乳腺癌雌激素受体(ER)阳性表达提示预后良好，是内分泌治疗有效的必要指标。ER表达一般是通过体外肿瘤活组织检测评估。然而，最近的研究能够应用18F-氟雌二醇(18F-FES)PET显像进行体内ER表达的评估。临床研究已经证实应用18F-FES PET显像可在体内定量评估ER阳性表达，并且已开展将其作为活体内评估内分泌治疗效果方法的探索。该文概述了18F-FES的生物学和药代动力学特性，以及18F-FES PET显像在乳腺癌和其他疾病研究中的现有经验，并探讨了18F-FES PET显像潜在及未来的临床应用价值。
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乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，高居美国女性癌症死亡的第2位，2015年新发乳腺癌患者约有231 840例[1]。大约75%的新发乳腺癌患者伴有雌激素受体(estrogen receptor, ER)阳性表达，提示预后良好[2]。乳腺癌ER表达通常是通过对病灶进行活组织检查(简称活检)，在体外利用定量或半定量免疫组织化学(简称免疫组化)分析的方法进行评估[3]。肿瘤的ER表达状态，可以预测ER靶向治疗(又称内分泌治疗或激素治疗)的效果[4]。尽管体外检测ER阴性提示内分泌治疗反应低、预后不良，但免疫组化显示ER阳性也并不能保证内分泌治疗有效[5]。然而，对于复发、转移的乳腺癌患者，确定其ER阳性表达非常重要，这些患者如果对内分泌治疗有效，则可以避免化疗的毒性和不良反应[6]。
对于晚期或伴有转移且ER阳性的患者，PET和PET/CT显像使所有转移灶ER的表达状况不通过多部位病灶活检来评估成为可能。18F-脱氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose, FDG)显像可探测葡萄糖高代谢活性，在肿瘤学领域具有广泛的应用[7]。对于乳腺癌，18F-FDG PET/CT显像主要被推荐用于常规影像学方法分期不明确或有争议时的晚期或转移患者[8]。
随后研制的包括18F-氟雌二醇(fluoroestradiol, FES)在内的其他放射性显像剂，可以更好地显示肿瘤的生物学特性。18F-FES可靶向结合ER，通过活体显像显示肿瘤组织ER表达状态。通过与18F-FDG PET或其他显像方法结合，18F-FES PET显像可评估ER表达的异质性，具有识别ER表达缺失或无功能的潜力。18F-FES PET显像在许多乳腺癌临床研究中被认为是一种可以体内量化ER表达、预测内分泌疗效及评估ER阻断效能的一种很有应用前景的方法(补充材料表1；补充材料见http：//jnm.snmjournals.org)。本文提供了18F-FES的生物学和药理学基础知识，回顾了18F-FES显像的现有临床应用经验，并总结了其潜在的应用价值。
早期研发的ER靶向放射性显像剂主要是碘和溴标记的类固醇和非类固醇化合物[9]。PET显像剂在不断发展，18F可以多位点标记雌激素类似物、能够在靶组织中摄取及非靶组织中清除、半衰期相对长、可进行ER类似物多步合成等，这些特点极大地促进了18F标记化合物的发展[10,11]。
1984年，Kiesewetter等[10]发现在众多18F标记的雌激素中，18F-FES表现出最高的选择性摄取和靶/本底比值。新的化合物，如18F标记的甲氧基降孕三烯炔二醇(moxestrol)和4-氟-11β-甲氧基-16α-18F-FES，呈现出与病灶ER明显的结合，前者还可显示病变的代谢减低[12,13]。然而，与18F-FES相比，18F-moxestrol在人体病变中摄取欠佳，出现这种情况的原因可能是该化合物与人体血浆中性激素结合蛋白(sex-hormone-binding globulin, SHBG；一种主要的雌二醇转运体血浆蛋白)适度结合有关[12]。虽然有研究表明人体病变组织会摄取4-氟-11β-甲氧基-16α-18F-FES，但肿瘤摄取还需进一步的对比研究。到目前为止，18F-FES仍然是ER显像中应用最广泛的PET显像剂。
