楊振　張明博　羅渝昆

摘要：超聲分子靶向造影劑通過外周靜脈注射進(jìn)入血液循環(huán)之后，與相應(yīng)受體結(jié)合，增強(qiáng)了目標(biāo)病灶的成像信號，可實(shí)現(xiàn)疾病的早期診斷、分期、療效評估及靶向治療等。超聲分子靶向造影劑還能通過微泡進(jìn)行靶向藥物或基因遞送。納米級的靶向造影劑還可透過血管內(nèi)皮進(jìn)入組織間隙內(nèi)進(jìn)行成像或治療。超聲分子靶向造影劑的研究目前多停留在臨床前實(shí)驗(yàn)階段，有一些臨床試驗(yàn)已經(jīng)在人體中開展，初步證實(shí)了靶向超聲造影劑的安全性和可行性，超聲分子靶向造影劑具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：超聲分子影像；靶向造影劑；診斷；療效評估；藥物遞送

中圖分類號： R445.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1000-503X（2023）02-0298-05

DOI：10.3881/j.issn.1000-503X.14827

Advances in Molecular Targeted Ultrasound Contrast Agents

YANG Zhen，ZHANG Mingbo，LUO Yukun

ABSTRACT：In real-time ultrasound，molecular targeted contrast agent is introduced into the blood circulation through peripheral intravenous injection to enhance the imaging signal of target lesions after binding to the corresponding intravascular receptors，which can realize early diagnosis，staging of diseases，assessment of treatment response，and targeted treatment.In addition，molecular targeted ultrasound contrast agents provide a platform for the delivery of drugs and genes via microbubbles，and nanoscale contrast agents can be infiltrated through vascular endothelium into the interstitial space of the lesion for imaging or treatment.The available studies of molecular targeted ultrasound contrast agents mainly focus on the preclinical trials.Some clinical trials have been conducted in humans and preliminarily confirm the safety and feasibility of targeted ultrasound contrast agents.The molecular targeted ultrasound contrast agents enjoy a broad prospect in clinical application.

Key words：molecular ultrasound imaging；targeted contrast agents；diagnosis；treatment response assessment；drug delivery

Acta Acad Med Sin，2023，45（2）：298-302

超聲分子影像是利用超聲技術(shù)對人體系統(tǒng)中的生物過程進(jìn)行可視化描述和測量［1］。不同于常規(guī)增強(qiáng)成像技術(shù)，超聲分子影像關(guān)鍵的在于靶向超聲造影劑，利用超聲分子靶向造影劑可與特異性配體穩(wěn)定結(jié)合的特性，把未結(jié)合超聲分子靶向造影劑洗脫后，結(jié)合超聲分子靶向造影劑的靶病灶信號會持續(xù)增強(qiáng)，以此可方便準(zhǔn)確地進(jìn)行早期診斷、分期、療效評估及靶向治療等?，F(xiàn)對超聲分子靶向造影劑及其應(yīng)用研究進(jìn)展作一綜述，以期為超聲分子靶向造影劑的臨床轉(zhuǎn)化提供新的思路。

超聲分子靶向造影劑

超聲分子靶向造影劑的分類 超聲分子靶向造影劑將配體基團(tuán)共價(jià)或非共價(jià)結(jié)合在普通微泡造影劑外殼上，這些基團(tuán)可以特異性識別一些受體，對疾病進(jìn)行定性診斷和定量分析。根據(jù)微泡直徑大小可將超聲分子靶向造影劑分為靶向微泡（直徑1～10 μm）和納米微泡（直徑<1 μm）。靶向微泡多為血管內(nèi)靶向造影劑，納米微泡多為血管外靶向造影劑。

超聲分子靶向造影劑還可分為單靶點(diǎn)造影劑和多靶點(diǎn)造影劑。多靶點(diǎn)造影劑通過多靶點(diǎn)結(jié)合提高造影劑微泡的親和性和結(jié)合的穩(wěn)定性，較低的使用劑量即可達(dá)到單靶微泡的成像效果，提高了診斷的準(zhǔn)確性。但多靶點(diǎn)微泡合成較為困難，如何形成穩(wěn)定的靶向微泡尚需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。

其他的納米微泡還有納米粒子探針、納米乳劑、納米顆粒、納米膠囊等［2-4］。納米材料的發(fā)展給超聲分子影像展現(xiàn)了更為廣闊的臨床轉(zhuǎn)化視野。

