PET在原发性肝细胞癌诊断中的应用进展

皇甫韵歆，王冬雪，李萍

(哈尔滨医科大学附属第二医院PET/CT室，哈尔滨 150001)

原发性肝细胞癌是肝癌最主要的组织学亚型。我国肝细胞癌患病率高且筛查欠完善[1]。对于原发性肝细胞癌患病风险较高者须定期行影像学检查，以提高患者5年生存率。原发性肝细胞癌早期诊断与治疗决策的判断尤为重要，其中影像学诊断是早期发现原发性肝细胞癌的最主要手段。原发性肝细胞癌的早期筛查与诊断主要依靠监测可疑患者的超声表现与血清甲胎蛋白水平，临床认为CT增强扫描用于诊断原发性肝细胞癌效果较好，影像表现较为特异[2]。而正电子发射计算机断层显像(positron emission tomography，PET)目前主要以PET/CT显像和PET/磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)两种融合显像的方式应用于临床，通过融合显像可以同时显示病灶的解剖定位与功能代谢信息，为病灶的精准定位、病灶分期与生物治疗靶区选择提供了新思路，在治疗过程中与治疗后发挥重要作用[3]。现就应用于肝细胞癌显像的常规PET/CT扫描的优劣、PET与MRI融合的应用现状及各种其他示踪剂的开发和应用予以综述。

1 18F PET/CT

PET/CT是近年来逐渐兴起并投入临床使用的新型核医学显像手段，主要用于对肿瘤病灶的检出、分期、治疗选择与预后评估。18F-2-氟-2-脱氧-D-葡萄糖(18F-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose，18F-FDG)作为亲肿瘤显像剂应用于PET/CT鉴别肿瘤良恶性的原理为：一般情况下，恶性肿瘤细胞对葡萄糖及其类似物的摄取与代谢活性与正常组织不同，表现为PET/CT融合图像上的亮区，医师通过视觉判断可以区分。18F-FDG PET/CT显像的分子机制为18F-FDG经葡萄糖转运体(glucose transporter，GLUT)1转运进细胞后无法被果糖-6-磷酸酶识别和催化，不能参与正常的葡萄糖代谢全过程，因而滞留在细胞内，发生正负电子湮灭产生的γ射线被探测器识别显像。这个反应不仅与糖代谢反应的强度有关，还受信使RNA、果糖-6-磷酸与己糖激酶水平和GLUT(尤其是GLUT-1和GLUT-3)表达的调控[4]。

通过对原发性肝细胞癌患者长期大量的影像学表现以及临床观察发现，18F-FDG PET/CT对原发性肝细胞癌的显像并不理想。由于18F-FDG PET/CT在肝细胞癌显像过程中的假阴性率高，其应用于肝细胞癌病灶诊断存在一定的局限性。对北美地区医疗系统的调查显示，18F-FDG PET/CT影像表现并未替代传统影像学而作为肝细胞癌诊断与分期的标准，因为高达1/3的肝细胞癌病灶被认为在18F-FDG PET/CT上不显影[5]。印度国家肝病研究协会与印度放射学与影像协会也发表共识，认为18F-FDG PET/CT不适合用于肝细胞癌的显像与诊断，因为肝细胞癌对于FDG的摄取存在不确定性[6]。曾炳亮等[7]对36例肝脏病变患者进行了统计学分析，其中16例为肝细胞癌患者；在只使用常规18F-FDG PET/CT对肝细胞癌病灶进行定性诊断时，得出准确诊断8例、假阳性诊断8例。但由于样本量较少，该结果仍有待进一步检验。

