核素标记受体酪氨酸激酶靶向药物显像研究进展

受体酪氨酸激酶(receptortyrosinekinases,RTKs)是一个跨膜蛋白家族,由胞外基团和胞内信号组成,包括17个受体类别,其中包含生长因子、细胞因子和激素,如表皮生长因子受体(epidellll乩gowthfactorreceptor,EGFR)4个亚型、血管内皮生长因子受体(vas⑾l盯endotheha1growthfador℃ceptor,ⅤEGFR)2个亚型、血小板源性生长因子受体(p1ate1etderivedgowthfactorreceptor,PDGFR)2个亚型、间质样上皮细胞过渡因子(c冖Met或肝细胞生长因子受体)、胰岛素样生长因子1受体(insuhn~hke⒏owthfactor1receptor,IGF-1R)以及cKIT受体「1]。RTKs因与配体结合而被激活,然后通过受体二聚化和酪氨酸残基的磷酸化激活细胞下游的信号转导通路,促进细胞外间质的增殖、存活、血管生成和突变,对控制细胞的生存、增殖、分化、运动及凋亡具有决定性作用。肿瘤细胞异常过度增殖的主要机制包括RTKs突变、受体过度表达、不当的配体形成以及细胞周期异常。由RTKs激活的多级别信号转导是复杂、重复的,并且可以由不同的RTKs触发,这些家族成员之间互相影响、互相干扰,甚至被激活的信号通过旁路转导,而所有这些信号转导的综合作用又对肿瘤的异常生长具有抑制作用。

根据对RTK通路的认知,目前已设计出一系列抗肿瘤靶向药物,这些药物能特异性地抑制RTK信号转导,从而发挥抗肿瘤作用。靶向药物的作用机制主要包括阻断受体配体结合、降低受体的表达水平并抑制配体的生成以及阻断信号转导各个通路的激酶激活。对于给定的靶分子,同源的肿瘤可能过度表达也町能不表达,而只有过度表达该分子靶点的肿瘤患者才能受益;对于不表达的患者,不仅会造成过度治疗,而且患者可能因此而不能再接受其他更合适的治疗方法。因此,对患者进行分层并分类管理,挑选出最可能受益的患者是抗肿瘤靶向治疗成功的必要条件。此外,肿瘤的治疗反应存在复杂多变性,如同一种肿瘤可能对治疗有反应也可能无反应,抑或开始治疗时有反应而在一段时间后又无反应;因此,及时区分有反应和无反应的肿瘤并对治疗反应进行早期监测,对于患者个体化治疗方案的制定及实施具有重要意义。

基于靶向药物的进展及核素标记靶向药物在临床上的应用,本文就核素标记的RTKs靶向药物显像在指导肿瘤靶向治疗和监测靶分子表达水平等方面的研究进展进行综述。

1核素标记RTK靶向药物显像的临床应用

1,1潜在受益患者的筛选

1.1.1基因检测基因检测是目前用于靶向药物潜在受益人群的主要手段,包括荧光原位杂交(nu。~∞scent氵Ⅱs沅hybridisation,ΠSH)、酶联免疫吸附试验(ELISA)和RNA检测技术。由于肿瘤的分子切片主要源自病理活检样本,不能重复;同时,因瘤内表达的异质性[2]、原位和转移性肿瘤的分子靶点的不协调性[3]以及靶向药物靶点的表达水平在治疗过程中不断变化,导致基因检测标志物的预测水平受限[4]。

1,1.2基于放射性核素的分子影像学技术正电子发射型计算机断层显像(pos⒒ronemis葫ontclmo-gaphy,PET)和单光子发射计算机断层显像(singlephotonemissoncomputedtomography,SECT)已成为无创伤性分子靶点在体监测的无创性手段。SPECT因价格便宜更普及,而PET分辨率和灵敏度较高,能更精确地量化放射性物质在体内的浓度。PET和SECT显像所用的显像剂能够聚集在特定的病灶区域并与特定的分子物质作用,从而使其在这些区域显影。由于PET和SPECT技术的无创伤性且可以连续采集信息,有助于药效学研究,目前已经成为体内分子靶点评价的首选方法,并在临床转化中发挥重要作用;唯一的缺点是,每个分子成像探针只能用来检测一个靶点,而利用组织活检的方式一次则可以评估数以千计的基因[5]。

1.2治疗反应的监测

目前肿瘤治疗反应是按照实体瘤标准(response钾aluahoncⅡteha血⒃hdtLlmours,RECIST)进行评估,这种通过CT和MRI等解剖结构信息进行肿瘤治疗反应的评价方法仍有不足,难以在缺乏早期肿瘤生长资料的情况下区分生长缓慢的无反应肿瘤和生长迅速的有反应肿瘤,如在靶向药物治疗有效,但肿瘤体积缩小不明显时可能会低估疗效。

