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【进展】正电子放射性药物的临床应用与进展

医疗行业从业者 · 最后编辑于 2007-01-21 · IP 上海上海
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诊断学理论与实践2005 年第4 卷第2 期

正电子放射性药物的临床应用与进展
李彪, 朱承谟(上海第二医科大学附属瑞金医院核医学科,上海200025)

正电子发射计算机体层摄影仪(positron emission tomography, PET)是可反映人体功能、生化代谢及进行分子影像研究的先进功能分子影像设备,PET/CT 将能精确反映人体解剖结构的CT 与反映功能的PET 相整合, 是目前临床应用中最佳的分子影像设备。正电子放射性药物是PET 或PET/CT进行临床显像的必备条件。随着PET 在临床上的广泛应用, 各类新型正电子放射性药物相继出现,药物的不断更新同时也推动了PET 进一步发展。因此,加强新型正电子放射性药物的开发研究及临床应用,是PET 未来发展的关键所在。

正电子放射性药物的显像原理

正电子放射性药物是由正电子放射性核素所标记的一类化合物。正电子放射性核素如18F、11C、13N 等均为缺中子、富质子的放射性核素,衰变时发射出一个正电子和一个中微子,核中一个质子转变为中子。正电子的射程仅1-2 mm 即发生湮灭辐射(annihilation radiation),失去电子质量,转变成两个能量为511 keV、方向相反的r光子。PET 以探测两个方向相反的能量511 keV的 r光子来进行显像。正电子放射性核素的半减期短,在快速合成、标记后需在短时间内使用,因此在一定程度上限制了其在不配备回旋加速器的医院的临床应用。

正电子放射性药物临床应用的现状

目前临床上较常用的正电子放射性药物主要有以下4 类。

一、代谢类正电子放射性药物
人体代谢是一精细而准确的过程,糖、蛋白质、脂肪及核酸代谢之间关系密切且相对稳定。在疾病早期,即在形态结构发生改变之前,机体首先会发生代谢调控的异常,表现为糖、蛋白质、脂肪及核酸单个或多个代谢的异常。代谢类正电子放射性药物为正电子放射性核素标记在参与人体正常代谢的生理性物质上, 从而能够反映机体代谢的变化,在疾病的早期诊断、治疗方案选择、疗效监测及药物研发等方面可发挥重要作用。

1. 葡萄糖代谢显像剂:18F-氟脱氧葡萄糖(18F-FDG)是一广谱的PET 显像剂,适用于多数肿瘤、脑及心肌的显像,是目前最成熟、临床上应用最广泛的正电子放射性药物。肿瘤细胞的葡萄糖代谢水平高于正常组织,故18F-FDG 在肿瘤细胞内的积聚增加,这也是18F-FDG PET 鉴别良、恶性病灶的基础。18F-FDG PET 在非小细胞型肺癌、乳腺癌、黑色素瘤及直肠癌的诊断价值已肯定,其对肿瘤分期、术后复发的早期诊断及疗效的监测有重要价值。18F-FDG PET 用于评估缺血心肌的活力被认为是"金标准"。在癫痫灶的定位方面,18F-FDG PET 也有较广泛的应用。然而,部分原发性肝癌及肾透明细胞癌对18F-FDG 的摄取并不增高, 从而出现假阴性,这使其在肝癌及泌尿系肿瘤方面的应用受到限制,且当存在炎症、活动性结核或肉芽组织时, 也有18F-FDG 摄取的增高,造成一定假阳性。

2. 氨基酸代谢显像剂:11C 标记的蛋氨酸(11C-MET)是PET 应用最多的氨基酸类显像剂,其主要反映氨基酸的转运状态。肿瘤细胞氨基酸转运体的表达上调, 因此11C-MET 在肿瘤组织中的积聚增加。综合现有文献,11C-MET PET 的肺癌显像相当于18F-FDG PET,但由于11C-MET 在炎症中不浓聚,易于区别肿瘤和炎症。目前11C-MET PET 的研究多集中在脑肿瘤。与18F-FDG 相比,11C-MET 具有2 个优势:一是肿瘤坏死区对11C-MET 的摄取较18F-FDG 明显下降;二是11C-MET 的脑组织摄取低,与肿瘤对比明显。大规模的一次研究(n=196)表明,11C-MET 鉴别胶质瘤及非恶性肿瘤的准确性达79%。11C-MET 和18F-FDG 联合显像可互补, 提高对肿瘤诊断的敏感度和特异度。由于仅产生很少的组织代谢产物,非常适合量化蛋白合成过程。通过计算肿瘤组织的蛋白合成率(PSR),可以量化肿瘤的代谢率,从而更准确地评估病灶的良恶性。此外,还有18F 标记的乙基酪氨酸18F-FET主要用于脑肿瘤显像。初步研究发现在恶性黑色素瘤中FET 和FDG 的摄取相关性好,且两者有互补性,说明两者同时使用可增加PET显像的灵敏度。

