18F-FDG PET/CT 在非小細胞肺癌患者EGFR-TKIs 靶向治療中的應用進展

廖 愷，程 剛

（重慶醫科大學附屬第一醫院核醫學科，重慶 400016）

肺癌（lung cancer）是目前世界范圍內最常見的惡性腫瘤之一，約占所有腫瘤病例的11.6%，也是最主要的腫瘤死亡的原因（占腫瘤死亡病例的18.4%）[1]，其中最常見的是非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer），約占所有肺癌的85%[2]。目前對于非小細胞肺癌的治療除了常規的手術、放化療之外，靶向治療也被更多的患者所選擇。表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑（epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors，EGFR-TKIs）對EGFR 突變陽性的非小細胞肺癌患者有著良好的治療效果[3]。使用EGFR-TKIs 前首先要確定非小細胞肺癌患者的EGFR 突變狀態，直接獲取腫瘤組織檢測是目前EGFR 基因突變狀態檢測的金標準，但對于部分存在有創性檢查禁忌或拒絕有創性檢查的非小細胞肺癌患者較為困難。18F-FDG PET/CT 作為核醫學的代表檢查技術，能反映非小細胞肺癌腫瘤細胞的增殖及糖代謝情況，在非小細胞肺癌的診斷、TNM 分期、治療反應評價及預后判斷等發揮著重要作用[4-6]。有研究發現[7]，EGFR 基因可能會通過NOX4/ROS/GLUT1 軸影響糖代謝，從而影響腫瘤組織FDG 攝取，導致PET/CT 代謝參數的變化，這為用18F-FDG PET/CT 預測EGFR 突變狀態提供了理論上的可能性。此外，18F-FDG PET/CT 對非小細胞肺癌患者EGFR-TKIs 治療療效的動態評估也具有一定價值。本文就影響FDG 攝取的可能機制、18F-FDG PET/CT預測EFGR 基因的突變狀態及其在EGFR-TKIs 治療療效評估中的作用、EGFR-TKIs 靶向分子影像進展作一綜述。

1 影響FDG 攝取的可能機制

18F-FDG 是PET/CT 在臨床應用最廣泛的顯像劑。FDG 在體內各組織的分布能夠體現其對葡萄糖的攝取情況。18F-FDG 可以由細胞表面的葡萄糖轉運體進入腫瘤細胞內，并在己糖激酶的催化作用下轉化為6-磷酸-18F-FDG，該物質不能被磷酸己糖異構酶催化參加下一步代謝反應。殘留下來的6-磷酸-18F-FDG 由于大部分腫瘤細胞磷酸酶含量低，去磷酸化轉化為FDG 再由葡萄糖轉運蛋白向細胞外轉運的僅為一小部分，大部分6-磷酸-18F-FDG 繼續滯留在細胞內，PET/CT 的探測器捕獲滯留的18FFDG 所發射的正電子成像[8]。

葡萄糖轉運體1（glucose transporter 1，GLUT1）是運輸葡萄糖由胞外進入胞內的跨膜蛋白之一，其在體內各個組織的分布，也從側面反映了不同組織對葡萄糖的需求。當組織發生癌變后，腫瘤細胞的生長代謝需要大量的能量供給，但由于腫瘤細胞缺乏氧氣供應只能進行葡萄糖的無氧代謝，等量葡萄糖對腫瘤細胞所提供的能量就遠低于正常細胞，這也勢必會增加腫瘤細胞對葡萄糖的需求量，造成GLUT1 的過表達與FDG 的高攝取[9，10]。NADPH 氧化酶（NADPH oxidase 4，NOX4）基因編碼的蛋白質可充當氧傳導器，催化分子氧轉化為活性氧（reactive oxygen species，ROS）。ROS 在腫瘤細胞的糖代謝中有著十分重要的地位，其可以激活低氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）-α，并于GLUT1 基因的啟動子區域的HIF-α 響應元件結合，促進GLU1 的表達[11-14]。Sibille L 等[5]研究發現，與EGFR野生型細胞相比，EGFR 突變型細胞中的NOX4 mRNA 和蛋白水平顯著降低，這也提示了EGFR 基因突變可能會通過影響NOX4 的表達降低ROS 活性，進而使GLUT1 蛋白水平下調。Orcutt KP 等[15]研究發現，埃羅替尼的細胞毒性作用就是通過誘導NOX4 在頭頸部腫瘤的表達產生的氧化應激反應所介導的。Sobhakumari A 等[16]在FaDu 細胞中發現，埃羅替尼可以通過增加NOX4 啟動子活性提高NOX4mRNA 及其蛋白的表達，并提出相對較低的NOX4 表達，其可能是激活埃羅替尼活性的一個觸發器。總之，EGFR 基因突變通過NOX4/ROS/GLUT1軸降低18F-FDG 攝取，但EGFR 基因對糖代謝的影響是否存在其他機制仍不清楚，尚需要進一步的基礎及臨床研究予以明確。