超聲分子靶向探測技術(shù) 超聲分子靶向造影劑的成像依賴其對超聲波的非線性反應(yīng)，當(dāng)聲波到達(dá)造影劑微泡表面時(shí)，產(chǎn)生非線性散射波，而人體組織為線性反射波，由此可以區(qū)分造影劑信號和人體組織信號。

為了探測造影劑微泡的信號，有多種成像模式可以選擇。反向/雙向脈沖成像、功率調(diào)制成像和對比脈沖序列成像都不會破壞微泡，而敏感粒子聲學(xué)定量成像技術(shù)可以通過破壞未結(jié)合的游離微泡實(shí)現(xiàn)對已結(jié)合造影劑微泡的量化檢測［5］；或者在微泡結(jié)合目標(biāo)受體后，使用高機(jī)械指數(shù)脈沖破壞微泡，計(jì)算破壞前后的信號差值，即破壞-補(bǔ)充技術(shù)實(shí)現(xiàn)造影劑的成像［6］。Pysz等［7］提出一種基于造影劑在目標(biāo)區(qū)域停留時(shí)間的快速超聲分子成像方式來顯示增強(qiáng)的造影劑信號，以此識別目標(biāo)病灶。此外，三維超聲分子影像使用矩陣傳感器進(jìn)行多幀頻數(shù)據(jù)采集，可以更加準(zhǔn)確評估和監(jiān)測腫瘤中血管內(nèi)皮生長因子受體（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）-2的表達(dá)［8］。聚焦超聲可以通過調(diào)節(jié)超聲頻率、脈沖長度和脈沖重復(fù)頻率使微血管內(nèi)的靶向微泡通過血腦屏障進(jìn)行無創(chuàng)、定點(diǎn)藥物輸送。通過調(diào)整藥物濃度、聲壓幅值和脈沖寬度等參數(shù)，在聲輻射力的作用下，影響微泡在血管內(nèi)的分布，增強(qiáng)微泡與目標(biāo)受體的結(jié)合，提高成像效果［9］。

超聲分子靶向造影劑在腫瘤中的應(yīng)用

腫瘤早期診斷 血管生成是腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵過程之一，通常腫瘤相關(guān)的血管生成經(jīng)歷兩個(gè)階段，無血管期和血管期。無血管期階段腫瘤依靠宿主微血管的營養(yǎng)物質(zhì)生存，達(dá)到一定大小后（通常為1～2 mm），部分腫瘤進(jìn)入血管期，此時(shí)腫瘤呈指數(shù)增長。超聲分子影像可以在腫瘤生長初期檢測到血管的形態(tài)學(xué)變化，實(shí)現(xiàn)腫瘤的早發(fā)現(xiàn)、早治療。并且，相對于其他影像學(xué)技術(shù)，超聲評估還具有實(shí)時(shí)動態(tài)、無輻射、操作簡單和可重復(fù)性強(qiáng)的優(yōu)勢。腫瘤新生血管相關(guān)受體主要為VEGFR-2、整合素受體、內(nèi)皮素受體、P-選擇素受體、E-選擇素受體等。Abou-Elkacem等［10］在乳腺癌小鼠模型中使用VEGFR2靶向超聲造影準(zhǔn)確檢測出腫瘤新生血管，這表明超聲分子影像在早期篩查乳腺癌方面具有很大的潛力。超聲分子影像在膀胱癌、結(jié)腸癌、胰腺導(dǎo)管腺癌、卵巢癌、前列腺癌、腎細(xì)胞癌等動物模型中的早期診斷方面均得到了驗(yàn)證［11-12］。目前大部分研究仍是在動物模型中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，Willmann等［13］首次使用BR55（一種靶向VEGFR-2的造影劑）對45例女性患者共22個(gè)卵巢局部病灶和18個(gè)乳腺局部病灶進(jìn)行超聲造影評估，并與病理結(jié)果進(jìn)行了對比，證明BR55靶向造影劑在人體中的應(yīng)用是安全可行的。隨后Smeenge等［14］在前列腺癌患者中也證實(shí)BR55超聲造影劑的可行性和安全性，24例研究對象中未發(fā)生嚴(yán)重不良反應(yīng)，其中4例分別產(chǎn)生輕中度的紅疹、寒戰(zhàn)、頭痛和背部疼痛，24 h后自行恢復(fù)；但超聲造影結(jié)果與病理診斷符合率有所下降，因?yàn)榇搜芯繛槌醪窖芯?，研究設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步完善。

