腫瘤整合素α vβ3受體顯像的研究進(jìn)展

陳佐偉,甘志彪,郭一玲,張英男

(深圳市人民醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科,廣東深圳518020)

1971年,Folkman提出“腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移都依賴于新生血管的生成”的觀點(diǎn)[1]。該觀點(diǎn)認(rèn)為任何實(shí)體瘤的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移均有賴于新生的血管形成(angiogenesis),缺乏新的血管形成,腫瘤的生長(zhǎng)很難超過3 mm,只有新的血管形成后,腫瘤才能迅速增長(zhǎng)。臨床上也發(fā)現(xiàn)腫瘤的新生血管密度與癌轉(zhuǎn)移及患者的存活率相關(guān)[2]。于是,抗血管形成為治療腫瘤的一種新概念。

腫瘤血管生成被各種蛋白分子調(diào)控,其中包括整合素α vβ3受體。整合素α vβ3受體主要介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞以及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)(extrocellural matrix,ECM)之間的相互黏附,對(duì)細(xì)胞的增值、分化、轉(zhuǎn)移、凋亡起到重要的調(diào)節(jié)作用,對(duì)腫瘤的侵潤(rùn)、轉(zhuǎn)移發(fā)揮重要作用[3]。整合素α vβ3受體在腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移過程中的高度限制表達(dá),使其成為一個(gè)非常有吸引力的靶點(diǎn),用于腫瘤的診斷和治療。

1 整合素α vβ3受體

整合素α vβ3是一種ECM黏附受體,作為黏附家族中的一員,它是由由α V亞基(CD51,150 kD)和β3亞基(CD61,105 kD)形成的跨膜異源二聚體糖蛋白,又名VN(vitronectin,VN)受體。整合素由較長(zhǎng)的胞外區(qū)、單螺旋的跨膜區(qū)及較短的胞質(zhì)區(qū)三部分組成;胞質(zhì)區(qū)與細(xì)胞骨架結(jié)合,將細(xì)胞骨架錨定于細(xì)胞膜,介導(dǎo)細(xì)胞與ECM的雙向信號(hào)傳遞。在哺乳動(dòng)物中,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了18種不同的α鏈和8種不同的β鏈,二者組配形成至少24種不同的整合素受體[4]。整合素α vβ3介導(dǎo)細(xì)胞和ECM、細(xì)胞與細(xì)胞間的黏附和整合細(xì)胞內(nèi)外信息傳遞。生理情況下整合素為細(xì)胞非組成性表達(dá),在整合素家族中各亞型的表達(dá)有時(shí)序性和分布特異性。整合素α vβ3亞型是最廣泛的ECM受體,主要介導(dǎo)間質(zhì)細(xì)胞與纖維連接蛋白、纖維蛋白原、Ⅰ型膠原、玻璃黏結(jié)蛋白、層黏蛋白、Ⅷ因子相關(guān)抗原(von Willebrand factor,vWF)等ECM的黏附,并和血小板衍生的生長(zhǎng)因子(platet derived growth factor,PDGF)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transfor-mation growth factor,TGF-β1)、血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)等細(xì)胞因子有信號(hào)協(xié)同作用,主要傳遞和細(xì)胞增殖、分化、運(yùn)動(dòng)、分布、定居、生存或凋亡等有關(guān)的細(xì)胞信號(hào)[3]。整合素不僅是細(xì)胞間的粘附蛋白,亦與細(xì)胞內(nèi)的骨架相聯(lián)合,并充當(dāng)細(xì)胞內(nèi)向外及細(xì)胞外向內(nèi)的信使,對(duì)細(xì)胞的功能具有重要影響。