2 18F-FDG PET/CT 預測EFGR 基因的突變狀態

EGFR 在腫瘤細胞中可通過信號轉導通路調節其周期，促進腫瘤細胞無節制地增殖，誘導血管生成，進而導致腫瘤的擴散及轉移。針對EGFR 的靶向藥物治療也成為非小細胞肺癌患者的重要治療選擇，18F-FDG PET/CT 是能夠反映腫瘤代謝的核醫學手段，能否通過PET/CT 中18F-FDG 攝取值的量化檢測來預測EGFR 基因突變狀態受到臨床關注。最大標準攝取值（SUVmax）是目前臨床上運用最廣泛的18F-FDG PET/CT 代謝參數，其是病灶單位體積的顯像劑活度與顯像劑注射劑量的比值，反映了腫瘤病灶的代謝率，目前已有許多研究探討了SUVmax值與EGFR 突變狀態的關系。Lv Z 等[17]對849 例非小細胞肺癌患者進行回顧性分析發現，原發灶SUVmax＜7.0 是EGFR 突變的獨立影響因子（OR=1.48，P=0.041）。Guan J 等[18]對136 例非小細胞肺癌患者進行回顧性分析發現，SUVmax≤8.1 是EGFR 突變的獨立影響因子（OR=1.84，P=0.028）。但也有部分研究發現SUVmax值并不具有預測價值，其中Lee SM 等[19]對206 例非小細胞肺癌患者進行研究發現，患者原發灶SUVmax值與EGFR 突變狀態之間沒有明顯的相關性。也有研究發現EGFR 突變對應著FDG 的高攝取，Ko K 等[20]研究發現，SUVmax≥6 是EGFR 突變的獨立影響因子（OR=2.94，P=0.017）。造成這種差異的原因可能是因為病例樣本量不夠大，并且SUVmax值無法體現病灶的空間特征。對于偏肥胖患者，由于脂肪組織對FDG 攝取較少，可造成病灶SUV 偏高。一項關于18F-FDG PET/CT 與EGFR 突變狀態相關性的研究發現[21]，SUVmax對非小細胞肺癌患者EGFR基因突變的診斷平均敏感度57%，平均特異度為65%，說明SUVmax對EGFR 突變狀態有一定程度的診斷效能，但仍無法取代組織活檢。

有研究提出將PET-CT 代謝參數與腫瘤指標相結合，可以更好的預測EGFR 突變的情況。Hur CJ等[22]研究表明，較低的SUVmax聯合較高的細胞角蛋白19 片段21-1 水平對EGFR 突變有較高的預測價值。Gu J 等[23]研究發現，血清癌胚抗原≥7.0 ng/ml和SUVmax＜9.0 突變陽性的可能性更大。代謝體積（metabolic tumor volume，MTV）和病灶糖酵解總量（total lesion glycolysis，TLG）是包含腫瘤體積和代謝兩方面信息的參數，較SUVmax更為全面。Yang B 等[24]研究顯示，PET/CT 代謝參數中僅有MTV 是EGFR突變的獨立因素（OR=2.482，P=0.003）。丁重陽[25]探討了18F-FDG 代謝參數對EGFR 突變狀態的預測價值，結果發現TLG 為預測EGFR 突變的獨立因素，且TLG 預測EGFR 突變的最佳截斷值為20.20。由此可見，單種PET/CT 代謝指標往往具有一定的局限性，建立一個多指標的預測EGFR 突變狀態的模型，往往能夠得出更可靠的結果。