核素成像技术能早期、灵敏、无创伤地反映细胞在治疗过程中的变化,这些代谢的变化明显早于肿瘤体积的缩小,且可反复多次进行。PET/CT和bPECT/CT一体机的出现,为⒔F-FDG早期监测肿瘤治疗后效果提供了有利条件[6′]。由于肿瘤具有Warburg效应,即使在有氧环境中也以无氧糖酵解为能量代谢的主要方式,故PET/CT显像时1:F-FDG在肿瘤中的浓聚量已成为一种标志物,浓聚度高则提示预后不良。研究L:表明,咚F-FDG能在早期区分出BCR-ABL和c-ΚIT抑制剂(伊马替尼)的疗效,与药物治疗后葡萄糖代谢低有关。众多的临床和临床前期研究证实,"F-FDG监测RTK靶向药物治疗过程中葡萄糖摄取变化的灵敏度高,ⅡF-FDGPET已成为监测药物治疗效果的重要指标。

此外,以F-FLT9寸HER1/HER2抑制剂PK⒈166以及Met抑制剂PD0325901等靶向治疗进行监测的结果显示,1:F-FI'T-PET能早期显示进展期肺腺癌患者对TKI药物吉非替尼的应答反应[9];国内的一项多中心研究发现,以99mTc名PRGD2为显像剂对肺癌患者进行治疗监测的敏感度可达93%~97%。另有研究[11]表明,“Ga~D0TATOCPET有助于神经内分泌肿瘤的治疗监测,213BiDoTATOCPET/CT对胃肠胰腺神经内分泌肿瘤(gastroenteropancreaucleuroelltltlmnettlmo,GEPNETs)的显像也已用于临床。

2 RTK表达水平的体内可视化研究

RTK表达水平分子显像能准确地对患者进行分层及疗效监测。分子成像的准确度由分子探针探测其靶点的特异度和灵敏度决定,灵敏度由表达RTK的肿瘤与非肿瘤组织显像剂的摄取比决定;因此,使示踪剂在RTK高表达的肿瘤中高摄取、同时在低表达组织中低摄取对显像效果至关重要。目前,用于评估核素标记RTK显像的探针包括抗一RTK抗体及其残基、天然氨基酸配体及其类似物、由分子显像技术筛选的高亲和力小分子多肽以及RTK抑制剂及其类似物。

2.1核素标记的单克隆抗体及抗体片段

单克隆抗体药物是阻断细胞外受体和配体结合的“高级特工”,能同时启动细胞内程序并降解RTKs,并且它们在循环系统中能维持较长的半衰期,从而使组织中药物的作用时间较久,其作用效果可以被抗体或补体依赖的细胞毒所增强:12∶c不少抗EGFR、ⅤEGF、Met单克隆抗体已经进入临床实验的最后阶段或已获批准用于临床L13J。虽然抗RTK单克隆抗体对许多恶性肿瘤都具有抑制作用,但最终患者都出现了耐药,其机制还有待研究和阐明。

利用核素标记的抗一RTK抗体探查肿瘤RTK的表达、监测治疗效果并用于指导治疗是一种安全有效的方法。HER2受体的密度与小鼠体内mIn(铟)-曲妥珠单抗的摄取以及它们对曲妥珠单抗治疗的反应明显相关[14];而经曲妥珠单抗治疗的个体中HER2表达水平的变化能够被mIll~帕妥珠单抗显像监测15`热休克蛋白90(l·eatsllockproton90,HSP90)抑制剂17AAG在小鼠体内对EGFR的降解也可以被64Cu(铜)-西妥昔单抗所监测[16];另外,在核素显像监测EGFR和HER2高表达的肿瘤,HER2核素显像监测疗效的可行性也已被证实[17∶。为提升PET的灵敏度和效能,可采用长半衰期的正电子核素进行标记,如64Cu(半衰期12.7h)、124I、⒆Zn等标记抗HER2曲妥珠单抗、抗MdDN30、抗ⅤEGFR贝伐单抗以及抗EGFR西妥昔单抗,临床研究Ⅱ’”]提示这些显像技术能成功地探测出HER2阳性的乳腺癌转移灶,并指导临床个体化治疗。

放射免疫靶向治疗加成像却因血液中抗体清除缓慢以及它们无法扩散至细胞外区域而受到限制,同时肿瘤/血的比率不高也是限制因素。但单克隆抗体及抗体片段显像不仅提高了显像的敏感度,而且缩短了基于单克隆抗体显像的时间。

新的免疫靶向治疗加放射免疫显像的方法正在研究中,如以放射性核素标记一个短链的(相对分子质量为15OO0)小分子多肽类抗原和一个能够将半抗原及肿瘤相关分子靶点结合的双特异抗体,在抗体注人体内16~19h后注射半抗原,这时单克隆抗体已经在肿瘤细胞定植并已在血液中清除,由于半抗原体积较小,故可得到更高的对比度(注射数小时后的肿瘤入血比率可达18~150)[20]。

