腫瘤免疫治療成像技術(shù)的研究進(jìn)展

許金霞，唐建斌

1.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院放射科，浙江 杭州 310003；2.浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院生物納米工程中心，浙江 杭州 310027

1 腫瘤免疫治療

腫瘤免疫治療是指通過免疫系統(tǒng)的被動(dòng)或主動(dòng)免疫來控制和殺滅腫瘤的一種治療方法。與傳統(tǒng)醫(yī)療手段在物理和化學(xué)層面上殺滅腫瘤細(xì)胞不同，腫瘤免疫療法通過增強(qiáng)機(jī)體免疫系統(tǒng)功能來控制和殺滅腫瘤，具有不良反應(yīng)小、特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［1］。根據(jù)治療原理的不同，免疫療法主要可分為非特異性免疫刺激、腫瘤疫苗、過繼細(xì)胞療法（adoptive cell transfer therapy，ACT）及免疫檢查點(diǎn)抑制劑等。其中，ACT和免疫檢查點(diǎn)抑制劑是當(dāng)前最主流的免疫療法。以嵌合抗原受體T細(xì)胞免疫療法（chimeric antigen receptor T cell immunotherapy，CAR-T）和腫瘤特異性T細(xì)胞受體改造的T細(xì)胞（T cell receptor engineered T cell，TCR-T）療法為代表的ACT，能夠通過識(shí)別腫瘤抗原特異性殺傷多種腫瘤細(xì)胞，已被多項(xiàng)臨床試驗(yàn)證實(shí)具有非凡的抗癌效果。CAR-T細(xì)胞治療藥物Kymriah已被美國食品藥品管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準(zhǔn)在臨床上治療白血?。?］。免疫檢查點(diǎn)抑制劑療法是指通過抑制免疫檢查點(diǎn)蛋白，激活免疫系統(tǒng)殺傷腫瘤的一種免疫療法［3］。目前，研究最多的免疫檢查點(diǎn)靶點(diǎn)為溶細(xì)胞性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4（cytolytic Tlymphocyte-associated antigen 4，CTLA-4）和細(xì)胞程序性死亡受體1（programmed death-1，PD-1）/程序性死亡受體的配體1（programmed death ligand 1，PD-L1），靶向它們的單克隆抗體已被證明具有很好的抗腫瘤效果。FDA已批準(zhǔn)了CTLA-4、PD-1及PD-L1的抗體用于治療晚期黑色素瘤、小細(xì)胞肺癌和轉(zhuǎn)移性膀胱癌等［4］。

2 腫瘤成像技術(shù)的發(fā)展

影像學(xué)技術(shù)是癌癥研究和臨床診斷必不可少的工具。過去幾十年中出現(xiàn)了大量新的影像學(xué)技術(shù)并獲得了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的影像學(xué)技術(shù)只能讓臨床醫(yī)師看到體內(nèi)腫瘤的位置和形貌，今后的影像學(xué)技術(shù)還將獲知腫瘤內(nèi)分子、細(xì)胞和生物過程，從而為腫瘤診斷提供全方位信息。影像系統(tǒng)復(fù)雜多樣，其驅(qū)動(dòng)能源可以為X線、正電子、光子和聲波。根據(jù)空間分辨率，可以分為宏觀、介觀和微觀成像。宏觀成像系統(tǒng)提供解剖和生理信息，已廣泛用于臨床和臨床前研究，包括CT、MRI和超聲；新興分子成像系統(tǒng)包括PET/CT、SPECT及熒光成像等只有少量臨床和臨床前應(yīng)用，大部分尚待進(jìn)一步研究。另外，多種成像方式結(jié)合的多模式成像也在快速發(fā)展［5］。

3 免疫治療成像技術(shù)的研究進(jìn)展

無論是臨床前還是臨床階段，通過無創(chuàng)成像技術(shù)及時(shí)評(píng)價(jià)腫瘤對(duì)治療的響應(yīng)、對(duì)成功研發(fā)和實(shí)施免疫治療至關(guān)重要。免疫治療成像主要用來追蹤免疫細(xì)胞在體內(nèi)的分布過程和評(píng)價(jià)免疫治療的效果和不良反應(yīng)等。以下介紹免疫PET、CT、MRI、光學(xué)成像及多模式成像等免疫成像技術(shù)的最新進(jìn)展。

