免疫PET显像在肿瘤诊疗中的研究进展全文.docx

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免疫PET显像在肿瘤诊疗中的研究进展全文

2022免疫PET显像在肿瘤诊疗中的研究进展（全文）

摘要

免疫PET显像是一种新型分子影像模式，其有机结合了单克隆抗体的高特异性与PET显像的高灵敏度。

近年来，免疫PET显像探针的临床转化应用日渐增多，其可实现对多种肿瘤的早期无创诊断、抗体治疗患者分层以及放射免疫治疗的精准剂量评估。

该文对免疫PET显像在肿瘤诊疗方面的研究进展进行了总结。

在肿瘤的诊疗策略中，分子靶向治疗如小分子抑制剂和单克隆抗体（简称单抗；monoclonalantibody,mAb）以及免疫治疗（如免疫检查点抑制剂）等正在改变多种实体肿瘤及血液系统肿瘤的治疗现状[1]。

PET具有高灵敏度、优良的空间分辨率和信噪比及精确的定量分析功能等优点。

临床常用的18F-FDG为非特异性显像剂，主要反映肿瘤细胞的糖代谢水平，难以鉴别免疫疗法诱导的炎性反应与肿瘤残留、复发或转移。

免疫PET显像（immunoPET）采用靶向肿瘤细胞及肿瘤微环境受体的探针，显像特异性明显提高。

全长抗体探针在临床中的应用已日趋成熟[2]，目前已开发多种放射性核素[89Zr（T1/2＝78.4h）、64Cu（T1/2＝12.7h）、124I（T1/2＝2h）、68Ga（T1/2＝68min）等]用于单抗标记，以及适配于金属放射性核素的螯合剂[去铁胺（desferrioxamine,DFO）、1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7，10-四乙酸（1，4，7，10-tetraazacyclododecane-1，4，7，10-tetra-aceticacid,DOTA）、1，4，7三氮杂环壬烷-1，4，7-三乙酸（1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triaceticacid,NOTA）等]与抗体形成稳定复合物[3]。

基于循环时间更短的纳米抗体或亲和力更高的双特异性抗体的免疫PET显像也是研究热点。

本文对肿瘤诊疗中靶向肿瘤细胞及肿瘤微环境免疫PET显像的临床应用进展予以综述，并对其未来发展进行展望。

1、靶向肿瘤细胞特异性免疫PET显像

开发免疫PET显像探针最常用的肿瘤细胞靶点主要包括受体酪氨酸激酶家族，如表皮生长因子受体（epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR）、血管内皮生长因子（vascularendothelialgrowthfactorreceptor,VEGFR）、人表皮生长因子受体（humanepidermalgrowthfactorreceptor,HER）2、HER3等，以及肿瘤特异性膜抗原如前列腺特异膜抗原（prostatespecificmembraneantigen,PSMA）[4]。

1．HER2。

HER2是EGFR家族成员的跨膜蛋白，其胞外区包含4个结构域（Ⅰ~Ⅳ），结构域Ⅱ和Ⅳ分别含有帕妥珠单抗（Pertuzumab）和曲妥珠单抗（Trastuzumab）结合位点。

临床转化研究证实，89Zr-Df-Trastuzumab免疫PET显像具有无创诊断转移性乳腺癌的价值，并可在患者行曲妥珠单抗美坦新（Trastuzumabemtansine,T-DM1）抗体药物偶联靶向治疗前检测乳腺癌病灶HER2的异质性表达，有效预测治疗效果[5]。

64Cu-DOTA-Trastuzumab探针也已成功转化至临床[6]。

89Zr-Df-Pertuzumab探针显像除了能有效检测原发和转移性乳腺癌外，还能显示难以进行活组织检查（简称活检）的HER2阳性乳腺癌脑转移灶，并被组织学结果所证实。

接下来还将进行该探针在HER2阴性乳腺癌患者群体中的前瞻性临床研究，以辅助HER2的靶向治疗策略[7]。

单抗探针制备过程复杂、成本昂贵且需多次显像才能获得理想的显像靶本比（tumor-to-backgroundratio,TBR），这推动了更小的抗体片段探针的研发。

