心血管疾病是全球范围导致人类死亡的主要病因。尽管近年来药物和非药物疗法以及新兴生物技术得到长足发展，但心力衰竭末期患者生存质量仍然堪忧。自1967年南非Barmard医生进行首例临床原位同种异体心脏移植术以来，该项技术得到显著进步，世界范围内心脏移植的手术数量也呈指数上升。但是，排异和免疫抑制的严重副反应影响了心脏移植的远期效果，且日益复杂的受体患者抗体介导的急性排异反应在过去十年间逐渐显现，急性排异反应被公认为是导致移植物功能缺失的主要原因。对急性排异反应进行无创的早期评价、早期处理，是保留移植物功能的关键。因此，迫切需要克服技术障碍扩大免疫耐受，寻找有效创新方法监测心脏移植后的急性排异反应。

        随着组织、细胞工程研究的不断深入，干细胞移植逐渐成为能够促进病变心肌再生的重要策略，有助于心肌细胞重建和功能恢复。Pountos等建立了成人骨髓间充质细胞系，这些细胞在5-氮胞苷诱导2周后，能够转化形成心肌细胞，并与移植的细胞形成细胞间连接。大量正在进行的临床前实验通过间充质干细胞移植治疗希望实现以下三个目标：心脏结构功能重建、血管新生和减少心肌重塑，后者也成为目前间充质干细胞移植策略优劣的评估指标。

一、心脏移植排异的主要病理学机制

        了解心脏移植术后排异反应的病理组织学特征，掌握其在分子水平的基本反应过程，选择恰当的显像靶点，是应用分子影像学方法评价心脏移植排异反应的前提。急性排异反应通常发生在心脏移植后的2周之内，其主要由T细胞介导，受体CD4+T细胞的增殖、分化，并释放相关细胞因子，进而激活CD8+T细胞，诱导巨噬细胞释放白介素-1和干扰素-γ等，这些因子促使受体CD8+T细胞通过血管内皮屏障进入移植物，发生主要组织相容复合物交叉反应并破坏组织，最终引起内皮细胞上的黏附分子表达上调，白细胞浸润至移植物内，导致移植心脏功能损失。心脏移植慢性排异反应的特点是移植物纤维化和动脉硬化，慢性排异反应的机制至今未明。而干细胞移植后微环境改变和如何诱导分化，促进心肌再生和功能重建是目前干细胞移植的主要机制研究。

二、评价心脏移植排异的影像学手段

        超声心动图检查具有快捷、实时动态监测等优点，被一些学者用于监测心脏移植术后的排异反应。检测室壁厚度、左室射血分数、心肌重量等在急性排异反应中可用于评价心脏移植术后功能变化情况，但早期检测效果并不理想。组织多普勒成像(TDI)测量移植心脏心肌运动速度不受负荷条件的影响，能相对准确评价移植心脏心肌舒张速度，Kato等发现TDI测得二尖瓣环水平舒张早期与舒张晚期组织运动速度比值(Em/Am)在发生排异反应患者中下降明显，其阴性预测值较高，可达63%。低机械指数心肌超声造影能实时连续观测造影剂在心肌内的充盈状况，其效果已被文献所证实，可间接定量评价移植心脏的微循环状态。

        心血管磁共振成像(cMR)能对室壁运动的形态学及力学状态进行评价，能够早期发现局部心肌收缩和舒张功能的细微变化，在急性心脏排异反应的动物模型中，组织的含水量越高，弛豫时间越长。Marie等研究发现在活检证明已经存在中度排异反应的68例患者中，T2弛豫时间均高于正常[≥(57±5)ms]，从而证实其可以作为监测排异反应指标。在细胞水平的cMR钆对比剂扮演重要角色，尤其是弛豫效能更佳的超顺磁氧化铁(SPIO)能够在排异反应出现时被巨噬细胞吞噬而被标记，该处组织弛豫时间发生变化，cMR即可检测出具体改变参数，从而评估排异发生的范围和严重程度。但cMR作为监测排异可视化影像手段因其对比剂颗粒特异性不足，存在一定的局限性。

        急性排异反应的大分子物质常在放射性核素显像中被作为标记点，能够监测移植排异反应程度，包括111Indium标记抗体靶向胞膜破坏产生的肌球蛋白、99mTc标记的细胞凋亡相关的膜联蛋白-V、111Indium标记淋巴细胞等。其缺陷是重复暴露在放射性核素下。

        目前无论是超声、cMR还是放射核医学，针对分子靶点和细胞移植的分子影像学研究，尤其是超声分子技术，已成为心脏移植的研究热点。

三、心脏移植排异的超声分子显像

        1.心脏干细胞移植的超声分子技术

        超声微泡可与特定的抗体或基因结合构成靶向微泡，并在特定组织内的定位释放，这种在体识别靶分子的能力，使得超声分子技术成为干预干细胞移植微环境改变的可行性手段之一。

        在心脏干细胞移植研究中，5-氮杂胞苷(5-aza)是目前公认的体外诱导骨髓间充质干细胞心肌化的唯一有效化学制剂，诱导技术也最为成熟。但其诱导效率仍较低，多低于30%。利用超声微泡的空化效应可以降低这种生物诱导的发生阈值。陈玲玲等研究发现超声介导微泡破坏技术可以增强5-aza在体外诱导人骨髓间充质干细胞的心肌样分化作用，当声强为0.55 W/cm2、辐照时间30 s、微泡数/干细胞数为50时是适当的孔内超声辐照条件;在此条件下的低强度脉冲超声能够增强5-aza体外诱导人骨髓间充质干细胞心肌样分化效果。

