李宇轩 张禹 林志毅 苏耀东 石远颖 陈文新
福建医科大学省立临床医学院,福建省立医院核医学科,福州 350001
整合素αvβ3 在新生血管内皮细胞和恶性肿瘤细胞表面高表达,而在正常组织中不表达或低表达。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(arginine-glycineaspatic acid,RGD)三肽序列是一种小分子肽,其与整合素αvβ3 受体存在配体受体关系,且有较高的选择性和亲和力[1]。Parihar 等[2]的研究结果显示,68Ga 标记的RGD PET/CT 显像对放射性碘难治性分化型甲状腺癌(radioiodine refractory DTC,RAIR-DTC)病灶的检出率为82.3%。在国内,99Tcm简单易得,性价比高,且SPECT/CT 较PET/CT 更普及,因此99Tcm标记的RGD SPECT/CT 显像有望在国内推广。Zhao 等[3]初步报道了整合素受体99Tcm-甲苯磺酸钠烟酰胺腙聚乙二醇双环RGD 肽(简称99Tcm-3PRGD2)SPECT/CT 显像用于RAIR-DTC 病灶的定位和生长评估的可行性。但目前国内关于99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像在RAIR-DTC 中应用的文献较少。本研究旨在评价99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像对RAIR-DTC 病灶的诊断效能,为抗血管生成酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitors,TKI)在RAIR-DTC 中的应用提供分子影像可视化依据。
前瞻性选择2019 年10 月至2022 年5 月在福建省立医院行99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 检查的59例RAIR-DTC 患者,其中男性17 例、女性42 例,中位年龄为51(28,80)岁。纳入标准(同时满足以下所有条件)[4-5]:(1)年龄>18 岁;(2)甲状腺癌全切术后经组织病理学检查结果证实为DTC;(3)经131I 治疗后影像检查未发现明确病灶,但血清疗效不佳[在无甲状腺球蛋白抗体(TgAb)干扰的情况下,刺激性甲状腺球蛋白(stimulated thyroglobulin,sTg)水平>10 ng/ml,且在随访中sTg 的水平持续上升]或结构疗效不佳(CT、MRI、超声提示病灶进展);(4)131I 全身显像阴性。排除标准(满足以下任意条件):(1)怀孕或哺乳期;(2)有第2 原发肿瘤;(3)无法定期复查及随访;(4)研究者认为存在妨碍本研究的任何条件。本研究经福建省立医院伦理委员会批准[伦审科研第(K2019-09-037)号],所有患者均于检查前签署了知情同意书。
59 例患者中,22 例在行99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像后接受了TKI 治疗(安罗替尼14 例、阿帕替尼5 例、索拉非尼3 例),37 例接受了TSH 抑制治疗(13 例在2 周内接受了18F-FDG PET/CT 显像)。取每例患者最大病灶的SUVmax进行分析。
Parihar 等[2]的研究结果显示,68Ga-RGD PET/CT显像诊断RAIR-DTC 的灵敏度和特异度均为82.3%。基于此,本研究假设99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像对RAIR-DTC 转移灶检出的灵敏度和特异度均>50%。采用PASS 11 样本量计算软件计算所需样本量,假设α=0.05(单侧),β=0.1,计算结果表明,本研究至少需要纳入264 个病灶。
3PRGD2冻干试剂由北京大学医学同位素研究中心提供。取一瓶3PRGD2冻干试剂静置5 min,加入1 ml 0.9% NaCl 溶液溶解后,再加入约2 ml99TcmO4−溶液(1 110~1 850 MBq),混合均匀,置于100℃水浴中加热20 min[6]。18F-FDG 由福建省立医院核医学科采用美国GE 公司的MiniTrace 加速器和Microlab全自动合成系统自行制备。99Tcm-3PRGD2和18F-FDG的放射化学纯度均>95%。
采用美国GE 公司的Discovery NM/CT 670Pro SPECT/CT 仪进行显像。静脉注射99Tcm-3PRGD2(11.1 MBq/kg)后,嘱患者多饮水,2 h 后行全身平面及断层SPECT/CT 显像,显像前排空小便。使用低能高分辨率准直器进行图像采集,采集参数:(1)全身前后位平面显像的能峰为140 keV、窗宽15%、床速为10 cm/min、矩阵为256×1 024;(2)断层SPECT/CT 显像的矩阵为128×128、放大倍数为1.0、探头旋转360°(30 s/帧,共60 帧);同机CT 扫描的电压为130 kV、电流为60 mA。