除了對腫瘤本身進(jìn)行評估之外，超聲分子影像還能對前哨淋巴結(jié)進(jìn)行準(zhǔn)確識別和評估［15］，其結(jié)果顯示轉(zhuǎn)移性前哨淋巴結(jié)的靶向微泡信號明顯高于非轉(zhuǎn)移性前哨淋巴結(jié)。Nam等［16］在豬黑色素瘤模型中使用αvβ3整合素/P-選擇素雙靶造影劑評估了超聲分子影像檢測前哨淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的能力，結(jié)果證實(shí)雙靶微泡超聲造影劑有助于準(zhǔn)確識別和評估黑色素瘤前哨淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

增加造影劑的靶點(diǎn)可以增加微泡的結(jié)合數(shù)量，加強(qiáng)造影劑穩(wěn)定性，提高超聲造影成像效果。VEGFR2和人表皮生長因子受體2雙靶微泡在小鼠人乳腺癌模型中的血管成像信號顯著高于單靶微泡成像信號［17］。其他還有細(xì)胞間黏附分子-1/選擇素雙靶［18］微泡成像信號和VEGFR2/αvβ3整合素/P-選擇素三靶的微泡成像信號也顯著高于單靶微泡成像信號，尤其是三靶微泡的腫瘤超聲圖像強(qiáng)度增加了40%，甚至可以監(jiān)測到極小的血管生成變化［19］。

腫瘤療效評估 血管內(nèi)超聲分子影像可以通過評價(jià)腫瘤血管生成譜評估抗腫瘤治療的效果。血管生成是實(shí)體腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵因素之一，抗血管生成治療能夠有效抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展，超聲分子成像通過監(jiān)測血管生成標(biāo)志物在治療前后的表達(dá)差異，評價(jià)抗腫瘤治療效果。Helbert等［20］使用BR55靶向造影劑評估了使用舒尼替尼（一種多靶點(diǎn)受體酪氨酸激酶抑制劑）進(jìn)行治療的乳腺癌小鼠模型，證實(shí)超聲分子影像可以評估抗血管生成治療的早期反應(yīng)，這種評估作用在肝癌、結(jié)直腸癌、胰腺癌、前列腺癌和腎癌等小鼠模型中均得到驗(yàn)證。與未行抗血管生成治療的小鼠相比，行抗血管生成治療小鼠的超聲造影信號在治療24h后顯著下降［21-22］。

除了評價(jià)抗腫瘤藥物的治療效果，超聲分子影像還可以評價(jià)乳腺癌腫瘤微波消融治療效果［21］。傳統(tǒng)的非靶向超聲造影也可以對腫瘤消融進(jìn)行評價(jià)。傳統(tǒng)超聲造影劑廓清速度較快，如有殘余病灶的情況，無法使殘余病灶的信號連續(xù)顯示，可能需要多次注射造影劑進(jìn)行觀察。超聲分子靶向造影劑可以有針對性地顯示目標(biāo)病灶的消融情況，在連續(xù)消融過程中進(jìn)行持續(xù)評估。臨床上，腫瘤消融手術(shù)已經(jīng)在甲狀腺、乳腺、肝臟、腎臟和肺疾病中廣泛應(yīng)用，超聲分子影像給消融治療的評估提供了新的方式。

腫瘤靶向治療作用 化療藥物的治療劑量與藥物不良反應(yīng)之間難以平衡是臨床亟待解決的問題之一。通過增加細(xì)胞膜或生物屏障的滲透性，超聲分子靶向造影劑可以包裹治療藥物或基因，到達(dá)腫瘤區(qū)域后，在高機(jī)械指數(shù)下進(jìn)行超聲觸發(fā)，微泡破裂、釋放藥物，增強(qiáng)藥物利用效率，擴(kuò)大治療范圍，對腫瘤病灶進(jìn)行精準(zhǔn)治療［23］。Chang等［24］開發(fā)了一種靶向VEGFR2的陽離子微泡基因載體，經(jīng)顱聚焦超聲暴露，使基因得以透過血腦屏障發(fā)揮治療作用。

血栓評估 動脈粥樣硬化患者早期多數(shù)沒有典型的臨床癥狀，直至斑塊破裂或發(fā)生嚴(yán)重狹窄或阻塞。血管細(xì)胞黏附分子-1在動脈粥樣硬化中早期表達(dá)，并被轉(zhuǎn)運(yùn)到血管內(nèi)皮細(xì)胞管腔表面，因此以血管細(xì)胞黏附分子-1為靶點(diǎn)的造影劑微泡可以通過超聲造影進(jìn)行血小板活動的動態(tài)評估及血栓破裂風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測。血栓形成相關(guān)的受體還有其他細(xì)胞黏附因子和血小板膜糖蛋白（glycoprotein，GP） Ⅱb/Ⅲa等［25-26］。