        曹桂秋等应用SonoVue微泡与CD+34单抗结合成功制作了靶向造影剂，并对干细胞移植后新生血管进行评价，发现携带CD+34单抗微泡造影剂可提高兔心脏干细胞移植后新生微血管的靶向显影效果并增强其疗效，可无创评价干细胞移植后微血管新生的数量及功能状态。研究认为被注射的间充质干细胞归巢到受损心肌组织，受到诸多因子的调节，比如SDF-1/CXCR4信号轴，细胞内信号轴，以及黏附分子和蛋白酶，这些因子均被报道参与了干细胞的归巢和心肌修复机制。李巧等的研究发现超声辐照微泡与腺病毒结合缺氧诱导因子-1α在促进EPCs归巢中起协同作用，采用此方法能够增加EPCs归巢到缺血心肌的数量，同时参与血管损伤的修复及血管再生，改善心肌缺血及心功能。相信随着干细胞生物组织学的不断发展与相互渗透，超声分子载体必将为干细胞移植治疗的成功应用带来更大的希望。

        2.心脏移植排异的超声分子显像

        诊断心脏排异反应的"金标准"仍是心内膜活检，但其操作过程有创，且有穿孔、心包填塞等风险。而超声分子技术是微泡表面经过化学处理修饰后，与发生移植排异反应的心脏炎性组织或内皮细胞的特定受体结合，使其在显像中得到特异性的"标记"增强，从而用于对移植排异的病变过程进行分子水平诊断和评估。

        白细胞被动靶向的心肌超声造影评价急性排异反应：尽管基于环孢素A的免疫抑制剂对移植物存活已有积极效用，但同种异体排异仍然是影响移植预后的关键。T细胞在移植排异中占主导作用，因相互作用密切，T细胞的浸润常常伴随单核细胞或巨噬细胞的浸润。超声微泡作为血池示踪剂在心肌超声显像中可被白细胞黏附或者吞噬。微泡与白细胞相互作用时仍然保持着声学活性，即可用于炎症部位的超声显像。在灌注成像之后观察靶向白细胞成像，发现同种异体移植心脏中有造影剂明显显影，并随环孢素A剂量的增加，显影强度逐渐减低。研究证实白细胞靶向的心肌超声造影可在心肌功能衰退之前，通过反应巨噬细胞和T细胞在心肌内的浸润程度，提供量化依据来评价急性排异反应的程度。但被动靶向实现的超声分子成像，相对来说靶向结合率偏低，没有足够的特异性。

        微泡主动靶向细胞间黏附因子-1(ICAM-1)在移植排异中的分子显像：急性移植排异反应与ICAM-1高表达密切相关，因此假设心肌超声造影运用ICAM-1靶向微泡可以监测心脏移植排异，这种主动靶向方法的效率更高，靶向性更强。Weller等先通过体外验证携抗ICAM-1抗体的微泡能与内皮细胞高表达的ICAM-1结合，这种结合依赖于微泡抗体的浓度和局灶剪切应力条件，实验发现内皮细胞表达ICAM-1和靶向微泡的黏附有正相关关系，进一步研究需要确定这项方法是否可以识别微泡黏附的范围。大鼠体内实验发现靶向超声微泡在移植排异组的回声强度明显高于对照组，非靶向微泡的超声成像强度在移植排异组和对照组均较低，因此，超声靶向分子成像可以在大鼠移植心脏内实现增强对比显像。体内研究的不足之处在于进行靶向实验前通常没有量化评价供体心脏的血流灌注，这有可能会影响微泡的投递。

        纳米微泡靶向T细胞在心脏移植排异中的分子显像：制备一种具有靶向T细胞特性的纳米微泡，心肌造影延迟增强显像提示急性排异反应的存在。T细胞介导的急性排异反应主要分布在心肌层而非血管腔内。因此，血管壁是靶向微泡与T细胞结合的最大障碍，已经证实的是纳米微泡(<700 nm)可以穿透血管壁，使血池外显像成为可能，并应用于分子显像。基于以上理论，Wei等研究设计和制备靶向T细胞的纳米微泡，反映移植排异心肌中被激活T细胞的浸润程度。目前，抗CD25单克隆抗体被广泛用于急性排异反应的干预治疗。因此，可将CD25作为纳米微泡与T细胞结合的靶点。比较抗CD25抗体靶向纳米微泡和非靶向纳米微泡在大鼠模型中的不同成像水平，延迟显像仅出现在靶向纳米微泡的同种移植排异，这就意味着靶向纳米微泡与T细胞成功的特异结合。但纳米微泡作为可能的靶向评价工具，其体内微泡稳定性、携带抗体量、显影效果等都需进一步探讨研究。

四、超声分子显像在心脏移植排异反应诊断和评价中的局限性

        目前超声能够检测的是较为严重的心脏急性排异反应，能够观察到的微泡粘附和造影增强均受疾病严重程度限制，并不能确定在排异分级水平较低时这种靶向效果是否还能轻易区分。超声靶向造影剂在体内代谢机制的监控还不够完善，这种靶向效果受心脏冠脉灌注情况的影响，在现有研究中均未细致探讨。在高剪切力下的靶向结合性、靶向稳定性以及潜在的免疫反应等，这些是靶向超声造影剂要进一步深入研究的问题。

        随着靶向超声微泡构建技术的不断改进和优化，以及对比超声成像相关技术的进一步发展，超声分子成像必将会成为心脏移植排异早期诊断和监测的重要可视化评价技术手段。