动脉粥样硬化斑块的磁共振成像分子影像学研究进展

　　　　一、前言

　　　　动脉粥样硬化是一种以动脉管壁脂质斑块不断累积为主要特征的慢性和进展性疾病，是最主要的死亡原因和致残原因。

　　　　过去认为，随着动脉粥样硬化病灶的增大，动脉管腔狭窄，从而引起组织器官供血不足。但是近来发现，急性冠状动脉综合征的发生与冠状动脉硬化狭窄的严重程度并无明显的关系，大多数急性冠状动脉综合征患者的管腔狭窄程度小于50%，而这些引起轻度狭窄的斑块多是不稳定斑块或易损斑块。

　　　　易损斑块的主要特征包括：

　　　　（1）细胞外脂质体积大；

　　　　（2）纤维帽薄且不均匀，胶原含量和平滑肌细胞少；

　　　　（3）局部有大量慢性炎症细胞(如巨噬细胞、T淋巴细胞和肥大细胞等)浸润，并伴有血管新生；

　　　　（4）斑块表面可有不同程度的糜烂、脱落、裂缝和溃疡；

　　　　（5）严重时斑块在纤维帽最薄和泡沫细胞最多的"肩部"破裂。

　　　　斑块破裂伴斑块表面血栓形成是发生临床急性心血管事件的主要原因。

　　　　针对动脉粥样硬化斑块，特别是不稳定粥样硬化斑块各个发展阶段的斑块成分，可以设计合成不同的分子成像探针，对不稳定斑块进行活体靶向显像，分析斑块的进展程度，并对抗动脉粥样硬化药物的疗效进行评估。磁共振成像(magneticresonanceimaging，MRI)具有软组织分辨率高，无电磁辐射、可重复性高、多序列成像和对比剂选择类型多[T1对比剂(钆)和T2对比剂(纳米氧化铁如USPIO和SPIO等)]等优点，在动脉粥样硬化分子影像学研究中应用最为广泛。

　　　　二、常用分子影像成像靶点及MRI分子成像

　　　　动脉粥样硬化是一类慢性进展性疾病，其起始、发生、发展及破裂过程中一系列分子发挥了重要作用，针对这些重要分子进行靶向成像，有助于早期发现易损斑块和实施个体化治疗。

　　　　动脉粥样硬化MRI分子成像感兴趣的成像靶点包括：

　　　　(1)内皮功能障碍；

　　　　(2)动脉粥样硬化斑块炎症；

　　　　(3)斑块内血管新生和斑块内出血；

　　　　(4)蛋白水解酶；

　　　　(5)纤维蛋白等。

　　　　针对这些成像靶点，通过研发靶向分子配体，如单克隆抗体、抗体片段(Fab)、多肽等，并将这些分子配体通过化学方法与MRI对比剂钆、氧化铁纳米颗粒(SPIO或USPIO)连接，构建分子靶点特异度分子探针，可以实现活体动脉粥样硬化靶点特异度MRI成像。这些研究已经在细胞及动物实验中广泛开展，部分研究已经进入临床前期研究，还有部分研究已经应用于临床。

　　　　1．内皮细胞功能障碍的MRI分子成像：

　　　　内皮功能障碍是动脉粥样硬化发生的首要环节。在血液动力学改变或炎症因素作用下，内皮细胞一氧化氮的产生减少或活性降低，使血管舒张功能减弱，内皮通透性增加，致动脉粥样硬化性蛋白尤其是氧化型低密度脂蛋白(oxidizedlow–densitylipoprotein，Ox–LDL)内流，导致动脉内膜下胆固醇沉积。Phinikaridou等发现，Gadofosvest(美国食品和药品管理局批准的与白蛋白结合的钆对比剂)增强MRI可以显示ApoE–/–小鼠无名动脉和颈动脉粥样硬化斑块的内膜通透性，其MRI强化率与伊文思蓝染色呈正相关。Lobbes等进一步研究证实，Gadofosvest增强后，症状性人颈动脉粥样硬化斑块在MRI上明显强化，无症状性颈动脉斑块无明显强化，提示Gadofosvest可以活体显示动脉内皮功能异常，为易损斑块的检测提供了重要方法。