α Vβ3可以表達(dá)于多種細(xì)胞類型,并與多細(xì)胞活動(dòng)過程中的多種配體結(jié)合,參與腫瘤的血管生成,侵襲轉(zhuǎn)移、炎癥、傷口愈合和凝血等生理和病理過程[5]。其中,血管生成是一種復(fù)雜的、多步驟的過程,需要許多因子間的相互作用,這些作用需要以特定的時(shí)-空方式相互協(xié)調(diào),目前至少有8種的整合素(α 1β1、α 2β1、α 3β1 、α 6β1、α 6β4 、α 5β1、α v β3、α v β5)參 與腫瘤 血管生成,其中α Vβ3發(fā)揮著重要作用,其可能機(jī)制如下:參與內(nèi)皮細(xì)胞的激活和遷移、介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡、參與bFGF誘導(dǎo)的血管生成、參與VEGF誘導(dǎo)的血管生成、誘導(dǎo)環(huán)加氧酶的產(chǎn)生等[6,7,8]。

2 整合素α vβ3受體腫瘤顯像

受體顯像是利用放射性核素標(biāo)記的配體或配體類似物作為顯像劑,將配體受體結(jié)合的高特異性與放射性探測(cè)的高敏感性相結(jié)合建立的一種核醫(yī)學(xué)顯像技術(shù)。對(duì)腫瘤的定性、定位診斷價(jià)值日益受到臨床的關(guān)注。目前研究最多且最廣泛用于臨床的主要有131I(123I)-MIBG腎上腺素能受體顯像和111In-octreotide(奧曲肽)生長(zhǎng)抑素受體顯像。其中,生長(zhǎng)抑素受體顯像劑111In-octreotide已得到歐美國(guó)家正式批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床,并在腫瘤的早期診斷與鑒別診斷、臨床分期與治療方案制定等方面起到了重要的作用[9]。然而,由于并非所有的實(shí)體腫瘤細(xì)胞都表達(dá)這兩類受體,故在腫瘤臨床應(yīng)用中受到了一定的限制。因此,尋找腫瘤組織共同、特異和過度表達(dá)的受體,篩選與合成受體的特異性配體,并實(shí)現(xiàn)保留配體結(jié)合活性的放射性核素標(biāo)記一直是腫瘤受體顯像研究的熱點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),整合素α V β3受體是極有應(yīng)用前景的腫瘤靶受體。

整合素α Vβ3受體不僅在包括骨肉瘤、成神經(jīng)細(xì)胞瘤、肺癌、乳腺癌、前列腺癌、膀胱癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤及浸潤(rùn)性黑色素瘤等多種腫瘤細(xì)胞表面有高表達(dá),而且在腫瘤組織新生血管內(nèi)皮細(xì)胞膜有強(qiáng)烈表達(dá),但在成熟血管內(nèi)皮細(xì)胞和絕大多數(shù)正常器官系統(tǒng)中,α Vβ3受體表達(dá)缺乏或幾乎不能被探及[10]。α Vβ3受體通過與ECM蛋白(如玻基結(jié)合素等)的受體識(shí)別序列 RGD(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)特異性結(jié)合,介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞粘附和移行,在腫瘤生長(zhǎng)、局部浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移,特別是腫瘤誘導(dǎo)的血管生成過程中發(fā)揮重要作用[5]。這一理論為設(shè)計(jì)含有RGD序列的α Vβ3受體小分子拮抗肽、用作選擇性腫瘤靶向受體顯像奠定了理論基礎(chǔ)。

利用RGD與integrinα vβ3的特異性結(jié)合而設(shè)計(jì)的 RGD類分子探針得到廣泛的研究和應(yīng)用,有許多綜述文章對(duì)此進(jìn)行了詳盡的報(bào)道。由于核醫(yī)學(xué)的SPECT和PET分子顯像技術(shù)更為成熟,因此在這些RGD多肽分子探針當(dāng)中,放射性核素標(biāo)記占據(jù)了主導(dǎo)地位。在制備RGD放射性標(biāo)記肽中,含R GD序列肽的高親和性(如c(RGDyK))、定位特異性、靶向多價(jià)性(如RGD二聚體肽[c(RGDyK)2])、合適的修飾(如DKCK側(cè)鏈、SAA 基團(tuán)的引入,以及 DOTA、DTPA、HYNIC、HPMA 的共聚連接等)以增加分子的滲透性、體內(nèi)穩(wěn)定性、增加腫瘤的攝取并延長(zhǎng)其滯留時(shí)間、減少本底及非靶器官(特別是血液和肌肉)的攝入、加快血液的清除、減少肝及腎放射性聚集、利于金屬放射性核素的標(biāo)記、提高圖像質(zhì)量。這些一直是研究者困擾的問題。同時(shí),研究用125I、99mTc、111In或18F等標(biāo)記進(jìn)行腫瘤顯像,是目前腫瘤分子核醫(yī)學(xué)中α vβ3受體顯像應(yīng)用研究的主要內(nèi)容。實(shí)現(xiàn)α v β3受體的配體一步法標(biāo)記藥盒的制備以進(jìn)行受體顯像,并向臨床推廣應(yīng)用,是本研究領(lǐng)域的發(fā)展方向之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者均在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究與探索。