3 18F-FDG PET-CT 在EGFR-TKIs 治療療效評估中的作用

目前臨床上對于EGFR-TKIs 治療療效中應用較多的是實體腫瘤療效評價標準（response evaluation criteria in solid tumors version 1.1，RECIST 1.1），該標準評估腫瘤治療的療效及進展主要是基于常規影像學的腫瘤解剖結構的變化，但腫瘤的解剖反應通常落后于代謝反應。PET 能夠較早的發現腫瘤的代謝反應，對腫瘤的早期療效評估至關重要，而RECIST 1.1 并沒有將PET 可提供的代謝信息納入標準之中，2009 年Wahl RL 等[26]提出了新的一種腫瘤評估體系PET 實體瘤療效標準（PERCIST），該標準從代謝的角度來描述腫瘤治療的療效。Shang J等[27]對35 例非小細胞肺癌患者的前瞻性研究發現，PERCIST1.0 比RECIST1.1 能夠更敏感、更準確地檢測非小細胞肺癌患者化療的早期療效。

18F-FDG PET/CT 對于非小細胞肺癌EGFRTKIs 的療效評估中也有著重要作用。Rong X 等[28]研究顯示，于治療前、服用吉非替尼治療6 個月后分別對46 例晚期肺腺癌患者進行18F-FDG PET/CT 掃描，得到兩次掃描圖像中原發病灶的SUV 差值百分比（△SUV%），結果發現△SUV%＜-25%對應更長的生存時間(10.6/18.4，P=0.000）；多因素COX 回歸也發現，△SUV%＜-25%是更長生存時間的獨立影響因子。除了SUVmax外，PET/CT 其他代謝參數也被學者用于非小細胞肺癌的療效評估中。Fledelius J 等[29]對56 例非小細胞肺癌患者接受厄洛替尼治療7～10 d的18F-FDG PET/CT 掃描結果分析發現，SULpeak、SULmax、TLG 的變化百分比與治療后的無進展生存期（progression free survival，PFS）、總生存期（overall suvival，OS）顯著相關。總之，18F-FDG PET/CT 對于EGFR-TKIs 療效評估的價值已得到越來愈多人的關注，但現在仍缺乏一個統一的評價標準，需要更多大樣本、多中心、前瞻性的研究來制定一個有效的療效評估體系。

EGFR-TKIs 產生耐藥性可能與腫瘤的異質性相關，18F-FDG PET/CT 對腫瘤異質性的評估也具有一定參考作用。Park S 等[30]選擇接受吉非替尼或厄洛替尼治療后復發轉移的非小細胞肺癌患者作為研究對象，選擇8 個治療前腫瘤原發灶PET/CT 異質性結構參數進行生存分析，結果顯示8 個參數均顯示PFS 的風險比增加，其中風險比最高的是共生熵（co-occurrence entropy），HR為6.41（P＜0.01），將美國東部腫瘤協作組活動評分（eastern cooperative oncology group performance status，ECOGPS）、腫瘤代謝體積、臨床分期調整之后的參數與異質性結構參數一起納入多因素分析，并得出這些異質性結構參數仍與PFS 相關。由此可見，18F-FDG PET/CT 異質性結構紋理參數可用于早期EGFR-TKI 治療失敗風險增加的亞群識別。此外，腫瘤基因突變導致的異質性與PET/CT 相關代謝參數的相關性也需要繼續探究。

4 EGFR-TKIs 靶向分子影像進展

隨著放射性核素標記技術及核醫學顯像技術的發展，若能對EFGR-TKIs 藥物用放射性核素標記作為分子探針，再用PET/CT 顯像，便可能直接觀察到EFGR-TKIs 藥物在體內的分布及腫瘤與EGFR-TKIs 的結合情況，進而用于EGFR-TKIs 治療高敏感人群的篩選、指導治療策略、療效動態評估。在分子探針的選擇上，除了考慮其特異性、親和力、穩定性外，還需要考慮適當的血液清除率、生物體內分布、與目標腫瘤的結合情況、放射性核素的半衰期等[31-33]。

