駱逸凡 許茂盛

炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）是慢性、可反復(fù)發(fā)作的腸道炎性疾病，包括克羅恩病（Crohn’s disease，CD）與潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）。近年來，IBD的發(fā)病率在世界各個(gè)地區(qū)呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)[1-2]。影像學(xué)檢查特別是增強(qiáng)MRI有較高的軟組織分辨力和豐富的成像序列，有助于早期診斷IBD和評(píng)估疾病活動(dòng)情況，并且其無電離輻射，適合隨訪[3]，在IBD的診斷中有重要價(jià)值。臨床上IBD患者的增強(qiáng)MRI檢查常用含釓順磁性對(duì)比劑，其特點(diǎn)是安全、增強(qiáng)效果好。但釓劑分子量較小易被腎臟代謝，成像時(shí)間窗較短，且其具有親水性，難以穿透細(xì)胞膜，無法利用腸道特有的吸收功能直接給藥[4-5]。

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，分子對(duì)比劑被開發(fā)應(yīng)用于靶向成像。大多數(shù)分子對(duì)比劑通過巨噬細(xì)胞的吞噬作用而起到被動(dòng)靶向效果，主要用于與巨噬細(xì)胞異常相關(guān)的心血管和神經(jīng)系統(tǒng)炎癥。主動(dòng)靶向探針通過細(xì)胞特異性攝取來追蹤病灶，主要用于癌癥和心血管疾病[6]。巨噬細(xì)胞異常增生也存在于炎癥腸道中，加上炎癥部位的黏膜屏障受損，腸壁通透性增加，為分子對(duì)比劑在腸道中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)[7]。本文就分子對(duì)比劑MRI在IBD中的應(yīng)用研究進(jìn)展作一綜述，介紹分子影像學(xué)在早期診斷和定量評(píng)估IBD炎癥活動(dòng)度的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)以及未來臨床轉(zhuǎn)化的可能性。

1 分子對(duì)比劑吸收機(jī)制

白細(xì)胞通常在炎癥反應(yīng)時(shí)大量聚集，因此它們的遷移可以通過分子對(duì)比劑進(jìn)行追蹤。菌群的變化或微生物清除過程的缺陷可能導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)和促炎過程的激活[8]。樹突狀細(xì)胞與幼稚T細(xì)胞（Th0）相互作用，在CD中Th0激活后分化為輔助性T細(xì)胞1（Th1）與Th17，在UC中分化為Th2與自然殺傷T細(xì)胞，他們可以生成多種干擾素、白細(xì)胞介素等細(xì)胞因子參與免疫反應(yīng)。受刺激的腸上皮細(xì)胞可分泌細(xì)胞間黏附分子-1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1） 招募單核細(xì)胞參與炎癥反應(yīng)[9]。

大部分對(duì)比劑只能通過靜脈注射給藥，但固體脂質(zhì)納米粒（solid lipid nanoparticles，SLNs）具備腸道吸收的特性，因此可口服給藥。淋巴濾泡上的M細(xì)胞和Peyer’s集合淋巴結(jié)可能是SLNs從腸黏膜吸收的主要途徑，約70%被吸收的SLNs通過淋巴循環(huán)進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，其余部分可能通過毛細(xì)血管或腸上皮細(xì)胞旁路途徑直接進(jìn)入血液循環(huán)[10]。SLNs口服給藥時(shí)胃吸收僅占不到5%，大部分通過小腸被吸收[11]。約50%的SLNs可直接通過腸黏膜或細(xì)胞間隙吸收，且在一定濃度內(nèi)呈線性相關(guān)[10]。在病理狀態(tài)下SLNs的吸收有所不同，Wu等[12]研究結(jié)果表明在二甲基乙內(nèi)酰脲（dimethyl hydantoin，DMH）處理的小鼠中，SLNs主要在腸黏膜受損的腸段中被直接吸收進(jìn)入黏膜下毛細(xì)血管網(wǎng)，這可能與細(xì)胞緊密連接蛋白-1（zonula occludens-1，ZO-1）在炎癥狀態(tài)下受損、從而導(dǎo)致細(xì)胞連接擴(kuò)張和滲透性增加有關(guān)[7]。通過淋巴運(yùn)輸SLNs可以避免靜脈給藥的肝臟首過效應(yīng)，增加負(fù)載藥物吸收、提高療效。

