18F-氟脱氧胸苷正电子发射体层显像应用及指导生物靶区勾划...

 

18F-氟脱氧葡萄糖(18F-FDG,以下简称FDG)正电子发射体层显像(PET)或PET-CT为肿瘤诊断和靶区勾划提供了重要依据。FDG作为肿瘤代谢显像剂已得到人们广泛的认可和应用,但对肿瘤诊断的特异性存在一定不足，会产生部分假阳性结果；18F-氟脱氧胸苷(18F-FLT,以下简称FLT)是胸腺嘧啶的类似物，能间接反映细胞DNA合成,是肿瘤增殖显像剂,在肿瘤与炎症和肉芽肿的鉴别中具有一定优势,对个体化放射治疗的应用具有更重要的指导作用。我们对FLT-PET的应用及指导放射治疗生物靶区勾划的展望进行综论。山东省肿瘤医院放疗科韩大力

一、FLT显像的作用机制

FLT作为一种胸腺嘧啶类似物, 通过被动扩散和Na+依赖性转运体方式进入细胞内,并掺入DNA,在胸苷激酶1(TK-1)的作用下发生磷酸化,生成FLT单磷酸而滞留在肿瘤细胞内。TK-1是DNA补救合成途径中的关键酶,在静止细胞中无酶活性,但在肿瘤增殖细胞的G1后期和S期活性明显增高，其羧基端变异,不能被降解,因而导致整个细胞周期中TK-1活性持续增加[1]。由于3’端被18F替代, FLT不能参与DNA合成,因而蓄积在细胞内不被降解, 所以有利于肿瘤显像[2]。FLT是TK-1的底物,其摄取依赖于TK-1的活性, 因此可替代性反映细胞增殖，这是FLT作为PET细胞增殖示踪剂的基础[3]。

二、FLT显像的基础研究

1998年,Shields等[4]首次进行了FLT肿瘤增殖显像研究，结果显示FLT可用于监测正常组织和肿瘤增殖，尤其在肿瘤增殖的临床研究方面提供了相对简单、非侵袭性和可重复的方法。随后,Rasey等[5]通过体外实验表明,FLT摄取显像可反映TK-1活性，与S期细胞在肿瘤中存在的含量呈正相关，是细胞增殖的标志。

Barthel等[6]通过生长辐射诱发纤维肉瘤1的C3H/HeJ小鼠模型进行了体内实验，应用氟脲嘧啶（5-Fu）抑制肿瘤细胞增殖，使得TK-1酶活性和腺苷三磷酸（ATP）水平下降，分别进行FDG-PET和FLT-PET的显像,并应用增殖细胞核抗原（PCNA）作为金标准,检测细胞增殖状态。结果显示，两示踪剂的代谢水平均与增殖细胞所占比例呈正相关；同时，肿瘤对FLT的摄取水平与PCNA阳性细胞和HE染色阳性细胞比值呈正相关，而FDG则无此相关，证实了FLT用于评价细胞增殖的价值。此外，该研究显示，FLT在体内代谢中保持稳定。Ki-67是反映细胞增殖的免疫学指标，据Vesselle等[7]报道，FLT摄取与Ki-67免疫染色测定的细胞增殖指数明显相关(r=0.92,P＜0.001),且明显高于FDG(r=0.72, P＜0.001)。FLT仍可替代性反映补救途径中胸苷的摄取量, 且比FDG更准确地评价肿瘤细胞增殖速度。

三、FLT与FDG作为PET示踪剂在临床应用中的比较

1 FDG的局限性：

随着FDG-PET的广泛应用, 其局限性亦日益受到研究者的重视, 尤其是假阳性问题。假阳性的主要原因为炎症细胞浸润, 而这也是肉芽肿性炎症(包括结核性肉芽肿、隐球菌性肉芽肿和炎性假瘤)的主要病理表现。FDG反映了葡萄糖代谢，不是肿瘤细胞的特异性标记物,即使在肿瘤内，也不是所有的FDG摄取均由肿瘤细胞引起，巨噬细胞、淋巴细胞、嗜酸性细胞等炎症细胞也参与了FDG的摄取, 从而出现假阳性结果。杨文锋等[8]的研究显示，FDG PET-CT在诊断非小细胞肺癌区域淋巴结转移中出现假阳性的重要原因是淋巴结内有炎症存在。Guo等[9] 对45例可疑食管鳞癌术后复发的患者进行FDG PET-CT检查，结果显示FDG PET-CT诊断复发特异性较低，其主要原因在于吻合口局部假阳性干扰。而炎症和术后瘢痕组织是最常见的非肿瘤性浓聚，常导致临床误诊，为此，我们需要能够反映肿瘤增殖显像的示踪剂进行甄别[10], 而FLT为此提供了一个新的选择。