國(guó)內(nèi)李前偉[11]、劉開元[12,13]、胡四龍[14]等在放射性核素標(biāo)記RGD多肽類似物及含RGD序列的多肽并進(jìn)行受體顯像方面做了大量的工作且取得較好的成果。劉開元、李前偉認(rèn)為目前國(guó)外RGD肽99mTc標(biāo)記報(bào)道多為引入修飾基團(tuán)進(jìn)行間接法標(biāo)記,制備過程復(fù)雜,標(biāo)記產(chǎn)率低,而他們利用99mTc直接標(biāo)記RGD-4CK,該法簡(jiǎn)便、快速、高效,國(guó)內(nèi)外報(bào)道少見。由于雙環(huán)狀RGD-4CK含2個(gè)二硫鍵,因此他們初步研究了利用酒石酸亞錫作為還原劑對(duì)RGD-4CK進(jìn)行預(yù)錫化直接法標(biāo)記的方法。該法標(biāo)記率可達(dá)92%-95%,標(biāo)記物體外穩(wěn)定性好,能滿足顯像要求。該研究為今后其他含二硫鍵環(huán)形多肽的99mTc直接法標(biāo)記奠定了基礎(chǔ)[12]。我科及吉林大學(xué)馬慶杰教授在用99mTc、111In、90Y和177Lu標(biāo)記RGD多肽及評(píng)價(jià)方面正進(jìn)行系統(tǒng)的研究工作。這些均將為今后國(guó)內(nèi)開展α vβ3受體腫瘤顯像的研究提供了理論與實(shí)踐準(zhǔn)備。

Sipkins等[15]在兔實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用表面脂雙層分子被LM609(Vitaxin)修飾的包裹釓的脂粒體作為腫瘤受體靶向顯像劑進(jìn)行磁共振掃描(MRI),可顯示在普通MRI掃描中無法顯示的腫瘤血管生成的熱點(diǎn)。Haubner[16]實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)陳小元[17]實(shí)驗(yàn)室在用18F和64Cu標(biāo)記的R GD多肽進(jìn)行PET顯像方面做了大量的研究工作,Haubner等[16]研究表明18F標(biāo)記含RGD序列多肽作為PET檢查的顯像劑可在鼠α V β3陽性的腫瘤中累積并呈劑量依賴性,能清晰辨別惡性組織和正常組織界限。美國(guó)普度大學(xué)生命學(xué)院劉爽[18]實(shí)驗(yàn)室在99mTc標(biāo)記的RGD多肽方面進(jìn)行了深入的研究;Sivolapenko[19]等1998年報(bào)道了99mTc標(biāo)記含兩個(gè)RGD的線性十肽對(duì)1例轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者的顯像觀察,所得圖像雖然顯示了腫瘤的特異性結(jié)合,但發(fā)現(xiàn)肺和腹部存在持續(xù)高水平核素滯留。Haubner等[20]認(rèn)為,導(dǎo)致肺部放射性增加的原因可能是該線性RGD肽對(duì)識(shí)別RGD序列的整合素亞型特異性不強(qiáng)所致,并選取經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)對(duì)α v β3受體具有高親和力、高特異性的 RGD環(huán)形五肽-c(RGDfV)(注:c代表該五肽為環(huán)形,f代表該苯丙氨酸構(gòu)象為D型),將其中第4位上的苯丙氨酸替換為酪氨酸,采用Iodogen法進(jìn)行125I標(biāo)記,得到125I-c(R GDy(I)V)(簡(jiǎn)稱125I-P2),并研究了該標(biāo)記多肽在體內(nèi)外與腫瘤受體的結(jié)合特性,結(jié)果顯示:c(RGDy(I)V)、c(RGDfV)抑制玻基結(jié)合素與α vβ3受體結(jié)合的Q值分別為0.031與0.033,即引入酪氨酸和碘不影響125I-P2與α v β3受體結(jié)合的高親和力及選擇性;但125I-P2血液清除快速,在觀察期內(nèi)骨肉瘤組織與血液的T/NT比值為2.7-7.7,表明其屬于α v β3受體依賴性的農(nóng)聚,該標(biāo)記配體主要通過肝臟分泌;在荷瘤動(dòng)物體內(nèi)的放射自顯影與上述結(jié)果一致,陰性對(duì)照標(biāo)記肽125I-c(RADyV)在腫瘤組織則無特異濃聚。不過,該放射性標(biāo)記配體主要經(jīng)膽道系統(tǒng)排泄,限制了對(duì)肝臟與腹部腫瘤顯像的臨床應(yīng)用。

