趙相軒，溫鋒，盧再鳴，郭啟勇

作者單位：

中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧省醫(yī)學(xué)影像重點實驗室，沈陽 110004

細胞凋亡是細胞程序死亡的最常見形式之一，為人體生長發(fā)育和維持自身穩(wěn)定所必需生理過程，細胞凋亡異常將導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生[1]。對細胞凋亡通過現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像手段，如CT、PET、SPECT和MRI等進行顯像將對相關(guān)疾病的診斷、治療和預(yù)后分析至關(guān)重要。其定性、定量、實時監(jiān)測和精準(zhǔn)靶向性已被證實遠超過傳統(tǒng)意義上的宏觀醫(yī)學(xué)影像[2-3]。利用特異性凋亡分子靶向探針作為對比劑進行磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)即產(chǎn)生了細胞凋亡分子磁共振影像。筆者對國內(nèi)外應(yīng)用MRI技術(shù)對細胞凋亡進行分子顯像的研究進展進行總結(jié)，以便為推動細胞凋亡檢測應(yīng)用臨床診斷和療效判斷提供有益線索和思路。

1 細胞凋亡MR分子成像技術(shù)基礎(chǔ)

細胞凋亡是一種程序化細胞死亡執(zhí)行過程，伴隨著蛋白質(zhì)、核酸等生命物質(zhì)的降解、重新合成和耗能。細胞凋亡始于細胞結(jié)構(gòu)和生理過程發(fā)生改變，直至凋亡小體產(chǎn)生、被巨噬細胞吞噬而導(dǎo)致細胞的完全消失?？捎糜贛RI的細胞凋亡典型事件有兩類：(1)細胞膜磷脂雙分子層內(nèi)側(cè)小頁(inner leaflet)上的磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine，PS)或磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)外翻移位到外側(cè)小頁(outer leaflet)。鈣離子依賴性Annexin V蛋白(36kDa)可特異性識別細胞膜PS或PE而吸附到凋亡細胞表面，對此類細胞進行標(biāo)記。PS或PE外翻是早期細胞凋亡檢測的生化基礎(chǔ)之一[4-5]；(2)細胞凋亡的進程主要由胞內(nèi)的一系列稱為半胱氨酸-天冬氨酸特異性蛋白酶(cysteinylaspartate-specific proteases，Caspase)的蛋白裂解酶控制和調(diào)節(jié)。Caspase能識別底物蛋白中的特定序列而將其切割。目前共發(fā)現(xiàn)了大約13種Caspase蛋白酶，其中Caspase 3、Caspase 7和Caspase 8被特異性抑制劑阻斷活性后，細胞凋亡進程被延遲或終止，故Caspase 3和7被稱為凋亡執(zhí)行者，Caspase 8為啟動者。凋亡細胞內(nèi)Caspase 3、7和8蛋白酶對底物蛋白切割識別序列為DEVD (Asp-Glu-Val-ASP，天冬氨酸-谷氨酸-纈氨酸-天冬氨酸)。當(dāng)細胞內(nèi)關(guān)鍵性靶蛋白被Caspase裂解酶切割后，生物學(xué)功能活性喪失，細胞不可逆的進入凋亡狀態(tài)。常見的Caspase切割底物有多聚ADP2核糖核酸聚合酶(PARP)，Lamin以及Caspase自身也可以成為上游Caspase切割的對象[6]。

MRI是一種利用原子核在磁場內(nèi)所產(chǎn)生的信號經(jīng)重建成像的一種影像技術(shù)。MRI具有高空間解析率、無放射性、可任意方向成像、軟組織分辨率高、無骨硬化偽影等優(yōu)點。新型對比劑的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用極大地改善了MRI的信噪比和精準(zhǔn)度，縮短了成像時間。目前最主要分子磁共振對比劑有兩類[7]，一類是基于螯合釓(Godalinium，Gd)，通過縮短組織縱向弛豫時間(T1對比劑)。另一類是基于磁性氧化鐵顆粒通過縮短組織橫向弛豫時間(T2對比劑)。但是這種分類也不是絕對，有報道Gd復(fù)合物也可以用于T2對比劑，氧化鐵顆粒也可用于T1對比劑。將上述Gd或氧化鐵納米顆粒與凋亡特異性檢測標(biāo)志物，如Annexin V或含有CASPase切割序列(如DEVD)的肽類分子偶聯(lián)后形成的復(fù)合物，即可應(yīng)用于細胞凋亡分子MRI。

