乳腺癌HER2的PET顯像臨床研究進展

黃錢煥，徐宇平，楊 敏

(1.江陰市人民醫院，江蘇 江陰 214400；2.江蘇省原子醫學研究所 衛生部核醫學重點實驗室 江蘇省分子核醫學重點實驗室，江蘇 無錫 214063 )

乳腺癌是女性最常見的癌癥，據世界癌癥中心最新統計結果顯示，全球每年約有170萬人被診斷為乳腺癌，以及約50萬人死于此病，分別占癌癥病例的25%和癌癥死亡人數的15%。乳腺癌患者中約有18%～25%的過表達人表皮生長因子受體2(HER2)[1]。HER2屬于酪氨酸激酶的表皮生長因子受體家族，它誘導信號通路促進多種細胞過程，包括增殖、分化、存活、血管生成和抗凋亡功能，預示著更具侵襲性的疾病和不良的臨床結果[2-3]。

曲妥珠單抗是一種針對HER2胞外結構域的人源化單克隆抗體，可以延長HER2陽性患者的復發時間，提高總體生存率[4]。然而，轉移性乳腺癌患者中有44%～64%對曲妥珠單抗作為單一藥物治療耐藥，而只有12%～22%的患者在曲妥珠單抗耐藥聯合細胞毒性藥物治療中獲益[5]。因此，治療前及治療期間需準確評估HER2狀態。臨床上應用穿刺活檢或手術獲取病理組織，通過免疫組織化學(IHC)和熒光原位雜交(FISH)確定HER2狀態。然而，通過活檢獲取腫瘤組織有創傷，而且活檢穿刺過程中有可能通過從原發病灶向遠處器官播散癌細胞[6]。有報道原發腫瘤與轉移灶之間HER2表達有相對較高的不一致率(6%～48%)；HER2陰性原發腫瘤患者可能有HER2陽性轉移灶[5-7]，活檢腫瘤的腫瘤內異質性，以及小樣本量不一定代表整個腫瘤的或轉移灶的HER2表達狀態[8-9]。此外，Pectasides等[10]研究表明，經過幾個月的曲妥珠單抗治療后，37%的腫瘤不再表達HER2。上述情況表明，無創、準確、全面評估HER2狀態有助于更合理地使用曲妥珠單抗。

在這種情況下，使用特定放射性藥物靶向HER2的正電子發射斷層掃描(PET)顯示出巨大的優勢。PET顯像是一種無創性檢查，靶向HER2探針與HER2蛋白具有特異性的結合能力，可以顯示全身的HER2陽性病灶。相比活檢方法具有優勢，為患者提供了一種補充性和非侵入性選擇，可以評估全身HER2狀態，監測HER2靶向治療的反應，早期鑒別耐藥的患者，有助于指導醫師為患者量身定制治療方案。此外，由于基因擴增并不總是導致HER2蛋白的過度表達，一些體細胞突變基因擴增陰性的腫瘤細胞能表達HER2蛋白，此時使用靶向HER2 PET檢查顯示出對FISH檢查的優勢[11-12]。

將靶向HER2的分子應用于PET顯像已引起了廣泛的興趣，最近開發了許多新的放射性藥物應用于臨床前及臨床研究[13]。本文主要綜述靶向乳腺癌HER2 PET顯像應用于臨床研究的最新進展，有助于醫師快速了解分子影像在乳腺癌HER2診療研究中的臨床結果，推進HER2 PET技術的臨床轉化。

1 靶向放射性藥物

1.1 完整抗體

IgG分子對靶標抗原親和力高，相對治療而言有理想的藥代動力學。然而，IgG分子的半衰期長，相對分子質量(150 kDa)大，導致腫瘤穿透率低而緩慢。而在顯像之前需要足夠的血液清除率以達到最佳的腫瘤與血液比例，限制了在分子影像中的應用[14]。

1.1.189Zr-DFO-Trastuzumab

血液中抗體的循環時間長，應根據其物理半衰期(t1/2)選擇合適的放射性核素。鋯-89(89Zr)通過正電子發射衰減，平均能量低(Eβ+平均值為396 keV)，半衰期為3.27 d，可以匹配抗體的長生物半衰期，提供良好的PET空間分辨率[15-16]。

