• 中文传媒集团欢迎您

张国君:分子影像技术导引乳腺癌精准诊疗 2021-09-02 13:17:36

分子影像技术导引乳腺癌精准诊疗
——访厦门大学附属翔安医院执行院长张国君教授

文图/《中国医药导报》主笔 潘 锋  记者  张浩臣

   乳腺癌严重威胁女性健康,是女性最常见的恶性肿瘤之一。4月15日“第27届全国肿瘤防治宣传周启动仪式暨早癌防治大型专家义诊”在厦门大学附属翔安医院举行,活动期间厦门大学附属翔安医院执行院长张国君教授接受了采访。张国君教授说,在科技部“973”子课题、国家自然科学基金重大研究计划等的支持下,借助分子影像技术其团队对乳腺癌发生发展和转移机制、细胞周期可视化监测、抗癌药物评价体系、荧光手术导航等进行了创新性研究,研究成果涵盖从基础研究到临床实践,对乳腺癌的精准诊疗产生了积极的影响,推动了学科发展和人才培养,相关技术方案也可为其他恶性肿瘤的研究提供借鉴。

乳腺癌死亡率未得到明显改善

    张国君教授首先介绍说,世界卫生组织国际癌症研究机构(IARC)发布的2020年全球最新癌症负担数据显示,乳腺癌年新发病例高达226万并且每年约有68万例患者死于乳腺癌,与大多数国家一样乳腺癌位居中国女性恶性肿瘤发病首位。近年来由于母乳喂养率低、生育率下降等生活方式改变和女性生育模式的特殊性等原因,我国乳腺癌发病率逐年升高,增长速度是全球的2倍多,我国女性乳腺癌发病高峰多出现在45~55岁之间,呈现发病年轻化趋势。2008年,IARC统计乳腺癌中国年新发病例数和年死亡数分别约占全球的12.2%和9.6%,但2020年IARC最新报告显示上述数据分别上升至18.4%和17.2%,我国乳腺癌防控形势依然严峻。

    张国君教授指出,我国乳腺癌死亡率没有得到明显改善,造成这种状况的主要原因有三个方面:一是乳腺癌的发病原因尚不完全明确,导致靶向治疗受限。国内外研究发现乳腺癌发病涉及生殖相关因素、遗传因素、饮食因素、乳腺疾病史等,基因分子水平研究发现与乳腺癌相关的基因和细胞因子也很多,如HER2、BRCAL1、雌激素、孕激素、MMP、c-myc、Notch等,但其上下游传导、控制通路以及相互之间的交互影响尚未明确,这也给靶向治疗带来了困难和难以预测性。

   二是药物疗效评价方法存在缺陷。一方面,乳腺癌新辅助化疗可术前控制病灶,消灭亚临床病灶并使原先判定的不可手术变为可手术。正确评估新辅助化疗疗效,及早发现局部复发和远处转移病灶,及时调整新辅助化疗方案有助改善患者生存。目前临床上常规的做法是通过测量肿瘤病灶的大小来评价抗肿瘤药物疗效,如使用游标卡尺的直接测量和应用CT、MRI、超声、X线等影像学技术,通过RECIST1.1标准来测量病灶最大直径的变化作为疗效判断的指标。但上述评价方法需要等到病灶大小变化明显时才可以判定,具有一定的滞后性,会使部分患者错过最佳手术时机。

  另一方面,肿瘤生物学标志物因其在分子水平更敏感,能更早期显示肿瘤变化,因此其在评价新辅助化疗疗效中的作用也越来越受到重视。例如构建并监测细胞周期和上皮间质转化(EMT)报告基因可动态监测靶向药物疗效,但是既往分析细胞周期多采用有创性检测,即获取细胞后显微镜下观察细胞的形态或将细胞固定染色后用流式细胞仪检测DNA含量,分析细胞在各个细胞周期的分布状态,也可裂解细胞后提取蛋白,检测相关细胞周期蛋白的表达,而这些常规方法无法在小动物水平实时、动态观察细胞周期的变化。在EMT方面,一般是通过显微镜下观察细胞形态变化、Transwell迁移、浸润实验、EMT相关蛋白水平变化等来研究EMT的过程,而这些方法仅局限于细胞水平且需要有创获得或进行细胞裂解。

