張燕珺，徐峰，鄭曉群

循環(huán)腫瘤細(xì)胞（circulating tumor cell，CTCs）是指從原發(fā)或轉(zhuǎn)移的實(shí)體腫瘤上脫落后，存在于人體外周血中腫瘤細(xì)胞的總稱[1]。CTCs 作為臨床上腫瘤潛在診斷生物標(biāo)志物，對(duì)其所攜帶的分子生物學(xué)信息性質(zhì)和數(shù)量的檢測(cè)對(duì)腫瘤治療、療效評(píng)價(jià)、預(yù)后評(píng)估和復(fù)發(fā)監(jiān)測(cè)具有重要意義[2]。目前，CTCs 分離方法主要分為物理篩分和生物親和兩類[3-4]，且聚焦于微流控技術(shù)[5]、納米技術(shù)[6-7]和免疫磁分離[8]等方向。但是，外周血中CTCs 含量極少且具異質(zhì)性，在轉(zhuǎn)移過程中易發(fā)生間充質(zhì)轉(zhuǎn)化[9]，故對(duì)CTCs進(jìn)行高活性、高純度和高靈敏度的分離檢測(cè)是當(dāng)前臨床腫瘤診斷技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一[10]。近紅外光（near infrared，NIR）是介于可見光和中紅外光之間的電磁波，波長范圍為700 ～2 500 nm，具有高分辨率、高穿透性、高生物安全性等特點(diǎn)。近年來，以NIR 為基礎(chǔ)的光聲成像與治療技術(shù)在腫瘤診療領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景[11]。相對(duì)于其他的CTCs 分離方法，NIR 對(duì)細(xì)胞活力和功能的損傷更小，不會(huì)影響后續(xù)的單細(xì)胞基因分析。此外，相比于常規(guī)治療（如化療和放療），NIR 介導(dǎo)的光學(xué)治療方法，可以增強(qiáng)靶向消除腫瘤的效率和特異性，干預(yù)腫瘤轉(zhuǎn)移，減少治療過程中的不良反應(yīng)。本文就NIR 系統(tǒng)在CTCs 的檢測(cè)成像、分離以及治療等方面的應(yīng)用作一綜述，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 NIR 系統(tǒng)在CTCs 檢測(cè)成像中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的放射成像技術(shù)相比，熒光成像技術(shù)在生物安全性和檢測(cè)分辨率方面的性能更佳，而其中的近紅外熒光成像技術(shù)更是為非侵入性成像技術(shù)提供NIR 系統(tǒng)理想的平臺(tái)[12]，如NIR 七甲川花菁染料IR783、MHI-148 以及IR780 等可以特異性地積聚在腫瘤細(xì)胞的線粒體上，展現(xiàn)NIR 系統(tǒng)優(yōu)異的腫瘤靶向成像能力[13-14]。Yuan 等[15]將IR783 應(yīng)用于人血液樣本中的CTCs 成像，利用流式和激光共聚焦技術(shù)發(fā)現(xiàn)在人血液樣本中最低檢測(cè)濃度為10 CTCs/ml，證實(shí)其在NIR 系統(tǒng)用于CTCs 檢測(cè)的可行性。Schikora 等[16]利用NIR 光敏劑吲哚菁綠（ICG）可在腫瘤細(xì)胞中積累的特點(diǎn)，將其用于乳腺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞簇的檢測(cè)和成像。當(dāng)ICG 孵育后的腫瘤細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞簇通過光場(chǎng)時(shí)，光譜儀可以檢測(cè)到830 nm處的熒光和磷光信號(hào)，從而對(duì)CTCs 進(jìn)行定量分析。該NIR 光敏檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)長短（45 min），對(duì)CTCs的敏感性約為98%。Xia 等[17]針對(duì)腫瘤細(xì)胞過表達(dá)的氨基肽酶N（APN）設(shè)計(jì)了一種NIR 系統(tǒng)，一種小分子NIR 染料MLP，并將該染料與納米磁珠、抗上皮細(xì)胞黏附分子（anti-EpCAM）抗體結(jié)合，制備雙靶向熒光納米磁珠用于CTCs 的檢測(cè)。MLP 可以特異性結(jié)合癌細(xì)胞的APN，在488 nm 波長光激發(fā)下發(fā)出明亮的紅色熒光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)CTCs 熒光成像。相同條件下，MLP 和anti-EpCAM 雙靶點(diǎn)識(shí)別提高納米磁珠的捕獲效率（＞85%），比單獨(dú)MLP 磁珠和anti-EpCAM 磁珠高35.5%和25.5%，能夠避免單一靶向的假陽性信號(hào)干擾。此外，該磁珠具有良好的生物安全性，捕獲后細(xì)胞活力＞90%。

