放射性核素標(biāo)記靶向腫瘤新生血管分子探針研究進展

盧 霞，張華北

(1.北京師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 教育部重點實驗室，北京 100875；2.北京航天總醫(yī)院 影像中心，北京 100076)

腫瘤新生血管來源于周圍組織正常血管，通過出芽、成管的方式，在腫瘤微環(huán)境的誘導(dǎo)下形成新生的毛細血管組織，為腫瘤細胞無限增殖及遠處轉(zhuǎn)移提供必需的氧氣及營養(yǎng)物質(zhì)，帶走代謝廢物[1-2]。腫瘤血管生成過程受多種內(nèi)源性血管生成因子及抑制因子的調(diào)控[3-6]。尋找新型分子探針，用以早期、特異診斷以及靶向血管生物治療療效監(jiān)測一直是研究的熱點領(lǐng)域。

核醫(yī)學(xué)顯像技術(shù)是最早的腫瘤新生血管顯像技術(shù)，能夠在細胞及分子水平實時、功能顯像腫瘤新生血管形成的生物學(xué)過程[7]。近些年，多種放射性核素標(biāo)記分子顯像探針取得廣泛而深入的研究，分子功能顯像技術(shù)快速發(fā)展[8]。 同時，不同的顯像技術(shù)通過異機及同機融合，相互取長補短，提高了影像診斷的準(zhǔn)確率[9-10]。

a—腫瘤血管示意圖(綠色為正常腫瘤細胞，黑色為壞死的腫瘤細胞)；b—腫瘤誘導(dǎo)新生血管形成過程[6]圖1 腫瘤新生血管生成機制示意圖Fig.1 Mechanism of tumor angiogenesis

1 放射性核素標(biāo)記抗體及其片段分子探針

腫瘤新生血管生成機制示意圖示于圖1。血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是腫瘤新生血管形成過程中最重要的細胞調(diào)節(jié)因子，大多數(shù)靶向腫瘤新生血管分子探針都是應(yīng)用不同的放射性核素標(biāo)記抗VEGF抗體及其片段，示蹤腫瘤新生血管。重組小鼠抗VEGF單克隆抗體HuMV833在多種人惡性腫瘤中具有明顯抗腫瘤活性，目前已經(jīng)進入I期臨床試驗。124I標(biāo)記MuMV833 PET顯像劑在不同腫瘤患者顯像發(fā)現(xiàn)，不同的腫瘤患者，甚至同一種腫瘤不同患者之間，顯像效果差異顯著[11]。

抗體作為示蹤腫瘤新生血管分子探針，優(yōu)勢在于特異性高，新的顯像技術(shù)如預(yù)飽和技術(shù)能夠進一步提高抗體分子探針顯像的特異性。其中以雙特異性探針的效果較好，在轉(zhuǎn)移的人結(jié)腸癌裸鼠模型中，124I標(biāo)記雙特異性HSG多肽能夠檢測出肺部直徑約0.3 mm的轉(zhuǎn)移灶[12]。68Ga和125I標(biāo)記的雙特異抗癌胚抗原(CEA)半抗原探針，在腫瘤組織中有很高攝取率(10.7±3.6)%ID/g，而正常組織很少攝取(腫瘤與血液放射性攝取比為69.9±32.3)，在CEA不表達的腫瘤組織中，腫瘤組織對分子探針的攝取率僅為(0.35±0.35)%ID/g[13](圖 2)。

圖 2 68Ga及125I標(biāo)記CEA在腫瘤組織中的攝取 a—注射125I-TF2(0.37 MBq)和68Ga-IMP-288(5 MBq)1 h后不同組織生物分布； b—68Ga-IMP-288 PET/CT 顯像，右側(cè)長箭頭所示為CEA表達陽性腫瘤，左側(cè)短箭頭所示為CEA表達陰性腫瘤Fig.2 Biodistribution and PET/CT image of 125I-TF2 and 68Ga-IMP-288

