孔雅晴 ，曲倩倩，明蕾，王哲，鄧凱 *

酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像(amide proton transfer,APT)是一種新型的化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(chemical exchange saturation transfer,CEST)成像技術(shù)?；贔orsen和Hoffman[1]最初提出的化學(xué)交換和信號飽和的核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)概念，Balaban和他的同事首次證明了可交換質(zhì)子飽和轉(zhuǎn)移到水的過程可以提高分子探測的靈敏度，進而提出一種名為化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像的分子成像方法[2]。APT作為CEST序列的一個延伸和發(fā)展，通過檢測組織內(nèi)源性蛋白質(zhì)或多肽中的酰胺質(zhì)子來反映細胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量及酸堿度的變化。其原理在于通過探測水質(zhì)子信號變化間接獲得細胞內(nèi)蛋白質(zhì)信息，從而將MRI技術(shù)的應(yīng)用范圍擴展到分子水平。目前APT在許多臨床常見疾病的應(yīng)用中展現(xiàn)出良好前景，本文擬對APT在泌尿生殖系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用現(xiàn)狀做一綜述，并對這種分子成像技術(shù)的發(fā)展前景進行展望。

1 APT成像技術(shù)與原理

通過特定頻率的射頻脈沖(radio frequency,RF)選擇性地飽和蛋白質(zhì)多肽鏈中的酰胺質(zhì)子，在一定環(huán)境條件下，這些飽和質(zhì)子會將飽和狀態(tài)傳遞給水質(zhì)子。由于蛋白質(zhì)濃度較低，單次轉(zhuǎn)移不足以對自由水信號產(chǎn)生影響，但如果射頻飽和質(zhì)子的時間足夠長，酰胺質(zhì)子-水質(zhì)子交換率足夠快，轉(zhuǎn)移次數(shù)足夠多，那么這種飽和效應(yīng)就會有實質(zhì)性的增強，也就意味著自由水信號會降低。APT技術(shù)通過探測水質(zhì)子飽和前后的信號變化來間接獲得信號值，即APT信號的強弱反映了酰胺質(zhì)子和水質(zhì)子的交換率，而二者的交換速率又取決于蛋白質(zhì)的濃度及所處環(huán)境的pH值。有研究表明[3-4]，APT信號強度與所處環(huán)境的蛋白質(zhì)濃度及pH值都成正相關(guān)，因此APT在一定程度上可以間接反映體內(nèi)內(nèi)環(huán)境的變化，進而實現(xiàn)對某些疾病的早期診斷。酰胺質(zhì)子的共振頻率是3.5 ppm，水的共振頻率是0 ppm，APT信號強度一般通過水共振頻率兩側(cè)+/-3.5 ppm處的非對稱磁化轉(zhuǎn)移率(asymmetric magnetization transfer rate,MTRasym)的差來求得，即：△MTRasym(3.5 ppm)=MTRasym(+3.5 ppm)-MTRasym(-3.5 ppm)，△MTRasym(3.5 ppm)數(shù)值大小可反映APT信號強度高低，進而作為APT信號強度的量化指標[5]。

2 APT在泌尿生殖系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 前列腺癌

目前磁共振多功能成像技術(shù)，如動態(tài)對比增強磁共振成像(dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging,DCE-MRI)、擴散加權(quán)成像(diffusionweighted imaging,DWI)以及磁共振波譜(magneticresonance spectroscopy,MRS)在前列腺癌的檢測及分期中的作用都已被證實[6-8]。研究表明[9]，前列腺癌細胞會分泌一種高流動性蛋白質(zhì)——雄激素調(diào)節(jié)的六反式膜蛋白。隨著病情進展，癌細胞數(shù)量增多，該蛋白質(zhì)濃度也會隨之增加。另外，在轉(zhuǎn)移性前列腺癌細胞中過度表達的蛋白質(zhì)是Caveolin-1，其作用為分子轉(zhuǎn)運及細胞粘附[10]。這就為對內(nèi)源性蛋白質(zhì)濃度敏感的APT成像在前列腺癌的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)?；谶@一理論，Jia等[11]對前列腺癌酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像進行了研究，結(jié)果顯示前列腺癌的APT值顯著高于前列腺周圍區(qū)，他們認為APT成像可用于前列腺癌的檢測，有鑒別癌組織和非癌組織的潛力。

2.2 宮頸癌與子宮內(nèi)膜癌

宮頸癌和子宮內(nèi)膜癌是婦科常見的惡性腫瘤，發(fā)病率和病死率較高。二者的預(yù)后因素包括腫瘤大小、病理類型、組織學(xué)分級和分期等因素，準確評估術(shù)前組織學(xué)分級仍然是一個挑戰(zhàn)。隨著影像技術(shù)的發(fā)展，磁共振APT成像在子宮疾病中已得到初步應(yīng)用。