重链抗体（heavy-chain-onlyantibodies,HCAbs）是骆驼科动物体内存在的天然抗体，由1个重链可变区（variabledomainoftheheavychain,VHH）和2个重链恒定区组成。

VHH是最小的抗原结合抗体单位，相对分子质量约为15×103、直径<4nm，相比单抗，其肿瘤穿透能力更强、TBR更高。

VHH是单域抗体（singledomainantibody,sdAb）的典型代表。

比利时Ablynx公司的注册商品名纳米抗体（Nanobody）即为VHH。

研究表明，纳米抗体和亲合体（affibody,6×103~7×103）是构建HER2特异性免疫PET显像探针的优良靶向载体[8]。

2016年，Keyaerts等[9]开展HER2特异性纳米抗体探针68Ga-HER2-Nanobody的Ⅰ期临床转化研究，纳入20例患有原发性或转移性乳腺癌的患者，给药前后均无抗药物抗体产生，注射后1h血液中仅存留10%注射活性，证实了该探针的安全性和更快的血流动力学特性，显像结果亦显示其有良好的生物分布特异性，可无创揭示不同乳腺癌组织的HER2表达异质性。

目前1项Ⅱ期临床转化研究正在招募局部晚期及转移性乳腺癌患者，以量化该探针在局部及转移病灶中的摄取、评估其诊断效能（NCT03924466）。

亲合体是经过工程改造的支架肽，可通过重组表达或固相合成制备，适用于短半衰期核素标记，已广泛用于HER2特异性探针的构建。

例如，MMA-DOTA-Cys61-ZHER2：

2891-Cys（ABY-025）是靶向HER2的第2代亲合体分子，肝摄取较低，与HER2胞外结构域Ⅲ具有高亲和力，因此不与Trastuzumab和Pertuzumab竞争结合位点，可在HER2单抗治疗期间进行诊断显像。

在Ⅰ/Ⅱ期临床转化研究中，已有111In-ABY-025SPECT和68Ga-ABY-025PET显像可通过定量方式区分HER2阴性和HER2阳性转移灶[10,11]。

目前1项针对晚期HER2阳性乳腺癌患者的68Ga-ABY-025PETⅡ/Ⅲ期临床转化研究正在开展，用以探究该探针对于HER2的可视化表达与活检病理结果间的相关性（NCT03655353）。

2．EGFR。

Lindenberg等[12]报道了89Zr-帕尼单抗（Panitumumab）免疫PET显像的临床安全性和可行性。

西妥昔单抗（Cetuximab）是特异性靶向EGFR嵌合型单抗，不仅可竞争性结合EGFR，阻止生长因子与EGFR结合，还可诱导受体内化，抑制受体酪氨酸激酶的活性。

vanHelden等[13]在RAS突变阴性的晚期结直肠癌患者中开展89Zr-Cetuximab免疫PET显像发现，该探针不能通过肿瘤摄取预测患者的治疗获益。

Burley等[14]开发了基于亲合体的EGFR特异性探针89Zr-DFO-ZEGFR∶03115和18F-AlF-NOTA-ZEGFR∶03115，头颈部鳞状细胞癌小鼠模型研究显示，18F-AlF-NOTA-ZEGFR∶03115可反映出不同EGFR表达水平（包括由Cetuximab治疗引起的EGFR下调），提示此类探针的临床转化可弥补Cetuximab显像探针的缺点。

3．PSMA。

PSMA属Ⅱ型整合膜蛋白，在大多数前列腺腺癌中高度表达。

由于大多数前列腺癌生长缓慢且糖酵解速率低，常规18F-FDG或11C-胆碱PET显像常出现假阴性或假阳性摄取。

J591是与PSMA的胞外域结合的人源化单抗，已用于临床显像和治疗。

Fung等[15]的研究表明，124I-J591和89Zr-J591在前列腺癌模型中具有较高的表面结合和内化率。

Viola-Villegas等[16]在J591基础上设计了相对分子质量80×103的微小抗体IAB2M，由此制备探针89Zr-Df-IAB2M并在18例前列腺癌患者中开展免疫PET显像。