采用美国GE 公司的 Discovery NM/CT 710 PET/CT 仪进行显像。所有患者在接受PET/CT 显像前均需禁食6 h 以上,空腹血糖≤11.1 mmol/L。静脉注射18F-FDG 的剂量为3.70~5.55 MBq/kg,患者于安静环境中休息50~60 min。排空小便后上机进行扫描。扫描范围从颅底至股骨上段,患者取仰卧位,双上肢抱头。先行CT 扫描,扫描参数:电压140 kV、电流150 mA、矩阵512×512、螺距≥1.0、层厚7.5 mm、球管单圈旋转时间为0.5 s。采用标准重建法对CT 图像进行重建,重建层厚5 mm;采用三维模式采集PET 图像,采集床位依据CT 定位扫描而定,每床位采集2.5 min。应用三维逻辑回归(LOR)重建算法对PET 图像进行重建,重建层厚5 mm,间隔5 mm。并应用CT 数据对PET 图像进行衰减校正。将校正后的PET 图像与CT 图像进行融合,得到冠状面、矢状面和横断面的融合图像。
应用美国GE 公司的核医学显像工作站Xeleris 3.0 处理图像。由2 位工作满5 年的核医学科主治及以上职称的医师采用双盲阅片法进行视觉评估,意见不一致时由第3 位上级医师判断,并通过文献已报道的方法诊断RAIR-DTC 病灶[2]:排除生理性和炎症摄取后,当99Tcm-3PRGD2显像剂摄取高于正常区域,视为SPECT/CT 显像阳性,病灶视为阳性病灶;同机CT 表现形态异常,但相应部位未见显像剂异常摄取者,视为SPECT/CT 显像阴性,病灶视为阴性病灶。定量分析[7]:应用美国GE 公司的定量分析软件Q.Metrix 1.0 程序进行图像重建,将采集的信息(SPECT 的灵敏度、给药时间、满针和空针活度)输入系统,对99Tcm-3PRGD2浓聚区域进行定量分析,勾画感兴趣区体积(volume of interest,VOI),阈值为0.4;计算的SUV 体素体积为3.2×10−3ml,自动生成VOI 相关定量参数,取SUVmax以评价病灶摄取情况。
RAIR-DTC 病灶的判断标准[2,8-9]:(1)组织病理学检查结果证实为DTC,在后续随访过程中sTg 水平持续上升或影像检查结果提示病情进展;(2)经靶向药物治疗、射频消融、125I 粒子植入治疗等干预治疗后,病灶体积缩小且sTg 水平降低;(3)在仅进行TSH 抑制治疗的情况下,病灶体积增大且sTg 水平升高。非RAIR-DTC 病灶的判断标准[2,8-9]:随访过程中,在未干预的情况下,sTg 水平自发地降低并维持在较低水平(sTg<10 ng/ml)。验证标准采用已报道的类似研究方法进行随访[10]:所有患者进行至少6 个月(或直至病死)的临床随访,每2 个月复查一次sTg。随访过程中患者根据临床需要进行相关影像检查(CT、MRI、超声、PET/CT、PET/MRI 等)。18F-FDG PET/CT 显像诊断RAIR-DTC 病灶的验证标准同99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像一致。
应用SPSS 19.0 软件对数据进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以±s表示;连续非正态分布的计量资料以M(Q1,Q3)表示。采用ROC 曲线评估99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像、18F-FDG 显像的诊断效能,并计算99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像检出RAIR-DTC 病灶的SUVmax临界值。采用Pearson 相关分析法分析TL、sTg 水平与SUVmax的相关性。采用配对t检验比较分析RAIR-DTC患者TKI 治疗前后sTg 水平、SUVmax、TL 间的关系。采用Spearman 分析法分析99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像与18F-FDG PET/CT 显像在检出阳性病灶的SUVmax之间的关系。P<0.05 为差异或相关性有统计学意义。
在59 例患者中共检测出295 个病灶,其中能通过本研究验证标准定性且可进行SUVmax定量的病灶共276 个。这276 个病灶中有活体组织病理学检查结果的病灶共36 个,无活体组织病理学检查结果的病灶共240 个,所有病灶均结合相应的临床随访结果加以验证。
99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像对276 个RAIR-DTC病灶诊断的灵敏度、特异度、准确率、阳性预测值、阴性预测值分别为94.9%(203/214,95%CI:90.7%~97.3%)、88.7%(55/62,95%CI:77.5%~95.0%)、93.5%(258/276,95%CI:88.5%~95.3%)、96.7%(203/210,95%CI:93.0%~98.5%)、83.3% (55/66,95%CI:71.7%~91.0%)。ROC 曲线分析结果显示,界定是否为RAIR-DTC 病灶的SUVmax的最佳临界值为2.70,AUC 为0.874,灵敏度为88.6%,特异度为81.8%,约登指数为0.704。
