早在1971年，Folkman^[3]就提出肿瘤生长具有血管依赖性，肿瘤在生长的过程中会产生许多血管生成因子，促进血管内皮细胞的增生和迁移，若无血管为其提供氧气和营养物质，肿瘤的直径不会超过1~2 mm，且肿瘤一旦发生血管化就会迅速生长。肿瘤的生长与其抗血管治疗均是基于肿瘤血管的变化，肿瘤常规评估标准，如检测肿瘤形成及大小等，所测结果往往晚于肿瘤的实际反应阶段，以致错过了早期治疗机会，而肿瘤分子水平的变化要早于其结构和功能的变化。

肿瘤新生血管显像研究将为肿瘤的早期诊断、抗肿瘤血管药物疗效评价提供极大的参考价值。目前，肿瘤新生血管显像受体包括整合素αvβ3、血管内皮生长因子受体和基质金属蛋白酶等^[4]，本文主要针对肿瘤新生血管整合素αvβ3受体显像进行综述。

整合素是存在于细胞间隙和细胞基膜上，通常由α亚基和β亚基两个不同的链组成，通过与细胞外基质蛋白（extracellular matrix protein，ECM）结合来介导细胞粘附和转移，还可对细胞周期进行调节^[5]。整合素αvβ3是整合素中的一种亚型，高表达于肿瘤新生血管内皮细胞和部分肿瘤细胞表面，如恶性黑色素瘤、恶性胶质瘤、前列腺癌、肺癌和乳腺癌等^[6]，而在普通上皮细胞和成熟血管内皮细胞表面不表达或呈低水平表达。整合素αvβ3能够识别ECM中的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（arg-gly-asp，RGD）序列，并与其特异性结合^[7]。ECM包括玻连蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白、胶原、血小板反应蛋白1、骨桥蛋白和von Willebrand因子等。据此，可用放射性核素来标记含RGD序列的化合物或多肽，并进行肿瘤新生血管的SPECT、PET/CT显像来早期特异性地监测肿瘤，确定肿瘤分期和抗肿瘤血管新生药物的疗效等。

一个最佳的放射性显像剂应该同时具备易获取、早期肿瘤摄取高、背景低、血液清除迅速、无肝肾滞留等优点。本文接下来将对肿瘤新生血管整合素αvβ3靶向药物的设计、放射性核素的选择进行论述。

想要更好地设计靶向药物还需要对显像剂与其作用位点间的相互作用展开更深入的研究。目前，已有研究表明，环状RGD肽对整合素αvβ3的特异性更高^[8]。Yu等^[9]对RGD与整合素αvβ3间的相互作用进行了分子水平上的动态模拟，其靶向识别主要通过RGD残基与整合素αvβ3上的金属离子间的静电相互作用而实现。其研究结果表明，大多数RGD单链体在体内易降解而导致肝脏高摄取、肿瘤低摄取，而环状RGD则具有更强的抗蛋白酶水解特性，环状RGD还因具有多RGD位点而呈现出肿瘤高亲和力和高摄取，且在体内更稳定。此外，RGD单链体还易发生自我结合（该单链的不同位点及两个单链之间）而呈现肿瘤低摄取，而环状RGD肽则不易发生自我结合。RGD多肽与整合素αvβ3间的最适体积与摩尔浓度之比为2:1。环状RGDFV（其中，F为苯丙氨酸，V为缬氨酸）较单链RGD更适于用作整合素αvβ3的靶向剂。c（RGDfK）和c（RGDyK）是两种常用的环状肽，c（RGDfK）中引入了D-苯丙氨酸，c（RGDyK）中引入了D-酪氨酸，Alam等^[10]用⁶⁸Ga-DOTA-[c（RGDfK）]₂（其中，DOTA为1, 4, 7, 10-四氮杂环十二烷-1, 4, 7, 10-四羧酸）进行M21、MDA-MB-231和M21L肿瘤PET显像，发现随着整合素αvβ3表达量的降低，肿瘤的⁶⁸Ga-DOTA-[c（RGDfK）]₂摄取量（%ID/g）依次降低（0.44% > 0.17% > 0.12%，P < 0.05），表明⁶⁸Ga-DOTA-[c（RGDfK）]₂的特异性与准确率较高。Oxboel等^[11]利用⁶⁸Ga-NODAGA-E[c（RGDyK）]₂（其中，NODAGA为1, 4, 7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4, 7-二乙酸）和⁶⁴Cu-NODAGA-E[c（RGDyK）]₂两种肿瘤新生血管PET显像剂进行人脑胶质瘤U87和神经内分泌瘤H727裸鼠体内PET显像，发现两种药物均易合成，均有望用作整合素αvβ3显像剂，研究表明c（RGDyK）对整合素αvβ3具有特异性，其研究还发现⁶⁸Ga-NODAGA-E[c（RGDyK）]₂拥有更长的肿瘤滞留时间，且⁶⁸Ga的获得更容易些。