研究结果表明，该探针可检出17例患者的前列腺癌转移灶，且对骨病变的检出优于99Tcm-亚甲基二膦酸盐和CT，对淋巴结和（或）软组织转移的检出优于MRI及18F-FDGPET[17]。

已有研究显示，PSMA在某些实体瘤的新生脉管系统内皮中有表达，而在肿瘤细胞或正常脉管系统中表达很低。

Matsuda等[18]对3例复发性高级别神经胶质瘤或转移性脑肿瘤患者行89Zr-Df-IAB2MPET显像发现，PSMA在血管内皮中高表达；研究还对83个包含不同类型脑肿瘤组织标本行PSMA抗体的免疫组织化学染色分析，结果显示PSMA在高级别神经胶质瘤和转移性脑肿瘤的血管内皮中呈高表达，而在原发性中枢神经系统淋巴瘤和射线所致坏死脑肿瘤的血管内皮中呈低表达，提示89Zr-Df-IAB2MPET显像在高级别神经胶质瘤的鉴别诊断及预测贝伐单抗疗效评估方面具有潜在价值。

4．CD38。

CD38是相对分子质量45×103的跨膜糖蛋白，参与受体介导的黏附和信号转导，同时具有外切酶活性。

CD38在淋巴和髓样细胞及一些非造血来源的组织中表达水平较低，在多发性骨髓瘤（multiplemyeloma,MM）、非霍奇金淋巴瘤（non-Hodgkin′slymphoma,NHL）和多种实体瘤细胞中显著高表达。

目前已开发出几种CD38特异性单抗，如达雷妥尤单抗（Daratumumab）、伊沙妥昔单抗（Isatuximab）和MOR202。

Daratumumab是首个被批准用于治疗MM的抗CD38免疫球蛋白G1亚型单抗。

Nijhof等[19]的研究证实，Daratumumab诱导细胞死亡的效能与MM细胞上CD38表达水平呈正相关。

使用64Cu和89Zr标记的Daratumumab均可检测到皮下和弥散性MM[20,21]。

近期，Ulaner等[22]使用89Zr-DFO-Daratumumab首先开展了临床前研究，发现该显像剂在CD38过表达的OPM2小鼠骨髓瘤模型中有特异性摄取；在同时开展的89Zr-DFO-Daratumumab临床转化研究中，该探针可检出已知和未知的MM活性病灶。

在开发小相对分子质量的免疫PET显像探针方面，Fumey等[23]利用噬菌体展示技术筛选出CD38特异性单域抗体，并构建荧光显像探针用于早期检测MM和评估单抗疗效。

其他恶性肿瘤（如肺癌和B细胞淋巴瘤）以及自身免疫性疾病（如系统性红斑狼疮和类风湿关节炎）也高表达CD38[24,25]。

因此，CD38特异性免疫PET显像或可优化肿瘤性疾病和非肿瘤性疾病的临床诊疗。

5．其他肿瘤细胞靶点。

CD20是B淋巴细胞表面表达的非糖基化磷酸蛋白，超过90%的B细胞NHL表达CD20，抗CD20免疫疗法及放射免疫疗法在一定程度上改变了NHL和其他血液系统恶性肿瘤的治疗现状。

已有研究报道，64Cu和89Zr标记的利妥昔单抗（Rituximab）免疫PET可在人源化NHL小鼠模型中显示CD20表达阳性肿瘤。

其中，89Zr-Rituximab已投入临床使用[2]。

人源化阿妥珠单抗（Obinutuzumab,GA101）和完全人源化奥法木单抗（Ofatumumab）是另外2种靶向CD20的单抗，与Rituximab相比具有更高的活性[26]。

Yoon等[27]使用PET/CT显像在临床前小鼠Burkitt淋巴瘤模型中评估了89Zr-Ofatumumab和89Zr-Obinituzumab的显像特性，并与Rituximab及托西莫单抗（Tositumomab）探针的显像结果进行对比。

结果表明，上述探针的肿瘤摄取程度相似，但是89Zr-Ofatumumab在靶向性和特异性方面更具优势，若加以临床转化，此类探针有望实现对淋巴瘤的早期精准诊断，以及优化淋巴瘤的放射免疫治疗。

