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1、肿 瘤 基 因 显 像,第三军医大学新桥医院核医学科,解剖显像,P.Brueghel,功能成像,肿瘤基因显像就是利用放射性核素标记的探针，在DNA、mRNA或蛋白水平上，体内无创伤的显示基因及基因表达产物(受体、酶和功能性蛋白)的功能动力学变化，进行诊断或疗效评价。,一、肿瘤基因显像原理和分类,基因(gene)是染色体DNA序列，用于产生功能产物，比如多肽(酶、受体)或功能性RNA分子。基因具有一定的组织、细胞学的特异性。,基因表达(gene expression)是指基因的转录与翻译以及它们的控制，基因表达水平的改变是细胞癌变的一个重要因素。并且基因的表达是动态的，它随着不同的生长、发育阶段
2、、疾病、药物、或环境的作用而在质和量上开启或关闭某些基因。,细胞中的癌基因(oncogene)过量表达和抑癌基因(tumor suppressor gene，TSG)的突变失活是肿瘤发生的重要标志。肿瘤的发生和发展是一个多因素、多步骤和多基因参与的复杂过程。单个基因的突变不足形成癌症，对于实质性癌来讲可能需要56个癌基因的突变。,原癌基因(prot-oncogene)激活后称为癌基因。根据癌基因最终蛋白质产物功能和生物化学性质的不同将癌基因可以分成为：生长因子、生长因子受体、信号转导分子、转录因子、细胞凋亡基因和细胞周期素类。,肿瘤抑制基因也被称为抑癌基因。抑癌基因的表达也即反义策略。常见的抑
3、癌基因有P53、RB、P16等。,P53 在正常细胞中一种是控制细胞生长周期抑制细胞分裂，让细胞停止在细胞周期的G1期，尤其在细胞因外界因素受到损伤时；另一种是诱导细胞调亡(apoptosis)。P53是临床发现与肿瘤发生相关率最高的抑癌基因。,基因显像和分子影像中其它显像的机理和方法有着明显的不同，目前将按照基因显像分成三种：采用反义技术DNA或RNA对靶基因的直接显像，基因诱导受体、酶显像和转导基因表达显像。,反义技术(antisense technology)是一类能与特异性mRNA、DNA互补的小分子量的、可扩散的DNA转录物，它能够在翻译水平、转录水平和核酸复制水平上高度特异地抑制靶
4、基因表达。,反义技术显像是用放射性核素标记反义寡核苷酸(radiolabelled antisense oligonucleotides，RASON)，经体内核酸杂交，显示基因异常表达的组织。,反义技术机理主要分为两部分，一是在转录水平与DNA结合，阻断基因的转录；二是在翻译水平与mRNA结合，阻断翻译。,采用18F及68Ga标记ras、myc、Neu、EGFR和bcl-2反义的寡核苷酸已经被用于肿瘤的反义技术显像，而且取得了满意的效果。反义技术显像具有简单、直接进行显像的优点。但是由于每一个细胞靶mRNA和DNA分子数是有限的，而且进入细胞内标记的寡核苷酸探针更是有限，高的本底活性因而仍然需
5、要进行更多的前期研究以提高图象质量。,报道基因表达显像是指报道基因表达的蛋白质与放射性核素标记的报道探针发生反应或特异性结合，形成放射性浓聚，通过显像的方法对报道基因的表达进行定量的检测。,报道基因显像按照基因来源分成外源基因表达和内原基因表达显像方式两种。目前常用的外原基因表达显像方法有：(1)酶底物方法：报道基因表达的蛋白是一种酶，放射性探针是这种酶的底物，酶与底物作用的代谢产物在报道基因表达的细胞内浓聚。,(2)受体配体：报道基因表达蛋白是一种受体，放射性探针是这种受体的配体，受体和配体的特异性结合和内化作用形成报道基因表达细胞的放射性浓聚。,对于外源基因表达显像来讲最主要的挑战是如何提
6、高在肿瘤细胞内肿瘤基因转染率，只有高转染率才能获得满意的临床图像及治疗效果。目前临床最常用的有单纯疱疹病毒1胸苷激酶(HSVlTK)报道基因及18F FHBG作为底物基因显像。,和外源基因表达方式显像相比之下，内源性基因表达显像开展相对较少，这主要是内源性基因的表达较弱，只有依赖高灵敏度的PET或PET-CT才能检测到。在细胞内一些增强子与特异性的内源性基因有关。如果通过启动特异性的增强子来启动基因表达，然后就可以在体外检测特异性基因表达。,基因诱导受体、酶显像：采用基因工程的方法人工诱导产生新受体、酶进行受体显像。,二、肿瘤基因显像常用探针和对于设备要求,目前用于PET和PET-CT基因显像
7、的探针有多种。用于标记的正电子放射性核素有124I、11C和18F，11C由于半衰期太短，用于基因工程显像标记探针的较少，目前主要使用正电子放射性核素有124I和18F，而124I由于含有单光子射线，所以在采集时需要采用2D采集模式。,1.尿嘧啶核苷衍生物类,124IFIAU图象明显优于18FFHBG类显像剂，但是124I的获得较为困难，标记过程和18FFHBG相比目前还没有达到全自动化的程度，因而124IFIAU的使用相对较少。,2.无环鸟苷衍生物类(ACV),目前在临床前期和临床试验中主要采用18F FHBG进行显像。尽管在有些报道中，HSVItk基因表达的PET显像时，FIAU可能是一种
8、比FHBG更有效的探针，但124I不易获得，成为FIAU临床应用的最大障碍。,三、肿瘤基因存在问题,肿瘤基因显像最主要的问题是提高标记的探针在肿瘤组织具有高的靶组织和周围本底组织的比值（T/NT）。,1.筛选具有高特异性和高亲合力的探针；2.使用合适的正电子放射性核素标记的探针；3.PET-CT或PET图像分辨率和灵敏度；4.对于基因诱导受体显像和转导基因表达显像安全问题仍然是临床应用中的重要问题。,四、肿瘤基因显像展望,基因显像在临床应用仍然处于初期阶段，还需要大量的基础和临床前期研究。但是基因显像和传统的代谢显像相比具有高度的特异性，而且从疾病发生的根源为临床信息。基因显像也将成为在活体动物研究蛋白之间相互关系的重要工具。,基因异常,表达失控,代谢改变,功能失调,结构代偿,症状体征,Disease is not a THING,but a PROCESS,H.Wagner,Jr,Pictures of Life,