2 細胞凋亡磁共振分子探針

2.1 基于超順磁性氧化鐵的凋亡探針

超順磁性氧化鐵(superparamagnetic iron oxide，SPIO)應(yīng)用于MRI已有30多年的歷史。由于其在T2或T2*序列加權(quán)成像中具有強陰性對比性，極為容易檢出而具有強大的臨床應(yīng)用前景。目前針對的細胞凋亡的SPIO分子磁共振探針主要包括C2–SPIO、Annexin V-SPIO、Annexin V–VSOP、R832-USPIO/R826-USPIO、Annexin V-CLIO和Annexin V-CLIO-Cy5.5等。

2.1.1 C2-SPIO

C2-SPIO [C2 domain of synaptotagmin I (C2)- superparamagnetic iron oxide (SPIO)，C2-SPIO]為突觸結(jié)合蛋白I (synaptotagmin I)的C2結(jié)構(gòu)域(C2 domain)片段與超順磁性氧化鐵納米顆粒交聯(lián)后形成的復(fù)合物分子。其中突觸結(jié)合蛋白I的C2結(jié)構(gòu)域(分子量約為11 kDa)可與細胞膜外翻的磷脂酰絲氨酸(PS)結(jié)合，這是構(gòu)成C2-SPIO識別凋亡細胞的生化基礎(chǔ)[8]。體外實驗中，MR T2*WI掃描結(jié)果顯示C2-SPIO可識別Etoposide (依托泊甙，DNA拓撲異構(gòu)酶II抑制劑)誘導(dǎo)的大鼠淋巴瘤EL4細胞早期凋亡，而對正常未處理的對照細胞沒有結(jié)合，不產(chǎn)生鐵沉積信號，表明離體凋亡細胞可特異性吸附C2-SPIO。C2-SPIO還可通過血液循環(huán)到達腫瘤部位，檢測其是否有凋亡的發(fā)生。動物實驗同樣證實鼠尾靜脈注射C2-SPIO后，進行T2WI成像(TE 30 ms)。Cyclophosphamide (環(huán)磷酰胺)和Etoposide聯(lián)合化療C57/Bl6荷瘤小鼠EL4移植腫瘤誘導(dǎo)細胞凋亡，MRI只在聯(lián)合化療組小鼠腫瘤部位檢測到顯著鐵沉積信號，而在安慰劑處理組沒有明顯信號，表明C2-SPIO可在體內(nèi)特異性識別凋亡細胞[9]?？紤]到SPIO已在臨床上用于檢測血液磁共振[10]，因此C2-SPIO具有成為細胞凋亡檢測的臨床應(yīng)用潛在價值。值得關(guān)注的是該研究中小鼠鼠尾靜脈注射探針Fe含量為20 mg/kg換算成成人劑量應(yīng)為1400 mg/70 kg。而正常情況下Fe的正常給予應(yīng)該300 mg/person，因此進一步的臨床試驗可能會給患者或測試者帶來Fe過量服用的問題，引起毒性。過高的C2-SPIO可能激活網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)吞噬細胞活性而誘發(fā)Fe累積沉淀。這些都是其臨床應(yīng)用亟待解決的問題。