显像剂的糖基化修饰有助于促进其在人体内的清除。Maschauer等^[12]的研究表明，糖基化能够促进小分子在体内的运动，并提高其在体内的清除速率。肾脏为剂量限制性器官，Jin等^[13]发现，为了降低肾脏对放射性显像剂⁶⁴Cu-cyclam-RAFT-c（RGDfK）₄（其中，RAFT为regioselectively addressable functionalized templete）的聚集，可同时注射Gelofusine（一种琥珀酰明胶和L-赖氨酸），它可阻断肾脏对放射性显像剂的再吸收，但并不影响其代谢，研究结果表明Gelofusine可明显降低肾的放射性摄取，保护肾脏，并略微增加了肿瘤的放射性摄取。

为了提高显像剂的受体亲和力、肿瘤摄取值，并改善其药代动力学特性，可根据需要在显像剂中引入修饰基团PEG₄和Gly₃等。Liu等^[14]的研究表明，在两个RGD间引入PEG₄和Gly₃的RGD二聚体（G₃-RGD₂和P₄-RGD₂）较未修饰的RGD二聚体拥有更高的整合素αvβ3亲和力，肿瘤摄取值高，药代动力学特性好，此外，其图像也拥有更好的T/NT比值。

BFC的引入可以更好地进行放射性显像剂标记。BFC用于连接小分子多肽与放射性显像剂，其引入还可加速显像剂的肾脏代谢、延长其在肿瘤部位的滞留时间，但BFC需具备体内稳定性高、与放射性核素间亲和力高、抗辐射分解、不改变显像剂的生物特性等特点。BFC的选择主要取决于放射性核素，目前尚无针对所有放射性核素的BFC。已发现的BFC包括6-hydazinonicotinic acid（HYNIC）、DTPA、1, 4, 7-tritazacyclononane-1, 4, 7-triacetic acid（NOTA）、NODAGA、3, 6, 9, 15-tetraazabicyclo[9.3.1]pentadeca-1（15）, 11, 13-triene-3, 6, 9-triacetic acid（PCTA）、1-oxa-4, 7, 10-triazacyclododecane-4, 7, 10-triacetic acid（Oxo-DO3A）等。其中，HYNIC拥有较高的⁹⁹Tc^m标记率，且标记迅速，产物稳定。DTPA来源于乙二胺四乙酸，拥有8个多肽可结合位点，作用条件温和，DTPA的使用需加入氯甲酸异丁酯作为偶联剂，DTPA拥有广泛的放射性核素谱，但通常多用于¹¹¹In、⁹⁰Y、⁹⁹Tc^m的标记，DPTA标记产物的体内稳定性低^[15]。DOTA及其衍生物可以与金属形成稳定的二价或三价化合物，可应用的核素广泛，包括⁶⁴Cu、⁶⁸Ga、¹¹¹In、⁸⁶Y、⁹⁰Y、²¹³Bi和²²⁵Ac等^[16]，体内稳定性高于DTPA，但标记慢、产率低，可通过加入4-羟乙基哌嗪乙磺酸或2-（N-吗啉代）乙烷磺酸缓冲液来弥补。NOTA是DOTA的衍生物，有研究报道DOTA的⁶⁴Cu标记存在问题，而NOTA较DOTA更适于用作⁶⁴Cu标记，拥有非靶器官低放射性摄取^[17]。NODAGA因其具有高亲水性和高体内稳定性更适用于⁶⁴Cu和⁶⁸Ga标记，其标记产物的体内稳定性强。PCTA和Oxo-DO3A是Yapp等^[18]研制的新型BFC，其将DOTA、PCTA和Oxo-DO3A 3种BFC分别与c（RGDyK）螯合后经⁶⁴Cu标记，血清孵育检测其稳定性，并经体内显像对比后发现，PCTA和Oxo-DO3A的放射性比活度和放化纯度均高于DOTA，其在肿瘤靶部位的摄取值相近，但⁶⁴Cu-PCTA-RGD拥有更好的非靶部位清除速率，呈现出背景低的优点，表明PCTA有望成为⁶⁴Cu标记多肽的最适BFC。