针对黑色素瘤细胞黏附分子（melanomacelladhesionmolecule,MCAM,CD146），England等[28]制备了特异性鼠源单抗YY146，并构建特异性单抗探针64Cu-NOTA-YY146。

研究表明，64Cu-NOTA-YY146免疫PET显像可精准诊断皮下和转移性非小细胞肺癌（non-smallcelllungcancer,NSCLC）。

本课题组近期制备了CD146特异性分子影像诊疗体系，即89Zr-Df-YY146和IR700-YY146，前者可用于黑色素瘤的早期靶点特异性诊断，后者可用于CD146阳性黑色素瘤的精准光免疫治疗[29]。

本课题组的另一项近期研究表明，细胞间黏附分子1是黑色素瘤和未分化型甲状腺癌的肿瘤标志物，其特异性免疫PET显像可无创揭示上述2种恶性肿瘤的细胞间黏附分子1表达水平[30]。

2、靶向肿瘤微环境特异性免疫PET显像

肿瘤微环境由肿瘤细胞、间质细胞、细胞外基质、脉管系统及各种细胞因子组成，能促进肿瘤发生、发展、转移[31]。

以下举例介绍肿瘤免疫微环境特异性免疫PET显像探针的研发和转化应用进展。

1．程序性死亡受体1（programmeddeathreceptor1,PD-1）/PD-1配体（PD-1ligand,PD-L1）。

PD-1是T细胞表面表达的1种重要免疫抑制跨膜蛋白，为CD28超家族成员。

PD-1有2个配体：

PD-L1和PD-L2。

在肿瘤微环境中，肿瘤细胞能够表达PD-L1或PD-L2。

上述配体与PD-1结合降低T细胞反应（Tcellresponse,TCR）通路的激活信号，并抑制细胞因子生成，抑制PD-1通路可加速和增强抗肿瘤免疫反应。

目前批准上市的PD-1抗体有派姆单抗（Pembrolizumab，商品名Keytruda）和纳武单抗（Nivolumab，商品名Opdivo）[32,33]。

在1项临床试验中，13例NSCLC患者在Nivolumab治疗前接受89Zr-Df-Nivolumab免疫PET显像，结果显示89Zr-Df-Nivolumab摄取与免疫组织化学检查所揭示的PD-1表达水平间存在相关性[34]。

Natarajan等[35]使用89Zr和64Cu标记的Pembrolizumab在人源化A375黑色素瘤小鼠模型中对肿瘤浸润淋巴细胞进行显像发现，肿瘤组织与淋巴组织有特异性PD-1表达及显像剂特异性摄取，提示该探针在监测免疫检查点抑制剂疗效方面有一定价值。

阿特珠单抗（Atezolizumab，商品名Tecentriq）是目前已获批的PD-L1抗体。

在1项纳入22例进展期膀胱癌、NSCLC或三阴性乳腺癌患者的前瞻性临床试验中，Bensch等[36]发现89Zr-Atezolizumab免疫PET显像可无创揭示PD-L1的异质性表达。

此外，已有多项研究表明PD-L1特异性纳米抗体探针的临床前或临床应用价值。

如Xing等[37]开展99Tcm标记PD-L1单域抗体NM-01的临床试验，对招募的16例NSCLC患者行免疫SPECT/CT显像，2h后的肿瘤/血池比值（tumor-bloodpoolratios,T∶BP）与PD-L1免疫组织化学结果有相关性（r＝0.68，P＝0.014），表明了该探针的临床应用安全性及诊断有效性。

2．细胞毒性T淋巴细胞抗原4（cytotoxicTlymphocyteantigen4,CTLA-4）。

CTLA-4又名CD152，表达于活化的CD4+和CD8+T细胞表面，与T细胞表面的协同刺激分子受体（CD28）有高度同源性。

CTLA-4通过调控CD4+、FoxP3-、CD8+T细胞以及调节性T细胞（regulatoryTcell,Treg）实现其免疫抑制作用。

CTLA-4可中止激活的TCR，并诱导Treg发挥其免疫抑制功能。

目前，CTLA-4抗体的作用机制主要是通过结合CTLA-4，减少或清除Treg，从而激活TCR。

H11是靶向小鼠CTLA-4的纳米抗体，Ingram等[38]的研究表明，89Zr-H11-聚乙二醇（polyethyleneglycol,PEG）免疫PET显像可清楚描绘肿瘤微环境中CTLA-4的表达。