2.1.2 Annexin V-SPIO

將體外重組表達的Annexin V蛋白直接與SPIO交聯(lián)后可得到Annexin V-SPIO。Annexin V-SPIO應(yīng)用于MRI檢測心肌細胞凋亡得到初步的驗證。Annexin V-SPIO可特異性識別阿霉素(Doxorubicin，Dox)誘導(dǎo)新生胎鼠心肌細胞和成年鼠骨髓間充質(zhì)干細胞凋亡[11]。處理組和對照組細胞分別與Annexin V-SPIO (10 μg)孵育，只有Dox處理組細胞Annexin V-SPIO可引起MR T2*WI信號衰減，表明凋亡細胞產(chǎn)生探針沉積。動物實驗同樣證實Annexin V-SPIO可通過血液到達病變部位。FVB/NJ雄性小鼠腹腔注射25 mg/kg的Dox，48 h后鼠尾靜脈注射Annexin V-SPIO或SPIO后行MR T2*WI掃描即可觀察到Dox處理組注射Annexin V-SPIO后右心室壁出現(xiàn)信號衰減(探針沉積)，生理鹽水注射對照組SPIO則無明顯信號。平行實驗還顯示皮下注射10 ng/kg的α腎上腺素受體激動劑A61603 [N-(5-(4，5-二氫-(1H)-吲哚-2-基)-2-羥基-5，6，7，8-四氫萘-1-基)甲烷磺酰胺氫溴酸，簡稱A61603]，可顯著減弱Dox誘導(dǎo)的信號衰減(Annexin V-SPIO沉積減少)，表明A61603可以降低Dox 誘發(fā)的心肌細胞凋亡。鑒于Annexin V-SPIO做對比劑情況下，MRI檢測到細胞凋亡信號最低細胞數(shù)目可在200個細胞左右。因此Annexin V-SPIO可作為一種高靈敏性分子MRI探針在體內(nèi)或體外條件下通過MR T2*WI序列顯示心肌細胞凋亡的存在。

2.1.3 Annexin V-VSIOP

將Annexin V蛋白與極小氧化鐵納米顆粒(very small iron oxide particles，VSIOP)通過巰基(Thiol)交聯(lián)可形成Annexin V-VSIOP。Annexin V-VSIOP磁性核心約為5 nm，外面包被75個檸檬酸鹽分子。每個VSIOP可交聯(lián)5個Annexin V分子，整個納米顆粒直徑約為14 nm。研究證實Annexin V-VSIOP可識別喜樹堿(Camptothecin)誘導(dǎo)淋巴瘤Jurkat細胞凋亡。對照細胞(凋亡率約為10%)與喜樹堿處理組(約有47%死亡)與Annexin V-VSIOP或M1234-VSOP(陰性對照)孵育后行MR T2WI和T2*WI，結(jié)果顯示Annexin V-VSIOP孵育的對照組和處理組的T2WI值為(82 ms和29 ms)，T2*WI值為(23 ms和10 ms)。表明喜樹堿處理可引起探針沉積。這種沉積由VSIOP攜帶的Annexin V特異性吸附所致且與凋亡細胞數(shù)量成正相關(guān)[12]。

