分子影像学进展（影像诊断的热点）

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分子影像学广义的定义为在活体内进行细胞和分子水平的生物过程的描述和测量。与经典影像诊断学不同，分子影像学是着眼于探测构成疾病基础的分子异常，而不是对由这些分子改变所构成的最终结果进行成像。而这种潜在的生物过程为放射科医生提供了新的舞台，并要进行相应的努力：如新试剂的开发，信号放大工程，能够同以前的研究结果清楚吻合的成像新技术。放射科医生在这个新兴的且正处于萌芽状态的领域将会扮演指领其发展方向的作用。本文介绍了在分子科学及药物学领域的一些最新进展，并至少在实验方法上说明了如何应用影像学去评价特殊的靶分子。将来，这种靶分子的特殊成像能完成对疾病的早期探测和描述，对疾病治疗效果的早期和直接的分子水平评价，对疾病发展过程的更深厚的理解。  
   分子和细胞生物技术的发展，完整基因组的解码，新研究目标的不断实现，许多疾病分子路径的揭示都对我们今天的医药学产生了显著的影响。许多研究热点已经转向探究疾病的分子和细胞水平的发生机制，而且专业人员已经做出努力向非侵袭性、高分辨率、动态图像技术方向发展。尤其是在过去的2年中，活体分子影像学已经被国家癌症研究院确立为分子水平的、非侵袭性的、定量的研究疾病的一种非凡的机遇。尽管在那些发现新基因及其功能的基础科学家和那些能把这些发现转化为非侵袭性影像方法的成像科学家之间还存在科学上的隔阂，但是这种隔阂正在迅速消失。随着在该领域内有坚实的资金可供利用，吸引了来自不同领域的研究者，并且在分子影像学中取得了一些重要的进展。尽管，让现在许多放射科医生从事这一将来要进行交接的领域还不大可能，但是，让他们跟上新进的发展，帮助增招下一代的临床学者，支持把新方法转化为临床应用是必不可少的。
   分子影像学是一个正在发展的研究领域，其目的是发展和测试新的工具，试剂和在活体中进行特殊分子路径的成像方法，尤其是在疾病发展过程中起关键作用的分子成像。而某些分子水平的成像技术（如核医学技术中的单克隆抗体成像和受体成像）是过去几十年中发展起来的，仅仅在近些年来，必须的辅助基本研究工具成为常规，我们现在使用的这些工具包括分子克隆，微构造，芯片排布，机器人，X线结晶学，快速肿物波普分析，计算机分析。这些新进可用的基本科学研究工具允许我们在活体中解答一些基本的生物问题。可以预料到，今天的分子影像学研究的更新将会在未来的5-15年内对病人治疗会产生直接的影响。当前对于疾病的评价是基于解剖学的改变，在一些特殊的病例中，可以基于反映分子改变的生理学改变。这些反映分子改变的直接成像会通过允许更早期的检测疾病而直接影响病人的治疗。我们可以通过显像所谓疾病前状态的分子改变，从而允许在一定时间内对可能产生的结果进行干预。除此之外，通过直接的反映疾病变化的分子成像，我们可能会对治疗效果进行直接的成像。这样，我们在治疗开始后不久就可以判断其疗效的过程中起直接的作用，而这与今天的要通过数月观察才能确定药物或生物干扰是否有效明显不同。
   尽管近20年来增加了许许多多新的诊断设备，如正电子发射体层、磁共振成像等，它们对人们的内部结构分辨得更清楚更精细，但是所有目前这些技术，与X线诊断一样，它们的诊断基础仍然是人体解剖学和病理学。尽管这些技术很有用，但不能早期直接回答肿瘤的良恶性问题。往往还是靠作离体细胞学或病理学才能最后确认。在治疗方法上仍然采用外科手术、放化疗、介入治疗等。而分子成像的出现，为新的医学影像时代到来带来曙光。基因表达、治疗则为彻底治愈某些疾病提供可能，因此目前全世界都在致力于研究、开创分子影像与基因治疗，这就是十一世纪的影像学。无疑它将对放射诊断学提出新的挑战。
分子探针（Molecular Probe）
用高亲和力的探针进行目标识别和确认是活体内指定分子目标分析的关键先决条件。这样的探针可能是小分子-例如，受体配合体或酶底物。作为选择，具有更高分子亲和力的配合体经常被选择（如单克隆抗体，重聚蛋白质）。尽管咋一看上去，具有潜在亲和力的数以千计的靶目标的配合体的设计令人退缩，但新近在药物发现技术上的进展（如联合技术，合理设计，高生产能力测试，机器人技术，通过基因科学进行的目标识别和确认）已经有助于推动这一过程迅速向前发展了。例如，在工业中进行大规模筛选工程所产生的数据点在20世纪90年代初期大致是200000，在90年代中期为五百万，而在今天则超过了五千万。在生物系统中许多这样的采样数被认为更为复杂。当前治疗用药物直接对准约500个靶分子（45%是受体，30%是酶，25%是其他目标）。估计将来药物的靶分子将超过5000-10000个，换句话说，至少为今天10倍以上的靶分子将会被发现和应用。当这些有利的方法被应用，就会基本改变药物治疗的过程，到目前为止，在成像探针的设计上仅有有限的突破。有许多原因为此负责，最基本的是显像药物与治疗用药物相比，市场份额很小，并且在成像部门与化学部门之间缺乏积极的交互作用。由于成像技术在活体分子目标的评价中被认为是一种关键的技术，基础学科间的交互作用会增加，毫无疑问会导致许多新成像代理物的出现。新的医学影像的观察要超出目前的解剖学、病理学概念，要深入到组织的分子、原子中去。其关键是借助神奇的探针---即分子探针。其工作原理如下：
分子探针→插入人体细胞内→遇到特定分子时或特定基因产物→发射信号→PET、MRI或红外线记录其信号→显示其分子图像、代谢图像、基因转变图像。目前有多种分子探针出现。Zerhouni宣称，他发明的分子探针，已处于“革命化的边缘”。