在临床诊断肝细胞癌的过程中，由于小肝癌与分化程度较好的肝细胞癌癌结节与正常肝实质分界不清，且18F-FDG PET/CT机器的空间分辨率有限，因此常成为诊断与鉴别诊断的难点。肝细胞癌，尤其是高级别肝细胞癌诊断假阴性率高的原因包括：①分化程度高的肝细胞癌组织中含有大量磷酸化酶，磷酸化酶使去磷酸化后的FDG再次磷酸化并转运到细胞外，导致肝细胞癌在18F-FDG PET/CT上常常无法看见明显的阳性显示；②部分分化良好的肝细胞癌细胞膜上无或仅有微弱的GLUT-1表达，使其无法像正常肿瘤细胞一样大量持续摄取葡萄糖或其类似物FDG；③高分化肝细胞癌与正常肝组织细胞对糖异生作用均较强，18F-FDG在PET/CT显影上亮度与正常肝脏组织的亮度差别不大，区分较为困难[8-10]。

一项Meta分析证明，18F-FDG PET/CT对评价肝细胞癌转移倾向有极大的帮助[11]。近年来，有研究关于肝细胞癌细胞向其他部位与器官转移的原理提出了上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)学说，即在包括肝细胞癌在内的众多肿瘤细胞发生发展过程中，由于多种细胞因子、黏附分子等的变化，肿瘤细胞具备由连接紧密的上皮细胞向较为疏松的间质细胞转化的潜能，并可获得部分免疫耐受和抗凋亡特性[12]。Lee等[13]研究发现，FDG代谢与肝细胞癌转移和肝细胞癌细胞表面的GLUT-1及EMT相关蛋白均存在极大关联，EMT蛋白可以通过抑制葡萄糖摄取对高代谢肝细胞癌病灶的肝外转移进行调节，对葡萄糖的抑制作用可能是通过对GLUT-1的分子调控实现，但不排除其他相关基因变化的影响。Lee等[13]认为，EMT影响病灶FDG摄取的原理为在EMT过程中间充质标志物神经钙黏素与维生素表达水平上升，而上皮钙黏素表达水平下降，该过程与FDG高摄取密切相关。

18F的半衰期(109.8 min)长短适宜，方便示踪剂的储存、运输和使用，因此对18F放射性核素标记的各种载体研究也较为多样，对临床的意义也更为重大[12]。18F除了可以标记葡萄糖类似物，显示肿瘤细胞内糖代谢过程，还可标记其他载体，用于示踪脂质代谢过程和蛋白质代谢过程，这两种代谢过程在恶性肿瘤细胞中同样增加。一项研究表明，18F-胆碱在用于肝细胞癌显像时，检出了21%18F-FDG PET/CT未检出的隐匿病灶，且分别有11%和14%的患者实现了肝细胞癌病灶临床分级的升级和治疗手段的改变[13]。双示踪PET/CT能检出18F-FDG PET/CT未发现的新发肝内结节、肝内大血管浸润与肝细胞癌的骨转移，这对临床治疗决策的制订和治疗效果的评价有很大意义。18F-硫代-L-谷氨酸(S-18F-fluoropropyl-L-glutamic acid，18F-FSPG)是近年新研发的放射性显像剂，于2016年首次进入临床评估阶段，它主要通过Xc转运体进入肝细胞癌细胞内，该转运体在大多数肿瘤细胞内均被激活。与FDG阻断糖代谢过程类似，18F-FSPG作为一种胱氨酸拟态物，通过对肿瘤细胞蛋氨酸循环的阻断，逐渐在肿瘤细胞中积累，并在PET检查中表现为放射性浓聚。有研究认为，18F-FSPG对小肝癌病灶和因背景肝硬化而与病灶混淆的肝细胞癌检出率较高，甚至高于11C-乙酸的检出率[14]。18F-FSPG的特异性较高，是一种良好的新型显像剂。