EGFR-TKIs 小分子探針可以可逆或不可逆結合于EGFR 突變蛋白的胞內酪氨酸激酶結構域。PD153035 是一種可逆性的EGFR 抑制劑，Liu N 等[34]對9 名健康志愿者進行11C-PD153035 PET 顯像發現，11C-PD153035 在人體內主要聚集在膀胱和膽囊，而較少見其在肺、骨和肌肉中累積。肺部的低攝取也為其在非小細胞肺癌腫瘤EGFR-TKI PET 顯像提供了很好的前景，Meng X 等[35]研究讓非小細胞肺癌患者每日接受厄洛替尼150 mg 治療，分別在治療開始前、治療后1～2 周、治療第6 周行11CPD153035 PET/CT 顯像，結果發現11C-PD153035 的攝取與EGFR 突變狀態正相關，且治療前的SUVmax值與PFS、OS 顯著相關，表明11C-PD153035 分子顯像可以作為篩選EGFR-TKIs 治療敏感的非小細胞肺癌患者的手段。厄洛替尼（erlotinib）是第一代EGFR-TKIs，已經應用于EGFR 突變患者的靶向治療，Memon AA 等[36]采用11C 對erlotinib 標記后進行PET 顯像，通過EGFR 突變和EGFR 野生型荷瘤裸鼠模型的PET 顯像，發現顯像劑在EGFR 突變腫瘤模型中攝取遠高于野生型，也體現了11C-erlotinib PET 顯像在篩選EGFR 突變腫瘤的能力。為了進一步研究11C-erlotinib 在非小細胞肺癌患者中的運用，Memon AA 等[37]對13 例非小細胞肺癌患者erlotinib治療前后行11C-erlotinib PET/CT 和18F-FDG PET/CT，結果發現部分淋巴結轉移病灶18F-FDG PET/CT未檢出，而11C-erlotinibPET/CT 則可以發現其病灶，鞏固了11C-erlotinib 顯像的優勢。可逆性的EGFRTKIs 探針也存在一些不足，如可逆性的結合難以明確放射性藥物劑量、不能對原發性T790M 突變的非小細胞肺癌進行顯像等。阿法替尼（afatinib）能與EGFR 緊密結合，屬于不可逆的EGFR-TKIs，也被用于EGFR 基因顯像的研究。Slobbe P 等[38]為了比較可逆性與非可逆性EGFR-TKIs 分子探針的PET 顯像區別，采用18F-afatinib 和11C-erlotinib 兩種顯像劑分別對H1975 細胞（L858R/T790M 突變）、HCC827 細胞（19 外顯子缺失突變）及A549 細胞（EGFR 野生型）鼠模型進行PET 顯像，結果顯示11C-erlotinib 在L858R/T790M 突變、EGFR 野生型的腫瘤區域均未見放射性攝取，而18F-afatinib 在3 種模型的移植瘤中均顯示滯留良好。可見afatinib 可以使T790M 突變的腫瘤顯影，但因其具有多靶性特點，缺乏特異性，無法成為EFGR 基因突變檢測理想的分子探針。

此外，用標記的單克隆分子可以與EGFR 突變蛋白外部結構域結合也可用于EGFR 的檢測。Perk LR 等[39]利用89Zr 標記了西妥昔單抗，并在細胞A431 移植瘤模型中發現EGFR 高表達的腫瘤組織攝取明顯高于周圍組織。Nayak TK 等[40，41]分別合成了86Y-CHX-A"-DTPA-帕尼單抗和89Zr-帕尼單抗兩種單克隆類分子探針，并建立不同EGFR 表達水平的腫瘤模型，再通過PET 顯像發現，EFGR 表達高的腫瘤區域對顯像劑的攝取明顯高于EGFR 表達低的腫瘤區域。單克隆類分子探針在體檢測EGFR 蛋白表達水平的具有一定的可行性，但是該類探針為大分子蛋白質，可能在人體內發生交叉免疫反應；此外，單克隆類分子探針只能局限于蛋白水平的檢測，無法直接顯示EGFR 基因的分布，也限制了其在臨床的應用。

5 總結

EGFR-TKIs 靶向治療能夠明顯改善晚期非小細胞肺癌患者的生活質量，18F-FDG PET/CT 作為分子影像學的代表在EGFR-TKIs 靶向治療中應用價值也得到了廣泛的認可，但仍有較大的發展空間。但PET/CT 對非小細胞肺癌患者的全面評估體系尚未有一個統一的標準，相關研究所包含的病例有不同的臨床階段、不同的病理類型，仍需標準化、大規模多中心的前瞻性研究提供更具說服力的數據。隨著分子探針的不斷研發，PET 分子影像將可以藥物在體內的分布及與全身病灶結合情況顯示出來，進而實現治療療效的動態監測、治療敏感性與治療耐受性的篩選。此外，圖像紋理分析、人工智能等技術在PET 的逐漸推廣，將為這一領域注入新的活力，帶來更多的嶄新的認識與發展。