Pearson 相关分析结果显示,TL 与病灶SUVmax呈正相关(r=0.635,P=0.001);sTg 水平与SUVmax呈正相关(r=0.811,P=0.001)(图1A、1B)。
图1 RAIR-DTC 患者TL(A)、sTg 水平(B)与SUVmax 关系的散点图 RAIR-DTC 为放射性碘难治性分化型甲状腺癌;TL 为病灶长径;sTg 为刺激性甲状腺球蛋白;SUVmax 为最大标准化摄取值Figure 1 Scatter plots of the relationship between target lesion (A), stimulated thyroglobulin levels (B) and SUVmax in patients with radioiodine refractory differentiated thyroid cancer
对接受TKI 治疗的22 例患者的59 个病灶进行研究的结果显示,SUVmax、TL 及sTg 水平在TKI 治疗前后的差异均有统计学意义(t=11.027、6.205、3.928,均P=0.001,表1)。TKI 治疗前后99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像变化的典型病例见图2。
表1 RAIR-DTC 患者酪氨酸激酶抑制剂治疗前后99Tcm-3PRGD2 SPECT/CT 显像病灶相关参数的变化(±s)Table 1 Changes of parameters related to 99Tcm-SPECT/CT imaging in patients with radioiodine refractory differentiated thyroid cancer before and after tyrosine kinase inhibitors treatment (±s)
表1 RAIR-DTC 患者酪氨酸激酶抑制剂治疗前后99Tcm-3PRGD2 SPECT/CT 显像病灶相关参数的变化(±s)Table 1 Changes of parameters related to 99Tcm-SPECT/CT imaging in patients with radioiodine refractory differentiated thyroid cancer before and after tyrosine kinase inhibitors treatment (±s)
注:RAIR-DTC 为放射性碘难治性分化型甲状腺癌;3PRGD2为甲苯磺酸钠烟酰胺腙聚乙二醇双环精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽;SPECT 为单光子发射计算机体层摄影术;CT为计算机体层摄影术;SUVmax 为最大标准化摄取值;TL 为病灶长径;sTg 为刺激性甲状腺球蛋白
时间SUVmaxTL(cm)sTg水平(ng/ml)治疗前5.56±2.001.97±1.223 369.45±3 443.24治疗后3.68±1.431.12±0.57899.62±671.15 t值11.0276.2053.928 P值0.0010.0010.001
图2 索拉非尼治疗前后的RAIR-DTC 多发肺转移患者(女性,59 岁)的99Tcm-3PRGD2 SPECT/CT 显像图 A、B 分别为TKI 治疗前后全身平面显像图,示双肺 99Tcm-3PRGD2 高摄取结节(红色、绿色箭头所示);C~E 分别为TKI 治疗前横断面99Tcm-3PRGD2 SPECT/CT 融合图、MIP 图和CT 肺窗图,示TKI 治疗前双肺99Tcm-3PRGD2 高摄取结节(红色箭头所示病灶SUVmax=9.4,绿色箭头所示病灶SUVmax=3.6);F~H 分别为TKI 治疗后横断面99Tcm-3PRGD2 SPECT/CT 融合图、MIP 图和CT 肺窗图,示经TKI 治疗后相应结节99Tcm-3PRGD2 摄取水平降低(红色箭头所示病灶SUVmax=5.1,绿色箭头所示病灶SUVmax=1.2)。RAIR-DTC 为放射性碘难治性分化型甲状腺癌;3PRGD2 为甲苯磺酸钠烟酰胺腙聚乙二醇双环精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽;SPECT 为单光子发射计算机体层摄影术;CT 为计算机体层摄影术;TKI 为酪氨酸激酶抑制剂;MIP 为最大密度投影图;SUVmax 为最大标准化摄取值Figure 2 99Tcm-SPECT/CT imaging of multiple pulmonary metastases from radioiodine refractory differentiated thyroid cancer patients(female, 59 yearsold) treated with Sorafenib