放射性核素的选择要以显像剂的临床应用为基础，SPECT和PET是核医学的两种主要检查设备，均为对从患者体内发射的γ射线进行成像。SPECT可以显示细胞和分子的生物学活动，精确定位病变的位置、性质和程度，并可进行三维立体显像，但由于SPECT成像不够清晰，单一SPECT显像逐渐被SPECT/CT所取代，成为目前人类最先进的医学影像设备之一，是进行活体疾病诊断和新药研发的理想工具^[19]，80%以上的平面显像和SPECT显像剂采用⁹⁹Tc^m标记。

PET显像可以从细胞代谢和生物分子水平揭示疾病的发生、发展，具备灵敏度高、分辨率高和图像质量高等优点，但运行成本明显高于SPECT。PET/CT的联合应用具有更高的空间分辨率，提高了对小病灶的诊断能力。目前临床上所做的PET显像90%以上都是基于组织代谢的¹⁸F-FDG显像，其对于肿瘤的诊断具有较高的灵敏度而不具特异性，一些增殖快、代谢高的良性病变如炎性肉芽肿、脓肿等也会导致¹⁸F-FDG摄取增加。PET显像多选用¹⁸F、⁶²Cu、⁶⁴Cu和⁶⁸Ga等放射性核素。

CT和MRI多与SPECT、PET联合使用，能够精确反应人体形态、结构的改变，利于肿瘤的精确定位。

核医学中常用的显像核素有¹⁸F、⁹⁹Tc^m、¹²³I、¹²⁵I、⁶⁴Cu、⁶²Cu、⁶⁸Ga、¹¹¹In等，常用的治疗核素有¹³¹I、¹²⁵I、¹⁷⁷Lu、⁹⁰Y、¹⁵³Sm、⁸⁹Sr等。其中，¹⁸F、⁹⁹Tc^m、¹²³I、¹¹¹In已成功标记RGD肽^[20]。

⁹⁹Tc^m拥有最佳核性能，是纯γ光子发射体，半衰期为6.02 h，为前期放射性显像剂合成预留了足够时间，在体内只需740~1110 MBq即可，避免了体内大剂量照射，且价格优廉、方便易得、标记过程简单。80%以上的平面显像和SPECT显像剂均采用⁹⁹Tc^m标记。

¹⁸F的半衰期为109.8 min，足够进行放射性标记，其半衰期虽短，但标记方法简单，拥有低正电子发射，可降低患者的风险。¹⁸F可以通过共价键直接与环状RGD多肽相连，极适于进行PET显像。Beer等^[21]将¹⁸F-galacto-RGD与¹⁸F-FDG显像进行对比，发现在一良性支气管肿瘤患者的原位与转移部位，¹⁸F-galacto-RGD的摄取值明显高于¹⁸F-FDG，¹⁸F-galacto-RGD的研究已经进入临床观察阶段。目前，¹⁸F标记的放射性显像剂占PET显像的90%以上^[22]。

⁶⁴Cu因具备良好的核医学特性而备受研究者关注，其为正电子核素，半衰期为12.7 h，尽管发射的β射线量少（18%，E_max=0.655 MeV），但长半衰期使其更易于运输、传递，且足够进行药物准备、质控和体内显像等。