3．其他肿瘤微环境靶点研究。

免疫PET显像可通过动态观察整个人体的免疫反应来改善临床免疫疗法。

例如，近期1项临床研究表明，靶向CD8特异性的89Zr-IAB22M2C免疫PET显像可有效显示CD8+T细胞富集的组织和器官[39]。

除了PD-1/PD-L1、CTLA-4等经典免疫检查点外，T细胞免疫球蛋白黏蛋白分子-3（Tcellimmunoglobulinandmucindomain-containing-3,TIM-3）、诱导性T细胞共刺激分子（inducibleTcellcostimulator,ICOS）等新型免疫检查点PET显像正在进一步优化恶性肿瘤的免疫治疗[40,41]。

Gibson等[42]最近用89Zr标记了靶向γ干扰素的大鼠单抗（AN-18），可检测到自发性肿瘤模型中T细胞的活化和衰竭。

免疫PET显像在炎性反应研究方面也有一定的应用价值。

赛妥珠单抗（certolizumabpegol,CZP）是1种用于控制类风湿关节炎症状的抗体类药物，89Zr-DFO-CZP免疫PET显像探针在表达人肿瘤坏死因子α转基因小鼠的患病关节中有较高的特异性[43]。

此外，免疫PET显像在炎性肠炎、检测细菌、真菌或病毒感染等方面也可提供重要信息。

3、免疫PET显像探针的优缺点

单抗探针尽管稳定性、安全性和特异性均高，临床应用相对广泛，但其本身也存在不足。

首先，单抗相对分子质量较大（约为150×103），血流动力学较差，导致显像TBR较低，正常组织器官有非特异性摄取；其次，单抗空间结构复杂，需在哺乳动物细胞株表达，标记所用长半衰期核素需固体靶制备，导致成本相对较高昂；基于单抗探针的免疫PET显像一般需要3~5次显像才能达到理想TBR，增加患者经济负担和相关人员所接受的辐射剂量[7]。

上述不足在一定程度上限制了单抗探针多中心临床试验的开展及现阶段的临床应用。

预靶向免疫PET显像可有效解决部分问题，但探针制备及显像流程较为复杂。

基于抗体片段或纳米抗体的免疫PET显像探针由于相对分子质量较小、肿瘤渗透及循环速度快，显像TBR更高；不易因高通透性和滞留效应导致假阳性结果；纳米抗体可经大肠杆菌等批量生产，制备成本显著降低；短半衰期核素（如18F、68Ga等）标记的纳米抗体探针可在注射后1~2h内完成显像，即当天显像（same-dayimaging），操作可行性高，辐射剂量显著减低[44]。

但是，此类探针相对分子质量通常小于肾小球滤过的截留相对分子质量（约为60×103），经肾排泄、重吸收后会导致较高的肾内显像剂摄取或滞留，影响了对肾及周围可疑病灶的检出，或可能对肾造成一定的辐射损伤。

目前，包括药物干预（如琥珀酰明胶和赖氨酸等）和探针修饰（PEG修饰）等在内的多种方式可降低小相对分子质量探针的肾摄取，但其临床可行性和安全性有待进一步研究。

4、总结

免疫PET显像是分子显像的重要组成部分，建议在进行免疫治疗前开展免疫PET显像留取基线，帮助患者的精准分层。

治疗后开展免疫PET显像有助于评估治疗反应及靶标的动态表达变化，尤其是对于无法通过重复活检来监测病情变化的患者[1]。

本文主要概括了经典的免疫PET显像靶点及策略。

除本文述及的靶点特异性探针外，尚有多种靶向其他肿瘤标志物的抗体探针已进入临床转化或应用阶段，建议读者阅读相关文献了解免疫PET显像领域的最新研究进展[1,4,45]。

随着抗体药物研发领域的快速发展、医用回旋加速器和PET/CT显像新设备的广泛普及，以及新技术的不断更迭，相信免疫PET显像的深度和广度将迎来飞跃发展。