2 FLT相对于FDG的优势：

临床研究显示，FLT的摄取与肿瘤增殖相关，而FLT-PET具有非侵袭性、易于重复和较少出现抽样误差的优势，因此成为评价肿瘤侵袭性、预后、制定治疗计划和监测治疗反应的重要工具[11]。与FDG不同,FLT不被正常大脑皮质摄取, 在脑肿瘤评价中具有优势；对其它肿瘤的监测例如恶性淋巴瘤、肺癌、食管癌和乳腺癌等FLT也有重要价值[7]。Buck等[12]应用FLT检测恶性淋巴瘤的增殖情况，在11例惰性淋巴瘤患者中，经活检证实的病变平均标准摄取值（SUV）为2.3(1.2～4.5)；在21例侵袭性淋巴瘤中，FLT的摄取明显升高，平均SUV值为5.9(3.2～9.2) 。通过线性回归分析显示，FLT的摄取与增殖指数密切相关。

在胸部肿瘤的诊断中，FDG-PET的灵敏度要高于FLT-PET，适合于原发肿瘤的诊断；而FLT-PET的特异性优于FDG-PET，在单个患者和单个淋巴结上具有更好的阳性预测值和精准度，有利于转移性淋巴结与炎性病灶的鉴别。 FLT的浓聚与肿瘤细胞增殖明显相关。近期，由Tian等[13]联合多中心进行了FDG和FLT双重PET示踪剂检测肺部疾病的研究，结果显示，FLT显像不如FDG清晰，但特异性较高。Dittmann等[14]对16例患者的17个胸部肿瘤进行FLT与FDG双重检测比较，大多数肺肿瘤和肺转移肿瘤显示了较密集的核素摄取， SUV值为1.5～8.2；原发食管癌和转移癌均显示了较好的肿瘤与非肿瘤对比， SUV值为2.7～10.0。与FDG对比，FLT在肿瘤中的SUV平均值与最大值均较低(平均SUV,最大SUV, 均P＜0.01)，二者呈明显的线性相关(r 2平均SUV =0.45; r2最大SUV=0.49)。由于骨髓和肝脏的生理代谢高，FLT对该部位的转移肿瘤显像不良；而脑组织生理代谢较低，FLT对该部位的转移肿瘤具有较高的鉴别能力。Vesselle等[7]对10例患者的11个非小细胞肺癌病变进行FLT-PET检查显像，并对显像后行手术切除的组织进行Ki-67的免疫组织化学和流式细胞学检查,结果显示，FLT的SUV值与Ki-67有关(P＜0.05),与S期比例的相关性未达到统计学意义；而Ki-67与S期比例的相关性也未达到统计学意义，之所以出现这种结果，可能与样本数量较少有关。

在乳腺癌的研究中，Pio等[15]应用FLT监测患者治疗反应情况和预后判断，以患者治疗前后分别进行肿瘤标记物检查和CT检查作为FDG和FLT显像的对照，FDG和FLT均与肿瘤变化相关，而FLT较FDG反应更早。FLT在肿瘤诊断和临床分期中的应用不如FDG，但可作为监测治疗情况和预测远期临床效果的有力手段。

四、FLT PET-CT用于生物靶区勾划的展望

1 生物靶区(biological target volume, BTV)及生物调强放疗(biological IMRT, BIMRT)：

由于功能影像的快速发展,直接导致了BTV及BIMRT等概念的产生。BTV指由一系列肿瘤生物学因素决定的靶区内放射敏感性不同的区域,这些因素包括乏氧、血供、增殖、凋亡及细胞周期调控、癌基因和抑癌基因改变、浸润及转移特性等。既包括肿瘤区内的敏感性差异,也应考虑正常组织的敏感性差异,而且均可通过分子影像学技术进行显示。BIMRT则是指利用先进的IMRT技术,给予不同的BTV不同剂量的照射，以达到最大程度地杀灭肿瘤和最大限度地保护敏感组织[16]。