⁶⁸Ga的半衰期为68 min，制备简单、造价低、肾代谢快、肾损伤低，是一种有望取代¹⁸F的拥有良好性能的放射性核素。Zhu等^[23]用⁶⁸Ga-PRGD₂（其中，PRGD₂为NH-mini-PEG-E[c（RGDyk）]₂）和¹⁸F-FDG对风湿性关节炎患者进行PET/CT显像，发现其均可进行新生血管显像，但⁶⁸Ga-PRGD₂与临床检测报告更吻合，能够更准确地反映疾病严重程度，目前该研究已在美国国立卫生研究院中得到注册。⁶²Cu的半衰期为9.7 min，⁶²Cu和⁶⁸Ga的半衰期极短，如何快速并有效地对其进行标记极为关键。

¹¹¹In的标记率高，稳定性好，半衰期长达67 h，肿瘤摄取值高于⁹⁹Tc^m，但其由加速器生成，来源受限，成本高。此外，¹¹¹In为双能量核素，空间分辨率低、图像清晰度差、检查所需时间长、标记方法复杂。

¹⁷⁷Lu由核反应堆生成，半衰期为6.75 d，发射β射线，但射线能量较低，故其标记的化合物极适于进行小瘤体及转移瘤的治疗；⁹⁰Y的半衰期为2.7 d，发射β射线，具备适宜的射线能量和射程，稳定无毒，方便易得，基于⁹⁰Y的射线能力强而适于进行较大瘤体的治疗。如将¹⁷⁷Lu和⁹⁰Y联合应用，同时标记，有望对不同大小的瘤体都能产生较好的治疗效果。

Trajkovic-Arsic等^[24]在体内胰腺癌整合素αvβ3多模态分子显像实验中，通过⁶⁸Ga-NODAGA-RGD PET显像与整合素敏感性680荧光分子显像（Integri Sense 680 fluorescence molecular tomography）进行对比，发现两者均能进行胰腺癌显像，且IntegriSense 680显像能够更精确地描绘出肿瘤轮廓边缘。为了证明IntegriSense 680能够特异地与αvβ3结合，其在注射⁶⁸Ga-NODAGA-RGD前注射了IntegriSense 680，结果发现⁶⁸Ga-NODAGA-RGD显像强度急剧降低。IntegriSense 680是市场上可以买到的非多肽小分子物质，用近红光荧光染料标记后可与整合素αvβ3特异性结合进行显像。该实验主要通过静脉方式注射，注射后可在动物体内24 h循环，进行FMT-CT荧光显像（其中，FMT为荧光分子断层成像）。荧光显像具备低价、高灵敏度、高分辨率和无电离辐射的优点，在分子显像领域极具吸引力。

肿瘤细胞具有异质性，并非始终表达所需要的靶受体。目前有一个极具潜力的新研究方向，即设计出能够同时靶向不同受体的放射性显像剂，即双靶点异二聚体，以提高肿瘤显像率，双靶点较单靶点显像更具准确性和敏感性，能够更早地诊断肿瘤。例如，Durkan等^[25]设计了GRPr/αvβ3（其中，GRPr为胃泌素释放肽受体）双靶点异二聚体RGD-Glu-[⁶⁴Cu-NO2A]-6-Ahx-RM₂，其中NO2A为BFC，RM₂为可靶向GRPr的蛙皮素多肽类似物，GRPr为表达于多种肿瘤细胞表面的蛋白受体，能与蛙皮素类似物高亲和力结合，经PC-3裸鼠移植瘤PET/CT显像，发现该二聚体具备良好的药代动力学特性、体内稳定，具备高肿瘤摄取、能够在肿瘤部位较长时间地聚集、足够进行分子显像、在血液等其他部位清除迅速、背景清晰等优点，明显优于GRPr、αvβ3单靶向放射性显像。Shallal等^[26]目前也研制了能够同时靶向前列腺癌特异性膜蛋白和αvβ3的双靶点异二聚体IRDye800。此外，Rangger等^[27]还利用纳米脂质体技术设计了一种能够同时靶向αvβ3和神经激肽1受体的显像剂，研究结果表明脂质体具备高放射性标记率、高细胞亲和力，经生物学分布和SPECT/CT检测发现¹¹¹In标记的此双靶点纳米脂质体具备肿瘤高摄取。

