針聯(lián)合治療

具有靶向腫瘤功能的近紅外熒光探針已成為化療藥物遞送和釋放的重要工具。利用近紅外熒光染料的靶向性可以實(shí)現(xiàn)藥物特異性聚集在腫瘤部位，該方法可以實(shí)現(xiàn)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)藥物的治療效能的同時(shí)進(jìn)一步減少藥物的用量，降低與藥物相關(guān)的不良反應(yīng)。多西他賽被用來(lái)治療去勢(shì)抵抗性前列腺癌[26]，Wu J，等[27]將IR-783和多西他賽耦合制備了一種新型近紅外熒光化合物，該染料不僅擁有優(yōu)異的成像功能，同時(shí)具備良好的抗腫瘤能力，可以顯著抑制裸鼠模型中前列腺癌的生長(zhǎng)，同時(shí)與單用多西他賽相比，該染料的毒性及不良反應(yīng)明顯降低。易小敏，等[28]合成的Abi-780是一種多功能近紅外熒光探針，該化合物是將阿比特龍(Abiraterone，Abi)與近紅外探針I(yè)R-780結(jié)合，用以提高Abi的抗腫瘤作用，實(shí)現(xiàn)前列腺癌的靶向治療。Wu JB，等[29]將近紅外染料和單胺氧化酶A基因抑制劑clorgyline耦聯(lián)獲得了一種新型近紅外染料NMI，通過(guò)靶向腫瘤傳遞單胺氧化酶A抑制基團(tuán)發(fā)揮抗癌作用，使NMI成為一種新型的抗腫瘤藥物。將近紅外熒光染料和抗癌藥物偶聯(lián)，產(chǎn)生的新化合物將同時(shí)發(fā)揮腫瘤的診斷和治療效能，從而可以在實(shí)現(xiàn)治療的同時(shí)監(jiān)測(cè)治療效果，而不需要后續(xù)復(fù)雜的功能性成像，改變了原有抗癌藥物單一治療或診斷的方法，從而實(shí)現(xiàn)癌癥模型的診療一體化。

此外，多功能復(fù)合納米材料在構(gòu)建新型納米顆粒型近紅外熒光探針中也體現(xiàn)出良好的優(yōu)勢(shì)，這類(lèi)納米顆?？梢酝ㄟ^(guò)腫瘤病灶內(nèi)微血管的高通透和滯留效應(yīng)在腫瘤部位聚集[30]，在納米顆粒中載有抗腫瘤藥物或者增強(qiáng)治療敏感性的藥物，利用納米顆粒獨(dú)特的分子成像功能可實(shí)現(xiàn)高度選擇性的靶向成像以及治療。Quan B，等[31]將聚乳酸-羥基乙酸的共聚物與ICG結(jié)合構(gòu)建納米顆粒，顯著增加了ICG的穩(wěn)定性，減少了ICG的降解和熒光淬滅，并且增強(qiáng)ICG的近紅外熒光特性，目前已成功應(yīng)用于前列腺癌的治療。此外，ICG和磷脂聚乙二醇的共聚物結(jié)合形成納米顆粒之后，新的化合物具有近紅外熒光成像以及光熱治療功能。經(jīng)照射后可以顯著抑制移植到裸鼠體內(nèi)腫瘤的生長(zhǎng)，并呈現(xiàn)抗癌能力。通過(guò)將磷脂納米顆粒與近紅外熒光染料DY682-NHS結(jié)合而形成的化合物可以特異性聚集在腫瘤病變中。接受近紅外光照后，可以顯著促進(jìn)癌癥細(xì)胞凋亡并破壞腫瘤血管生成[32]。

5 展望

近紅外熒光染料作為一種新型的腫瘤診斷和治療試劑，已成功應(yīng)用于腫瘤模型的早期診斷以及治療期間的療效評(píng)估。針對(duì)該類(lèi)染料組織穿透力較弱等問(wèn)題開(kāi)發(fā)篩選的近紅外II區(qū)熒光(近紅外熒光-II，激發(fā)波長(zhǎng)1000-1700 nm)染料已成為分子影像研究的熱點(diǎn)。II區(qū)熒光由于具有高組織穿透性、高空間分辨率以及可忽略的自發(fā)熒光等特點(diǎn)，使其在生物醫(yī)學(xué)分子診斷方面更具優(yōu)勢(shì)。生物組織對(duì)光子的吸收和散射及自發(fā)熒光會(huì)隨著波長(zhǎng)的增加而減少，因此近紅外熒光-II區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)活體內(nèi)深穿透、高質(zhì)量的成像，從而大大彌補(bǔ)了可見(jiàn)光和近紅外熒光-I區(qū)熒光成像存在的不足，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的近紅外熒光-II熒光探針目前已成為分子影像研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外科學(xué)家開(kāi)發(fā)出系列性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)近紅外熒光-II熒光納米探針，例如量子點(diǎn)、稀土摻雜納米粒子、碳納米管等。由于熒光探針、成像系統(tǒng)等方面的限制，該波段的成像仍處于不斷發(fā)展和探索之中，但是基于有機(jī)小分子的近紅外熒光-II熒光探針在重大疾病的診斷與治療等領(lǐng)域具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值，存在著巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。