18F-FES通过肝脏高摄取和代谢，早期血液清除快，注射后10～15 min即可达到稳定的血液活度[11]。注射后20 min，没有进行代谢的18F-FES仅占总活度的20%；注射后120 min，降为10%。与雌二醇一样，未代谢的18F-FES在血液中主要以蛋白结合物的形式存在。与白蛋白相比，SHBG与18F-FES具有较强的结合能力，但由于血液中白蛋白浓度较高，导致18F-FES与SHBG、白蛋白的结合大概1∶1分布[14]。18F-FES的非SHBG结合代谢产物包括葡萄糖苷酸和硫酸结合物[11]，这些物质被分泌到胆汁，经过肝肠循环再吸收后通过肾脏排泄。总肝活度清除率与总膀胱活度增加率相当，提示18F-FES代谢产物通过肾脏清除的速度和由肝脏释放入血的速度一致[11]。当使用最大推荐剂量2.22×108 Bq时，有效剂量当量为0.002 mSv/MBq，此时人体关键器官为肝脏，其有效剂量当量为0.13 mSv/MBq[15]。已发表的人类研究中尚未发现18F-FES有任何毒性或不良反应。总体来说，这些特性使得18F-FES成为一个理想的ER PET显像剂。
在加拿大、欧洲和亚洲，18F-FES作为一种试验性显像剂已进行了临床研究。尽管目前18F-FES在美国仍属于研究药物，但一些美国学术中心机构获得的临床药物试验批准项目仍支持18F-FES PET和18F-FES PET/CT的研究。美国国家癌症研究所也获得1项由华盛顿大学批准的研究性新药审批项目(79005)，这个项目支持在国家癌症研究所的临床试验网络实施多中心实验研究[16]。美国和欧洲已经开始寻求基于已发表的18F-FES显像研究论文和多中心前瞻性实验数据基础上的18F-FES的规范应用。
多项体外研究已证实肿瘤摄取18F-FES与ER表达有关(补充材料表2)。1988年，Mintun等[17]通过放射配体结合的方式，证实了原发乳腺肿瘤体外检测的ER浓度与18F-FES摄取有关。随后的研究确定了18F-FES摄取和免疫组化检测肿瘤ER结果的相关性。Peterson等[18]以1.1为最大标准摄取值(maximum standardized uptake value, SUVmax)界值判断肿瘤ER阳性和阴性，结果显示18F-FES摄取和免疫组化指标间相关系数为0.73，这一结果与体外放射配体结合分析和免疫组化分析研究结果一致[19]。
Peterson等[18]还研究了免疫组化检测和18F-FES摄取定量方法之间的关系，发现由于血液清除率不同以及18F-FES代谢产物的出现，免疫组化与简便的标准摄取值(standardized uptake value, SUV)测量法相比并无优势。早期乳腺癌中18F-FES摄取和免疫组化检测的ER表达的关系已被证实，但与以往研究相比灵敏度偏低[20]。
其他影响肿瘤18F-FES摄取的因素也进行了评估。以往分析认为，绝经前妇女体内较高的雌激素水平可能会导致18F-FES假阴性结果[21]。然而，Peterson等[22]随后证实以血清雌二醇水平30 ng/L为界(常用于提示绝经状态)，18F-FES平均摄取值没有明显差异。在该研究中F-FES摄取与血浆SHBG水平呈负相关，而与睾酮水平、患者年龄或显像时疾病分期无关。这种差异表明，虽然一定量的18F-FES与SHBG结合可能使F-FES免于被代谢掉，但与蛋白质结合的18F-FES可能不会与组织ER结合，进而导致18F-FES摄取减低。因此，应考虑检测患者SHBG水平，尤其是在某些临床情况下，比如患者产后，此时血清SHBG水平可能超出正常范围。这项研究还揭示未标记的FES仅在注射较低比活度18F-FES的情况下影响18F-FES的摄取，而18F-FES比活度在11.1 GBq/mol以上时，未标记的FES不会明显阻断组织ER;然而，当注射剂量大于0.2 nmol/kg时，少数人(0～10%)会出现对18F-FES摄取的不良反应，所以注射剂量应该低于该数值[22]。