3.1 免疫PET

免疫PET是一種先進(jìn)的分子成像技術(shù)，可以監(jiān)控免疫治療后的免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)和治療效果。然而，PET空間分辨率較低，臨床與臨床前使用的掃描裝置空間分辨率大約分別是1.83 mm和0.67 mm，難以實(shí)現(xiàn)微小結(jié)構(gòu)成像。最近，科學(xué)家們發(fā)明了一些新的PET成像試劑，并用于一些疾病模型的免疫治療研究中。例如，Keu等［6］發(fā)明了一種PET成像示蹤劑9-［4-（18F）氟-3-（羥甲基）丁基］鳥嘌呤，用來追蹤表達(dá)1型單純皰疹病毒胸腺嘧啶激酶和IL-13-zetakine CAR的工程化CD8+細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）。這種示蹤劑在實(shí)時(shí)追蹤C(jī)TL以評(píng)價(jià)膠質(zhì)瘤治療效果方面安全有效。免疫PET成像也用于評(píng)估針對(duì)腫瘤細(xì)胞表面標(biāo)記的抗體藥物的藥代動(dòng)力學(xué)［7］。Maute等［8］研發(fā)了6種PET放射性標(biāo)記的PD-1變體，即編碼一致的高親和力細(xì)胞死亡蛋白（HAC-PD1）示蹤劑，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)PD-L1表達(dá)的成像，而PD-L1與癌癥的免疫檢查點(diǎn)相關(guān)，這使得腫瘤早期檢測成為可能，同時(shí)也為篩選PD-L1抗體治療腫瘤提供了一種影像學(xué)方法。與之相似，PD-1胞外域蛋白也是一種PD-L1拮抗劑，與傳統(tǒng)的抗PD-L1抗體相比，其穿透腫瘤的能力及藥代動(dòng)力學(xué)均明顯改善，經(jīng)過PET放射性標(biāo)記也可用于體內(nèi)追蹤PD-L1的表達(dá)。Tavaré等［9］制備了一種89Zr-去鐵敏標(biāo)記的抗CD8半胱氨酸交聯(lián)-雙特異抗體PET造影劑，并用它追蹤體內(nèi)產(chǎn)生的CD8+T淋巴細(xì)胞，用于監(jiān)控抗原特異性ACT、激活抗體治療（抗CD137/4-1B13）以及免疫檢查點(diǎn)阻斷抗體治療（抗PD-L1）等免疫療法的響應(yīng)性。CD4+和CD8+T淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞在調(diào)節(jié)免疫方面發(fā)揮重要作用，檢測CD4+T淋巴細(xì)胞對(duì)監(jiān)控腫瘤的免疫治療具有重要意義。Freise等［10］制備了一種PET放射性標(biāo)記的抗鼠CD4抗體片段，發(fā)現(xiàn)其能有效追蹤淋巴結(jié)和脾臟中的CD4+T淋巴細(xì)胞。Li等［11］利用硫酸羥基丁二酰亞胺（NHS）-生物素-鏈霉親和素法標(biāo)記CD8+T淋巴細(xì)胞，然后利用89Zr-去鐵敏-生物素在PET下追蹤ACT時(shí)的CTL。研究者還制備了一種89Zrp-異硫氰酸酯苯基-去鐵敏-CD3 PET探針來檢測小鼠克隆腫瘤模型中T淋巴細(xì)胞的募集，作為免疫治療響應(yīng)的標(biāo)志［12］。此外，研究者利用氧化鐵/放射性鎵標(biāo)記疫苗用于SPECT(67Ga)或PET(68Ga)成像，用以評(píng)估體內(nèi)外蛋白抗原卵清蛋白（ovalbumin，OVA）和Toll樣受體9（Tolllike receptor 9，TLR9）激活劑CpG在體內(nèi)的有效分布［13］。