Dijkers等[17]在轉移性乳腺癌患者中進行了首例人類89Zr-trastuzumab PET顯像臨床試驗。臨床研究招募了14例HER2陽性轉移性乳腺癌患者，以確定最佳劑量和給藥時間。結果表明，89Zr-trastuzumab顯示出良好的腫瘤攝取和HER2陽性轉移病灶的可視化。這些病變通常與計算機斷層掃描(CT)和磁共振成像掃描的可用數據一致。曲妥珠單抗的單克隆抗體由于其尺寸大而不能穿過完整的血腦屏障，對腦轉移的藥物遞送提出了挑戰。Dijkers等[17]觀察到腦轉移灶的攝取可能是腦轉移部位血腦屏障的破壞，評估89Zr-trastuzumab腫瘤攝取的最佳時間為給藥后4～5 d，沒有觀察到與輸注有關的反應或不良事件，估計總輻射劑量與2次腹部CT掃描(18 mSv)相當。

隨后，Gaykema等[18]應用89Zr-trastuzumab為一個34歲患有右側兩種原發性乳腺癌(一個為HER2陽性，另一個為HER2陰性)女性患者解決了臨床困難。患者的主要治療包括右側乳房切除術和腋窩淋巴結清掃術，以及術后行化療聯合曲妥珠單抗靶向治療。術后兩年復查CT顯示縱隔大腫塊和肝臟小占位。肝臟病變的活檢顯示沒有腫瘤細胞。為了獲得縱隔病變組織，需要進行縱隔鏡檢查?；颊唠S后行89Zr-trastuzumab PET檢查評估腫瘤的HER2狀態。PET掃描顯示在縱隔腫塊、頸部淋巴結及骶椎中有攝取，未檢測到肝臟占位病變。從89Zr-曲妥珠單抗PET掃描得出結論，縱隔轉移灶是HER2陽性，避免了行縱隔鏡手術。

為了研究89Zr-trastuzumab是否可以檢測原發部位為HER2陰性乳腺癌患者的HER2陽性轉移灶，Ulaner等[19-20]對兩組患者行前瞻性臨床試驗。第一組納入了9例患者，第二組納入了11例患者，所有患者均進行病理檢查，證實HER2陰性的原發性乳腺癌。20位患者中，有3位患者(15%)為病理學證實的HER2陽性遠處轉移，6位患者(30%)PET檢查提示可疑后被病理證實HER2陰性，被認為是89Zr-trastuzumab假陽性的結果。研究結果表明，在HER2陰性原發性乳腺癌患者的一小部分患者中，HER2靶向顯像可以檢測患者體內未知的HER2陽性轉移灶，但假陽性結果限制了89Zr-trastuzumab的臨床轉化，需要進一步完善該探針的設計。

1.1.264Cu-DOTA-trastuzumab

雖然89Zr-trastuzumab PET可以檢測出HER2陽性病灶，但是因為半衰期長而使患者受到高輻射照射。相反，64Cu的半衰期為12.7 h，表明64Cu-DOTA-trastuzumab PET可能在高分辨率和低輻射下獲得足夠的腫瘤組織對比度[21]。

Tamura等[22]進行了第一項64Cu-DOTA-trastuzumab PET人類臨床試驗，以確定其安全性、分布、內部劑量測定和初始HER2陽性腫瘤圖像。對6例原發性或轉移性HER2陽性乳腺癌患者注射約130 MBq64Cu-DOTA-trastuzumab后，分別在1、24、48 h行PET檢查。從這6名患者的血液，尿液和正常組織樣品收集放射性數據，并評估探針的不同器官生物分布和內部劑量測定。在注射64Cu-DOTA-trastuzumab后以及1周隨訪期間收集所有患者的安全性數據，得出注射后48 h是評估腫瘤攝取64Cu-DOTA-trastuzumab的最佳時機。64Cu-DOTA-trastuzumab PET期間的輻射暴露與常規18F-FDG PET期間的輻射暴露相當。血液中的放射性活度很高，但在正常組織中攝取量低。2例患者的64Cu-DOTA-trastuzumab PET顯示腦轉移，提示血腦屏障破壞。3例患者的64Cu-DOTA-trastuzumab PET顯像顯示了最初由CT確定的病變部位的原發性乳腺腫瘤。研究結果表明，64Cu-DOTA-trastuzumab PET可用于鑒別原發和轉移性乳腺癌患者HER2陽性病灶。在足夠的PET成像所需的劑量下，劑量測定和藥理學安全性結果可接受。

