核素標(biāo)記小分子多肽靶向診治腫瘤新生血管的應(yīng)用研究進(jìn)展*

龐小溪 霍焱 王榮福

·專家論壇·

核素標(biāo)記小分子多肽靶向診治腫瘤新生血管的應(yīng)用研究進(jìn)展*

龐小溪 霍焱 王榮福

王榮福教授，醫(yī)學(xué)和藥學(xué)博士，主任醫(yī)師、博士生導(dǎo)師。全國“核技術(shù)及應(yīng)用”重點(diǎn)學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人，第十屆國家藥典委員和國家科學(xué)技術(shù)獎勵評審專家。現(xiàn)任北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部核醫(yī)學(xué)系、北京大學(xué)第一醫(yī)院和北京大學(xué)國際醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科主任，北京大學(xué)第一臨床學(xué)院—美國霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子影像中心主任。主要從事分子與臨床核醫(yī)學(xué)，腫瘤靶向核素診治、甲狀腺疾病核素診治，放射免疫顯像與治療，受體、反義與基因及腫瘤新生血管顯像、放射性藥物研發(fā)及PET、PET/CT、PET/MR和SPECT、SPECT/CT、SPECT/MR技術(shù)與臨床應(yīng)用研究等。全國高建委名醫(yī)名院發(fā)展促進(jìn)專業(yè)委員會核醫(yī)學(xué)專業(yè)主任委員，中國醫(yī)學(xué)裝備協(xié)會核醫(yī)學(xué)裝備與技術(shù)專業(yè)委員會副主任委員，中國腫瘤影像專業(yè)委員會和中國核學(xué)會核醫(yī)學(xué)分會副主任委員等學(xué)術(shù)團(tuán)體常委。美國J Mol Biol Techniques主編，《中國當(dāng)代醫(yī)藥》欄目主編，《標(biāo)記免疫與臨床雜志》副主編；《同位素》、《國際放射醫(yī)學(xué)核醫(yī)學(xué)》和《中國癌癥防治雜志》常務(wù)編委；《癌癥》等國內(nèi)等外學(xué)術(shù)期刊編委。承擔(dān)多項(xiàng)國家和部委級課題，主編教材13部和專著3部，發(fā)表400余篇論文（SCI論文40余篇），獲3項(xiàng)中國發(fā)明專利和4項(xiàng)部委級成果獎。

早期診斷、精準(zhǔn)治療可以明顯改善惡性腫瘤患者的預(yù)后。有研究發(fā)現(xiàn)腫瘤新生血管不僅在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著極其關(guān)鍵的作用，也是腫瘤診治的重要靶點(diǎn)。特定序列的多肽可以特異地靶向腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞上的特定分子。放射性核素標(biāo)記這類小分子多肽所制備的分子探針在腫瘤診治方面具有優(yōu)勢。本文將以我們的研究成果為主，闡述放射性核素標(biāo)記小分子多肽RGD及RRL在靶向腫瘤新生血管的顯像與治療方面的應(yīng)用研究進(jìn)展。

腫瘤新生血管 RGD肽 氨酰-甘氨酰-天冬氨酸 αvβ3

2015年中國新發(fā)429.20萬例侵襲性惡性腫瘤，死亡281.40萬例［1］。惡性腫瘤的診治問題一直困擾人類，雖然各國已經(jīng)投入巨大人力、物力，卻始終未見根本改善。近些年研究發(fā)現(xiàn)放射性核素標(biāo)記特定序列的小分子多肽可以特異性靶向腫瘤新生血管，實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)條件下動態(tài)監(jiān)視腫瘤新生血管以及反映腫瘤生長情況，同樣也實(shí)現(xiàn)了腫瘤原發(fā)病灶及轉(zhuǎn)移病灶的靶向內(nèi)照射治療，并取得顯著效果。

1 腫瘤新生血管及其靶點(diǎn)

腫瘤新生血管（angiogenesis）是指源于周圍正常血管，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(xì)血管組織，為腫瘤細(xì)胞無限增殖及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移提供必需的氧氣及營養(yǎng)物質(zhì)，帶走代謝廢物［2］。它是維持惡性腫瘤生長的必要條件，對腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移起著十分關(guān)鍵的作用［3］，也是腫瘤診治的重要靶點(diǎn)［3］。腫瘤新生血管的結(jié)構(gòu)及功能均顯著異于正常血管，腫瘤新生血管不規(guī)則、管腔擴(kuò)張、管壁薄、少量細(xì)胞覆蓋、內(nèi)皮不連續(xù)且常有腫瘤細(xì)胞嵌入其中，主要分布于腫瘤生長活躍的邊緣區(qū)，部分則分布于瘤體內(nèi)。研究證實(shí)腫瘤區(qū)血管密度可達(dá)正常組織的50～200倍，高度血管生成的腫瘤患者一般預(yù)后較差［4］。靶向腫瘤新生血管的優(yōu)點(diǎn)有藥物直接接觸內(nèi)皮細(xì)胞，可減少血藥濃度；破壞少部分腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞使腫瘤細(xì)胞缺血壞死；不同腫瘤的血管內(nèi)皮存在共性，拓寬了靶向腫瘤藥物的疾病譜，且不易產(chǎn)生耐藥性。理想的腫瘤新生血管診治靶點(diǎn)應(yīng)該是位于血管腔面高度增殖的內(nèi)皮細(xì)胞上，在正常的內(nèi)皮細(xì)胞上低表達(dá)甚至不表達(dá)。