2.1.4 R826/ R832-USPIO/Annexin V-USPIO

極小超順磁氧化鐵(ultrasmall superparamagnetic iron oxide，USPIO)交聯(lián)寡肽分子形成兩種磁共振探針。一種是超小超順磁氧化鐵與一種環(huán)狀七肽交聯(lián)形成的USPIO-832。USPIO-832可特異性識別并結(jié)合炎癥標(biāo)志物血管細胞粘附分子I (vascular cell adhesion molecule-I，VCAM-I)；另一種是超小超順磁氧化鐵與一種線狀六肽交聯(lián)形成的USPIO-826。USPIO-826可識別并結(jié)合細胞膜磷脂酰絲氨酸分子。體外細胞實驗證實USPIO-826可識別腫瘤壞死因子TNF-α誘導(dǎo)的人臍帶靜脈內(nèi)皮細胞細胞凋亡和喜樹堿誘導(dǎo)的淋巴瘤Jurkat細胞凋亡。載脂蛋白APOE敲除小鼠高脂飲食可產(chǎn)生動脈粥樣斑塊。實驗證實雌性載脂蛋白APOE敲除小鼠鼠尾靜脈注射0.1 mmol Fe/kg的USPIO衍生物(包括USPIO-832、USPIO-826、USPIO-PEG等)。MR T2*WI 成像結(jié)果顯示在腹主動脈粥樣斑塊處相同位置檢測到USPIO-832和USPIO-826高攝取。由于USPIO-832可識別粥樣斑塊，USPIO-826可識別凋亡細胞，因此二者成像結(jié)果顯示在動脈粥樣斑塊處有細胞凋亡的發(fā)生。提示這類斑塊處于更加危險期[13]。Nishie等[14]報道了Annexin V-USPIO經(jīng)鼠尾靜脈注射到達腫瘤部位，可識別Etoposide 和Cyclophosphamide聯(lián)合化療誘導(dǎo)的C57/Bl6荷瘤小鼠EL4細胞凋亡。與以往包括SPIO在內(nèi)的磁共振分子探針相比較，USPIO直徑遠遠小于毛細血管孔徑，使得其可從毛細血管直接擴散更容易到達靶點。兩種對比劑較以往研究的探針具有背景噪音低、高弛豫值、成像所需時間短、靶向性強等特點。因此二者具有更好的的臨床應(yīng)用價值，值得進一步開發(fā)用于檢測動脈粥樣硬化斑塊的分期和腫瘤化療療效判斷。

2.1.5 Annexin V-CLIO

Annexin V還可以與鐵納米顆粒交聯(lián)構(gòu)成Annexin V-CLIO (Annexin V-Cross linked iron oxide)。每個Annexin V-CLIO分子約含有2.7個Annexin V蛋白。體外實驗證實Annexin V-CLIO可識別喜樹堿誘導(dǎo)淋巴瘤Jurkat (Clone E6-1)細胞凋亡[15]。Annexin V-CLIO探針通過再次交聯(lián)熒光分子Cy5.5后可形成雙模探針[16]。該探針在MRI鑒定活體心肌細胞凋亡中得到一定的應(yīng)用。與前面報道的Annexin V-CLIO相比較，Annexin V-CLIO-Cy5.5不僅具有磁性對比功能，還可產(chǎn)生熒光，故可提供更多的信息。利用20 μg/ml Cycloheximide處理心肌細胞培養(yǎng)物18 h后可誘導(dǎo)約34.2%細胞發(fā)生凋亡。1 μg Fe/ml 的Annexin V-CLIOCy5.5與對未處理(對照組)和處理組細胞孵育后行MRI T2WI成像，結(jié)果顯示Annexin V-CLIO-Cy5.5在處理樣本中具有明顯沉積，而對照細胞沒有明顯攝取?；贑y5.5的熒光實驗同時顯示只有處理組細胞具有熒光。表明Annexin V-CLIO-Cy5.5具有特異性結(jié)合凋亡細胞的能力。動物活體實驗中通過小鼠冠狀動脈[left anterior descending (LAD) coronary artery]短暫性結(jié)扎30 min造成缺血損傷。鼠尾靜脈注射Annexin V CLIO-Cy5.5(2 mg Fe/kg) 或者CLIO-Cy5.5 (2 mg Fe/kg)。24 h后MR FLASH T2*WI顯像獲得舒張期和收縮期的圖像，結(jié)果顯示與陰性對照CLIO-Cy5.5對比，Annexin V CLIOCy5.5組出現(xiàn)明顯信號丟失(出現(xiàn)Fe沉積)。提示心室前部和前部外側(cè)出現(xiàn)功能性損傷。