2 11C PET/CT

癌变被证实与胆碱激酶活性的上调有关，包括肝细胞癌在内的大多数肿瘤细胞由于其旺盛的代谢，对于脂质的需求较正常分化良好的细胞大幅增加，肿瘤需要大量的胆碱合成脂质类产物，尤其是磷脂酰胆碱，因此对胆碱底物的示踪可以反映被标记细胞的代谢活性，进而反映细胞是否处于正常的增殖状态[15]。11C-胆碱PET是一种新型的脂质示踪剂显像，有研究认为，11C-胆碱是一种只对低、中分化级别的肝细胞癌显影较为可靠的手段[16]，对于高分化级别的肝细胞癌，它在显影上与18F-FDG并无明显差别。Castilla-Lièvre等[17]的一项前瞻性研究显示，11C-胆碱、18F-FDG和双示踪剂显像对肝细胞癌病灶的检出率分别为75%、36%和93%，并指出肝内胆管细胞癌对11C-胆碱无摄取时高度提示原发性肝细胞癌的可能。

11C-乙酸也是一种脂质示踪显像剂，它是参与Krebs循环的底物之一，利用肝细胞癌细胞非酯化脂肪酸合成的途径进入肝细胞癌细胞，主要聚集于高分化型肝细胞癌病灶，使这类病灶产生异常放射性浓聚影。一项纳入11项研究的Meta分析表明，11C-乙酸对肝细胞癌显像较18F-FDG更好[18]。以上两种典型的脂质类示踪剂通过对原发性肝细胞癌的脂质代谢状况的追踪和放射性标记，弥补了18F-FDG PET在高分化程度肝细胞癌显像上的不足，但由于11C放射性核素的物理半衰期较短，不利于显像剂的制备与运输，故尚未广泛应用于临床。

3 68Ga PET/CT

68Ga具有适当的物理半衰期(约68 min)和良好的血液清除率，对临床制备、运输和贮存的条件要求不苛刻。目前，68Ga标记的各种示踪剂已经应用于肝细胞癌的诊断与病灶表达特异性受体水平的显示，在检出肝细胞癌病灶、预测病灶血管生成情况及区分病灶类型方面有重要作用。68Ga-前列腺特异性膜抗原(68Ga-prostate specific membrane antigen，68Ga-PSMA)最初被用于前列腺癌的显像，但研究发现包括肝细胞癌在内的其他恶性肿瘤行68Ga-PSMA显像时也可见放射性摄取的异常浓聚[19-20]。Kesler等[21]的研究表明，68Ga-PSMA对肝细胞癌病灶的检出率约为97.3%，平均摄取高于肝实质背景约3.6倍，显像效果非常好，对增强CT上显示有CT值增强的病灶区域，标准化摄取值可达13.2。Kunikowska等[22]对肝细胞癌68Ga-PSMA显像的研究指出，病灶摄取与病理类型高度相关，表现为小梁型肝细胞癌摄取较高而假腺体型摄取低。

大部分肝细胞癌病灶具有丰富的血液供应，因此PET血池显像对肝细胞癌病灶的诊断价值巨大。一种与68Ga相容性较好的偶联物68Ga-四氮杂环十二烷-四乙酸与血清白蛋白结合，可用于行PET/CT血池显像，解决了15O-一氧化碳物理半衰期较短(2.05 min)为PET血池成像带来困难的问题。68Ga-四氮杂环十二烷-四乙酸除了对神经内分泌肿瘤具有良好的显像能力外，还可能用于评价肝脏肿瘤的血供情况[23]，为肝细胞癌诊断提供更多信息。

4 89Zr免疫PET/CT

免疫PET是近年来兴起并逐渐成熟的一种新型显像技术，具有显像特异度高，对极微小病灶也能检出的特点，且能够反映肿瘤细胞表达特异性受体的水平，指导免疫治疗。其原理是以高度特异的单克隆抗体为载体，以各种与载体融合度高的放射性核素为示踪剂，对靶病灶区域进行特异性显像的过程[24]。免疫PET最常用的PET放射性核素分为两类：放射性卤素和放射性金属。放射性卤素(其主要代表为124I)通常直接与生物载体结合，制备较为简单，但存在信号丢失与非特异性显像的问题。考虑到与免疫靶分子蛋白结合的稳定性以及游离放射性核素或分解代谢后产物的及时排除，目前研究较为常用的螯合物为89Zr-去铁胺-曲妥珠单克隆抗体[25]，这种螯合物较为稳定。89Zr作为示踪剂的优点是其长短适宜的半衰期(78.4 h)能够使蛋白质的生物半衰期及放射性核素的物理半衰期达到平衡，可实现最佳肿瘤-背景活性比，且半衰期时间符合临床预期需求；缺点为容易产生假阳性的骨浓聚灶，这可能与89Zr参与骨质的矿化有关，且对于原发性肝细胞癌来说，特异性仍有待提高。

