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综述
PET代谢显像在肿瘤与炎性病变鉴别诊断中的价值
中华核医学与分子影像杂志, 2016,36(01): 94-97. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-2848.2016.01.024
摘要

肿瘤与炎性病变的鉴别是医学诊断的热点和难点。PET代谢显像是一种无创的功能性分子影像技术,在肿瘤诊断、临床分期和疗效评价等方面具有独特优势。笔者就近年来不同PET代谢显像在肿瘤与炎性病变鉴别诊断中的应用加以综述,探讨其应用价值、存在问题及发展趋势。

引用本文: 张雪珍, 张祥松. PET代谢显像在肿瘤与炎性病变鉴别诊断中的价值 [J]. 中华核医学与分子影像杂志,2016,36( 1 ): 94-97. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-2848.2016.01.024
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肿瘤与炎性病变鉴别诊断是医学的热点和难点,二者在临床表现、实验室检查及影像学征象上往往存在一定交叉和重叠,但治疗方案及预后却截然不同,因此早期鉴别诊断至关重要。X线片、CT、MRI和超声等常规影像学检查能提供病变解剖定位和形态学信息,部分病变能根据形态和血液供应的差异进行鉴别。PET显像是一种无创性分子影像技术,能根据功能及生物学特征来定性分析病变。PET代谢显像是将放射性核素标记各种代谢物质和代谢前体引入机体内,模拟体内各种营养物质代谢过程,从而反映机体组织器官的功能状态及分子水平的代谢变化。笔者试从葡萄糖代谢、氨基酸代谢、磷脂代谢和核苷酸代谢等方面,就PET代谢显像在肿瘤与炎性病变鉴别诊断中的价值作一综述。

一、葡萄糖代谢显像

18F-FDG是目前应用最广泛的PET代谢显像剂。18F-FDG经膜上葡萄糖转运蛋白转运进入细胞内,随后被线粒体己糖激酶磷酸化为18F-FDG-6-PO4,后者不能被进一步代谢,从而滞留在细胞内。由于绝大多数恶性肿瘤(如肺癌、胃肠道肿瘤、宫颈癌、卵巢癌、乳腺癌、黑色素瘤及淋巴瘤等)存在异常细胞增殖和旺盛的糖酵解,其18F-FDG PET显像常表现为阳性[1]。目前,18F-FDG已成功应用于肿瘤诊断、临床分期、疗效及预后评估等方面。然而,受周围高代谢本底以及肿瘤本身低代谢水平的影响,部分肿瘤(如脑、肝、肾、胰腺、前列腺等部位的恶性肿瘤)可出现18F-FDG PET显像阴性[1]

18F-FDG为非肿瘤特异性显像剂,部分急慢性炎性病变也可出现显像阳性,导致假阳性[2]。有文献[3]探讨了18F-FDG PET显像在某些炎性病变中的诊断价值,指出炎性病灶18F-FDG摄取程度与炎性病变反应强度相关,18F-FDG PET显像能有效区分和评估非活动性和活动性炎性病变。远处器官慢性炎性病变与转移瘤之间鉴别尤其困难,Onal等[4]在对228例宫颈癌患者进行的18F-FDG PET显像中,发现10个孤立性纵隔或肺门淋巴结浓聚灶,病理证实其中6个为慢性肉芽肿(SUVmax为5.1~9.9),2个为转移瘤(SUVmax分别为7.3和8.3),并据此指出18F-FDG PET显像基本无法区分远处淋巴结转移与慢性炎性病变。

尽管18F-FDG PET显像对肿瘤和炎性病变的鉴别特异性较低,但灵敏度较高。18F-FDG联合其他显像剂可能有助于良恶性病变的鉴别。有学者[5]提出了双时相显像(dual time point imaging,DTPI)技术,报道中80%~90%的恶性肿瘤在延迟显像时表现出18F-FDG摄取增加,而大多数良性肿瘤和慢性病变摄取减低或不变,因此DTPI可减少这部分假阳性;但肉芽肿和活动性炎性病变也可出现类似恶性肿瘤的动态代谢改变,因此DTPI未必能提高18F-FDG PET的诊断准确性,其应用价值尚需进一步探讨。另外,有报道[6]将其他糖替代物(如半乳糖)用于肝脏及胰腺肿瘤与炎性病变的鉴别,但目前仍处于临床前研究阶段。临床研究[2]表明,抗炎治疗后动态观察病灶葡萄糖代谢的变化,对于肿瘤与炎性病变的鉴别具有重要价值,提示对比治疗前后影像资料的差异对病灶定性同样具有指导意义。