对于ER阳性的乳腺癌患者，内分泌治疗是一种有效的治疗方法，与化疗相比，其不良反应小，复发率低[6]。由于活检的取样误差和病变的异质性，利用体外免疫组化检测患者ER表达，仅有50%～60%患者可被正确预测治疗反应[5]。相反，18F-FES PET显像可以评估所有肿瘤病灶的ER表达，并能提供患者整体的ER表达图像。
已有研究证实了内分泌治疗效果与治疗前18F-FES基线摄取的关系(补充材料表3)。Dehdashti等[23]和Mortimer等[24]均研究了ER阳性患者进行他莫昔芬治疗前18F-FES基线摄取值。18F-FES基线摄取以SUV 2.0为阈值，其对疗效的阳性预测值为79%～87%，阴性预测值为88%～100%。
基线18F-FES PET显像也用于评价芳香化酶抑制剂(aromatase inhibitors, AIs)和氟维司群治疗患者的疗效。在1项对治疗前广泛转移的乳腺癌患者的研究中，Linden等[25]以18F-FES基线摄取值1.5为界，低于此阈值时，患者治疗无效(补充材料图1)。Dehdashti等[26]研究显示当SUV阈值为2.0时，对疗效的阴性预测值为81%。这2项研究均表明阳性预测值较差(仅为34%～50%)，这一结果与复发或以前进行过治疗的患者对内分泌治疗的客观有效率降低一致[27]。
总之，这些研究证实了18F-FES PET显像在预测乳腺癌内分泌治疗效果中的应用价值。4项评估他莫昔芬、AIs和氟维司群治疗效果的研究数据表明[23,24,25,26]，159例治疗前18F-FES PET显像的患者中，只有1例基线18F-FES显像SUV低于1.5的患者对内分泌治疗显示病情稳定(补充材料图2)[26]。
van Kruchten等[28]以SUV 1.5为阈值，研究了基线18F-FES PET显像与口服小剂量雌二醇挽救治疗效果的关系。研究结果显示，长期进行抗雌激素治疗可能会导致雌激素的敏感性升高，而雌激素暴露可诱发细胞凋亡而并非使其生长[29]。在这种情况下，ER表达对诱导细胞凋亡是必需的，而ER表达可被18F-FES PET显像检测到。以SUV 1.5为阈值，评价18F-FES PET显像对小剂量雌二醇治疗效果的阳性预测值为60%，阴性预测值为80%[28]。
另一种预测疗效的方法是18F-FDG PET显像，其已被确立为肿瘤(如淋巴瘤)的预后评估方法[30]。在乳腺癌中，偶尔会看到具有ER激动剂特性的治疗药物使临床症状加重，该现象可以预测治疗效果[31]。有研究证实，18F-FDG PET显像也可通过探测患者病灶代谢增加提示内分泌治疗有效[23,24]。18F-FDG PET可显示早期他莫昔芬治疗后暂时的激动活性。对比他莫昔芬治疗前和治疗后7～10 d的18F-FDG PET显像发现，18F-FDG代谢增加的患者随后治疗有效，而治疗无效的患者治疗前后18F-FDG摄取没有明显变化。由雌二醇诱导的代谢闪耀也可以预测AIs和氟维司群的治疗效果以及生存期[26]。
治疗前18F-FES PET显像和早期18F-FDG PET显像评价内分泌治疗效果的争议在于哪种方法更适用于临床。这2种显像剂对内分泌治疗均有较高的阴性预测值，但与18F-FES PET治疗前显像相比，18F-FDG PET显像对内分泌疗效评估具有更高的阳性预测值[23,24]。也有学者认为在转移性乳腺癌中18F-FDG应用更广泛。然而，18F-FDG PET需要2次PET扫描并暴露于具有ER激动剂特性的治疗中。相比之下，单次基线18F-FES PET显像能够在治疗之前预测各种内分泌治疗的效果，使ER表达阴性的患者避免可能不获益的内分泌治疗。此外，越来越多的内分泌和其他靶向治疗联合的策略增加了病灶ER表达状况测定和联合治疗适宜患者选择的需求。联合应用2种显像方法时，应首先用18F-FES显像来确定肿瘤患者的靶病灶肿瘤细胞是否表达ER，然后应用18F-FDG PET显像或另一种标准方法来评估疗效(补充材料图3)[32]。