有學(xué)者報(bào)道了放射性核素111In和(或)99mTc標(biāo)記包括DTPA(二乙三胺五乙酸)RGD類似物、含2個(gè)RGD序列的十二肽、環(huán)形RGDfK多肽類似物及含R GD序列的多肽2葡聚糖共軛物等在內(nèi)的多種α v β3受體拮抗劑[21]。資料顯示,這些標(biāo)記配體從血液中清除迅速,由于在拮抗劑中引入了常用的雙功能連接劑如DTPA、DOTA(1,4,7,102四氮雜十二環(huán)烷四乙酸)、HYNIC(肼基煙酰胺)及葡聚糖等基團(tuán),一方面有利于金屬放射性核素的標(biāo)記,使部分標(biāo)記配體的放射化學(xué)產(chǎn)率＞90%,個(gè)別可達(dá)99%;另一方面引入有上述基團(tuán)的 R GD多肽主要從腎臟排泄,能加速組織本底放射性的降低,提高顯像圖像質(zhì)量,顯著擴(kuò)大了這類標(biāo)記配體的臨床應(yīng)用范圍和價(jià)值。另外,所有標(biāo)記化合物均在體內(nèi)、外顯示與腫瘤特異性結(jié)合,且在荷瘤動(dòng)物體內(nèi)的T/NT比值為4.0-43.0。Haubner等[15]在環(huán)形(-R GD-D-FK-)五肽中引入一個(gè)血清樣淀粉蛋白(SSA)基團(tuán),得到了環(huán)形-Arg-Gly-Asp-D-Phe-Lys-(SAA)-,簡(jiǎn)稱Galacto-RGD。引入SAA后,一方面改進(jìn)了RGD類似物的藥物動(dòng)力學(xué),使其親水性增加,同時(shí)明顯降低肝臟的攝取;另一方面有利于實(shí)現(xiàn)18F的標(biāo)記。體內(nèi)、外受體介導(dǎo)結(jié)合特性、生物學(xué)分布及腫瘤鼠模型PET顯像研究顯示,18F-Galacto-RGD的血液清除同樣快速,主要經(jīng)腎臟排泄,絕大部分器官(特別是血液和肌肉)僅有低水平的放射性分布,而在觀察期間α vβ3陽性腫瘤有穩(wěn)定的核素濃聚,注射后120 min,腫瘤/血液比值為27.5,腫瘤/肌肉比值為10.2,表明該標(biāo)記配體與腫瘤α vβ3受體特異性結(jié)合。Amitava等[22]用99mTc標(biāo)記了由甲基丙烯酸羥丙酯(HPMA)與雙環(huán)形RGD肽R GD4C(KACDCR GDCFCG)結(jié)合成的共聚體HPMA-RGD4C,并進(jìn)行了前列腺癌腫瘤鼠顯像,結(jié)果顯示24 h甚至72 h腫瘤仍有明顯放射性滯留,24 h瘤/血比值約為20,72 h瘤/血比值約為50,但肝膽和腎放射性仍明顯;同時(shí)與陰性對(duì)照肽HPMA-RGE4C進(jìn)行了對(duì)比,后者無明顯腫瘤放射性攝取,提示前者與腫瘤的結(jié)合具有結(jié)構(gòu)依賴性。陳小元等[23]在親和性較高的c(RGDyK)肽上連接了甲氧基聚乙二醇(mPEG),用125I標(biāo)記,并對(duì)皮下及常位膠質(zhì)瘤進(jìn)行了放射性自顯影,與125I-c(R GDyK)相比,在2 h的觀察時(shí)間內(nèi),前者血液清除更為迅速,肝、腎放射性聚集明顯減少,但腫瘤放射性攝取峰值出現(xiàn)較晚。