3.2 免疫CT

與PET相比，CT具有更高的空間分布，在腫瘤免疫成像方面具有更廣泛的應(yīng)用前景。為有效實(shí)現(xiàn)免疫成像，科學(xué)家們需對(duì)免疫細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記或者開發(fā)免疫造影劑。Jiao等［14］將金納米顆粒與靶向腫瘤的抗GD2抗體結(jié)合，制備了一種有潛力的診療試劑，它可以增強(qiáng)CT對(duì)比度，并刺激自然殺傷細(xì)胞（NK）對(duì)神經(jīng)母細(xì)胞瘤及黑色素瘤的攻擊。Meir等［15］利用膠體金標(biāo)記表達(dá)黑色素瘤特異性T細(xì)胞受體的T細(xì)胞，并利用CT追蹤T細(xì)胞在體內(nèi)的分布、遷移及動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)膠體金標(biāo)記并不影響細(xì)胞的活性和繁殖，而且CT成像能與熒光標(biāo)記T細(xì)胞的熒光成像高度吻合，表明膠體金標(biāo)記的CT成像能很好地在體內(nèi)追蹤免疫細(xì)胞。該研究小組進(jìn)一步通過在金納米顆粒表面標(biāo)記PD-L1抗體，構(gòu)建了免疫診療一體化納米顆粒（a-PDL1-GNP）。此納米顆粒不僅能夠以較低劑量治療腫瘤，還能在48 h內(nèi)通過CT成像顯示a-PDL1-GNP在不同腫瘤內(nèi)的蓄積情況，發(fā)現(xiàn)納米顆粒蓄積的多少與腫瘤生長抑制明顯相關(guān)，表明免疫檢測點(diǎn)靶向CT成像能夠用來預(yù)測腫瘤對(duì)免疫治療的響應(yīng)性。

3.3 免疫M(jìn)RI

MRI無放射損傷且具有高軟組織分辨率，結(jié)合造影劑可以進(jìn)一步提高其診斷疾病的靈敏度。因此，MRI是體內(nèi)追蹤免疫細(xì)胞和評(píng)估免疫治療效果的一種理想成像方法［16］。超順磁氧化鐵納米顆粒（superparamagnetic iron oxide nanoparticle，SPION）被用于標(biāo)記多種免疫細(xì)胞，用來追蹤免疫細(xì)胞和評(píng)價(jià)免疫治療效果等［17-18］。例如，Li等［19］利用聚賴氨酸修飾的SPION標(biāo)記從預(yù)先免疫的GL261惡性膠質(zhì)瘤小鼠脾臟中提取的CD8+T淋巴細(xì)胞，注射到體內(nèi)24 h后，在3.0 T MRI T2WI序列上能夠清晰看到小鼠腦內(nèi)腫瘤附近的黑色小點(diǎn)，表明T細(xì)胞能夠被SPION有效標(biāo)記，并能在體內(nèi)被成功追蹤。Wu等［20］通過聚天冬氨酸-b-聚己內(nèi)酯修飾SPION獲得了一種120 nm左右的納米團(tuán)簇，這種納米團(tuán)簇的橫向弛豫率高達(dá)335.6 Fe·L/（mmol·s），并具有良好的生物相容性，能夠追蹤樹突狀細(xì)胞（DC）在淋巴系統(tǒng)的遷移。19F標(biāo)記MRI造影劑也被開發(fā)用來在體內(nèi)追蹤樹狀細(xì)胞等免疫細(xì)胞，其中一種含全氟碳聚合物的水溶性納米乳液（CS-1000）已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段［21-22］。釓螯合物作為一種T1造影劑也被用來標(biāo)記示蹤免疫細(xì)胞，但是其靈敏度低于SPION, 需要約103個(gè)細(xì)胞才能被檢測。發(fā)展納米形態(tài)的釓造影劑，提高每個(gè)顆粒中釓的含量和弛豫率可以提高其靈敏度［23］。MRI除追蹤免疫細(xì)胞外，還可用來評(píng)價(jià)免疫治療效果。免疫治療與傳統(tǒng)療法相比，其腫瘤體積生長抑制反應(yīng)比較慢，通常需要兩個(gè)多月才能觀察到明顯的腫瘤體積縮小，因此傳統(tǒng)的實(shí)體瘤療效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（Response Evaluation Criteria in Solid Tumors，RECIST）不適用于免疫治療［24］。如何快速評(píng)價(jià)腫瘤患者對(duì)免疫治療的響應(yīng)是目前面臨的一大挑戰(zhàn)。釓造影劑如1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷-1，4，7，10-四乙酸釓鹽（Gd-DOTA）可用作增強(qiáng)MRI造影劑，實(shí)時(shí)監(jiān)控腫瘤免疫治療后的血管變化，為評(píng)價(jià)免疫治療效果提供參考［25］。