Gaq高表達轉(zhuǎn)基因小鼠由于心肌肥厚可導(dǎo)致心衰。研究人員通過Annexin V CLIO-Cy5.5 MRI顯像在這種動物心衰模型中檢測到心內(nèi)膜下微量細胞凋亡(約為2%)[17]。與此同時，研究人員還將Annexin V-CLIOCy5.5和Gd-DTPA-NBD 雙對比劑用于鑒定心肌梗塞中的細胞凋亡和細胞壞死。該研究基于Gd-DTPA-NBD探針不能進入凋亡細胞(細胞膜仍然具有完整性)，但可以進入壞死細胞(細胞膜不具備完整性)或其產(chǎn)生的碎片。而Annexin V-CLIO-Cy5.5能與凋亡細胞PS或PE結(jié)合可識別早期凋亡細胞。通過雙對比分子MRI探針可發(fā)現(xiàn)心肌細胞早期凋亡最容易發(fā)生在心肌中部。而細胞壞死最早發(fā)生在心內(nèi)膜。由于缺血再灌注的第4～6 h大部分發(fā)生凋亡的細胞還保持一定的活性(尚處于凋亡最早期)，由于凋亡早期是一個可以被阻斷的過程，因此這一部分可以作為治療挽救的對象，因此該探針具有一定的臨床應(yīng)用價值?？紤]到包括99Tcm-annexin V分子探針臨床試驗中并不能將壞死細胞和凋亡細胞區(qū)分開。而該研究通過雙對比劑的使用，成功將二者分開，是一個巨大的進步。該研究所采用的的熒光探針NBD，由于其分子量較小，不帶電荷而不易和血液組織中的白蛋白(albumin)及其他大分子物質(zhì)結(jié)合。因此NBD與Gd-DTPA交聯(lián)后并未對其物化性質(zhì)構(gòu)成影響而同樣適用于延遲增強(delay enhancement，DE)成像。研究人員還發(fā)現(xiàn)當(dāng)有約3%的心肌細胞發(fā)生凋亡是即可通過基于Annexin V-CLIO對比劑的MRI檢出。此時探針濃度僅為0.1 μg Fe/ml，低于SPIO等約100多倍，表明Annexin V-CLIO具有更強的特異性和靈敏度。其中的原因之一可能在與每個CLIO可攜帶2.7個Annexin V分子有關(guān)。由于Gaq高表達小鼠模型可以模擬人類心衰過程，故該探針介導(dǎo)的分子磁共振技術(shù)如在臨床得到進一步試驗和推廣，將可對人類心肌肥厚導(dǎo)致的心衰病情進行非入侵性心肌凋亡動態(tài)監(jiān)測。

2. 2 釓元素(Gd)

目前臨床應(yīng)用的MR T1對比劑主要由釓、錳、鋅等離子螯合而成，且以釓劑應(yīng)用最多[18]?；卺徳?Gadolinium，Gd)的對比劑因具有高弛豫率的特點而廣泛應(yīng)用于磁共振增強檢查。釓噴酸葡胺Gd-DTPA(商品名Magnevist)是臨床上應(yīng)用最早的一種非特異性細胞外間隙對比劑。釓特酸葡胺Gd-DOTA則是一種新型的離子型大環(huán)類結(jié)構(gòu)的釓對比劑，穩(wěn)定性高于Gd-DTPA，亦開始在臨床上日益得到廣泛應(yīng)用。目前基于Gd-DTPA和Dd-DOTA的細胞凋亡靶向分子探針主要有Gd-DTPA-g-R826、Gd-PMN-E3和C-SNAM。