此外，Sasada等[23]在64Cu-DOTA-trastuzumab可以無創監測乳腺癌患者的HER2陽性原發灶及轉移灶的基礎上，進一步研究了該探針檢測瘤內異質性的可行性。試驗為一例53歲的右側乳腺癌女性患者，穿刺活檢標本病理示HER2 IHC 1+，行64Cu-DOTA-trastuzumab PET顯示腫瘤周邊有強烈的攝取。在強攝取的腫瘤表淺部位再次行活檢后病理示HER2 IHC 2+。為使用HER2 PET顯像描述HER2特異性瘤內異質性(IHC1+和2+)可視化的第一份報告。

另一項是關于64Cu-DOTA-trastuzumab的攝取值與HER2表達量的相關性研究[24]，共38例患者，其中HER2陽性患者17例，HER2陰性患者18例，HER2可疑患者3例。HER2陽性和HER2陰性乳腺腫瘤的平均SUVmax分別為(2.6±0.9)和(1.4±0.9)(P<0.001)。SUVmax值與HER2-IHC評分相關(r=0.619)。當HER2-PET顯像的SUVmax截斷值設定為1.98(曲線下面積為0.853，95%置信區間為0.715～0.991)時，HER2-PET顯像鑒定出18個HER2陽性腫瘤中的15個和17個HER2陰性腫瘤中的15個(P<0.001)；敏感性、特異性和準確性分別為83.3%、88.2%和85.7%。結果表明64Cu-DOTA-trastuzumab的攝取值與HER2表達量呈正相關。

1.2 抗體片段

全尺寸抗體作為分子顯像示蹤劑的普遍問題，其血液中的滯留時間長導致高背景活性，靈敏度低，顯像對比度降低。為了克服完整抗體的缺點，已開發出來自曲妥珠單抗的抗體片段，如F(ab′)2，并用半衰期較短的同位素進行標記。IgG相比F(ab′)2的半衰期延長5倍[25]。較低相對分子質量的抗體片段為與較短的半衰期放射性核素結合后可以在較早的時間點和較短的掃描間隔期間進行掃描，已經開發了用于HER2顯像的放射性標記的片段抗原結合Fab區域。

Beylergil等[26]為了評估68Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab的毒性、藥代動力學、生物分布和劑量學特征，招募了16例乳腺癌女性患者，未接受68Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab的患者被排除在分析之外。研究包含HER2陰性(n=7)和HER2陽性(n=8)兩種情況。后者中有7例接受過曲妥珠單抗治療，另一例未治療。結果顯示68Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab耐受性良好，T1/2為(3.6±0.9) h；在8例HER2陽性患者中有4例觀察到腫瘤靶向。結果表明該探針安全，但仍需注射更大量、更好的免疫反應性抗體以及額外患者群體進行進一步評估。

1.3 親和體

用68Ga標記的曲妥珠單抗F(ab′)2片段是安全的，在注射當天可以顯像，但病變檢出率不理想。親和體(affibody)是設計為免疫球蛋白結合蛋白的替代物，也稱為“人工抗體”。Affibody分子為58個氨基酸(6.5 kDa)組成的三螺旋結構，為來自葡萄球菌蛋白A衍生的Z結構域[27-28]。盡管Affibody分子體積很小，但結合區域與抗體-抗原相互作用區域相似[29-30]，親和力達到皮摩爾(KD=22 pmol/L)，并已開發用于HER2顯像[31]。它可以被有效地和特定位點放射性標記用于顯像而不影響其體內HER2腫瘤結合，并且曲妥珠單抗的存在不會影響其與HER2結合[32]。

ABY-025是第二代親和體分子，能降低非特異性肝攝取，結合位點在HER2細胞外的結構域Ⅲ。由于曲妥珠單抗和帕妥珠單抗分別與結構域Ⅳ和Ⅱ結合，因此ABY-025會促進非競爭性相互作用，能為在曲妥珠單抗和/或帕妥珠單抗治療濃度下使用此顯像劑提供優勢[33]。S?rensen等[34]首次進行了68Ga-ABY-025臨床試驗，研究低劑量肽(78±8) μg與高劑量肽(427±19) μg對顯像的影響、顯像攝取值的可重復性和腫瘤攝取值與病理學的相關性。該臨床試驗招募了16例已知轉移灶和正在進行治療的乳腺癌女性患者。靜脈注射(212±46) MBq68Ga-ABY-025后，在1、2、4 h行PET顯像。前10例患者中(6例HER2陽性，4例HER2陰性原發性腫瘤)間隔1 周進行兩次不同肽劑量的68Ga-ABY-025 PET/CT。后6例患者中(5例HER2陽性，1例HER2陰性原發性腫瘤)間隔1 周重復進行68Ga-ABY-025 PET掃描，檢測個體病變攝取值的可重復性。結果顯示，高劑量肽4 h顯像最能區分HER2陽性轉移灶(P<0.01)。 PET SUV值與病理HER2評分呈正相關(r=0.91，P<0.001)。 HER2陽性的攝取值比HER2陰性病變的攝取值高5倍(P=0.005)。重復顯像的內部相關性r=0.996。68Ga-ABY-025 PET能夠正確識別HER2陽性原發灶及轉移灶，并改變了3例患者的靶向治療。