18F-FES PET显像的主要优势之一，是能够无创地同时评估全身多个肿瘤病变的ER表达状态。18F-FDG和18F-FES摄取不一致，可确定患者病变的异质性(补充材料图4)[16,25,33,34]。
18F-FES摄取与体外ER表达和对激素治疗反应相关性的研究已表明18F-FES PET显像可显示转移病灶(补充材料表4)[17,21,33]。在多发转移乳腺癌患者中，18F-FES摄取与体外ER表达一致[33]。体外ER表达检测结果和18F-FES摄取不一致(如ER阳性但18F-FES阴性)的患者对激素治疗反应差，这表明18F-FES PET显像可以确定体外测定ER阳性但有功能性激素治疗抵抗的肿瘤病灶[16,33,34]。
Kurland等[35]研究了这些不一致及18F-FES摄取和活检ER阳性一致的患者。虽然18F-FES摄取及18F-FES/18F-FDG摄取的比值对某个患者来说总体上是一致的，在所有病灶中最初至少有1个具有ER阳性表达，但是这些值在患者之间变化很大。91例患者中有34例已经接受过1次或多次抗雌激素治疗，其18F-FES SUV均值低于1.0，这表明对于具有低或非功能性ER表达的肿瘤亚型患者，是否实施内分泌治疗较难选择。
还有少数患者在各个病变部位的18F-FES摄取高度不一致(如18F-FES阳性和18F-FES阴性病灶)，可能反映在一些病变中ER表达缺失。在另一项评估患者病变18F-FES摄取一致性的研究中，只有在内分泌治疗过的患者中才能观察到不一致的18F-FES摄取[36]。
肿瘤ER状态和18F-FES摄取的潜在差异对于复发或转移性乳腺癌患者非常重要。一些研究表明，虽然原发性肿瘤ER可能是阳性，但其转移灶可能不再表达ER或表达非功能性ERs[16,33,34]。临床上不可能对所有病灶部位活检确定ER的表达，也不可能让患者反复活检来评估肿瘤ER变化，而18F-FES PET显像可以监测疾病进展时或整个治疗过程中的ER表达状态。
一些研究者应用18F-FES PET显像对内分泌标准治疗体内药效学进行了研究[23,24,37,38]，并验证了新的试验性ER拮抗剂的作用(补充材料表5)[39,40]。McGuire等[41]应用18F-FES PET显像探测内分泌治疗前后18F-FES摄取的变化，结果表明，与基线18F-FES PET显像相比，应用他莫昔芬7～10 d后转移灶对18F-FES的摄取下降，为受体介导的18F-FES肿瘤摄取提供了依据。Mortimer等[24]的研究结果显示接受他莫昔芬治疗的患者同样出现了18F-FES摄取减低，并表明治疗有效的患者初始治疗后18F-FES摄取下降程度明显高于治疗无效的患者，SUV分别下降(54.8±14.2)%和(19.4±17.3)% (P＝0.000 3)。
Linden等[37]对接受他莫昔芬、AIs以及氟维司群治疗的患者的18F-FES摄取改变进行了评价。正如预期的那样，与AIs治疗相比，他莫昔芬(一种选择性ER调节剂)和氟维司群(一种选择性ER下调剂)均使18F-FES摄取程度大幅下降，因为AIs只降低了循环中的雌激素数量，并未直接作用于ER。van Kruchten等[38]同样应用18F-FES PET显像来研究氟维司群对18F-FES摄取的影响，结果显示38%的患者出现18F-FES摄取下降(SUV中位数下降<75%)，并与患者无进展生存期降低明显相关；同时，初始治疗前后18F-FES SUV中位数变化范围很大(－99%～60%)，有临床疗效的患者的下降幅度明显大于疾病进展的患者(SUV中位数变化：－88%与－58%)。不论是临床疗效还是18F-FES摄取程度的改变，均与氟维司群的血药水平不相关，表明18F-FES PET显像是在受体水平对氟维司群疗效进行评价。