也有學(xué)者對(duì)SLNs的吸收機(jī)制提出了不同觀點(diǎn)。Hu等[13]的研究表明，使用水淬近紅外熒光探針很難檢測(cè)到腸上皮細(xì)胞中的SLNs復(fù)合物。Chen等[14]的實(shí)驗(yàn)中則發(fā)現(xiàn)SLNs負(fù)載的藥物可以通過上皮細(xì)胞進(jìn)入腸毛細(xì)血管，而載體主要滯留在細(xì)胞內(nèi)。但不同材料的表面修飾以及制造工藝可能會(huì)影響SLNs的特性。有更多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)SLNs可以大幅度提高腸上皮細(xì)胞對(duì)負(fù)載藥物的攝取和轉(zhuǎn)運(yùn)效率[15]。

Perera 等[16]利用聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）對(duì)納米材料（nanoparticles，NPs）表面進(jìn)行修飾，從而達(dá)到藥物緩釋效果。無論是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[17]還是臨床研究[18]，均發(fā)現(xiàn)經(jīng)PEG修飾的藥物更傾向于沉積病變部位，這可能與炎癥期間腸黏膜的異常狀態(tài)有關(guān)。此外，普魯士藍(lán)也可以用來增強(qiáng)藥物的滲透性[19]。

2 分子對(duì)比劑選擇

目前用于MRI的分子對(duì)比劑主要有磁性納米顆粒（magnetic nanoparticles，MNPs）、釓相關(guān)分子探針和全氟化碳（perfluorocarbon，PFC）乳劑。在定量分析上，信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）被廣泛運(yùn)用[20-22]，IBD 中評(píng)估SNR的計(jì)算方法是將腸壁的平均強(qiáng)化程度信號(hào)強(qiáng)度除以背景信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差[23]，與腸道同層面的肌肉或肝臟可被選取作為背景信號(hào)參照。

2.1 MNPsMNPs是一種以鐵氧化物為核心的NPs，其弛豫度較高，對(duì)局部磁場(chǎng)的影響更強(qiáng)[24]。MNPs包括超順磁氧化鐵（superparamagnetic iron oxide，SPIO）和超微超順磁氧化鐵顆粒（ultra-small superparamagnetic iron oxide particles，USPIO）。SPIO 是一種直徑＞20nm，以 Fe3O4或Fe2O3為核心的NPs，如鐵羧葡胺（Ferucarbotran）、菲立磁（Ferumoxides）。SPIO在肝臟和脾臟中被網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞攝取，而USPIO因?yàn)橹睆剑?0nm可以進(jìn)入淋巴循環(huán)和骨髓[24]，如 SHU555C（商業(yè)名：Supravist）。根據(jù)核心磁性物質(zhì)、材料直徑的不同，MNPs可分為T1和T2加權(quán)對(duì)比劑[25]。SPIO屬于T2加權(quán)對(duì)比劑，而USPIO具有更強(qiáng)的T1效應(yīng)，這使USPIO更適合于診斷應(yīng)用，另一方面USPIO能夠通過循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入結(jié)腸網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)[21]。但對(duì)比劑局部濃度過高時(shí)可導(dǎo)致信號(hào)失真影響診斷[21]。

Frericks等[21]給予二硝基苯磺酸（2,4-dinitrobenzene sulfonic acid，DNBS）誘導(dǎo)的結(jié)腸炎Lewis大鼠SHU555C，在2.4T MRI設(shè)備中觀察到了活動(dòng)性炎癥的腸壁T1WI信號(hào)明顯增高并可以進(jìn)行定量分析。Wu等[26]在小鼠建模時(shí)用葡聚糖硫酸鈉（dextran sodium sulfate，DSS）誘導(dǎo)的腸道炎癥，在2.4T MRI設(shè)備中應(yīng)用T1加權(quán)黑血成像序列，觀察到給予對(duì)比劑Ferumoxides后腸壁T1WI信號(hào)降低程度與炎癥程度正相關(guān)。Calle等[27]使用了同時(shí)負(fù)載具有超順磁性的Nanotex與抗炎藥ω-3脂肪酸乙酯的NPs，用DSS誘導(dǎo)小鼠結(jié)腸炎，觀察到實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組不僅腸壁增厚程度降低，而且增強(qiáng)掃描信號(hào)強(qiáng)化程度也大幅度降低，達(dá)到了診療一體化作用。

MNPs對(duì)腸道的作用可以通過普魯士藍(lán)染色在組織學(xué)上確認(rèn)腸道上皮細(xì)胞中對(duì)比劑是否被吸收。

2.2 釓相關(guān)NPs 釓相關(guān)NPs不存在磁化率偽影，它的載體通常為蛋白質(zhì)、樹突狀物質(zhì)或脂質(zhì)體。釓相關(guān)NPs直徑通常在50到1 000nm之間，具有生物相容性高、生物降解性好和易被消化道吸收的特點(diǎn)[10]。

