魏兹曼研究院：新的 MRI 方法“照亮”胰腺癌

胰腺癌很难发现，部分原因是胰腺位于腹腔深处，每个人的位置都不一样；因此胰腺肿瘤可能一直隐藏着，直到治疗为时已晚。现在，魏茨曼科学研究所的研究人员已经展示了一种新兴的磁共振成像 (MRI) 方法如何使胰腺肿瘤在 MRI 扫描中“发光”。

葡萄糖耐量测试可以通过测量身体消化糖的方式来指示糖尿病的发生，与之类似，新的 MRI 方法可以追踪细胞如何“消耗”——也就是代谢——葡萄糖。

近一个世纪前，德国犹太科学家、诺贝尔奖获得者奥托·瓦尔堡 (Otto Warburg) 发现，肿瘤消耗的葡萄糖量与大多数非癌细胞相比异常大。他还注意到，肿瘤消耗的大部分葡萄糖会发酵成乳酸，这一现象被称为瓦尔堡效应。通过展示如何使用 MRI 来区分和绘制由于瓦尔堡效应而仅在癌细胞中产生的特定代谢产物，新的魏茨曼 MRI 方法可能提供一种“检查”和识别胰腺癌存在的方法。这种方法可以为胰腺癌患者提供更早的发现、更好的治疗和更有希望的结果。

这项研究使用侵袭性胰腺癌的啮齿动物模型进行，由魏茨曼化学和生物物理系的 Lucio Frydman 教授实验室与植物和环境科学系的 Avigdor Scherz 教授合作完成。为了开发这种新颖的 MRI 方法，科学家使用了一种化学改性葡萄糖，其中含有一种称为氘的稳定氢同位素。在扫描之前，将这种改性葡萄糖注入患有胰腺癌的小鼠的血液中。

据弗莱德曼介绍，该方法可能优于传统的 MRI 或正电子发射断层扫描 (PET) 扫描技术，这两种技术在识别胰腺肿瘤方面的记录都不佳。

“传统 MRI 无法检测胰腺肿瘤，因为即使添加了外部造影剂，扫描结果也不足以明确显示癌症的存在和位置，”Frydman 说道。“医生在患者感受到影响之前无法看到肿瘤。即使扫描结果显示异常，也常常无法将其与炎症或良性囊肿区分开来。同样，PET 扫描也不一定可信，因为阳性扫描结果并不总是意味着患者患有癌症，而阴性 PET 扫描结果并不总是意味着患者没有癌症，”他解释道。他补充道，胰腺癌的标准预防护理包括定期进行 CT 和 MRI 扫描，通常还伴有侵入性且不舒适的内窥镜活检，但这种组合方法很少奏效。

为了填补诊断方法缺乏所留下的空白，弗里德曼和他的团队开始利用 MRI 绘制正常组织和癌变组织代谢葡萄糖的不同方式，以发现胰腺癌的新特征。

“我们都喜欢糖——谁能拒绝美味的圣代冰淇淋呢！”弗莱德曼说。“在健康细胞中，葡萄糖消化的最终产物是二氧化碳，也就是我们呼气时呼出的气体。但奥托·沃伯格发现癌细胞不会‘全程’消耗葡萄糖。相反，葡萄糖消化会在一个中间点停止，产生乳酸，这种分子被认为在癌细胞分裂和增殖中发挥重要作用。”

Frydman 解释说，在葡萄糖消化的这个中点停止会导致癌细胞产生的能量比正常细胞少。然而，这种“饮食方式”为癌细胞提供了生存优势：乳酸的存在极大地帮助癌细胞繁殖并破坏周围组织。“我们的目标是利用这一事实，结合 MRI，揭示乳酸产生的具体位置，从而确定癌细胞和肿瘤的存在和位置。”

但有一个问题：癌细胞产生的乳酸量远低于传统 MRI 的检测阈值，传统 MRI 的工作原理是测量被扫描组织中含有的水中丰富的质子。为了找到乳酸，扫描技术必须克服水本身产生的巨大信号，水的质子浓度比瓦博格效应产生的乳酸高出约 10 万倍。“在传统 MRI 中，水信号简直令人眼花缭乱，而乳酸——癌细胞的标志——则无法被检测到，”弗里德曼说。

为了解决这个问题，他和他的团队提出了两种解决方法。首先，他们用氘（非放射性氢的形式）交换葡萄糖的质子。当这种“氘化”葡萄糖被癌细胞吞噬时，它会产生氘化乳酸，这种乳酸更接近于产生可读的 MRI 信号，因为它不再被水载质子的信号淹没。然而，这些乳酸信号仍然太弱，除了最大的肿瘤外，其他肿瘤都无法检测到。为了提高灵敏度以绘制氘化乳酸的存在图，科学家们开发了实验和图像处理相结合的方法，将灵敏度提高了一个数量级以上，使得“氘 MRI”能够检测到这些“经过处理”的乳酸分子中非常微细的量。

Frydman 的氘 MRI 技术结果非常清晰：即使是低浓度的氘化乳酸也能产生扫描，其中明亮的区域显示出毫米大小的肿瘤，而扫描结果其他地方仍然“黑暗”。Frydman 和他的团队还发现，他们的方法比竞争对手的 MRI 技术灵敏得多，后者试图通过仅监测癌细胞中葡萄糖消化过程的最后一步来识别癌症。

弗里德曼强调，这项研究是在动物模型上进行的，他的技术成果需要在人类患者身上得到证实。他认为，氘核磁共振成像为改善胰腺癌的早期检测开辟了新视野。然而，它并不能治愈这种疾病。

“我们计划尽快开始未来的临床研究，这些研究可能会表明，对于具有这种可怕疾病遗传倾向的个体来说，氘 MRI 是一种挽救生命的早期诊断方式，”他说。“即使癌症没有及时发现，氘 MRI 也将有助于测量葡萄糖转化为乳酸的速率。这可以为预测某些治疗方法的有效性，甚至确定某种治疗方法是否有效提供关键指标。这可以使氘 MRI 成为诊断难以识别的胰腺肿瘤和选择产生最佳预后的治疗方法的首选方法。”

这项研究由 Frydman 和魏茨曼研究所化学与生物物理系的 Elton T. Montrazi 博士领导。Scherz 实验室成员 Keren Sasson 博士和 Lilach Agemy 博士也参与了这项研究。