二、氨基酸代谢显像

氨基酸代谢显像主要反映氨基酸在体内转运、代谢和参与蛋白质合成的情况。常用显像剂包括11C-蛋氨酸(11C-methionine,11C-MET)、18F-氟乙基-L-酪氨酸[O-(2-18F-fluoroethyl)-L-Tyrosine,18F-FET]、18F-氟-α-甲基酪氨酸(18F-α-methyl tyrosine, 18F-FMT)、18F-氟代多巴(18F-fluorodopa, 18F-FDOPA)等。氨基酸代谢显像现已应用于脑胶质瘤、淋巴瘤、脑转移瘤、肺癌、乳腺癌、前列腺癌等恶性肿瘤诊断[7]

氨基酸类代谢显像在中枢神经系统肿瘤诊断中具有明显优势,脑组织本底明显低于18F-FDG,诊断灵敏度较高(76%~100%),能评估脑肿瘤类型、分级及其增殖活跃程度[8,9,10]。Kato等[10]对比研究了95例胶质瘤患者11C-MET、11C-胆碱(choline,CHO)和18F-FDG的PET显像结果,发现3种显像剂的肿瘤高摄取率(T/NT比值>2为高摄取)分别为87.4%、71.6%、13.7%,且 11C-MET在脑组织中的分布较11C-CHO均匀,对于胶质瘤的定位及轮廓勾画效果优于11C-CHO;但Ⅱ级少突胶质细胞瘤11C-MET的摄取(T/NT比值为3.39)高于Ⅱ级星形细胞瘤(T/NT比值为2.24),同时少突胶质细胞瘤摄取11C-MET的多少与肿瘤分级、增殖活性无相关性,提示少突胶质细胞瘤的11C-MET摄取机制可能不同于星形细胞瘤[10] 。Pauleit等[11]发现18F-FET PET诊断颅外肿瘤的灵敏度(34.2%,13/38)明显低于18F-FDG(97.4%,37/38),对淋巴瘤和腺癌的诊断灵敏度(0/4和3/19)也较18F-FDG(4/14和18/19)低,但18F-FET对鳞状细胞癌(简称鳞癌)的诊断阳性率却高达100%。此外,对9例鳞癌中的15个非肿瘤病灶,18F-FET PET诊断的假阳性率(2/15)比18F-FDG(15/15)明显减低,SUV(1.5±0.4)亦明显低于18F-FDG(3.7±0.9),提示18F-FET对鳞癌中的肿瘤病灶与非肿瘤病灶的鉴别效能优于18F-FDG。

与葡萄糖代谢相比,氨基酸代谢受炎性病变干扰较少,其显像更适用于肿瘤和炎性病变的鉴别诊断[10]。Takenaka等[12]脑肿瘤放化疗后复发与坏死性炎性病变的鉴别诊断研究结果显示,11C-MET、18F-FDG和11C-CHO的ROC AUC分别为0.925、0.774和0.814,提示 11C-MET的诊断效能优于18F-FDG和11C-CHO。另外,动物研究[13]显示,11C-MET对肿瘤与慢性肉芽肿的鉴别诊断具有潜在价值,肿瘤的平均病灶/肌肉、病灶/血池比值分别为5.7和3.5,显著高于慢性肉芽肿的3.0和1.8,而18F-FDG和18F-FLT却无法区分肉芽肿和肿瘤。反式-18F-氟环丁羧酸(trans-1-amino-3-18F-fluorocyclobutanecarboxylic acid, anti-18F-FACBC)相关研究[14]指出,急性炎性病变主要存在粒细胞、巨噬细胞浸润和活化,活化的粒细胞和巨噬细胞 18F-FACBC显像呈低摄取,粒细胞、巨噬细胞与肿瘤的摄取比值(0.02~0.60)比18F-FDG(0.70~1.90)低得多,故推测18F-FACBC PET鉴别诊断肿瘤与急性炎性病变优于18F-FDG PET,可降低假阳性率;而慢性炎性病变主要由T、B淋巴细胞参与,活化的T、B淋巴细胞18F-FACBC PET显像呈高摄取,易出现假阳性。Kawai等[15]的报道显示,27例颅内非肿瘤病变(包括脑出血、脑梗死、多发性硬化、视神经炎等)患者的11C-MET PET显像呈轻~中度摄取,其机制可能是炎性病变细胞浸润和血脑屏障破坏;其中1例肥厚性硬脑膜炎患者经激素治疗后11C-MET摄取显著降低,提示11C-MET摄取与淋巴细胞、浆细胞浸润相关。由此可见,炎性病变和肿瘤在氨基酸显像中也有一定程度重叠。