總之,含RGD序列的小分子肽多是腫瘤α vβ3受體強(qiáng)有力的拮抗劑,向多肽中引入不同的功能基團(tuán)進(jìn)行一定修飾,并用放射性核素標(biāo)記,由于未改變這類多肽的空間結(jié)構(gòu),因此并不影響標(biāo)記配體在體內(nèi)、外與α v β3受體結(jié)合的親和力與選擇性。這類多肽不僅是具有潛在臨床應(yīng)用價(jià)值的腫瘤受體靶向顯像劑,而且為進(jìn)一步開展實(shí)體腫瘤受體靶向核素治療研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。α vβ3受體顯像具有如下的應(yīng)用前景:能客觀地預(yù)測(cè)腫瘤對(duì)α vβ3受體拮抗劑(抗腫瘤血管生成)本身及(或)其介導(dǎo)的放射性核素治療的有效性,特別有助于患者治療方案的選擇;對(duì)抗腫瘤血管生成藥物的藥理研究有重要的指導(dǎo)作用;可對(duì)實(shí)體腫瘤提供高敏感性和高特異性的定性、定位診斷,明顯優(yōu)于腫瘤放射免疫顯像,理論上敏感性高于生長(zhǎng)抑素受體、腎上腺素能受體和血管活性腸肽等受體顯像[13]。

3 小結(jié)

惡性腫瘤的持續(xù)生長(zhǎng)、侵襲轉(zhuǎn)移與腫瘤血管生成密切相關(guān),在這個(gè)過程中整合素α vβ3受體起著重要的作用。因此,放射性標(biāo)記RGD肽作為高特異性的標(biāo)記物對(duì)惡性腫瘤進(jìn)行核醫(yī)學(xué)顯像,能夠達(dá)到早期診斷和治療目的。隨著生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的飛躍發(fā)展,特別是分子生物學(xué)的發(fā)展,分子醫(yī)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生,從分子水平對(duì)腫瘤進(jìn)行診斷以及個(gè)體化分子治療已經(jīng)成為腫瘤診療發(fā)展的重要方向。作為分子醫(yī)學(xué)的重要組成部分,整合素α v β3腫瘤受體顯像及α vβ3受體介導(dǎo)的放射性核素靶向治療必將日益受到關(guān)注。研究用125I(131I)、99mTc、111In、18F 等核素標(biāo)記進(jìn)行腫瘤受體顯像,用131I、188Re、90Y、153Sm、89Sr等核素標(biāo)記進(jìn)行受體介導(dǎo)的腫瘤治療,并在進(jìn)一步的治療研究中對(duì)RGD多肽分子進(jìn)行改造,提高其在腫瘤的攝取,延長(zhǎng)其在腫瘤的滯留時(shí)間,使受體介導(dǎo)的核素靶向治療邁向一個(gè)新的臺(tái)階,這些均是目前腫瘤分子核醫(yī)學(xué)中α vβ3受體應(yīng)用研究的主要內(nèi)容。并盡快從主要進(jìn)行動(dòng)物研究過渡到向臨床推廣應(yīng)用,是本研究領(lǐng)域的發(fā)展方向之一。

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