PET-CT可以为靶区的准确勾划带来更为可靠的信息。FDG作为PET的糖代谢示踪剂，可以反映葡萄糖在肿瘤细胞中的代谢状况。一般认为，肿瘤细胞内葡萄糖代谢包括有氧氧化和无氧酵解，尤其是无氧酵解比正常细胞更快，故而将FDG积聚的细胞认定为肿瘤细胞，这种推断是基于葡萄糖代谢理论，在临床应用中亦难免将炎症等非肿瘤组织的高代谢认定为临床靶区，从而造成放射治疗计划靶区的扩大化。FLT是PET的核酸代谢示踪剂，可以直接反映细胞分裂增殖状况。FLT对BTV的勾划和BIMRT的指导更优于FDG,可使炎症和肉芽肿等区域避免放射治疗,而给以肿瘤区高剂量高精度照射。

2 PET-CT模拟：

现代放疗计划是基于三维适形放疗技术和应用CT作为计划设计过程中标准的影像手段而完成的。PET由于不能提供解剖位置信息，因此很难应用到放疗计划当中；而功能影像引导放疗的应用,必需将PET所提供的生物或生理学数据与CT所提供的解剖信息融合，所以PET-CT模拟是勾划BTV和BIMRT的关键步骤。

在食管癌的应用中，为了使PET图像和CT图像充分融合，一般采取如下步骤：

为使PET-CT模拟更好地应用到放疗计划过程中，应注意：（1）所有图像均应在患者合适的体位和固定方式下获取,相同的固定方式对于两种扫描图像的最佳融合至关重要;（2）开始融合时应将PET图像调节到合适的窗位与标准; （3）PET和CT融合能在手动下完成，即使应用软件进行对应解剖位置的自动融合，仍需要浏览各个方向（矢状、冠状、轴向方向）的图像，邻近靶区位置尤应注意。而其余解剖部位仍需浏览，对于PET图像中显示为生理性摄取的部位不应融合到大体肿瘤区(gross tumor volume, GTV)，必要时建议有经验的核医学医师和放射学家协助鉴别肿瘤邻近组织。

3 BTV勾划：

FDG-PET对于检测非小细胞肺癌淋巴结转移和远处转移有一定的优势，提高分期的准确性；而在FDG作为PET-CT示踪剂时，有学者建议以SUV值2.5作为勾划肺癌GTV的参考值；也有学者建议应用最大SUV值百分比（SUVmax）作为勾划依据，这些均存在一些不足，目前尚无公认的标准[17]。我院在病理体积确定非小细胞肺癌FDG PET-CT靶区勾划最佳SUV界值的研究中，以（31±11）％SUVmax和SUV值为3.0±1.6作为GTV勾划的参考值，获得的FDG-PET影像体积与病理体积较为接近。恶性肿瘤往往是不均质肿物,肿瘤内的代谢与增殖状况不是均匀分布的,无论是FDG,还是FLT，良恶性病变鉴别的SUV值，都不能简单的用一个数值去表示。

FDG是非肿瘤特异性显像剂，往往在鉴别部分慢性炎症和肉芽肿性炎症时表现为类似肿瘤表现的浓聚，造成靶区判断失误。FDG对肺癌患者在接受放射治疗中的炎性反应性增生、放疗后间质残留和肿瘤复发难以区分，需要联合应用其他显像剂对肿瘤代谢变化进行综合评价及靶区勾划。FLT-PET直接反映细胞分裂增殖状况，避免炎症和肉芽肿等区域接受放射治疗,而对于真正存在肿瘤增殖的BTV区域进行高剂量、高精度照射。在放射治疗过程中进行FLT PET-CT模拟复位,监测肿瘤增殖变化状况,可为最终治疗决策提供参考。