3. 乙酸盐:乙酸盐是氧化代谢的底物,心肌中11C-乙酸盐首先被转化成乙酰化基团, 最后被线粒体氧化成二氧化碳排出, 因此可用于心肌代谢显像。而梗死的心肌中11C-乙酸盐的摄取和清除率均下降,提示病变心肌的氧耗下降,因此11C-乙酸盐的摄取降低。乙酸盐同时也是氨基酸合成的基础,故也可用于肿瘤的诊断。有报道在原发性肝癌中11C-乙酸盐的灵敏度显著高于18F-FDG。

4. 磷脂类显像剂:主要是11C-胆碱。胆碱通过特异性转运载体进入细胞,最终代谢为磷脂酰胆碱而整合到细胞膜上。恶性肿瘤表现为快速增殖和细胞膜成分的高代谢,因此表现为胆碱摄取增高。一旦胆碱在肿瘤细胞内被磷酸化后就滞留在细胞内。同时胆碱本身也参与调节细胞的增殖和分化。与18F-FDG相比11C-胆碱不经泌尿系统排泄, 前列腺癌组织内的胆碱水平明显高于正常前列腺和良性增生组织。因此11C-胆碱PET 显像对前列腺癌的诊断更为有利。De Jong 等研究11C-胆碱PET 显像(25 例前列腺癌和5 例前列腺良性病变)发现前列腺良性病变的平均标准化摄取值(SUV) 为2.3(1.3~3.2), 而前列腺癌的平均SUV值为5.0 (2.4~9.5)。此外,11C-胆碱还是一良好的脑肿瘤显像剂,因其在血液中清除快, 可得到清晰的脑肿瘤PET图像,对脑转移灶的诊断明显优于18F-FDG。

5. 核酸代谢显像剂:核酸的合成与代谢反映细胞分裂增殖状况,而肿瘤细胞的特性是细胞增殖加速。3'-脱氧-3'-18F-氟胸腺嘧啶(18F-FLT)是目前性能最好的核酸代谢显像剂,能被细胞摄取并由胸腺嘧啶酶磷酸化而滞留在细胞内,参与DNA合成。静脉注射18F-FLT 后, 可在快速增生的组织中大量浓聚。MartNe5 等研究发现,与18F-FDG相比,18F-FLT是评价化疗疗效更为理想的显像剂。

6 脂肪酸代谢显像剂:心肌的能量代谢主要来自脂肪酸,因此用11C 或18F标记的脂肪酸可用于心肌代谢显像。11C 标记的棕榈酸(11C-PA)与天然代谢的脂肪酸结构相似,也可用于评估心肌活力。

二、受体类正电子放射性药物
受体显像是利用放射性标记的配体能与靶组织的受体高亲合力结合的特性来显示受体分布、密度和亲合力大小,是集配体受体高特异性和示踪技术高敏感性于一体且无创的体内功能性显像方法。

1. 多巴胺受体显像剂:11C-雷氯必利(11C-雷氯必利)能与脑内多巴胺D2 受体特异性结合,因此被用于帕金森病及精神分裂症的显像。11C-雷氯必利在脑内主要浓聚在基底节。CT 和MR 很难检出受体的密度和分布的轻微变化, 而11C-雷氯必利PET显像能早期检出受体的密度和分布变化,是具有良好应用前景的受体显像剂。

2. 雌激素受体显像剂:18F标记的雌二醇(18F-FES)能与乳腺癌细胞表面的雌激素受体特异性结合,表达肿瘤中相关受体的密度和分布情况,进行肿瘤诊断、分期和疗效判断。有报道采用18F-FES对乳腺癌诊断的灵敏度为76%,特异度为100%。如将18F-FES 与18F-FDG显像结合能提高乳腺癌诊断的灵敏度。乳腺癌用抗雌激素治疗前后行18F-FES显像也是评估疗效的重要方法。

3: 其他:尚有11C-双氢睾酮(11C-EDHT)雄激素受体显像诊断前列腺癌、11C-羟基麻黄素(11C-mHED)肾上腺素能受体显像诊断嗜铬细胞瘤、11CPK11195r-氨基丁酸受体显像诊断炎症和神经损伤等。