利用NIR系統(tǒng)高分辨率、高穿透性、高信噪比的特點(diǎn)可增強(qiáng)CTCs 檢測(cè)的特異性和靈敏度，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤治療效果評(píng)估及腫瘤轉(zhuǎn)移進(jìn)程監(jiān)測(cè)。另一方面，由于NIR 高生物安全性，在CTCs 檢測(cè)過程中不會(huì)對(duì)細(xì)胞造成損傷，從而避免影響CTCs 后續(xù)的生物學(xué)功能分析。

2 NIR 系統(tǒng)在CTCs 分離中的應(yīng)用

除在熒光成像方面的應(yīng)用，NIR 系統(tǒng)還被廣泛應(yīng)用于CTCs 捕獲后的光控釋放，其基本原理是通過NIR照射，使化學(xué)基團(tuán)發(fā)生斷裂或結(jié)構(gòu)改變，或者是利用NIR 光熱效應(yīng)使溫度敏感的水凝膠溶解，從而實(shí)現(xiàn)CTCs 高效釋放。

Lv 等[18]以7-氨基香豆素作為光觸發(fā)器，在其兩端分別連接抗EpCAM 抗體和磁珠，設(shè)計(jì)一種光響應(yīng)免疫磁珠用于CTCs 捕獲和釋放：在NIR 光照下，香豆素部分的C-O 鍵斷裂，破壞近紅外光學(xué)系統(tǒng)抗體與免疫磁珠的連接，從而釋放CTCs。該體系可在1 ml 人血樣本中特異性識(shí)別102個(gè)CTCs，捕獲效率為90%，純度為85%，且在NIR 光照射下，CTCs 釋放效率為52%，存活率為97%。此外，結(jié)合金納米氧化物（GNRs）和熱響應(yīng)水凝膠，設(shè)計(jì)多功能NIR響應(yīng)平臺(tái)用于CTCs 的特異性識(shí)別和光熱分離[19]。從患者血液中捕獲CTCs 后，熱響應(yīng)水凝膠可在生理溫度下（37 ℃）迅速溶解，實(shí)現(xiàn)CTCs 的高活力釋放。大批量釋放時(shí)，可以將捕獲后的GNRs 凝膠置于細(xì)胞培養(yǎng)箱下5 min，（95±4）%MCF-7 被釋放，存活率為95%。此外GNRs 具有出色的NIR 光熱效應(yīng)，通過將NIR 激光光斑調(diào)節(jié)成細(xì)胞大小，照射GNRs 產(chǎn)生的熱量使水凝膠溶解，從而在20 s 內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞的選擇性釋放，釋放后的存活率為90%，有助于隨后在單細(xì)胞水平上對(duì)CTCs 進(jìn)行測(cè)序分析。Wang 等[20]設(shè)計(jì)了一個(gè)NIR 開關(guān)生物平臺(tái)，用于CTCs 的高效分離和下游分析。該平臺(tái)將MUC1 適配體作為特定識(shí)別元件，通過偶聯(lián)反應(yīng)與水凝膠-二硫化鉬納米材料（PEG-MoS2NFs）連接，用于CTCs的特異性捕獲。最后利用MoS2NFs 作為光控元件，在808 nm NIR 照射下熱溶解水凝膠，釋放捕獲的CTCs。該平臺(tái)捕獲和釋放CTCs的效率分別為89.5%、92.5%，最低檢測(cè)限為15 CTCs/ml。

與傳統(tǒng)的免疫磁分離系統(tǒng)相比，NIR 光控釋放可以有效降低蛋白酶水解釋放CTCs 對(duì)細(xì)胞表面蛋白的影響，還可以避免紫外光照射引起的細(xì)胞功能損傷和基因突變，從而更有利于CTCs 信息的獲取。此外，通過調(diào)節(jié)NIR照射光斑大小，還可以實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞特定釋放，為單細(xì)胞分析提供有力工具。

3 NIR 系統(tǒng)在腫瘤治療中的應(yīng)用

NIR優(yōu)異的組織穿透能力和生物相容性使其不僅在熒光檢測(cè)與成像中重要作用，在光驅(qū)動(dòng)的腫瘤治療中也展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。NIR 動(dòng)力療法（NIR-PDT）主要依靠NIR照射來激活腫瘤組織中的光敏劑，產(chǎn)生具有生物學(xué)毒性的單線態(tài)氧、超氧自由基等活性氧物質(zhì)來殺傷腫瘤細(xì)胞[21]，如具有近紅外吸收的金屬納米顆粒[22]、基于氟硼吡咯或七甲川菁染料的小分子光敏劑[23-24]和上轉(zhuǎn)化納米材料[25]等。而NIR 熱療法（NIR-PTT）是利用光敏劑的光熱轉(zhuǎn)化性能，將NIR能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃縼泶龠M(jìn)腫瘤細(xì)胞死亡[15]，如結(jié)合靶向抗體的金納米棒[26]、黑磷納米材料[27]等。在此基礎(chǔ)上，研究人員還開發(fā)了NIR免疫療法（NIRPIT），將光療和免疫療法結(jié)合，通過腫瘤靶向免疫抗體或配體與光敏劑或/和藥物偶聯(lián)，選擇性地殺死腫瘤細(xì)胞，并誘導(dǎo)治療宿主免疫反應(yīng)[28]，最終通過免疫治療方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端腫瘤的治療。