2.2.1 Gd-DTPA-g-R826

Gd-DTPA-g-R826是Gd-DTPA交聯(lián)一個六肽(LIKKPF)形成的復(fù)合物分子，LIKKPF多肽可識別細胞膜外翻的PS組分，故可用于檢測細胞凋亡。利用雌性載脂蛋白APOE敲除小鼠(C57bl/6 ApoEtm1unc，APOE-/-)建立動脈粥樣斑塊模型后，鼠尾靜脈注射0.1 mmol/kg的 Gd-DTPA-g-R826或隨機對照探針Gd-DTPA-g-R826.Sc以及游離探針Gd-DTPA。MRI RARE 成像結(jié)果顯示Gd-DTPA-g-R826在動脈壁粥樣斑塊出有高攝取，對照組Gd-DTPA-g-R826.Sc或Gd-DTPA沒有明顯變化，表明動脈壁粥樣斑塊存在細胞凋亡?？梢奊d-DTPA-g-R826具有靶向?qū)Ρ仍鰪娮饔?，能夠清晰地顯示出斑塊的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，將有細胞死亡的部分與周圍組織區(qū)分開來。平行免疫組化實驗證實了相同部位動脈壁出現(xiàn)了顯著細胞凋亡[19]。表明Gd-DTPAg-R826可特異性結(jié)合到病變部位而被MRI顯影。在眾多的致殘疾病中，急性動脈粥樣硬化綜合征(acute atherothrombotic syndromes)所誘發(fā)的死亡率和發(fā)生率都居于前列。盡管該疾病治療手段有了一定的提高，但是很多患者還是在沒有任何征兆的情況下突然發(fā)病而死亡。因此人們在尋找各種影像學(xué)方法來試圖鑒別哪些患者居于高危狀態(tài)。其中細胞凋亡對動脈粥樣病變的促進作用已經(jīng)比較明確。巨噬細胞和平滑肌細胞凋亡促進了纖維帽變薄和壞死性脂質(zhì)核的擴大，最終導(dǎo)致斑塊的破裂和血栓的形成。脂質(zhì)核內(nèi)就是細胞表面暴露磷脂酰絲氨酸(PS)是斑塊的促凝血元兇之一?；贕d-DTPA-g-R826的分子磁共振顯影不僅可評估纖維帽的厚度(fibrous cap thickness)和脂質(zhì)核(size of the lipid core)的尺寸大小，還可對粥樣斑塊的細胞凋亡生物學(xué)性質(zhì)進行定性，能為臨床提供更為精確的診斷和提供治療方案。

2.2.2 Gd-PMN-E3

Gd-PMN-E3分子探針中的E3蛋白通過噬菌體展示技術(shù)得到的能與細胞膜磷脂酰絲氨酸(Phosphatidylserine，PS)結(jié)合的線性寡肽分子，序列為TVLSSL；PMN為[2，6-pyridinediylbis (methylene nitrilo)-tetraacetic a c i d)]。體外實驗中利用攜帶磷脂酰絲氨酸的微泡(1，2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine micelles，PS-micelles)模擬細胞凋亡中外翻的PS；利用攜帶磷脂膽堿的微泡(1，2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine micelles，PC-micelles)陰性對照。這些微泡與Gd-PMN-E3體外條件孵育后行MRI掃描，結(jié)果顯示Gd-PMN-E3與PS-micelles孵育時質(zhì)子弛豫在20～60 MHz時顯著增加。而陰性對照PC-micelles磁共振信號無顯著性變化。表明該探針能夠?qū)ξ砻娴腜S進行識別而對PC沒有特異性結(jié)合[20]。該研究表明Gd-PMN-E3和Gd-DTPA-826可以作為細胞凋亡特異性的MRI對比劑，未來研究值得在細胞和動物水平進一步檢測它們體內(nèi)靶向病灶在磁共振診斷中的應(yīng)用。