此外，GPIbα、連接黏附分子-A、GP VI、血管性血友病因子均可用于動脈粥樣硬化的超聲分子成像［27-28］。超聲分子影像還可用于急性心肌缺血的評估，以E-選擇素為靶點(diǎn)的超聲分子影像可以較長時(shí)間監(jiān)測心肌缺血的動態(tài)變化［29］。

炎性疾病評估 Lindner等［30］發(fā)現(xiàn)超聲分子靶向造影劑持續(xù)存在于心肌缺血再灌注后的區(qū)域，經(jīng)過體外和體內(nèi)試驗(yàn)，證實(shí)超聲分子靶向造影劑能夠與活化的白細(xì)胞結(jié)合，可用于炎癥反應(yīng)的無創(chuàng)評估。

超聲可以捕捉腸壁因炎性反應(yīng)而增厚的強(qiáng)回聲信號，但二維超聲無法對炎性腸病進(jìn)行早期監(jiān)測。黏膜血管定位素細(xì)胞黏附分子-1可以作為靶點(diǎn)用于檢測炎性腸?。?1］。另有研究在豬的急性回腸炎模型中，雙靶P-選擇素和E-選擇素的表達(dá)與組織學(xué)檢查證實(shí)了炎癥程度具有良好的相關(guān)性［32］，進(jìn)一步提示超聲分子影像可以特異性檢測和量化腸道炎癥，為炎性腸病患者提供了一種可靠、無創(chuàng)的診斷和監(jiān)測方法。

另有少部分體外研究證實(shí)了超聲分子影像可用于心臟移植排斥反應(yīng)、肝臟移植纖維化反應(yīng)、異體腎移植排異反應(yīng)的監(jiān)測［33-35］。

超聲分子靶向造影劑應(yīng)用的其他探索

超聲分子靶向造影劑在其他疾病領(lǐng)域的應(yīng)用也有學(xué)者進(jìn)行了初步探索。VEGFR-2靶向超聲造影劑可以與胚胎著床期增加的酪氨酸激酶受體特異性結(jié)合，用于評估小鼠子宮內(nèi)膜的容受性［36］。Liao等［37］研究了一種新的治療模型，超聲分子靶向造影劑微泡中包被液體型表皮生長因子，通過溶菌酶微泡的空化作用促進(jìn)傷口愈合，結(jié)果表明，此種治療模型可以顯著縮短傷口愈合時(shí)間，提高治療效率。

超聲分子靶向造影劑應(yīng)用的不足之處

超聲分子靶向造影劑的應(yīng)用目前主要停留在臨床前試驗(yàn)階段，雖然現(xiàn)存的體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)為實(shí)現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化提供了依據(jù)，而且基于人體的相關(guān)臨床試驗(yàn)也已經(jīng)陸續(xù)開展，但仍有很多問題亟待解決：（1）超聲分子影像在人體中應(yīng)用的安全性和可行性仍需要大量的研究證據(jù)支持；（2）目前現(xiàn)有的臨床前研究多集中在肝癌、胰腺腫瘤、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌和血栓及炎癥評估方面，其他系統(tǒng)腫瘤、創(chuàng)傷性疾病或免疫性疾病等領(lǐng)域研究較少；（3）超聲分子靶向造影劑微泡破裂可以進(jìn)行藥物或基因遞送，但其藥代動力學(xué)和微泡穩(wěn)定性的提高等一系列問題仍未解決，需要進(jìn)一步開展基礎(chǔ)研究。

總結(jié)

超聲分子影像具有實(shí)時(shí)成像、無創(chuàng)傷、無輻射、低成本的優(yōu)勢，臨床上應(yīng)用廣泛，基于分子靶向造影劑的發(fā)展，在分子水平將人體各器官的結(jié)構(gòu)和功能顯像相結(jié)合，可輔助臨床醫(yī)師進(jìn)行診斷分析，快速做出臨床決策，使影像診斷發(fā)展到新高度。未來隨著多學(xué)科交叉的融合發(fā)展，研發(fā)成穩(wěn)定性更高的造影劑，有助于實(shí)現(xiàn)造影劑的血管外靶向功能。超聲分子影像有望成為一種具有高敏感性、高特異性和高準(zhǔn)確性的分子成像工具，不但可以對疾病進(jìn)行診斷和評估，而且可以實(shí)現(xiàn)個(gè)體化的精準(zhǔn)治療。

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（收稿日期：2021-12-28）

基金項(xiàng)目：北京市自然科學(xué)基金（7152137）