此外，S?rensen等[35]招募了8例乳腺癌轉移患者，為了測量68Ga-ABY-025體內的生物分布，并測定2組不同劑量肽的輻射劑量。在注射68Ga-ABY-025 后的1、2、4 h放射性核素攝取高的為腎臟和肝臟。低劑量肽(LD)的總有效劑量為(0.030±0.003) mSv/MBq，高劑量肽(HD)為(0.028±0.002) mSv/MBq。結果表明，注射200 MBq68Ga-ABY-025后，LD的輻射吸收劑量為6.0 mSv，HD為5.6 mSv。因此，從輻射劑量考慮，行乳腺癌HER2 PET/CT掃描優選高劑量肽。

1.4 納米抗體

納米抗體被認為是最小的天然來源抗原結合片段(12～15 kDa)，其由駱駝科免疫球蛋白G的重鏈部分的可變結構域組成[36]。小尺寸、高穩定性、納摩爾親和力和低免疫原性使他們有可能成為優異的分子成像探針[37-38]。

Keyaerts等[39]報道了68Ga-HER2-Nanobody的安全性、生物分布、劑量學和乳腺癌患者中腫瘤靶向潛力。20例女性原發性或轉移性乳腺癌患者(HER2 IHC 2+或3+)分為3組，每組接受的68Ga-HER2-Nanobody的量分別為0.01、0.1、1 mg(放射性活度范圍為 53～174 MBq)。估計生物半衰期為1 h，腎臟系統是消除放射性藥物的主要途徑。接受最高輻射劑量的器官為膀胱壁(0.406 mGy/MBq)，每例患者平均4.6 mSv。結果表明，使用68Ga-HER2-Nanobody安全且沒有副作用。在轉移性疾病患者中，大多數確定疾病部位中示蹤劑積聚遠高于背景。示蹤劑積累中原發病灶更易變。68Ga-HER2-Nanobody PET/CT可能不適用于評估原發性乳腺癌病變中的HER2表達。

2 優缺點比較

對靶向乳腺癌HER2 PET分子探針的介紹可以看出，完整抗體、抗體片段、親和體、納米抗體的優點和局限性列于表1?？筛鶕R床的不同需求選擇不同的HER2探針。例如，監測抗體靶向治療(例如曲妥珠單抗、帕妥珠單抗)時，基于抗體的探針可能是優選的。用于診斷或預測對小分子治療的應答(例如拉帕替尼，放射性標記的納米抗體)時優選相對分子質量小的探針。

3 總結與展望

乳腺癌HER2的表達增加與不良預后相關。對乳腺癌患者HER2狀態的準確及全面評估是決定治療策略的重要前提。以PET為代表的分子影像具有很大的優勢，可以成為“精準醫學”時代的寶貴工具。本文概述了目前HER2 PET顯像劑用于臨床研究的最新狀況，其范圍從單克隆抗體到小分子。核素標記的曲妥珠單抗探針的全抗體方法難以通過PET掃描產生敏感的圖像。這是因為與較低相對分子質量的分子相比，高相對分子質量的抗體導致相對較慢的全身清除率和相對較低的腫瘤血液比率，低效的外滲和腫瘤穿透性。但小分子如Affibody和納米抗體已經表現出良好的體內特性。通過進一步的前瞻性臨床研究和驗證，靶向乳腺癌HER2的PET顯像更有助于為患者定制個性化的治療，早期監測治療反應，提早停止無效并且昂貴的治療，及時調整治療方案，為患者節省費用，改善患者預后。

表1 乳腺癌HER2探針PET顯像的臨床研究Table 1 Clinical PET image for HER2-positive breast cancer