有学者[16]提出双重或多重显像剂联合显像可能是脑肿瘤的最佳显像方法,特别是11C-MET或18F-FET联合18F-FDG,能更好地显示肿瘤大小和轮廓、评价肿瘤细胞增殖程度,但其应用价值及可行性尚须进一步研究。Nettelbladt等[17]联合应用18F-FDG和11C-MET诊断肺癌纵隔淋巴结转移的准确性高达100%,但CT的灵敏度和特异性均仅为50%,可见双显像剂PET显像对肺癌临床分期明显优于CT。

三、磷脂代谢显像

CHO在体内有3种代谢途径:参与氧化反应、乙酰化参与神经递质合成、磷酸化参与磷脂CHO合成。磷脂CHO是细胞膜的重要组成物质,由CHO被CHO激酶磷酸化并进一步合成,从而滞留在细胞膜内。由于增殖旺盛细胞的细胞膜合成加快,CHO转运体活性增高及CHO激酶上调,CHO摄取明显增加,故磷脂代谢显像可反映高代谢细胞的细胞膜合成速率、评价细胞增殖活性,常用于肿瘤显像[18]。磷脂代谢显像中较常用的显像剂包括11C-CHO、18F-CHO、18F-乙基CHO(fluoroethyl choline, FECH)等。

放射性核素标记CHO在脑组织及盆腔中的本底较低,尤其是11C-CHO不经肾脏排泄,弥补了18F-FDG的不足,在脑肿瘤、前列腺癌诊断中有较好的应用价值[18]。对于星形细胞类肿瘤,11C-CHO的SUV与肿瘤分级、增殖活性显著相关,但病灶高摄取率低于11C-MET,且脉络丛、静脉丛和下垂体的生理性分布过高,可见11C-CHO在病灶显示上不如11C-MET。但间变性少突胶质细胞瘤摄取11C-CHO的T/NT比值(12.71)较少突胶质细胞瘤(3.46)显著增高,提示11C-CHO有助于评价少突胶质细胞瘤的潜在恶性倾向[10]。放射性核素标记CHO和乙酸盐可用于前列腺癌的诊断、临床分期及疗效评估,尤其对于复发后的疗效评估以及骨转移灶检查具有明显优势,其不足之处在于:(1)空间分辨率有限,这是由仪器自身因素、部分容积效应及核素自身因素等所致。(2)检测转移淋巴结的特异性较高(82%~96%),但灵敏度不高(10%~67%)。(3)检测复发病灶的灵敏度取决于血清PSA水平,要求PSA>2 μg/L[19]

CHO类显像剂可在炎性病灶中明显浓聚,可用于炎性病变诊断,其可能机制与炎性细胞浸润及活性相关。Wyss等[20]在实验中发现18F-CHO可在软组织炎性病灶中明显浓聚,这可能与粒细胞、巨噬细胞等的渗出和增殖有关。而Roivainen等[21]发现,11C-甲基CHO可作为定量评价关节增生性炎性病变的理想显像剂。Matter等[22]关于动脉粥样斑块的体外研究结果显示,18F-CHO能在有活化巨噬细胞存在的炎性病变区域浓聚,其可能机制是CHO转运增加,并非是CHO激酶活性或数量改变所致,但肿瘤摄取CHO机制可能与之相反。Ito等[23]发现11C-CHO和18F-FDG对头颈部非鳞癌放化疗后复发的诊断符合率相当,二者SUVmax存在高度相关性;另外,11C-CHO比18F-FDG更清晰地显示了1例颅底复发病灶和1例严重糖尿病患者复发病灶,提示在颅底或颅内肿瘤放化疗后坏死与复发的鉴别诊断中,11C-CHO优于18F-FDG。吴湖炳等[24]应用11C-CHO联合18F-FDG显像诊断肝细胞癌,其诊断灵敏度(89.5%)比单独18F-FDG显像(50%~60%)显著提高,表明11C-CHO可部分弥补18F-FDG显像在肝细胞癌小病灶和高分化肝细胞癌诊断中的不足。