核素標(biāo)記靶向分子探針種類繁多，近年來利用放射性核素標(biāo)記具有靶向腫瘤新生血管多肽實(shí)現(xiàn)放射免疫顯像（radioimmunoimaging，RII）及放射免疫治療（radioimmunotherapy，RIT）的研究報(bào)道較多，尤其多肽受體放射性核素治療（peptide receptor radionuclide therapy，PRRT），相比于傳統(tǒng)化療、靶向治療以及外照射放療，更是具有顯著優(yōu)勢［5-7］。

核素標(biāo)記小分子多肽類探針（＜50個氨基酸）具有廣泛應(yīng)用前景，其優(yōu)點(diǎn)包括合成、修飾、放射性標(biāo)記及容易純化，化學(xué)方法可優(yōu)化探針與靶點(diǎn)親和力，無毒性及免疫源性，正常組織器官清除快，腫瘤靶向表現(xiàn)良好；經(jīng)修飾后其藥動學(xué)特點(diǎn)及顯像性質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)抗體及其片段，是較為理想的診治手段，應(yīng)用前景非常廣闊。近年來本研究團(tuán)隊(duì)聚焦在核素標(biāo)記小分子多肽即精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽（RGD）和精氨酸-精氨酸-亮氨酸肽（RRL）在靶向腫瘤新生血管顯像與治療方面的研究。

2 精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽

細(xì)胞黏附分子分布于胞外基質(zhì)或細(xì)胞表面，可以介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)間的相互聯(lián)絡(luò)，包括：整合素家族、免疫球蛋白超家族、選擇素家族、鈣離子依賴的細(xì)胞黏附素家族、透明質(zhì)酸黏素。整合素作為細(xì)胞黏附分子家族的重要成員之一，其結(jié)構(gòu)為異二聚體跨膜糖蛋白。整合素αvβ3是24種整合素中最為重要的一員，在腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞及多種實(shí)體瘤的細(xì)胞表面高表達(dá)，而在健康人成熟的血管內(nèi)皮細(xì)胞和絕大多數(shù)正常組織器官中則呈低表達(dá)、甚至不表達(dá)，它在血管生成及腫瘤轉(zhuǎn)移浸潤方面起著重要的作用［8-9］，是目前研究熱點(diǎn)之一。小分子多肽精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列（RGD）可以靶向結(jié)合于腫瘤細(xì)胞表面整合素αvβ3受體，從而作為體內(nèi)RGD肽類物質(zhì)的競爭性抑制劑，抑制腫瘤遷移和腫瘤新生血管生成，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡［10］。

近年來，各國學(xué)者對RGD肽給予高度的關(guān)注，一直為研究的熱點(diǎn)之一。本研究團(tuán)隊(duì)以及其他學(xué)者利用放射性核素锝［99mTc］和碘［131I］標(biāo)記RGD肽進(jìn)行腫瘤新生血管的顯像與治療的研究，證實(shí)環(huán)狀RGD（cRGD）更為穩(wěn)定、特異性及親和力亦更強(qiáng)，對腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞的抑制作用可增強(qiáng)10～200倍［11］，且放射性核素標(biāo)記未對其產(chǎn)生不利影響［12］。Liu等［13］及Mercier等［14］用一步法實(shí)現(xiàn)18F標(biāo)記RGD多肽，此標(biāo)記方法及純化過程簡便、易行、快捷，放射性核素顯像可見腫瘤病灶放射性攝取明顯增高，提示具有較好的靶向性。最近已有報(bào)道將99mTc-3PRGD2應(yīng)用于臨床非小細(xì)胞肺癌患者的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移診斷，與18FFDG PET/CT的對比研究中，也表現(xiàn)出了較高的特異性［15］。有學(xué)者對cRGD進(jìn)行糖基化修飾后與不同的雙功能螯合劑進(jìn)行螯合，而后進(jìn)行銅［64Cu］標(biāo)記，結(jié)果表明糖基化的cRGD親和力明顯高于一般環(huán)狀cRGD，且采用雙功能偶聯(lián)劑NOTA螯合效果最優(yōu)［16］。有學(xué)者應(yīng)用核素標(biāo)記RGD肽實(shí)現(xiàn)影像引導(dǎo)下腫瘤的精準(zhǔn)光動力治療［17］。