子宮頸癌分為宮頸鱗癌(cervical squamous cell carcinoma,CSC)和宮頸腺癌(cervical adenocarcinoma,CA)。Meng等[12]利用APT成像和擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)對宮頸癌進行了研究，研究發(fā)現(xiàn)CSC組的MTRasym(3.5 ppm)值顯著低于CA組，這可能和以下兩方面因素有關(guān)：第一個因素是二者細胞蛋白質(zhì)分泌能力的差異，宮頸腺癌起源于宮頸內(nèi)膜細胞，富含腺體結(jié)構(gòu)，能夠分泌黏液和黏蛋白[13]，而宮頸鱗癌起源于宮頸上皮細胞，缺乏腺體結(jié)構(gòu)。第二個因素是組織中微血管密度(microvascular density,MVD)的差異，一些研究表明，宮頸腺癌細胞結(jié)構(gòu)疏松，微血管密度高，不易發(fā)生缺血性壞死，而宮頸鱗癌細胞密度高，增殖速度快，MVD低，易發(fā)生缺血性壞死[13]，從而引起局部環(huán)境pH值減低，導(dǎo)致APT信號值減低。該研究還發(fā)現(xiàn)對于不同類型的子宮頸癌，高級別組宮頸癌APT值普遍高于低級別組，MTRasym(3.5 ppm)與病理分級呈正相關(guān)，這一結(jié)果與He等[14]和Li等[15]的發(fā)現(xiàn)基本一致，表明APT成像有助于對宮頸癌的病理分級進行初步評估。雖然APT可用于宮頸癌的初步評價，但該研究中Meng等認為DKI在病理類型、分級和分期的鑒別上要優(yōu)于APT成像。

目前APT在子宮內(nèi)膜癌的應(yīng)用較少。Li等[16]對子宮內(nèi)膜癌APT成像進行了研究，研究對象包括22名正常志愿者和113名子宮病變患者，研究結(jié)果表明子宮內(nèi)膜腺癌APT信號值為2.9%±0.1%，顯著高于子宮肌瘤(1.9%±0.1%)、子宮腺肌病(2.2%±0.1%)和正常子宮肌層(1.9%±0.1%)，表明APT可用于子宮良惡性疾病的鑒別。Takayama等[17]在研究子宮內(nèi)膜癌APT成像與組織學(xué)分級關(guān)系時發(fā)現(xiàn)APT信號與子宮內(nèi)膜癌的組織學(xué)分級和侵襲性呈正相關(guān)，APT成像有可能作為子宮內(nèi)膜癌侵襲性的預(yù)測指標。但由于APT成像空間分辨率較低，對病灶局部進展和淋巴結(jié)及遠處轉(zhuǎn)移的診斷能力較弱，通常需要和動態(tài)增強磁共振成像結(jié)合評估腫瘤分級與分期。

下面以宮頸癌為重點，結(jié)合其他器官的腫瘤，討論一下高級別惡性腫瘤APT信號值較高的幾個可能原因。第一個可能原因是細胞密度的差異，與之前膠質(zhì)瘤[18]、直腸癌[19]等惡性腫瘤APT成像的研究結(jié)果相似，級別越高的惡性腫瘤，細胞密度也會越高，從而通常會產(chǎn)生更多的蛋白和多肽，加快水質(zhì)子-酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移速率，使APT值升高。第二個可能的原因是核異型性的差異。研究表明，核異型性可誘導(dǎo)大分子物質(zhì)和疏水性細胞膜之間的相互作用，從而促進蛋白質(zhì)和多肽的釋放[20-21]。與低級別宮頸癌相比，高級別宮頸癌具有更顯著的核型。第三種可能的原因是組織壞死程度不同。隨著腫瘤惡性程度增高，腫瘤組織容易發(fā)生缺氧缺血性壞死，這可能導(dǎo)致局部酸性環(huán)境的形成[22]。根據(jù)酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移的原理，低pH值不利于酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移。這一結(jié)論也為上述宮頸鱗癌與宮頸腺癌APT值的差異提供了支持。但Togao等[23-24]的研究發(fā)現(xiàn)發(fā)生壞死的腫瘤組織的MTRasym(3.5 ppm)值仍高于無壞死或壞死較少的組織，他們認為這可能與組織壞死過程中釋放的蛋白和多肽促進了酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移速率有關(guān)。另外，Meng等[12]在研究高級別宮頸癌APT成像時也發(fā)現(xiàn)壞死的癌組織會向周圍釋放大量蛋白和肽，導(dǎo)致內(nèi)源性蛋白質(zhì)含量的增加，APT信號升高。綜上可以推測在腫瘤組織APT信號值的眾多影響因素中，可能蛋白質(zhì)和肽的含量對APT值影響占有優(yōu)勢，而pH值的影響較小，因此APT值隨著腫瘤級別增高而逐漸增加。