临床抗肿瘤血管治疗的早期表现主要为“微血管的正常化”，针对肿瘤临床前期与治疗前期进行肿瘤反应显像是一项极为有利的研究项目。常规检测结果往往晚于肿瘤的实际反应阶段。“肿瘤微血管的正常化”这一过程还表现为微血管渗透性的降低。Debergh等^[28]的最新研究表明，将能够增强动态对比度的MRI与数学建模相结合能够早期鉴定肿瘤微血管渗透性和肿瘤灌注方面的变化。其课题组研制了一种能够靶向αvβ3的新型MRI分子示踪剂P1227，可形象地显示肿瘤新生血管状态。P1227能够在肿瘤边缘新生血管内特异性高浓度聚集，但不在正常肌肉组织内聚集，而其对比物Gd-DOTA则在肿瘤和正常肌肉组织内均增高。当注射西仑吉肽（血管生成抑制药物）后，在前20 min内能够看到P1227的聚集明显被抑制，而Gd-DOTA则无变化。用P1227能够更容易更实时地观察肿瘤边缘增长状况及免疫组织化学所呈现出的与整合素αvβ3表达量间的联系，且能够更早期地观察各种抑制肿瘤血管新生药物的早期药效。

⁹⁹Tc^m-3PRGD₂为目前已成功应用到临床的显像剂，其中，3PRGD₂为含有3个PEG₄的RGD二聚体，它可对恶性肺孤立性结节、已分化的甲状腺癌和肺癌等进行显像^[29-31]。为了进一步利用3PRGD₂，Shi等^[32]利用治疗性放射性核素¹⁷⁷Lu标记3PRGD₂，¹⁷⁷Lu具有长达6.7 d的半衰期，较温和的β-电子能量（最大为0.497 MeV），可进行高剂量注射，能够在肿瘤部位保持长时间的放射性聚集，且在肿瘤周围组织的放射性很低，经裸鼠U87脑胶质瘤显像发现，¹⁷⁷Lu-3PRGD₂经γ显像后能够在肿瘤部位高聚集[（6.03±0.65）%ID/g]，且能清楚地进行肿瘤显像，¹⁷⁷Lu-3PRGD₂在裸鼠体内的最大耐受量为⁹⁰Y-3PRGD₂的2倍（111 MBq vs. 55.5 MBq）。此外，其研究还发现可利用¹⁷⁷Lu-3PRGD₂进行肿瘤的放射性靶向治疗，由于¹⁷⁷Lu具备长半衰期，每周只需注射一次，能够减少不必要的麻烦和患者的痛苦，相信该药物有望走到临床应用阶段。

肿瘤的产生和转移离不开肿瘤血管新生，整合素αvβ3高表达于肿瘤新生血管表面，针对整合素αvβ3受体的显像剂目前正处于广泛研究阶段，且多以RGD肽类为主，但有些显像剂还可以通过RGD非依赖模式与整合素αvβ3特异结合，但此类研究较少，如本课题组所研究的源于肿瘤抑素的T7肽^[33]，用⁹⁹Tc^m标记T7肽后，经裸鼠非小细胞肺癌模型体内生物分布研究发现，⁹⁹Tc^m-T7可在肿瘤部位聚集^[34]。目前此类显像剂的研究难点还在于如何设计出特异性更高、背景更低、肿瘤滞留时间更长、拥有良好体内药代动力学特性的药物。据此，可通过引入环状RGD、PEG₄、Gly₃等修饰基团，以及对其进行糖基化修饰等来增加其靶特异性，改善其药代动力学特性；通过选择合适的放射性核素及引入合适的BFC等对其进行更好的标记并进行体内显像。在此类显像剂的研究方向中，双靶点显像、显像与治疗相结合的研究策略可谓拥有极其广阔的应用前景。我们期待这些新型药物能够在肿瘤的早期诊断、实时监测、药效评估及其靶向治疗中取得更多突破性的进展。