放射性核素標(biāo)記抗體腫瘤新生血管顯像的缺點在于顯像時間長，體內(nèi)藥物代謝速度較慢以及抗體之間廣泛的交叉相互作用，一般需要幾天才能采集到最佳的圖像[14]，限制了其臨床應(yīng)用。另外，抗體分子探針與正常組織細胞之間會產(chǎn)生一定的交叉作用，體內(nèi)顯像圖像本底高，影響靶向部位圖像[15]。

2 腫瘤新生血管多肽分子探針

目前，靶向多肽分子探針發(fā)展最為迅速。其中研究較多的是RGD(arginine-glycine-aspartic)多肽分子探針，其能夠靶向結(jié)合于整合素αvβ3受體。由于整合素αvβ3受體在惡性腫瘤新生血管內(nèi)皮細胞中明顯高表達，與腫瘤的惡性程度及侵襲力密切相關(guān)，故而定量示蹤整合素αvβ3受體的表達對于惡性腫瘤的早期診斷、研發(fā)抗腫瘤新藥及監(jiān)測抗癌治療效果有重要作用。目前，放射性核素18F、64Cu、68Ga、86Y、125I、99mTc、和111In等標(biāo)記的RGD肽核素SPECT顯像及PET顯像是腫瘤新生血管分子功能顯像的熱點之一[16]。RGD肽作為新生血管抑制劑，用于整合素靶向治療和顯像也得到了廣泛研究。由于腦膠質(zhì)瘤細胞表面高度表達整合素，尤其是αvβ3受體，RGD肽介導(dǎo)的腦膠質(zhì)瘤靶向治療和顯像研究得到了快速發(fā)展[17]。

胃泌素相關(guān)蛋白受體(gastrin-releasing peptide receptor，GRPR)在多種腫瘤組織中具有明顯高表達，是目前惡性腫瘤顯像及治療研究中非常有前景的靶點之一。由14個氨基酸組成的蛙皮素(Bombesin)能夠選擇性的結(jié)合于GRPR。有研究者將RGD與蛙皮素結(jié)合起來，以NOTA為連接劑，研發(fā)出新型18F-標(biāo)記RGD-bombesin雙靶向探針，能夠同時示蹤整合素αvβ3受體和GRPR[18]。比較了不同顯像劑對腫瘤組織的顯像效果，發(fā)現(xiàn)在前列腺癌腫瘤模型動物中64Cu-NOTA-RGD-bombesin 的腫瘤攝取率明顯高于64Cu-NOTA-RGD和64Cu-NOTA-bombesin單靶點分子探針。同時，64Cu-NOTA-RGD-bombesin雙靶向顯像劑的體內(nèi)代謝動力學(xué)特性也得到了深入研究[19]。腫瘤新生血管顯像能夠為制定不同性質(zhì)腫瘤治療方案提供重要信息。新型99Tcm-PEG4-E[PEG4-c(RGDfK)]2 (99Tcm-3PRGD2)顯像探針能夠鑒別出分化型甲狀腺癌中不攝取放射性核素碘的病灶，提示抗腫瘤新生血管治療效果差，從而為分化型甲癌抗血管治療提供依據(jù)[20]。

2000年，研究者通過大腸桿菌肽噬菌體文庫，篩選到了另外一種能夠特異性結(jié)合于腫瘤新生血管內(nèi)皮細胞的小分子多肽Arg-Arg-Ile(RRL)[21]，氣體微泡標(biāo)記RRL多肽與腫瘤新生血管來源內(nèi)皮細胞的結(jié)合量超過正常細胞結(jié)合量的3倍，在體內(nèi)靶向超聲顯像中，腫瘤周圍富含血管的區(qū)域可見明顯的氣體微泡信號，說明氣體微泡通過RRL多肽的靶向結(jié)合作用聚集于腫瘤組織中富含血管區(qū)[22]。放射性核素131I標(biāo)記RRL在前列腺癌移植瘤小鼠核素顯像中，尾靜脈注射顯像劑后24 h，腫瘤組織有明顯的放射性核素濃聚[23]。體內(nèi)生物分布結(jié)果表明，99Tcm-RRL 血液清除速度快，主要濃聚于腎臟和腫瘤內(nèi)。預(yù)先經(jīng)未標(biāo)記RRL飽和受體后，99Tcm-RRL 在腫瘤內(nèi)的攝取明顯降低[24]。通過輻射劑量模型得出131I-RRL的有效劑量是0.029 3 mSv/MBq，存在較高的吸收劑量率的器官包括胃(0.102 mGy/MBq)，小腸(0.069 9 mGy/MBq)，腎臟(0.061 1 mGy/MBq)和肝臟(0.055 mGy/MBq)。以上結(jié)果提示，131I-RRL在人體應(yīng)用安全，充分肯定了131I-RRL作為腫瘤SPECT顯像配體的價值[25]。