四、核苷酸代谢显像

较常用的核酸类代谢显像剂包括11C-胸腺嘧啶核苷 、18F-FLT、4甲基-11C-硫代胸腺嘧啶核苷等。胸腺嘧啶类似物参与合成DNA而非RNA,因此可直接反映细胞增殖速度。18F-FLT进入细胞内并被胸腺激酶1(thymidine kinase 1,TK1)磷酸化,其代谢产物不能进一步参与DNA合成亦不可返回到细胞外,从而在细胞内滞留得以显像。处于S期的细胞DNA合成增加,通过上调胸腺嘧啶转运及TK1来加快核苷类底物的合成利用,因此胸腺嘧啶类似物显像可间接反映细胞的增殖状况,有助于对肿瘤进行良恶性鉴别、疗效评估和预后判断[25]

目前,核苷酸代谢显像主要用于化疗、放疗及靶向治疗后肿瘤活性及增殖情况的评估。Yue等[26]通过与病理结果对比,分析了18F-FDG和18F-FLT评估食管鳞癌在放射治疗前后的增殖活性变化,发现治疗后肿瘤组织18F-FLT摄取明显减低,18F-FDG摄取仍显著增高,同时病理证实治疗后仅显示为炎性浸润而无肿瘤残余,可见18F-FLT显像能动态反映治疗前后肿瘤组织增殖活性的改变。尽管氨基酸代谢显像在脑肿瘤诊断中具有很大优势,尤其是高级别胶质瘤11C-MET摄取程度明显高于18F-FLT,但Hatakeyama等[27]指出,在评估非侵袭性脑肿瘤分级以及各级别胶质瘤的增殖程度方面,18F-FLT优于11C-MET。Belohlavek等[28]认为18F-FLT对脑肿瘤患者生存预测有一定帮助。但是,18F-FLT分解导致的肝、骨髓的高摄取、在增殖活跃骨髓细胞摄取显著增加、对TK1低表达肿瘤显示不敏感等问题,都限制了其临床应用。此外,18F-FLT显像要求本底摄取较低,非增殖性肿瘤可能仅在18F-FDG PET显像中表现为高摄取[29]18F-FLT对原发肿瘤及转移灶的检测灵敏度及疗效评估的可靠性尚不明确,需大量临床试验进一步验证[25,29]

动物及临床研究[25,26]证实,18F-FLT诊断肿瘤的特异性较高,在肿瘤与炎性病变鉴别诊断中具有一定价值。Lee等[30]比较了18F-FET、18F-FLT和18F-FDG在小鼠9L胶质瘤与大肠杆菌炎性病变模型中的PET显像结果,发现18F-FDG对肿瘤和炎性病变鉴别诊断能力差,而18F-FET和18F-FLT在肿瘤模型中呈中等摄取,在炎性病变组织中呈低摄取,具有良好的肿瘤和炎性病变鉴别诊断效能。多中心临床研究[31]显示,18F-FDG和18F-FLT联合显像可有效提高肿瘤和炎性病变的鉴别诊断效能,为后续临床治疗提供准确信息。

五、总结和展望

PET代谢显像是拥有良好应用前景的功能分子影像技术,能对肿瘤和炎性病变从分子水平上进行无创、快速、定量和重复性的体内代谢评估,为疾病的临床诊断、分期及治疗提供重要信息。 18F-FDG对肿瘤和炎性病变的高灵敏度诊断效能是其他代谢显像剂不可替代的。而11C-MET、11C-CHO和18F-FLT等能提供除葡萄糖代谢以外的氨基酸、磷脂和核苷酸代谢信息,将其与 18F-FDG联合使用可在一定程度提高PET代谢显像鉴别诊断肿瘤和炎性病变的能力。当然,联合显像中各种代谢组合方式有待进一步研究,显像方法也需标准化,唯有如此才能真正提高PET代谢显像的诊断价值。

利益冲突

利益冲突 无

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关键词
主题词
肿瘤
炎症
体层摄影术,发射型计算机
发展趋势