2.2核素标记的天然配合基及其类似物

生长抑素受体及奥曲肽成像的成功提示了核素标记的天然配体的衍生物同样可以用作受体进行体内成像。RTKs配体较单克隆抗体或其片段小得多,故其拥有更怏的体内清除速度和更高的肿瘤入血比率。表皮生长因子(euClermalgowthfdctor,EGF)已经被不同的放射性核素标记,在肺癌患者体内应用:lI-EGF进行EGFR可视化已被证明是可行的。虽然单克隆抗体的总吸收量高于配体,但配体的肿瘤入血比率相对较高。配体在肿瘤中的快速定位和在血液中的快速清除速度使得像mGa(T1=68min)这样的单电子发射体也可以用来标记["],在注射小鼠后30min内,肿瘤人血比率可达5.1。然而,将EGF标记作为临床显像探针存在的主要问题是肝脏中的高表达EGFR会造成干扰显像。核素标记的ⅤEGF121已被成功用来显像并定量评价临床前模型的ⅤEGFR-2水平,业已证实在环磷酰胺治疗反应中ⅤEGFR-2表达水平下降,而核素标记的ⅤEGF1η肿瘤人血比率高于单克隆抗体[22]。

类胰岛素生长因子1(il·suhn~likegrowth勤ctor-1,⒑F-1)在亚临床模型中用来显像IGF-1R的表达。肿瘤对mIll~IGF-1(E3R)的摄取量、IGF-1R在乳腺癌细胞中的密度以及这些细胞对曲妥珠单抗治疗的抵抗,三者显示了强烈的线性关系,提示应用E3R对IGF-1R表达进行显像可能有助于识别HER-2阳性乳腺癌中对曲妥珠单抗抵抗的患者[23]。

2,3利用分子显像技术选择高亲和力的氨基酸配体短链氨基酸探针较完整的抗体具有更高的敏感性和特异性,而利用分子显像技术和函数组合法使得选择能够与分子靶点结合的高亲和力配体成为一种可能。核素标记HER2及EGFR的“亲体分子(相对分子质量为7000)”在小鼠体内的研究[24]发现,瘤/血比率超过30,被标记的抗-HER2亲体分子比其他HER2成像介质在动物模型内具有更高的瘤/血比率。124I标记的抗HER2亲体分子的瘤/血比率较曲妥珠单抗标记高10~’O倍。另外,抗-HER2亲体分子ZnER2仰2能够结合不同的抗原决定基,更有利于监测HER2在曲妥珠单抗治疗中的降解过程。总之,高亲和蛋白在RTK表达的高对比显像以及对治疗反应的监测中具有重要作用,有助于患者分类和疗效监测。

2,4RTK抑制剂及其类似物

在触发细胞内靶点时需要能穿透细胞膜的小分子,这些小分子能通过竞争ATP的结合位点阻断酪氨酸激酶激活的信号转导通路。目前,已有近’O种小分子酪氨酸激酶抑制剂(tyr。sinekinaseinhibhors,TKIs)被批准在临床上使用,其中抗EGFR抑制剂,如吉非替尼和埃罗替尼,是针对一种酪氨酸激酶的;而多靶点的TKIs,如达沙替尼、伊马替尼、索拉非尼,是针对多种酪氨酸激酶的,用以降低产生耐药的风险,即使存在过量的信号也可以通过抑制HSP90分子伴侣而被阻断,使RTK蛋白被降解J3。由于新型的多靶点激酶抑制剂的疗效肯定,已应用于患者的分层、用药剂量的调整和治疗效果的监测。

目前,被研究最多的是喹唑啉抑制剂EGFR-TK,也是首个用于临床评估的TKI探针,如nc~PD153035在小鼠体内显示了很高的肿瘤与非肿瘤的放射性摄取比值(VNT比值),但肝脏胆管的高摄取及肿瘤放射性消除过快成为了新的问题。另外,"C-PD153035对于正常人胸部肿瘤显像的放射性是适量的,但是对于腹部则过量了[25]。因此,发现最适合进行核素标记的TKI显像探针是非常具有挑战性的任务。

尽管对TKI的结构和性能有很高的要求,但仍有许多具有应用前景的核素标记的TKIs被成功研发。"C一埃罗替尼不仅能在移植物中辨别不同EGFR表达水平,也在肿瘤细胞中显示了较其他器官高的浓聚性(肝脏除外)26∶;凡德他尼类似物llC-PAQ被开发作为ⅤEGFR-2显像剂[27[。核素标记TKIs的研究成果表明针对细胞内酪氨酸激酶分子显像的策略是正确的。然而,RTK信号通路复杂而且互相交叉,虽然一个特定的RTK被成功识别,但RTKs进一步的信号转导可能是由于亚克隆选择的关系。因此,治疗效果监测和进一步的患者随访都应包含靶点及其下游的靶分子靶点,将有利于早期发现耐药的患者。

3结语针对RTKs设计的核素标记显像剂用于临床,有助于定量监测RTK表达水平;同时为潜在受益人群的选择、个体化药物剂量的调整以及为替代治疗提供理论依据。小分子多肽类显像剂比单克隆抗体有更高的特异性和敏感性,但与之相关的药物拮抗剂量是需要进一步研究的问题。总之,尽管核素标记的TKIs显像需要更进一步的体内优化,但作为显像剂具有广阔的临床应用前景。

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