Heidari等[42]的1项临床前研究结果表明，提高荷瘤小鼠的氟维司群的剂量将导致18F-FES摄取和免疫分析中ER表达的下降，而这些改变与18F-FDG摄取不相关。这些研究结果表明，在检测到肿瘤的代谢和生长改变之前，已发生ER的改变。与500 mg的氟维司群相比，更高剂量(750 mg)的氟维司群的不良反应增加很小[43]，因此，18F-FES PET显像可用于早期ER阻断的监测，以指导个体化ER拮抗药物剂量。然而，需要进一步检测这种方法的准确性及影响力。
这些方法同样被应用于新的试验性内分泌治疗，不但可确定有效的ER阻断，还可确定其完全ER下调的理想剂量。Wang等[39]研究了新的ERα拮抗药物ARN-810，并应用18F-FES PET显像验证了该药物的ER靶向性。随后，Dickler等[40]对ARN-810，也被称为GDC-0810，进行了Ⅰ期临床研究，并应用18F-FES PET显像对药效动力学进行了评估，结果显示90%患者的雌激素与ER的结合被抑制高达90%以上。
1．子宫内膜癌和子宫肌瘤。Tsuchida等[44]首先证实了18F-FES摄取与子宫内膜体外免疫组化检测ER表达的相关性。一系列的研究表明，在子宫内膜增生和子宫内膜癌中，18F-FES摄取及18F-FDG/18F-FES摄取比值均有明显不同。同样的结果也出现在低级别与高级别的子宫内膜癌中[45,46]。与子宫内膜增生相比，低级别的子宫内膜癌具有更低的18F-FES摄取和更高的18F-FDG摄取，因此，具有更高的18F-FDG/18F-FES摄取比值；而高级别的子宫内膜癌同低级别的子宫内膜癌相比，具有更高的18F-FDG/18F-FES摄取比值。
基于18F-FES摄取以及18F-FDG/18F-FES摄取比值，18F-FES PET显像也具有区分良性子宫平滑肌瘤和恶性子宫肉瘤的潜在价值[47,48]。MRI和18F-FDG PET显像对子宫肉瘤与平滑肌瘤的鉴别均比较困难[49,50]。与子宫内膜病变相似，更低的18F-FES摄取和更高的18F-FDG/18F-FES摄取比值与肉瘤密切相关[47,48]。考虑到2种疾病间治疗与预后的不同，18F-FES PET显像在子宫肿块危险度分层方面具有潜在价值。
2．上皮性卵巢癌。高达70%的上皮性卵巢癌治疗前有ER表达[51]。18F-FES PET显像可定位原发癌与转移灶[52,53]。van Kruchten等[53]对15例可疑卵巢癌患者进行了18F-FES PET显像，结果表明18F-FES摄取与免疫组化检测的ER表达具有良好相关性，以SUV 1.8作为诊断阈值，灵敏度为79%、特异性为100%。
与乳腺癌类似，18F-FES显像具有评估和监测卵巢癌异质性的潜能。从上皮性卵巢癌内分泌治疗的Ⅱ期临床试验结果看，18F-FES PET显像在鉴别哪些患者可能从内分泌治疗中获益起着重要的作用[54,55,56]。虽然临床应用前景广阔，但这些研究结果有限，需要进一步研究。
3．其他应用。18F-FES PET显像显示在正常脑组织和脑膜瘤中均有ER表达[57,58]。他莫昔芬与脑膜瘤进展的关系以及他莫昔芬治疗难治性脑膜瘤应用方面的研究较少[59,60]。有研究者将人ER的结合域作为潜在的报告基因以及18F-FES PET作为确认基因成功转染和细胞治疗的一个分子显像技术进行研究[61,62]。不同的转染技术均已获得可喜的成果，表明18F-FES PET显像在基础和转化研究中亦有一定的应用价值。
18F-FES PET显像可在乳腺癌中定量检测局部的ER表达，并初步用于其他肿瘤。与标本检测ER表达一样，18F-FES PET显像的主要价值在于鉴定哪些患者无ER表达，这些ER阴性表达的患者对内分泌治疗无效。研究结果也表明18F-FES可作为一个药代动力学标志物应用于内分泌治疗，尤其是评估ER拮抗剂的阻断程度。18F-FES PET显像现在以及将来潜在的临床应用如下。
1．乳腺癌的探测和分期。由于18F-FES通过肝脏代谢，会影响对肝转移灶的观察，另外大量的18F-FES进入肝肠循环，使腹部显像复杂化，因此18F-FES显像不可能取代18F-FDG显像而成为乳腺癌分期的主要手段[11]。