三、灌注类正电子放射性药物

正电子灌注显像剂主要用于心脏和脑的血流灌注显像。

1.13N-氨水(13N-NH3)是临床最常用的正电子心肌灌注显像剂,其诊断心肌缺血的灵敏度高于201TI。13N-NH3是结合18F-FDG是评估心肌存活的"金标准"。

2: 82铷(82-Rb)是较早的正电子灌注显像剂之一,主要用于心肌灌注显像、脑肿瘤所致血脑屏障改变和阿尔茨海默病的诊断等82-Rb 并可用于心肌血流量的测定,心肌血流的量化对冠心病的诊断有较高准确度。但由于82-Rb的半减期过短(1.3分钟),对成像带来一定困难,现临床上已被13N-NH3替代。

3: 其他:有15O-HO2、11C-CO2显像检测脑血流、诊断脑死亡等。

四、乏氧正电子放射性药物
乏氧细胞显像是利用乏氧显像剂进入肿瘤组织后因缺氧而致其在肿瘤内滞留而显像。临床最常用的是18F标记的氟硝基咪唑丙醇(18F-FMISO),其进入细胞后在硝基还原酶的作用下发生还原反应。在氧含量正常的细胞中,还原后的基团还可重新氧化成原来的有效基团,而当组织细胞缺氧时,还原后的基团无法重新氧化而滞留胞内。肿瘤组织经放射治疗后由于细胞肿胀、水肿而致进一步缺氧,所以18F-FMISO 对放射治疗效果的评价具重要作用。

正电子放射性药物发展的展望

我国目前开展的PET 检查项目主要以肿瘤的全身显像为主, 另有部分心肌代谢显像和脑癫痫灶定位显像。其中使用的正电子放射性药物基本都是18FFDG
。因为18F 的半减期较长便于运输,无加速器的医院也可使用;另一方面, 18F-FDG 在临床已应用多年,是一成熟的正电子放射性药物。但FDG 的局限性也显而易见:无法准确鉴别炎症与肿瘤;为非特异性的肿瘤显像剂;此外有些肿瘤细胞不摄取FDG。因此,18F-FDG 并不是肿瘤诊断的特异性药物。随着近年各类新型正电子放射性药物的发展和加速器的普及,正电子放射性药物已不再局限于代谢和灌注显像剂。如前所述,除代谢外的各类正电子显像剂正加速进入临床使用, 如11C-MET、11C-胆碱因其脑及全身本底较18F-FDG 更低, 故对肿瘤的诊断具更高的灵敏度。受体显像剂是近年研究的热点, 因受体-配体结合具很高的特异度和亲合力,故能对特定的肿瘤作出高特异性诊断。此外还有基因显像剂, 如18F-氟脱氧碘化呋喃酰基尿嘧啶(18FFIAu)、18F-羟甲基丁基鸟嘌呤(18F-FHBG)等,其利用正电子核素标记的探针在分子水平显示基因及其表达产物的功能变化进行临床诊断、疗效观察和预后判断。基因显像从理论上具更高的特异度、灵敏度和稳定性。由此可见,众多的正电子显像剂为临床获得正确诊断、制定治疗方案、评价疗效和筛选新的肿瘤治疗药物奠定了基础。功能性MR 也可进行灌注显像,这就使显像中使用较多的13NH3、82Rb 和15O-H2O PET 的灌注显像受到挑战。不同于CT 或MRI,PET 是对放射性药物依赖性很强的设备。如没有正电子放射性药物,PET 也就不能发挥其作用,因此正电子放射性药物是PET 临床应用的基础和动力。目前国内外单一使用18F-FDG 的时代即将改变,因此及时开发和研究新型正电子显像剂是PET 目前的主要任务。随着我国各地PET/CT 中心的建立及回旋加速器的配备,我国近年对各类新型正电子放射性药物的临床应用日渐增多。资料表明2004 年上半年18FFDG的使用占我国所有PET/CT 中心总数的93%,与2003 年同期相比下降了6%, 这是因为有5%使用非葡萄糖代谢显像类药物如11C-MET、11C-胆碱、18F-FMISO、18F-FLT、11C-雷氯必利, 其中尤以11CMET、11C-胆碱为多。从使用增长速度来看,11CMET、11C-胆碱在2004 上半年比2003 下半年分别增长42 和56 倍,而18F-FMISO、18F-FLT、11C-雷氯必利均是2004 年投入临床使用的新药。因此,有理由相信,随着各类正电子放射性药物的不断更新,PET的功能分子显像会取得新的突破。






















































正电子放射性药物的临床应用与进展 2005.pdf (131 KB)

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