2.2.3 C-SNAM

C-SNAM是一種基于Caspase活性檢測細胞凋亡的磁共振探針(caspase-sensitive nano-aggregation MRI probe，C-SNAM)。C-SNAM主要由2-氰基-6-羥基喹啉(2-cyano-6-hydroxyquinoline CHQ)、D-半胱氨酸殘基(D-cysteine residue)、二硫鍵、Caspase3/7識別并切割的DEVD短肽序列(Asp-Glu-Val-Asp)和Gd-DOTA螯合基團等組成的復(fù)合體。當(dāng)C-SNAM進入組織細胞后，由于細胞內(nèi)Caspase 3或7處于失活狀態(tài)且細胞具有還原性的微環(huán)境，C-SNAM保持未激活開環(huán)狀態(tài)。當(dāng)細胞處于受到凋亡刺激信號處于應(yīng)激狀態(tài)時，細胞內(nèi)可產(chǎn)生ROS氧化環(huán)境及活化的Caspase激酶，復(fù)合物中的二硫鍵被氧化且DEVD被Caspase切割，此時的C-SNAM將變?yōu)榄h(huán)狀結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生疏水性，最終自我分子堆積聚集形成Gd納米顆粒(Gd-nanoparticles，GdNP，直徑約為50～164 nm)。GdNP的r1弛豫值要高于未激活狀態(tài)的C-SNAM。250 μm的C-SNAM與2 μm的星孢霉素(Staurosporine，STS)處理過的宮頸癌Hela細胞(可誘導(dǎo)細胞凋亡)以及未處理的細胞共孵育。結(jié)果顯示STS處理細胞行MRI掃描，T1WI成像結(jié)果顯示STS處理組T1值顯著降低。這種降低可通過Caspase活性抑制劑Z-VAD-fmk (50 μm)阻斷STS誘導(dǎo)的細胞凋亡而消失。表明C-SNAM的攝取與Caspase激活相關(guān)，即激活的Caspase 3或7切割C-SNAM成環(huán)后在細胞內(nèi)積累。Dox誘導(dǎo)Hela細胞裸鼠移植瘤生長抑制實驗中，鼠尾靜脈注射C-SNAM (0.1 mmol/kg)或陰性對照Dotarem (non-activatable small molecular Gd-chelate Gd-DOTA)，T1加權(quán)自旋回波多層MR圖像結(jié)果顯示Dox可誘導(dǎo)瘤內(nèi)信號顯著升高。表明瘤內(nèi)Caspase激活導(dǎo)致了Gd積累[21]。

C-SNAM磁共振成像還可用于基質(zhì)相關(guān)干細胞移植(matrix associated stem cell implants，MASI)療效判斷。作為一種小分子探針C-SNAM，可通過關(guān)節(jié)內(nèi)注射通過被動擴散進入損傷關(guān)節(jié)內(nèi)的移植細胞中。當(dāng)移植細胞發(fā)生凋亡時，細胞內(nèi)的Caspase 3被激活而切割C-SNAM導(dǎo)致Gd-NP形成。因此基于MRI的C-SNAM增強成像可用于指導(dǎo)MASI治療關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)條件的優(yōu)化，即通過調(diào)整治療方案避免移植細胞過度凋亡。在利用大鼠脂肪干細胞(rat adipose derived stem cell，rASC)進行股骨遠端骨軟骨損傷修復(fù)實驗中，Mitocycin處理組細胞(可誘導(dǎo)細胞凋亡)與未處理組細胞分別注射到軟骨損傷處。而后再次注射C-SNAM后行MR T1WI造影。結(jié)果顯示注射Mitocycin處理組細胞的關(guān)節(jié)處出現(xiàn)信號顯著增強(與對照組注射活細胞關(guān)節(jié)對比)，即T1弛豫時間顯著縮短。相應(yīng)的部位進行組織染色檢測細胞凋亡顯示T1信號增強處Caspase 3活性顯著增高[22]。表明由于Caspase 3的激活使得C-SNAM探針出現(xiàn)高攝取滯留。當(dāng)前細胞移植面臨的一個重要問題就是移植細胞由于生長環(huán)境的變化或免疫反應(yīng)會發(fā)生細胞凋亡。與此同時通過各種手段，如在細胞移植的時候加入生長因子強化，干細胞導(dǎo)入存活基因，短期免疫抑制或加入凋亡抑制因子等保證移植細胞更多的存活。利用基于C-SNAM的MRI成像觀察移植細胞生長狀況(是否發(fā)生凋亡)將有助于及時干預(yù)，提高干細胞存活，將有助于該治療手段的發(fā)展。上述研究在一定程度上為干細胞移植療效判斷提供了基礎(chǔ)性的實驗數(shù)據(jù)。