然而，由于18F-FES与ER表达的乳腺肿瘤组织具有高度特异性，因此18F-FES是一个在乳腺癌放射性核素显像中除18F-FDG外更好的替代物。在乳腺癌原发灶诊断和分期方面，可能超越18F-FDG和99Tcm-甲氧基异丁基异腈(methoxyisobutylisonitrile, MIBI)[63,64]。18F-FES PET显像能区分和探测18F-FDG显像难以发现的病灶，如浸润性小叶癌(18F-FDG摄取较低)，还可有助于由于炎性反应、创伤及其他已知非肿瘤性因素产生的18F-FDG假阳性的鉴别[7,21,34,65]。18F-FES摄取可避免有创的活检，尤其在转移灶诊断方面，具有较好的效价比[66]。最后，对有易感因素特殊类型的乳腺癌患者，可前瞻性地确定ER表达这一高风险因素，进而从18F-FES PET显像中获益。
2．预测内分泌治疗的效果。随着人们对精准医学和个体化医疗越来越重视，18F-FES PET显像可提高诊断水平，指导治疗方案[65]，18F-FES PET显像可为个体化治疗提供帮助。18F-FES PET显像的独特优点是可以对整个肿瘤体积进行受体状态的评估。
临床上，对所有病灶均进行活检不切实际，因此ER PET显像对转移性乳腺癌的诊断具有较大价值。临床医师选择进行内分泌治疗时通常根据原发肿瘤的ER状态，而不是转移灶的ER状态。同时，研究表明在经过几个疗程的内分泌治疗后，30%的患者将有1处或多处病灶失去ER表达[16,28,36,38]。考虑到这些问题，需要将18F-FES PET显像尽快应用于临床，检测局部病灶的ER表达，成为除活检评估ER表达外的重要临床实践拓展。
对于ER表达阳性的乳腺癌患者，治疗决策的趋势是可增加18F-FES PET显像的应用来指导治疗选择。一种趋势是在内分泌治疗中联合依维莫司或帕布昔利布，对多靶点乳腺癌通路进行阻断[8]。另外，联合其他靶向通路的药物治疗(如内皮生长因子受体)将在未来成为可能[67]。联合治疗的应用中很难鉴别是哪种药物起了治疗作用，因此，针对联合治疗中每个靶点的生物标志物需求在增加。对患者进行一系列内分泌治疗和其他靶向药物联合治疗时，基于以影像为基础的针对ER表达预测和疗效评价的生物标志物会很有价值和较好的成本效益。
3．18F-FES PET显像临床推广应用的障碍。尽管18F-FES PET显像具有广阔发展前景，但其广泛临床应用依然存在许多困难。首先，和18F-FDG PET一样，应进行前瞻性研究对18F-FES PET显像在不同临床方面的作用进行验证；此外，18F-FES在疗效预测和方案选择中的作用尚需进一步深入研究；最后，这些研究数据需提交到相应管理部门，获得批准其在临床中的应用，而不是像现在这样仅用来研究。一个小的回顾性研究和一个单中心前瞻性研究的结果都很重要，均可对18F-FES PET显像应用于临床提供更大的支持。特别是在费用较高、大多数单位应用受限的情况下，需要进行大量的研究来阐明这种检查方式的益处。
18F-FES PET显像是安全的，对乳腺癌患者体内ER表达评估具有潜在的临床价值，其与传统的体外免疫组化检测ER表达具有良好的相关性，在预测内分泌治疗效果方面已显示出临床应用前景。18F-FES PET在评价其他类型肿瘤ER表达方面的研究较少，如子宫和卵巢上皮起源的肿瘤。与体外检测方法相比，18F-FES PET显像的最大优势是可以评估全身肿瘤ER表达情况和疾病的异质性，可对不同内分泌治疗的体内药效动力学变化提供一系列信息。本文所引用的各项研究均表明18F-FES PET显像具有广阔的临床应用前景，最重要的是可以对内分泌治疗效果进行预测，从而指导个体化治疗。虽然其广泛临床应用尚存在一定困难，但现在有8项关于18F-FES PET显像对乳腺癌的开放性临床试验研究。这些试验和将来的一些研究将进一步阐明18F-FES PET显像在药物发展、病情评估、治疗方案制定等方面的价值。
Jonathan Allis提供了有帮助的建议