18F-FDG PET/CT 显像和99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像检测RAIR-DTC 阳性病灶的灵敏度分别为96.7%(59/61)和93.4%(57/61),特异度分别为84.6%(11/13)和92.3%(12/13)。ROC 曲线分析结果显示,18F-FDG PET/CT 显像的AUC 为86.8%(95%CI:76.1%~97.6%),99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像的AUC 为89.0%(95%CI:80.4%~97.5%),2 种方法的AUC 差异无统计学意义(Z=0.312,P=0.753,图3)。Spearman 相关分析结果显示,99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像与18F-FDG PET/CT 显像检出阳性病灶的SUVmax呈正相关,且差异有统计学意义(r=0.560,P=0.001,图4)。
图3 99Tcm-3PRGD2 SPECT/CT 显像与18F-FDG PET/CT 显像诊断RAIR-DTC 阳性病灶的受试者工作特征曲线 3PRGD2为甲苯磺酸钠烟酰胺腙聚乙二醇双环精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽;SPECT 为单光子发射计算机体层摄影术;CT 为计算机体层摄影术;FDG 为氟脱氧葡萄糖;PET 为正电子发射断层显像术;RAIR-DTC 为放射性碘难治性分化型甲状腺癌Figure 3 Receiver operating characteristic curves of 99Tcm-3PRGD2 SPECT/CT imaging and 18F-FDG PET/CT imaging in the diagnosis of radioiodine refractory differentiated thyroid cancer positive lesions
图4 99Tcm-3PRGD2 SPECT/CT 显像与18F-FDG PET/CT 显像检出阳性病灶的SUVmax 间的关系 SUVFDG 为18F-FDG PET/CT 显像检出阳性病灶的SUVmax;SUVRGD 为99Tcm-3PRGD2 SPECT/CT 显像检出阳性病灶的SUVmax;3PRGD2 为甲苯磺酸钠烟酰胺腙聚乙二醇双环精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽;SPECT 为单光子发射计算机体层摄影术;CT 为计算机体层摄影术;SUVmax 为最大标准化摄取值;FDG 为氟脱氧葡萄糖;PET 为正电子发射断层显像术Figure 4 Relationship between SUVmax of positive lesions detected by 99Tcm-3PRGD2 SPECT/CT imaging and 18F-FDG PET/CT imaging
由于RAIR-DTC 患者的预后差,特别是不摄碘进展性RAIR-DTC 患者,其10 年生存率不足10%[11-12],故其后续的诊治成为临床工作中关注的焦点。RAIR-DTC 细胞生长缓慢,导致病灶葡萄糖代谢相对较低,因此,18F-FDG PET/CT 显像诊断RAIR-DTC 病灶有一定的局限性[13]。RAIR-DTC 的发生机制涉及多种基因突变和信号通路的异常激活,导致RAIR-DTC 病灶肿瘤新生血管增殖活跃[3]。整合素αvβ3是肿瘤血管生成的关键因子,其在调节癌细胞转移潜能、通过与纤维连接蛋白相互作用影响细胞活力、增加肿瘤细胞对分离的抵抗性等方面也具有重要作用[14]。
99Tcm-3PRGD2是一种靶向整合素αvβ3 受体的新型放射性示踪剂,能反映肿瘤新生血管的生成情况。并有临床报道表明99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像结果对调整进展性RAIR-DTC 的治疗决策具有积极意义[15]。与PET/CT 显像示踪剂18F-RGD 和68Ga-RGD 相比,99Tcm-3PRGD2是一种物理性能好、经济、使用范围广、便于多次随访复查的SPECT/CT显像示踪剂。
本研究结果显示,99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像对RAIR-DTC 病灶诊断的灵敏度和特异度分别为94.9%和88.7%,这与之前报道的68Ga-DOTA-RGD2PET/CT 显像对RAIR-DTC 病灶的检查效果相似,均具有较高的灵敏度和特异度[2]。RAIR-DTC 病灶丧失了钠/碘转运体的表达,但能继续产生sTg[16-17]。故sTg 是一种灵敏的血清生物标志物,能较好地描述RAIR-DTC 的特征。在本研究中,RAIR-DTC靶病灶的SUVmax与sTg 水平及TL 呈正相关。这表明RAIR-DTC 肿瘤负荷大小和靶向血管生成的放射性示踪剂99Tcm-3PRGD2的摄取呈正相关。本研究同时预测了99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像诊断RAIR-DTC 病灶的最佳SUVmax的临界值为2.70。综上,靶病灶的SUVmax能够反映RAIR-DTC 肿瘤负荷,且随着SUVmax的增加,预示着肿瘤细胞具有更快的生长速度与转移潜能。当SUVmax>2.70时,99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像对RAIR-DTC 病灶具有较高的诊断效能。