　　　　与内皮细胞功能障碍相关的另一个重要分子成像靶点是黏附因子。在动脉粥样硬化病变区有多种黏附分子的表达，如P选择素、E选择素、细胞间黏附分子1、血管细胞黏附分子1(vascularcelladhesionmolecule1，VCAM–1)、血小板内皮细胞黏附因子及纤维黏连素。Bruckman等合成了VCAM–1靶向的烟草花叶病毒标记近红外/钆双模态分子探针，并成功活体MRI/近红外双模态显示ApoE–/–小鼠腹主动脉粥样硬化斑块，由于其设计特殊，其使用剂量比临床剂量降低400倍。Michalska等应用VCAM–1靶向USPIO纳米颗粒(P03011)成功实现ApoE–/–小鼠主动脉弓MRI分子成像。利用黏附因子靶向MRI分子探针评价抗动脉粥样硬化药物疗效将是黏附分子靶向MRI成像的重要方向。

　　　　2．斑块内炎症的MRI分子成像：

　　　　易损斑块的一个重要特征就是斑块内有大量炎症细胞，特别是巨噬细胞的浸润。巨噬细胞是动脉粥样硬化斑块最重要的分子成像靶点，在动脉粥样硬化的各个阶段均起重要作用。USPIO可以被斑块内巨噬细胞非特异度摄取，在MRIT2WI上呈低信号，因而被广泛应用于动物实验及临床上颈动脉粥样硬化斑块炎症的成像。USPIO增强MRI信号的改变，可以活体评估他汀类药物的疗效。18F–脱氧葡萄糖(FDG)是另一种临床上广泛使用的炎症细胞对比剂，最新研究表明，18F–FDG的摄取与M1型巨噬细胞有关，而USPIO的摄取与M2型巨噬细胞有关。M1表型为致动脉粥样硬化性巨噬细胞，而M2表型为动脉粥样硬化保护性巨噬细胞。因此，USPIO在动脉粥样硬化中的作用有待进一步研究。

　　　　除了被动性巨噬细胞USPIO成像外，主动性巨噬细胞成像可能具有更好的特异度。清道夫受体A是巨噬细胞的重要受体，清道夫受体A靶向USPIO可以活体显示激活的巨噬细胞。同时，由于致动脉粥样硬化型巨噬细胞(M1表型)膜表面存在叶酸高表达，因此使用叶酸靶向MRI分子探针可以活体检测动脉粥样硬化斑块内激活的巨噬细胞，在检测易损性动脉粥样硬化斑块方面具有更高的敏感度。

　　　　3．斑块内血管新生的靶向MRI分子成像：

　　　　随着动脉粥样硬化斑块体积的增大及炎性细胞的浸润，斑块的细胞代谢增快，进一步引起动脉粥样硬化斑块内部缺氧。动脉粥样硬化斑块内部缺氧可以诱导滋养血管和内膜下血管新生。

　　　　一方面，新生血管的增加促进了炎性细胞的浸润，其分泌的细胞因子加速了纤维帽强度的降低；另一方面，斑块内新生血管的增加可以导致斑块内出血、纤维蛋白沉积、脂质聚集增加和脂质核心增大，继而斑块易损性增加。

　　　　新生血管表面存在αvβ3整合素的高表达，RGD作为αvβ3整合素的识别配体，可应用于临床及动物动脉粥样硬化斑块的检测。对RGD的结构进行改造，如增加RGD的环数，在RGD上增加特异性多肽等，将更有助于斑块血管新生的检测。

　　　　4．蛋白水解酶的靶向MRI分子成像：

　　　　蛋白水解酶如金属蛋白酶(metalloprotease，MMPs)在动脉粥样硬化的不同阶段中均起重要作用。在动脉粥样硬化的早期阶段，MMPs促进单核细胞、巨噬细胞和平滑肌细胞的迁移；在动脉粥样硬化的晚期阶段，MMPs导致细胞外基质蛋白如胶原纤维、弹性纤维的降解。斑块内MMPs的表达增加，可以消弱纤维帽，促进斑块破裂，继而导致急性心脑血管事件的发生。

　　　　MMPs家族成员有20多种，以MMP1、MMP2及MMP9研究最多。研究表明，以MMPs靶向单克隆抗体或者多肽为识别配体构建靶向分子探针，可以活体显示动物易损斑块。P947(DOTA–Gd–标记的MMP靶向性多肽)可以活体检测ApoE–/–小鼠易损斑块。研究还表明，P947的MRI强化信号与血管紧张素转换酶(angiotensin–convertingenzyme，ACE)、氨肽酶N(aminopeptidasesN，APN)呈正相关，提示P947还可以活体检测ACE和APN。