通過計(jì)算機(jī)模擬軟件篩選出能與整合素αvβ3受體高特異性結(jié)合的cRGD結(jié)構(gòu)，改造后制備成二聚體c（RGD）2，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示，完成99mTc標(biāo)記及后續(xù)相關(guān)試驗(yàn)。結(jié)果表明該cRGD結(jié)構(gòu)能夠較好的被99mTc標(biāo)記，各項(xiàng)質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)符合要求，可以與整合素αvβ3受體特異性結(jié)合。

131I標(biāo)記RGD肽二聚體的藥代動力學(xué)及急性毒性研究的結(jié)果證明二硫鍵成環(huán)的c（RGD）2多肽標(biāo)記方便、標(biāo)記率高，具有良好的藥代動力學(xué)特點(diǎn)，且急性毒性試驗(yàn)未見不良反應(yīng)［18］。131I-c（RGD）2肽進(jìn)行黑色素瘤荷瘤小鼠體內(nèi)分布與顯像實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示24h腫瘤/肌肉（T/M）放射性比值為6.34，腫瘤/血液（T/B）放射性比值為1.1，腫瘤顯影清晰，有較高的放射性濃聚［19］，表明黑色素瘤及其它腫瘤［20］可以特異性攝取131I-c（RGD）2，實(shí)現(xiàn)腫瘤新生血管的靶向顯像，并可在腫瘤部位保持一定時間。在131I-c（RGD）2靶向治療腫瘤的研究中，證實(shí)131I-c（RGD）2能抑制荷黑色素瘤小鼠腫瘤的生長，對黑色素瘤治療具有潛在的價(jià)值［21］。

盡管RGD肽的結(jié)構(gòu)修飾研究已經(jīng)進(jìn)展到八聚體的結(jié)構(gòu)及與其它生物分子構(gòu)建為多模態(tài)腫瘤新生血管分子成像配體的階段，但是RGD肽作為小分子多肽配體主要存在的問題是正常肝、腎組織的攝取較多。

大量研究表明，核素標(biāo)記經(jīng)過不同修飾的RGD肽能夠明確地實(shí)現(xiàn)腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞上αvβ3受體的靶向顯像以及治療，并且已經(jīng)進(jìn)入臨床研究階段，所取得結(jié)果也表明其具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

3 精氨酸-精氨酸-亮氨酸肽

2000年Brown等［22］用大腸桿菌肽展示文庫獲得與腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞特異性表面標(biāo)志物結(jié)合的多肽序列RRL（Cys-Gly-Gly-Arg-Arg-Ile-Gly-Gly-Cys）。2005年Weller等［23］將氣體微泡（microbubbles，MB）連接于RRL，制得RRL-MB，并在腫瘤新生血管靶向超聲顯像中證明了RRL-MB優(yōu)先結(jié)合于腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞。2009年王榮福教授研究團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)了RRL的結(jié)構(gòu)，便于放射性核素碘標(biāo)記，并獲得專利［24］（圖2），該探針已入選美國分子探針數(shù)據(jù)庫。本課題組在131I、99mTc-RRL的腫瘤模型動物顯像研究中發(fā)現(xiàn)肝、腎滯留較少，優(yōu)于RGD多肽，且RRL多肽探針對前列腺癌模型裸鼠顯像效果肯定［25-27］。2011年至2014年，本研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證實(shí)了131I-RRL在黑色素瘤、肝癌、肺癌等不同腫瘤模型裸鼠中均有陽性顯像效果，并在機(jī)制上進(jìn)行了初步研究，考慮血管內(nèi)皮生長因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）是其可能的結(jié)合位點(diǎn)之一［28-30］，且首次發(fā)現(xiàn)RRL不僅能夠與腫瘤來源的內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合，而且能夠與腫瘤實(shí)質(zhì)細(xì)胞結(jié)合［31］。但在進(jìn)一步對RRL結(jié)構(gòu)改造研究中未見腫瘤攝取率明顯提高［32］。