3 小結(jié)與展望

個性化和精準(zhǔn)醫(yī)療已經(jīng)成為臨床治療的必然發(fā)展趨勢，而精準(zhǔn)醫(yī)療的實施和療效判斷往往離不開精準(zhǔn)影像的發(fā)展。具有細胞、組織或器官靶向性的磁共振對比劑在提高疾病的早期檢出、定性，對疾病進行準(zhǔn)確分期或分級、療效的量化評估中具有獨特的優(yōu)勢[23-24]。首先，臨床腫瘤放化療療效的判斷通常基于傳統(tǒng)意義上的CT或MR顯示的腫瘤的解剖學(xué)體積大小變化。它們并不能區(qū)分已經(jīng)凋亡的組織細胞。這種明顯的體積變化通常需要4～8周。分子MRI對放化療誘導(dǎo)的細胞凋亡進行非入侵式、無放射性評估對于腫瘤極早期療效評估具有獨特的優(yōu)勢。一方面凋亡事件可在48～96 h內(nèi)發(fā)生。另一方面由于每個鐵納米顆粒可攜帶超過兩個以上的生物標(biāo)志物分子，使得其更加靈敏，當(dāng)有200個凋亡細胞發(fā)生時即可進行成像，將磁共振鑒定細胞凋亡推向精準(zhǔn)成像。這在手術(shù)后利用化療藥物進行癌細胞清除臨床診斷分析中將會發(fā)揮重要作用，值得進一步深入探索。其次，分子MRI也可對動脈粥樣硬化斑塊中的細胞凋亡無創(chuàng)檢測，精準(zhǔn)判斷其進展?fàn)顟B(tài)，從而彌補現(xiàn)有診斷技術(shù)存在的缺陷。值得一提的是心肌細胞凋亡可誘發(fā)多種心臟疾病，如缺血，心衰和再灌注損傷。如何避免由細胞凋亡造成的心肌細胞減少具有重要的臨床意義也是藥物研發(fā)的熱點領(lǐng)域。盡管對心肌細胞凋亡的分子機制基礎(chǔ)研究有了長足的發(fā)展，但是由于這些研究發(fā)現(xiàn)未能實現(xiàn)臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化而存在巨大挑戰(zhàn)。尋找可靠的凋亡生物標(biāo)志物進行活體(人體內(nèi))心肌細胞凋亡特征成像將解決上述問題。雖然基于99Tcm-Annexin V的SPECT成像在大鼠心臟移植排斥，心肌炎，甚至在臨床心臟移植排斥和急性冠狀動脈綜合征診斷中得到一定的應(yīng)用，但是由于其空間分辨率不夠和核素探針過長時間的體內(nèi)清除阻礙了其應(yīng)用。分子靶向磁共振則不僅可提供清晰的人類和小動物的心臟解剖學(xué)圖形和功能判斷，而且可以避免核素污染。磁共振延遲增強成像已經(jīng)在鑒定心肌梗塞細胞死亡的位置和范圍中得到應(yīng)用。第三，外傷或骨關(guān)節(jié)炎癥導(dǎo)致的關(guān)節(jié)軟骨損傷導(dǎo)致關(guān)節(jié)痛甚至功能性殘疾。關(guān)節(jié)軟骨損傷后難以治療是由于關(guān)節(jié)軟骨難以再生。嚴(yán)重性關(guān)節(jié)損傷通常以人工關(guān)節(jié)置換解決問題。但是目前人工關(guān)節(jié)僅能維持10年。10年后由于各種并發(fā)癥導(dǎo)致二次植入人工關(guān)節(jié)愈發(fā)困難。分子細胞生物研究發(fā)現(xiàn)在關(guān)節(jié)軟骨產(chǎn)生損傷的早期進行干預(yù)治療將可避免帶來結(jié)構(gòu)性徹底破壞。自體軟骨細胞或軟骨干細胞移植等細胞療法為此類疾病的治愈提供了希望。分子MRI可以無損非入侵性對移植細胞生長和凋亡進行檢測，為推動移植免疫反應(yīng)等相關(guān)臨床研究提供了有力的保證。綜上所述，雖然基于PS和Caspase識別的MR分子成像不能將細胞壞死和程序性死亡嚴(yán)格區(qū)分開來[25]，但仍然有著重要的臨床應(yīng)用價值，值得深入探討。

利益沖突：無。