Sun等[20]使用了同時(shí)負(fù)載釓噴酸葡胺與異硫氰酸熒光素（fluorescein isothiocyante，F(xiàn)ITC）的 SLNs，通過灌腸給藥，觀察到造模小鼠受累腸壁強(qiáng)化程度顯著高于對(duì)照組，證明了SLNs為載體的分子材料可被腸壁病灶特異性吸收，該現(xiàn)象通過FITC在組織學(xué)上的熒光顯像得到確認(rèn)。

2.3 PFC19F具有核磁高敏感性，用19F標(biāo)記細(xì)胞可在MRI中用于追蹤細(xì)胞遷移。相比金屬離子對(duì)比劑PFC無生物毒性，并已運(yùn)用于臨床。Shin等[22]使用含19F的PFC乳劑對(duì)巨噬細(xì)胞進(jìn)行體外標(biāo)記并回輸，通過11.7T MRI的弛豫增強(qiáng)快速采集（rapid acquisition with refocused echoes，RARE）序列與Paravision軟件將19F信號(hào)施加偽彩與1H信號(hào)結(jié)合，根據(jù)巨噬細(xì)胞的遷徙分布定位、定量評(píng)估炎癥情況。

3 成像優(yōu)化

在IBD動(dòng)物建模中，DSS無特異性誘導(dǎo)腸道炎癥；而 2,4,6-三硝基苯磺酸（2，4，6-trinitrobenzene sulfonic acid，TNBS）和DNBS可通過局部給藥誘導(dǎo)局限性結(jié)直腸炎癥。因此，TNBS和DNBS的建模動(dòng)物為觀察同一節(jié)段正常組織和炎癥腸組織的差異提供了機(jī)會(huì)。

大多數(shù)研究采用5～8周的小鼠，這個(gè)年齡段的小鼠對(duì)炎癥誘導(dǎo)更敏感。急性IBD模型適用于研究腸黏膜屏障短期變化和固有免疫反應(yīng)，慢性IBD模型適用于探究適應(yīng)性免疫反應(yīng)、腫瘤形成和纖維組織增生[28]。大鼠及兔因體型優(yōu)勢(shì)更易獲得高質(zhì)量的成像效果，小鼠若使用合適的線圈亦能在臨床3.0T MRI中獲得清晰的腸道成像[12，20]。

腸道蠕動(dòng)和腸腔內(nèi)氣體可引起非特異性低信號(hào)偽影，影響SPIO在腸道疾病診斷中的應(yīng)用。Wu等[26]給予小鼠MnCl2口服顯示腸道輪廓，使SPIO能夠區(qū)分腸壁和腸腔，MnCl2的安全性已通過美國食品藥品監(jiān)督管理局的認(rèn)證。

有研究提出液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（fluid attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR）序列對(duì)低濃度釓成像更敏感[29]。Wu等[12]在研究中使用臨床1.5T MRI設(shè)備與FLAIR序列，采集到了清晰的小鼠腸道圖像。

4 局限性與未來展望

IBD的MRI分子成像研究仍存在一定的局限性：（1）當(dāng)前研究仍限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，需要進(jìn)一步探索MRI分子成像在臨床診斷IBD方面的優(yōu)勢(shì)；（2）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中動(dòng)物數(shù)量不多；（3）MRI分子成像靈敏度為微摩爾級(jí)，與正電子發(fā)射斷層成像（positron emission computed tomography，PET）的皮摩爾級(jí)存在差距。

未來隨著分子生物學(xué)、納米材料學(xué)、生物工程技術(shù)的發(fā)展以及MRI序列的優(yōu)化，MRI分子成像的靈敏度不斷提高，使用分子對(duì)比劑的MRI將適用于IBD的臨床診斷和評(píng)價(jià)。且NPs可同時(shí)負(fù)載對(duì)比劑與藥物從而達(dá)到診療一體化，已有研究使用體內(nèi)成像系統(tǒng)或MRI在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)[15，30]。NPs作為載體時(shí)的優(yōu)勢(shì)還在于部分情況下可通過口服給藥，相比靜脈注射給藥可減少不良反應(yīng)。

5 小結(jié)

基于分子對(duì)比劑的MRI可以提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型IBD診斷的靈敏度和特異度，分子影像學(xué)用于IBD的研究有助于將復(fù)雜的生物學(xué)過程變成直觀的圖像，在分子水平更好地理解IBD生理、病理機(jī)制及特征，同時(shí)還可在體動(dòng)態(tài)觀察藥物治療效果。進(jìn)一步的臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化將是其未來研究的發(fā)展方向。