目前在TKI 疗效监测方面,针对不同靶点的抗血管生成靶向药物相继问世,并被证实可以延长RAIR-DTC 患者的无进展生存期 [11-12,18]。根据实体瘤疗效评价标准,临床中常用超声和CT 依据肿瘤大小的变化来评价治疗疗效[19]。然而,代谢功能的改变往往先于形态的改变。解剖变化往往不能及时评估治疗的反应,特别是TKI 治疗[20]。因此,本研究尝试探索能可视化评估肿瘤新生血管活性的分子影像指标。本研究结果显示,经靶向药物治疗后,RAIR-DTC 病灶的SUVmax明显低于治疗前,说明治疗后RAIR-DTC 病灶内整合素αvβ3 受体含量减少,即肿瘤新生血管减少,提示靶向药物可有效抑制肿瘤新生血管的形成。靶向药物治疗前后SUVmax与血清学指标(sTg)、形态学指标(肿瘤大小)变化方向一致(均减少)。故RAIR-DTC 病灶TKI 治疗前后的SUVmax的变化可作为灵敏的分子影像指标,协助早期预测TKI 治疗效果,监测药物治疗后的早期反应,以便尽早确定疗效,及时终止不必要的TKI 治疗。
与18F-FDG PET/CT 显像相比,99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像检测RAIR-DTC 阳性病灶的灵敏度略低。这可能是因为18F-FDG PET/CT 是一种固有分辨率更高、信噪比优于SPECT/CT 的显像模式,具有可预见的优势。然而,99Tcm-3PRGD2SPECT/CT显像的特异度更高,原因可能是当肿瘤细胞处于新血管生成阶段时,糖代谢率相对较低[21],此时,18F-FDG PET/CT 显像的诊断效能没有明显优于99Tcm-3PRGD2SPECT/CT。尽管2 种显像剂的摄取模式不同,但我们发现99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像与18F-FDG PET/CT 显像在检出阳性病灶的SUVmax间存在显著相关性,这提示在RAIR-DTC 肿瘤细胞增殖的过程中,细胞的糖代谢与新生血管的形成可能相互重叠。
不可否认,本研究具有一定的局限性。(1)出于伦理原因,并不是所有的RAIR-DTC 病灶都能通过组织病理学检查结果证实。因此,缺乏对组织病理学相关性的研究。(2)纳入研究的RAIR-DTC患者样本量较少,本研究没有就靶向药物治疗前后RAIR-DTC 病灶在18F-FDG PET/CT 显像和99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像中的表现进行对比研究。因此在下一阶段,我们计划进行更大样本量、前瞻性的纵向研究来对比18F-FDG PET/CT 显像和99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像对RAIR-DTC 病灶靶向药治疗前后疗效的反应。(3)本研究的受试者范围较窄,仅限于不摄碘的进展性RAIR-DTC 患者。但作为99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像在RAIR-DTC方面的探索性研究,仍具有价值。下一步我们将探讨99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像对所有类型RAIR-DTC患者的诊断价值。
综上所述,99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像对不摄碘进展性RAIR-DTC 转移病灶具有较高的灵敏度和特异度,与18F-FDG PET/CT 显像相似。SUVmax能反映RAIR-DTC 患者的肿瘤负荷,当SUVmax>2.70 时,99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像对RAIR-DTC病灶的诊断效能较高。在治疗方面,SUVmax可作为一项灵敏的分子影像指标,能协助早期预测TKI的治疗效果。总之,99Tcm-3PRGD2SPECT/CT 显像作为一种性价比高的显像模式,在RAIR-DTC 患者诊疗管理中具有广阔的应用前景。
利益冲突所有作者声明无利益冲突
作者贡献声明李宇轩负责命题的提出、研究设计、现场实验的开展;张禹负责论文的撰写;林志毅负责研究的指导;苏耀东负责数据的统计与分析;石远颖负责数据的收集、整理与分析;陈文新负责论文的修改、经费的支持