磷脂酰肌醇蛋白多糖-3(glypican-3，GPC3)是一种膜相关性硫酸肝素蛋白多糖，在肝细胞癌细胞中高表达而在正常成人肝脏细胞中不表达，表现出对肝细胞癌病灶的强抗原结合性[26-27]。Sham等[28]基于小动物实验的研究证实，89Zr-αGPC3显像对正常肝脏组织摄取影响小，肿瘤-背景活性比较高，具有高信噪比特异性定位肝细胞癌的能力，并能无创地确定病变中GPC3蛋白的表达状态；同时可以更清楚地识别肝内外病变，非侵入性地确定肿瘤的抗原表达谱，宏观上可以检出<1 mm的微小病灶，从而使临床医师能在早期确定最合适的治疗方案，改变肝细胞癌患者的临床病程。

5 PET/MRI

随着PET与MRI融合显影技术的不断提高，PET/MRI逐步投入到临床使用中，包括对肝脏占位性病变的检查与病灶性质的确定也逐渐规范化。MRI因其对软组织分辨力优于CT检查，故与PET融合后对肝脏病灶显影更加清晰，可以更好地提示病灶的性质，确定病灶累及的范围，不仅能提供病灶解剖学信息，还能观察病灶的组织学成分。有专家共识指出[29]，与常规PET/CT显像相比，PET/MRI最大的优势为MRI提供的较高的软组织对比度，尤其是病灶内含有脂肪成分时在MRI序列上呈现较高信号，依此可以鉴别良性病灶(如活动期肉芽肿性炎症)与肝脏转移瘤，而在常规PET/CT显像上两者均可能显示为高代谢，CT表现也较难区分。Kong等[30]的研究表明，在肝脏肿瘤中，FDG的异常放射性浓聚与病灶的水分子扩散可能呈负相关，结合病灶FDG摄取值与表观弥散系数，可以更好地判定病灶的性质，提高对肝细胞癌的检出率。Lam等[31]指出，PET/MRI对肝脏病变侵袭性的判断有帮助，而对病灶潜在生物学行为的判断对临床治疗决策的制订与疗效评估有巨大意义。同时，他们还认为PET若能够与磁共振胆道系统成像相结合，将使PET对原发性肝细胞癌及胆管细胞癌的检出率大大提高。

虽然PET/MRI在提供更多病灶组成成分及生物学行为信息的同时可以降低患者承受的辐射剂量，但PET/MRI也有其局限性，如检查费用较为昂贵且检查禁忌证较多，以及装有起搏器等金属植入物的患者不能使用等。

6 小 结

目前，PET/CT对原发性肝细胞癌的诊断尚依赖于影像科医师结合自身丰富的临床经验进行系统性的观察与评价。而新型显像剂与显像手段的开发和利用大大促进了PET作为非侵入性检查手段的利用价值，提高了肝细胞癌检出率；同时，PET与MRI融合的多模态影像诊断应用于原发性肝细胞癌的诊断、治疗及治疗后患者的预后判断，为临床诊疗措施的制订提供更多讯息。虽然PET在肝细胞癌中的临床应用已取得了极大进步，但如何使以PET/CT等核素检查手段为主的功能性显像更好地应用于肝细胞癌病灶的早诊早治、精确及个体化治疗仍需要深入研究。