　　　　5．纤维蛋白的靶向MRI分子成像：

　　　　Makowski等报道，纤维蛋白特异性靶向对比剂FTCA可以活体显示ApoE–/–小鼠无名动脉粥样硬化斑块内的纤维蛋白。通过对EP–2104R多肽进行修饰，Starmans等合成了EPep和FibPep多肽，并成功应用于SD大鼠颈动脉损伤内膜的纤维蛋白活体单光子发射计算机断层成像(single–photonemissioncomputedtomography，SPECT)/CT成像。纤维蛋白是动脉粥样硬化斑块的重要组成部分，主要分布在进展型动脉粥样硬化斑块的脂质核心内。同时，纤维蛋白也是斑块破裂后血栓形成的关键因素。因此，纤维蛋白靶向成像在检测斑块稳定度、急性冠状动脉综合征、肺动脉栓塞和深静脉血栓形成中有广泛的应用前景。

　　　　6．Ox–LDL的靶向MRI分子成像：

　　　　Ox–LDL通过多种途径启动和促进动脉粥样硬化发展，最终导致斑块破裂，出现各种临床并发症，在动脉粥样硬化的发展进程中起关键作用。Briley–Saebo等将Ox–LDL特异性抗原决定簇特异性单克隆抗体MDA2、E06(鼠源性)以及IK17(人源性)与钆剂分子和USPIO结合，构建了Ox–LDL抗原决定簇特异性靶向钆剂分子探针和USPIO分子探针，并成功应用于主动脉动脉粥样硬化ApoE–/–小鼠活体的MRI成像。

　　　　小鼠尾静脉注入Ox–LDL抗原决定簇特异性靶向钆剂分子探针72h后，主动脉粥样硬化斑块明显强化，与邻近的肌肉比较，强化值增加231%。免疫组织化学证实斑块内的Ox–LDL高表达与MRI上的信号强化呈正相关。Nguyen等使用MDA–2靶向树状大分子探针及Wen等使用Ox–LDL靶向USPIO分子探针也得到类似的结果。Ox–LDL靶向特异性多肽AHP7也可以应用于活体Ox–LDL的分子显像。另外，针对Ox–LDL的特异性受体LOX–1进行MRI分子成像，也可以活体评估ApoE–/–小鼠斑块易损性。鉴于Ox–LDL在动脉粥样硬化斑块发生、发展中的重要作用，靶向Ox–LDL的特异性MRI分子探针前景看好。

　　　　总之，针对动脉粥样硬化发生、发展及破裂过程的一系列重要分子进行MRI分子显像，有助于活体评估动脉粥样硬化斑块的稳定性及药物疗效，从而指导预防和干预，实现动脉粥样硬化斑块诊断和治疗的个体化。

　　　　三、存在的问题

　　　　动脉粥样硬化斑块分子影像学近年来发展迅速，可以在活体从细胞和分子水平实现动脉粥样硬化斑块破裂的风险评估，因而成为早期动脉粥样硬化斑块的研究热点。动脉粥样硬化靶向MRI分子影像存在的重要问题是其敏感度低，行MRI成像时需要高剂量的对比剂及成像靶点的高表达。另外，其他分子影像成像技术如SPECT和正电子发射断层成像(positronemissiontomography，PET)，成像敏感度和特异度高，但是其软组织分辨率和空间分辨率低，同时有电子辐射风险。

　　　　因此，结合各种不同的检测手段，开发多模态分子影像探针(如MRI/PET,MRI/SPECT杂交分子探针)，将更有助于推进动脉粥样硬化斑块MRI分子影像学研究的发展。靶向分子对比剂的安全性也是需要考虑的问题。对动脉粥样硬化MRI靶向分子探针结构进行改造，增高其靶向特异性，同时使用DOTA替代DTPA分子，使其具有更高的稳定性，增加靶向分子探针的安全性，将有助于动脉粥样硬化MRI分子成像向临床转化。

　　　　四、结论

　　　　大量动物实验已经证实动脉粥样硬化MRI分子成像在监测动脉粥样硬化发生和发展中的重要作用，部分研究成果已经应用于临床。针对动脉粥样硬化发生和发展过程中不同阶段的分子表达，可以构建特异性MRI分子探针应用于动脉粥样硬化斑块的活体检测，特别是易损斑块的活体MRI检测。MRI分子影像学具有敏感度高、可重复性好、软组织分辨率高、无电磁辐射等优点，随着新的MRI纳米材料的开发以及新的成像设备、成像序列的使用，MRI分子影像在动脉粥样硬化斑块的诊断中具有广泛的应用前景。

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　　○接受过常规治疗，但还是患有脑梗塞和心肌梗塞等的患者