順應(yīng)臨床應(yīng)用研究需求，研發(fā)正電子核素標(biāo)記分子探針或放射性藥物是當(dāng)前世界分子影像領(lǐng)域的熱門課題之一。本團(tuán)隊(duì)再次對RRL結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修飾和改造（圖3）。目前本團(tuán)隊(duì)正在嘗試用不同正電子核素如氟［18F］、鎵［68Ga］和銅［64Cu］標(biāo)記RRL，以期實(shí)現(xiàn)PET成像。18F標(biāo)記的正電子藥物在當(dāng)今分子影像中占據(jù)重要地位，具有明顯的優(yōu)勢，應(yīng)用最為廣泛，但18F標(biāo)記技術(shù)較復(fù)雜，難度較大，我們借鑒國際最新標(biāo)記研究成果［33-34］，利用雙功能耦合劑NOTA，進(jìn)行一步法標(biāo)記，現(xiàn)已取得階段性進(jìn)展。68Ga由68Ge/68Ga發(fā)生器生產(chǎn)，不依賴加速器，制備方便，標(biāo)志著加速器不再是PET的必選項(xiàng)，從而大大減輕成本和制藥時間。68Ga的物理半衰期為67.6 min，正電子衰變占89%，優(yōu)良的物理性質(zhì)使其在正電子核素標(biāo)記小分子探針領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)68Ga標(biāo)記RRL，即將開展相關(guān)后續(xù)實(shí)驗(yàn)及臨床應(yīng)用研究。64Cu物理性質(zhì)特殊，可發(fā)生多種衰變方式，包括β+（17.86%），β-（39%），電子俘獲（43.08%）以及其它衰變方式，且其半衰期較長（T1/2=12.7 h），可以連續(xù)數(shù)天顯像，實(shí)現(xiàn)動態(tài)觀察?？梢岳?4Cu標(biāo)記的分子探針中的β+衰變可用于PET顯像，β-衰變產(chǎn)生的能量以及借助標(biāo)記藥物本身的靶向性對腫瘤進(jìn)行生物靶向放射治療［35］。64Cu核素生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜，雖然在北美已經(jīng)產(chǎn)品化投入市場，但國內(nèi)尚處于起步探索階段，有幸獲得64Cu正電子核素，并進(jìn)行了64Cu標(biāo)記RRL的初步探索，這也將為國內(nèi)今后64Cu標(biāo)記小分子多肽積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。64Cu標(biāo)分子探針在許多方面優(yōu)于131I，故值得期待和深入試驗(yàn)研究驗(yàn)證。

我們已經(jīng)完成RRL多肽的不同核素標(biāo)記、顯像、治療及相關(guān)臨床前試驗(yàn)，并取得令人滿意的結(jié)果，將適時進(jìn)行更加深入的研究，以盼早日進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。

4 展望

近期已有學(xué)者嘗試核素標(biāo)記雙靶點(diǎn)分子探針，這種探針改善了其生物分布［36］，同時對于腫瘤的原發(fā)病灶及轉(zhuǎn)移病灶顯像的敏感度和特異度明顯優(yōu)于單靶點(diǎn)分子探針［37］，部分甚至已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)［38-39］。另外也有許多團(tuán)隊(duì)致力于多模態(tài)分子影像探針的開發(fā)［40］，這些均為未來發(fā)展的重要方向。

建立在高度特異且親和力高的分子探針基礎(chǔ)之上的RII及RIT將能改變現(xiàn)存腫瘤診治思維模式，優(yōu)化治療策略，實(shí)現(xiàn)腫瘤的精準(zhǔn)醫(yī)療［41］。

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（2016-09-27收稿）

（2016-11-13修回）

（編輯：周曉穎 校對：鄭莉）

Progress on radionuclide-labeled small peptides in targeting tumor angiogenesis

Xiaoxi PANG,Yan HUO,Rongfu WANG

Department of Nuclear Medicine,Peking University First Hospital,Beijing 100034,China

This work was supported by the National Major Scientific Instruments and Equipment Development Projects(No.2011YQ03011409) and Five-year National Support Project Funds(No.2014BAA03B03)

Rongfu WANG;E-mail:rongfu_wang@163.com

Early diagnosis and precision medicine generally show significant differences in the prognosis of patients with carcinoma. Angiogenesis not only plays a key role in tumor pathophysiology but also acts as an important drug target.Peptides with specific sequences can target specific molecules on the endothelial cellular membrane during tumor angiogenesis.Radionuclide-labeled molecular probes exhibit many advantages in oncotherapy.This article focuses on the progress of radionuclide-labeled RGD and RRL in radioimmunoimaging and radioimmunotherapy targeting tumor angiogenesis.

tumor angiogenesis,RGD peptide,RRL,αvβ3

10.3969/j.issn.1000-8179.2017.02.124

北京大學(xué)第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科（北京市100034）

*本文課題受：國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)（編號：2011YQ03011409）和十二·五國家支撐項(xiàng)目基金（編號：2014BAA03B03）資助

王榮福rongfu_wang@163.com

龐小溪 專業(yè)方向?yàn)榉肿雍酸t(yī)學(xué)。

E-mail：frankpang@foxmail.com