Atchison等[29]制備NIR系統(tǒng)兩個(gè)IR-783 的碘酸衍生物，通過近紅外激活PDT 來治療胰腺癌。他們?cè)诮t外染料ICG的基本結(jié)構(gòu)骨架中添加碘原子以提高單線態(tài)氧的生成效率，增加光敏劑對(duì)胰腺癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性。Zhou 等[30]針對(duì)腫瘤細(xì)胞上的特異性標(biāo)志物氨基肽酶N（APN），合成NIR 光敏劑APNCyl，實(shí)現(xiàn)NIR 系統(tǒng)腫瘤成像和光動(dòng)力治療的整合。該探針可以被腫瘤細(xì)胞上的APN識(shí)別并激活，然后水解為具有NIR 性能的半菁熒光團(tuán)CyI-OH。CyIOH可以特異性地結(jié)合到細(xì)胞內(nèi)的線粒體上，在717 nm 處有明顯的熒光發(fā)射，經(jīng)660 nm NIR 照射10 min，CyI-OH 顯示出高單線態(tài)氧產(chǎn)量，可有效誘導(dǎo)80%癌細(xì)胞死亡。同年，Wang 等[31]開發(fā)一種功能化的靜脈導(dǎo)管形式的NIR 系統(tǒng)，用于CTCs 體內(nèi)富集和光熱微創(chuàng)治療：導(dǎo)管表面用anti-EpCAM 抗體修飾，用于特異性捕獲體內(nèi)CTCs；導(dǎo)管內(nèi)部填充消光系數(shù)大、光熱轉(zhuǎn)換效率高的黑磷納米材料（BPNSs），BPNSs 介導(dǎo)的光熱效應(yīng)可有效殺死CTCs；5 min 內(nèi)對(duì)CTCs 的捕獲效率為2.1%，殺傷效率為100%。Yamaguchi 等[32]將NIR 光敏劑IR700 分別與人表皮生長因子受體2（HER2）親和體以及曲妥珠單抗偶聯(lián)（HER2 親和體-IR700 和曲妥珠單抗-IR700），通過針對(duì)HER2 蛋白的不同表位靶向治療HER2 陽性乳腺癌。在NIR 照射下，HER2 親和體-IR700 誘導(dǎo)靶細(xì)胞膜腫脹、起泡和破裂，造成免疫原性細(xì)胞死亡；同時(shí)，曲妥珠單抗刺激免疫細(xì)胞去摧毀腫瘤細(xì)胞。以上兩種IR-700 偶聯(lián)物聯(lián)合誘導(dǎo)CTCs 壞死，通過NIR-PIT增強(qiáng)對(duì)HER2 陽性癌細(xì)胞殺傷作用。

傳統(tǒng)的腫瘤治療方法如放療、化療等都有極大的不良反應(yīng)，會(huì)對(duì)患者的身體造成嚴(yán)重負(fù)擔(dān)。而NIR驅(qū)動(dòng)的腫瘤治療方法可以特異性地靶向殺傷目標(biāo)癌細(xì)胞，在提高治愈率和存活率的同時(shí)，不良反應(yīng)也較小，具有良好的臨床應(yīng)用潛力。

4 總結(jié)與展望

目前CTCs 的檢測(cè)技術(shù)大多仍局限于實(shí)驗(yàn)室研究，因此亟需發(fā)展新的診斷技術(shù)以提高腫瘤檢測(cè)分析的準(zhǔn)確性和靈敏度。NIR 系統(tǒng)因其優(yōu)異的組織穿透能力、高生物安全性和高靈敏度等特性，在腫瘤精準(zhǔn)診療領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。此外，NIR-PDT、NIRPTT、NIR-PIT等作為新型腫瘤治療手段，具有微創(chuàng)、靶向可控、無耐藥性等特點(diǎn)，能夠與化療、放療等傳統(tǒng)治療手段優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為腫瘤治療提供新思路。通過NIR 系統(tǒng)可以將腫瘤診斷、成像以及治療整合到一起，為實(shí)現(xiàn)臨床腫瘤診療一體化提供新的可能性。

利益沖突 所有作者聲明無利益沖突