基因表达的影像学（PET）
目前可以用病毒性的、非病毒性的或新的非毒性病毒载体（New non-toxic viral vectors）以及重体组体进行基因表达。将HSV-TK酶（单纯疱疹病毒--胸腺脲嘧啶酶）→插入鼠肿瘤细胞（DNA复合物），并用磷（P+）标记，再用胸腺嘧啶脱氧核苷酸，编码为FLAU→用放射核素碘标记→注入动物体内→FLAU能自由进出细胞→当遇到HSV-TK时→酶便附上P+→该分子便沉积→产生γ射线→自体放射显像扫描→HSV-TK基因被表达。另外还可用示踪基因叠接在治疗基因的展开的DNA上→当示踪基因显影时→治疗基因亦同时表达。基因进入到什么细胞中，就能在那里被表达。用这种方法可表达特定的mRNA分子，了解基因活性的上升或降低，以判断肿瘤治疗的疗效。
基因的MRI

目前正在研究用MRI，使信息核糖酸成像，然后绘出蛋白分布图。MRI主要是检测出H+，因此能显示含H+的水分子，能显示出人体内水含量差别图像。为了使MR显示的分子不是在水上，可利用顺磁性离子，具有不成对的电子，能和水分子产生互相作用、并产生信号，而GdⅢ的周围有大的有机簇，防止GdⅢ与水产生相互作用，当有机簇中有一支通过一种糖分子可结合到Gd，条件受β-乳酸酶作用，当存在乳酸酶时，就会中断此连接，水分子便与Gd产生相互作用，产生信号。当无β-乳酸酶时，信号便无改变。通过此方法能在活体上用MR显示有或无β-乳酸酶的组织图像。同时，Weisslede也发明了一种特定技术，能产生MR信号和图像。方法是将鼠肿瘤细胞表达为一种改型的膜蛋白，持续将顺磁离子泵进细胞内，在MRI图像上，表达此种蛋白的细胞便亮起来。

用红外线观察基因
目前Weisslede又获得进展，不是用放射线，或MR去检测肿瘤内特定酶的信号。关键是将探针插入细胞，在与靶酶产生相互作用时，用红外线撞击，染色体线粒体便发出荧光而产生图像。由于所有的是红外线，此不会对细胞造成损害，因此具有无限的潜力。缺点是线外线不能伸入到皮下几厘米来示踪酶，但用内窥镜术，可将此技术用于全身。

问题与展望

上述每一种新的影像技术都有自己的优缺点，如PET，能记录非常弱的信号，但此仪器价贵、数目少，全世界仅有几十台，MR尽管很多，且多PET能记录到更细小改变，但目前仍不敏感。因此没有一种方法是万能的，好在我们已有一个全新的开始，其前途是无限光明的。
那么究竟分子影像会对放射诊断产生什么作用，目前尚不得而知，但是作为放射诊断工作者应当欢迎此时的到来并致力于研究分子影像、基因治疗，这对我们不仅是一个挑战，而且也是一个极好的机遇。放射诊断学会向何处去。不要杞人忧天，正如一位美国放射学家说得好，影像学将会持续发展，但目前放射学家仍会做放射诊断。

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