  三是精准外科治疗处于探索阶段,尚未出现有效手段致使术后复发率较高。常规的钼靶、B超、MRI等影像学诊断方法只能提供肿瘤病灶大小、形状、位置等静态信息而不能分析其内在基因分子改变,在诊断上具有滞后性。在手术治疗方面传统的腋窝淋巴结清扫术会导致患者上肢水肿,严重影响患肢的功能;保乳手术多凭借外科医生的临床经验,采用“眼看、手摸”的方式,无法精准评估安全切缘,也无法感知细小病灶,这些都是造成乳腺癌复发率和二次手术率高的直接原因。

可视化技术指导优化药物治疗方案

  张国君教授介绍,近年来新兴的分子影像技术发展迅速,分子影像技术着眼于基因、分子、蛋白质异常所导致的初始变化,对疾病具有早发现早诊断的潜在优势;同时分子影像技术能够对同一个体进行实时连续的观察,监测疾病进展和诊疗过程中的基因、分子、蛋白质水平变化,可以在解剖学信息发生改变之前对治疗效果进行评估,及时指导调整治疗方案。分子影像技术的另一个重要用途是通过借助快速、高灵敏、高分辨率的成像设备与高特异性、高亲和力的分子影像探针,以非侵入影像手段显示组织水平、细胞水平和亚细胞水平的特定分子,实现细胞与分子水平的肿瘤成像。分子影像技术具有实时在体、动态显像、安全性高、分辨率高、无放射性等优点,能对微小肿瘤精准显影从而实现肿瘤边缘与位置的精准判定。

  利用分子影像技术,在可视化药物疗效评价方面张国君教授团队采用融合蛋白技术和生物发光成像手段构建的一系列光学分子影像报告基因,可在细胞和小动物水平上无创、动态、可视化监测细胞周期的不同期别(G1、S、M、G2)的进展,已成功用于靶向细胞周期抗癌药物的疗效评估与监测。研究人员建立了可视化实时细胞周期报告系统,通过构建系列融合Cyclins全长蛋白和荧光素酶的生物发光报告基因,实现了可视化细胞周期进展的不同时相。应用这些报告系统可在细胞和小动物水平对常用的细胞周期特异抗肿瘤药物如紫杉醇、多西紫杉醇、HCPT、Palbociclib等进行了疗效评价和剂量等的优化。

  在此基础上研究人员进一步研究了融合cyclin A2基因全长的表达蛋白cyclin A2-luc报告基因,体外实验证明该融合蛋白通过泛素化依赖性途径降解并呈细胞周期依赖性变化,其荧光强度即表达水平在细胞周期DNA合成期S期达到顶峰,随后在G2和M期衰减,因此可用于监测S期特异性抗肿瘤药物如10-Hydroxy Camptothecin 和5-FU的作用效果。该报告基因不仅能够可视化细胞周期进展,而且在筛选针对S期抗肿瘤药物等方面也发挥了重要作用。研究团队还构建了监测EMT分子标志物miR-200c的报告基因,可在体监测miR-200c的表达水平变化并形成了可视化乳腺癌细胞株和小动物乳腺癌发生与转移模型,可示踪肿瘤的发生、生长、浸润和转移,为筛选抑制肿瘤浸润转移药物提供了一个有效的平台。上述研究建立的可视化细胞周期和EMT进程监测模型,通过监测细胞周期各时相和EMT进程各阶段的分子标志物变化,有助于了解靶向药物的药效和代谢情况,从而实时调整用药策略并达到个体化治疗的效果。