FDG-PET可在一定程度上更精确地判断食管癌病变范围,从而更有效地确定GTV大小和区域淋巴结转移情况,并修正解剖影像制定的放疗计划。袁双虎等[18]对32例食管癌患者进行了术前食管镜、食管X线钡餐、CT和FDG PET-CT检查,并将检查结果与手术标本比较，结果显示，FDG PET-CT所示病变长度与实际病变长度最接近。Yuan等[19]对45例手术切除的胸段食管癌患者进行区域淋巴结转移的CT、PET和PET-CT图像诊断的对照研究，以病理诊断作为金标准，结果显示，FDG PET-CT 可以提高胸段食管癌局部淋巴结转移诊断的灵敏度和准确度。 FDG PET-CT有助于指导放疗临床靶区的确定，但仍需要临床验证；FLT PET-CT可对食管癌的肿瘤范围和增殖状态进行评价。在临床实际工作中，FLT与 FDG可以互补，有利于放射治疗高剂量区的确定。我院正在进行FLT-PET在胸部肿瘤生物靶区勾划中的研究,目前入组的12例胸部肿瘤(食管癌5例,非小细胞肺癌7例)患者中，原发肿瘤的SUVmax值为2.3～8.8,显示出较好的肿瘤/非肿瘤比值，进一步的详尽资料尚待研究完成。

PET可对脑肿瘤的肿瘤分级和疗效评估提供帮助。相对于FDG-PET，FLT-PET在正常脑组织中基础代谢低,具有较高的肿瘤/非肿瘤比值, 影像质量更佳，对于不能手术的脑肿瘤、术后残留及复发的脑肿瘤具有良好的诊断价值。Chen等[20]通过对胶质瘤的研究显示, FLT的SUV值在高度恶性与低度恶性和稳定病灶二者之间都有显著性差异, 但不能鉴别低度恶性和稳定病灶。Nitzsche等[21]认为,区别肿瘤复发或坏死方面，FLT-PET较FDG-PET敏感；FLT与Ki-67相关度 (r=0.84)高于FDG(r=0.51)。目前的研究显示，FLT-PET有利于指导脑肿瘤GTV的勾划，但FLT-PET在鉴别低度恶性、稳定病灶、坏死组织和肿瘤残余方面，尚需进一步研究证实。

在FDG高敏感性的前提下，结合FLT的特异性及其对肿瘤细胞增殖状态的反映，勾划生物靶区时将FLT高摄取区域设为BIMRT高剂量分布区域，随着治疗过程中的监测并进行治疗计划调整，将更加有力的控制局部肿瘤以提高远期生存率。对于后程推量放疗、同期加量放疗和同期整合推量照射靶区的确认，往往是由基于解剖结构的CT图像所确认，缺乏显示肿瘤增殖的生物学依据。总之，FDG-PET显像受到正常组织放射反应及炎性细胞浸润等因素的影响，在一定程度上影响到BTV的精确勾划；而FLT-PET可直接反映细胞分裂增殖状况，特异性较高，与FDG-PET具有良好的互补性，二者联合应用更有利于BIMRT的精确实施。

五、 FLT存在的问题和不足

1 合成产量低：

FLT不能广泛应用的主要问题在于产量和合成率低。在Tian等[13]的试验中，所采用的商业自动合成仪仅有2/3的次数中合成成功，平均产量仅约13%。国外FLT 的合成率受前体等所用数量影响，平均产量仅在10%～40%之间。

2 敏感性较低：

与FDG比较, FLT敏感性低,可能原因:（1） FLT在体内的生理性分布,包括骨髓和肝脏的高摄取；另外，FLT被生理性摄取后造成肿瘤部位示踪剂生物利用度的降低，因此致使病变的摄取减少，从而降低了敏感性。（2）示踪剂蓄积的生物本底作用。FLT摄取主要依赖于细胞增殖，有丝分裂低的肿瘤FLT摄取低。由于细胞周期基因组的表达差异，FLT的摄取在惰性淋巴瘤中往往低于侵袭性淋巴瘤[22]。

3 假阳性问题：

关于产生假阳性的机制尚不明确，可能与大肠杆菌感染、Ki-67升高的间质性肺炎和炎性细胞有关[13]。

FLT已越来越广泛的应用于临床研究中, 以评估肿瘤细胞DNA的合成和细胞增殖活性,是最有希望发展的PET显像剂之一。鉴于FLT-PET敏感性较低，如果结合FDG-PET进行BTV勾划将更具指导价值。目前关于FLT-PET用于评价疗效和指导BIMRT的研究尚在进行中。

 

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