2.3 子宮腺肌病

子宮腺肌病是一種常見的良性婦科疾病，其病理學(xué)特征主要表現(xiàn)為子宮內(nèi)膜侵入子宮肌層導(dǎo)致平滑肌增生、肥厚，主要臨床表現(xiàn)為痛經(jīng)及異常子宮出血等[25]。促性腺激素釋放的激素激動劑(gonadotropin releasing hormone agonist,GnRH-a)是子宮腺肌病的常用治療藥物，對患者癥狀及病灶大小都有一定的緩解作用。其主要治療原理是通過競爭性抑制GnRH受體，使患者雌激素水平下降，從而使侵入肌層的內(nèi)膜萎縮[26]，同時抑制炎癥反應(yīng)和血管生成[27]。林澄昱[28]在評估GnRH-a對子宮腺肌病治療效果時發(fā)現(xiàn)完全緩解組患者病灶的APT信號要低于部分緩解組患者病灶的APT信號值(1.668%與2.387%)，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，其中以2.035%為臨界值時，敏感度和特異度較高，表明APT成像或許可以評估子宮腺肌病對GnRH-a的治療反應(yīng)。

2.4 正常月經(jīng)周期對APT信號值的影響

正常女性月經(jīng)周期分為月經(jīng)期、增殖期和分泌期，Zhang等[29]的研究發(fā)現(xiàn)各期子宮肌層和子宮內(nèi)膜APT信號值均高于結(jié)合帶，在各子宮結(jié)構(gòu)中，APT信號在分泌期最高，增殖期次之，月經(jīng)期最低。這可能是因為子宮內(nèi)膜富含細胞外游離蛋白和多肽，子宮內(nèi)膜上皮細胞在分泌期表達的蛋白質(zhì)水平明顯高于增殖期[30-31]，所以子宮內(nèi)膜的APT信號值在分泌期增高。而子宮結(jié)合帶的肌細胞結(jié)構(gòu)密度高于子宮肌層和內(nèi)膜，胞核比率較低，且結(jié)合帶主要參與調(diào)節(jié)非妊娠子宮收縮，平滑肌細胞收縮也導(dǎo)致了結(jié)合帶APT信號值的降低[32]。因此，最好避免在分泌期測量APT信號，以減少月經(jīng)周期相關(guān)變化對APT信號值的影響。

2.5 卵巢疾病的鑒別

最近一項關(guān)于鑒別卵巢良性囊性病變的研究發(fā)現(xiàn)[33]，卵巢漿液性囊腺瘤(serous cystadenoma,SCA)組APT信號為1.41%±0.71%，黏液囊腺瘤(mucinous cystadenoma,MCA)組為5.15%±1.92%，功能性囊腫(functional cyst,FC)組為8.52%±1.17%，三者之間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。該結(jié)果表明APT顯像對卵巢良性囊性病變的無創(chuàng)鑒別診斷有一定的參考價值，可對卵巢囊性病變進行早期診斷，而無須額外的隨訪研究。但由于相關(guān)研究較少，仍需進一步臨床試驗證實上述結(jié)論。

3 總結(jié)與展望

APT成像技術(shù)在臨床中的應(yīng)用日益廣泛，目前主要應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如高低級別膠質(zhì)瘤的鑒別[34-35]、神經(jīng)退行性疾病的輔助診斷[36-37]以及腦腫瘤基因標志物的鑒定[38]等。隨著APT技術(shù)的不斷成熟及相關(guān)研究工作的開展，APT成像技術(shù)已在泌尿生殖系統(tǒng)疾病方面得到了初步應(yīng)用，如子宮及前列腺病變的輔助診斷及鑒別診斷，但由于其自身的一些局限性，如空間分辨率較低，掃描時間較長，技術(shù)不夠成熟以及磁場強度、RF輻射幅度等對MTRasym值的影響，目前關(guān)于APT成像在腎臟、膀胱等疾病中的應(yīng)用鮮有報道。總之，APT作為一種能夠反映組織中內(nèi)源性蛋白質(zhì)和多肽濃度水平的磁共振多功能成像技術(shù)，由于其無電離輻射及無需注射對比劑的特點，在泌尿生殖系統(tǒng)疾病診斷、個體化治療及預(yù)后評估方面具有一定優(yōu)勢。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。