分子探针指导精准外科

  张国君教授说,前哨淋巴结是乳腺癌发生淋巴结转移必经的第一站或第一组淋巴结,前哨淋巴结活检是腋窝淋巴结手术和分期评估的基础,目前已取代传统的腋窝淋巴结清扫术成为临床腋窝淋巴结阴性早期乳腺癌患者的标准腋窝处理模式,前哨淋巴结的准确定位对乳腺癌患者的精准分期、预后及治疗至关重要。研究团队成功将近红外荧光示踪新技术用于术中前哨淋巴结活检与判定、微小肿瘤识别和保乳手术安全切缘评估。

  张国君教授介绍,传统用于术中检测前哨淋巴结的示踪剂有蓝染料和放射性核素,但两者均有较大的局限性。蓝染料检出率较低,假阴性率高,学习曲线长,手术难度较大并可能导致局部组织坏死;放射性核素存在置放存储使用复杂,术中检测仪器昂贵等问题。研究人员利用自主研发的手术导航系统在国内率先将近红外荧光染料吲哚菁绿(ICG)应用于乳腺癌前哨淋巴结活检,成功为22例乳腺癌患者施行了光学分子影像技术指引下的前哨淋巴结活检,术后病理证实ICG对前哨淋巴结检出率达到100%,提示该技术具有可行性和临床应用前景。为比较ICG与临床应用广泛的蓝染料对乳腺癌前哨淋巴结活检的优劣,课题组与解放军总医院、弋矶山医院开展了多中心合作前瞻性随机对照临床试验,结果发现ICG对乳腺癌前哨淋巴结的检出率达到99%,而亚甲蓝组检出率只有91.92%,假阴性率低于蓝染料组,证实该技术优于传统检测技术。这一技术在北京大学人民医院、厦门大学附属翔安医院等多家医疗机构得到推广应用,其前哨淋巴结检出率均不同程度地高于美蓝,不仅假阴性率更低,可视性更好,操作相对简单,缩短了学习曲线,而且在安全性方面未发现急性或慢性过敏反应,只有少于10%的患者出现一过性皮肤色素沉着。这一科学有效实用的方法解决了我国在前哨腋窝淋巴结活检技术方法上长期存在的技术瓶颈,有利于临床更加便捷精确地检测前哨腋窝淋巴结。

  张国君教授说,保乳术是早期乳腺癌的标准手术方案,可以获得更好的美容效果,提高患者术后的生活质量,但目前常用的术中切缘评估方法大多是“眼看、手摸”,精准性不足,容易导致对正常组织的过度切除而影响美容效果,或肿瘤残留而增加局部复发风险与二次手术率。来自美国乳腺外科学会的研究数据显示,乳腺癌二次手术率高达20%~55%,如何准确及时判断切缘状态是实现“既减少过度切除影响美容效果又减少复发”的关键。

  张国君教授介绍,合成靶向或特异性分子探针是精准显示切缘的第一道难关,基质金属蛋白酶(MMP)在多种肿瘤的进展、侵袭性和转移中发挥了重要作用,研究团队以MMP为靶点成功构建了近红外荧光分子探针,该探针可以在动物活体水平精准识别原位乳腺癌的肿瘤边界且在肉眼不可及的情况下提前发现远处转移病灶;研究人员还构建了RGD-HBc/ICG、白蛋白-ICG等近红外荧光分子探针,发现在动物水平其识别能力和精确度远高于常规方法,这些成果为未来乳腺癌手术导航和早期诊疗提供了全新的技术手段。近红外荧光分子探针在多家医院开展的保乳手术中得到验证,探针的安全性、可视性、导引性能良好并可识别出所有的切缘阳性标本,与病理诊断相符,表明近红外荧光分子探针技术可特异性地识别肿瘤边缘,有助于手术精准切除,提高保乳手术成功率。

基础研究为靶向治疗指出新方向

  张国君教授说,基础研究是应用研究的前提和基础,其重要性不言而喻。近年来课题组系统阐述了以Notch3为中心的信号转导通路对乳腺癌发生、发展与转移的作用与分子机制,探明并确定了管腔型乳腺癌中Notch3 信号通路的抑癌角色,为靶向治疗指出新的靶向分子和方向。