RRL與腫瘤血管內(nèi)皮細胞結(jié)合的機制尚不明確。依據(jù)計算機分子能量對接試驗結(jié)果，考慮血管上皮生長因子受體(vascular epidermal growth factor receptor-2, VEGFR-2)是RRL靶向結(jié)合于腫瘤來源血管內(nèi)皮細胞的可能靶點，經(jīng)過體內(nèi)外試驗證實，VEGFR-2并不是RRL與腫瘤內(nèi)皮細胞結(jié)合的唯一靶點，其作用機制尚待進一步研究[26-27]。

多肽分子作為腫瘤新生血管分子探針的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單，便于進行化學(xué)修飾，從而優(yōu)化其物理化學(xué)、藥效學(xué)和藥代動力學(xué)性能，以提高其顯像的特異性和靈敏度。其次，由于多肽的相對分子質(zhì)量一般較小，很容易與靶點結(jié)合，顯像時間短。加之多肽合成方法成熟、簡便，所以多肽分子探針在腫瘤新生血管顯像研究中極有前景。

3 納米顆粒探針

納米探針技術(shù)在腫瘤新生血管分子顯像領(lǐng)域取得了突破性的進展。由于納米探針分子直徑很小，使得其具備特有的物理性質(zhì)。

應(yīng)用不同的示蹤方式標(biāo)記納米探針能夠定量顯像腫瘤組織內(nèi)上皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)表達，在腫瘤新生血管定量分子顯像中具有重要意義[28]。分子探針體內(nèi)毒性問題及對靶點分子下游信號通路的影響是尚待解決的問題。

一種雙功能多聚色氨酸(PASP)包被的氧化鐵(IO)納米顆粒通過表面連接RGD肽，能夠特異性靶向結(jié)合于腫瘤血管內(nèi)皮細胞表面選擇性高表達的整合素αvβ3受體，該雙功能分子探針能夠同時用于PET及MRI顯像。64Cu標(biāo)記DOTA-RGD-PASP-IO納米顆粒分子探針在小動物PET及MRI顯像中發(fā)現(xiàn)顯像劑在整合素特異性腫瘤組織大量濃聚[29](圖 3)。

多功能納米粒子分子探針可靶向示蹤腫瘤新生血管，能夠同時用于PET/MR/光學(xué)顯像，即放射性核素標(biāo)記RGD-Er3+/Yb3+-NaGdF4納米粒子 (UCNPs) 探針。124I-RGD-UCNPs在整合素αvβ3受體高表達的神經(jīng)膠質(zhì)瘤U87MG細胞及神經(jīng)裸鼠膠質(zhì)瘤移植瘤中有特異性高攝取[30]。

圖3 PET/MRI 雙功能納米顆粒分子探針結(jié)構(gòu)示意圖[29]Fig.3 Illustration of PET/MRI dual functional probe DOTA-IO-RGD based on IO nanoparticle

4 小結(jié)

放射性核素標(biāo)記的不同性質(zhì)的分子探針可示蹤腫瘤新生血管。在早期發(fā)現(xiàn)腫瘤、鑒別診斷、療效監(jiān)測及評估預(yù)后等方面有重要的意義。其中放射性核素標(biāo)記多肽及納米顆粒分子探針是目前研究的熱點。重點需要解決的問題是分子探針靶向結(jié)合腫瘤血管特定位點的有效性、生物體內(nèi)的穩(wěn)定性及生物相容性等。性質(zhì)優(yōu)良靶向分子功能顯像劑的研發(fā)和多種不同顯像方法的融合是未來腫瘤新生血管顯像研究的方向，可實現(xiàn)實時、定量示蹤蛋白質(zhì)之間的相互作用。

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