  张国君教授介绍,Notch3在恶性肿瘤中的作用颇具争议,在不同肿瘤、同一肿瘤的不同进展阶段,不同分子分型的肿瘤中发挥了不同甚至相反的作用,但其在乳腺癌中的作用尚不明确。课题组在细胞水平、小动物水平和人乳腺癌组织标本上对乳腺癌中Notch3的作用进行了系统扎实的研究,探索了Notch3在乳腺肿瘤侵袭、远处转移和EMT中的调控机制,探明了Notch3在乳腺癌中究竟是促癌基因还是抑癌基因的角色。研究人员首先利用临床基因芯片数据库,分析了Notch3的表达与不同分子分型乳腺癌患者预后的相关性,发现在ER阳性亚组的乳腺癌患者中Notch3高表达的患者无复发,生存率较高,但在ER阴性亚组则无明显的相关性。随后通过细胞水平实验和收集的乳腺癌组织标本证实,Notch3表达与ERα呈正相关,进一步研究证实在ERα阳性的乳腺癌细胞中干扰Notch3可引起ERα的下调。

  张国君教授说,肿瘤转移是一个十分复杂的过程,近年来的研究表明其关键的第一步很可能是肿瘤细胞发生了EMT。研究人员研究了Notch3的下游调控机制以及对肿瘤转移的影响,通过细胞水平功能研究证实Notch3抑制EMT,动物水平研究证实Notch3可抑制远处转移。课题组还分析了除ERα外的其它调控机制,发现过表达Notch3可以转录上调Hippo/YAP 信号通路上的重要上游调控因子Kibra的表达,引起YAP蛋白排出细胞核并磷酸化降解,同时引起YAP下游靶分子抑制,挽救实验也证实Notch3可通过Kibra抑制EMT。团队还初步探索了Notch3的上游调控机制,结果发现ID2通过阻断E2A结合在Notch3启动子的E-box上,上调Notch3的表达,抑制EMT;miR-221/222通过抑制Notch3的翻译下调Notch3的蛋白水平,促进EMT。上述研究初步确定了Notch3在乳腺癌特别是管腔型乳腺癌中的抑癌角色,部分解决了困扰学术界的关于不同分型乳腺癌中Notch3作用的争论,为乳腺癌靶向治疗指出了新的方向。

  张国君教授最后说,今年是厦门大学建校100周年,也是厦门大学附属翔安医院成立两周年。凭借着几十年如一日的钻研与积累和对肿瘤科学的高度热爱,以及对闽西南地区老百姓抗癌防癌的义务与责任,两年来翔安医院肿瘤诊治相关学科引进了多名肿瘤诊治领域的知名专家并建立了单病种多学科肿瘤诊疗团队,已开展多例疑难重症肿瘤的复杂手术,综合实力不断增强,能够为患者提供最佳治疗方案和争取最优的治疗效果。未来翔安医院将不断创新肿瘤防治工作模式,努力建设规范化肿瘤诊治中心,提高肿瘤治疗质量和安全性,同时一如既往地为大众传播正确的抗癌理念,持续提升人民群众健康水平,为我国肿瘤学科发展和“健康中国”“健康厦门”建设不断作出新的更大的贡献。


专家简介

  张国君,教授,主任医师,博士生导师;国家万人计划人才,新世纪百千万人才工程国家级人选。现任厦门大学附属翔安医院执行院长,厦门大学附属翔安医院肿瘤诊治中心主任,厦门大学附属翔安医院乳腺甲状腺外科主任,厦门市内分泌肿瘤精准诊治重点实验室主任;兼任中国抗癌协会国际医疗交流分会副主任委员,中国生物物理学会分子影像学专业委员会副主任委员,中国中医药研究促进会乳腺病专业委员会副主任委员,《Molecular Imaging and Biology》国际副主编等职。