3.4 光學(xué)成像探針

光學(xué)成像的靈敏度高，在監(jiān)測免疫細(xì)胞動(dòng)力學(xué)方面有一定優(yōu)勢，但受光穿透組織深度的限制難以實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用。盡管如此，其在揭示腫瘤細(xì)胞與免疫細(xì)胞相互作用、評(píng)估療效等方面具有很大的潛力。例如，Qi等［26］利用多種顏色的熒光素標(biāo)記腫瘤微環(huán)境，實(shí)時(shí)研究聯(lián)合ACT和環(huán)磷酰胺治療黑色素瘤時(shí)腫瘤細(xì)胞微環(huán)境的改變，為優(yōu)化免疫治療與化療聯(lián)合方案提供了依據(jù)。Liu等［27］利用近紅外熒光量子點(diǎn)標(biāo)記與疫苗融合后的同種異體樹突狀細(xì)胞進(jìn)行體內(nèi)實(shí)時(shí)成像，觀察到了腫瘤融合疫苗對(duì)胃癌的治療效果。Rahimian等［28］將近紅外熒光量子點(diǎn)連接到包裹OVA的聚合物納米顆粒上以追蹤抗原在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，證明納米顆粒能夠?qū)⒖乖行У亟徊娉蔬f給淋巴結(jié)內(nèi)OVA特異性CD8+T淋巴細(xì)胞。最近，Ma等［29］在應(yīng)用單克隆抗體對(duì)HTC-116人結(jié)腸癌細(xì)胞移植瘤模型進(jìn)行免疫治療后，用蘭尼單抗［抗血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）抗體的Fab片段］與熒光染料的鍵合物Dye755-Ran來檢測VEGF表達(dá)，實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)腫瘤對(duì)免疫治療的響應(yīng)［29］。

3.5 多模式成像探針

如前所述，各種成像模式在原理和反映的信息方面各有不同，而多模式成像在應(yīng)用上具有互補(bǔ)性，可以獲得反映免疫治療效果和不良反應(yīng)的大量數(shù)據(jù)。例如，Vahle等［30］最近用氟代脫氧葡萄糖（fluorodeoxyglucose，F(xiàn)DG）-PET/CT和FDG-PET/MRI等方法在小鼠模型中評(píng)價(jià)抗CD137免疫治療單克隆抗體的抗癌效果，發(fā)現(xiàn)多模式成像能夠精準(zhǔn)評(píng)價(jià)腫瘤對(duì)免疫治療的響應(yīng)。Wachsmann等［31］通過18F-FDG PET/CT研究藥物伊匹單抗（Ipilimumab）對(duì)轉(zhuǎn)移性黑色素瘤的治療效果，發(fā)現(xiàn)了與免疫不良反應(yīng)包括胰腺炎、下垂體炎、甲狀腺炎及結(jié)腸炎等相關(guān)的FDG異常吸收。另外，18F-FDG PET/CT結(jié)合MRI擴(kuò)散加權(quán)成像也可以有效地預(yù)測利妥昔單抗免疫治療黏膜層淋巴組織中淋巴結(jié)外淋巴瘤的治療效果［32］。Kim等［33］最近在近紅外熒光分子Aza-BODIPY上鍵合兩個(gè)釓螯合物，構(gòu)建了一種MRI和熒光雙功能探針，利用該探針聯(lián)合MRI和近紅外熒光成像可以實(shí)時(shí)追蹤小鼠樹突狀細(xì)胞的體內(nèi)行為。將多種成像功能單元與納米材料結(jié)合是構(gòu)建多功能成像單元的一種最常用方法，甚至還可以將成像單元與治療功能結(jié)合制備診療一體化的多功能探針。例如，Jin等［34］制備了載有抗原肽、SPION及吲哚菁綠的熒光磁性納米顆粒，利用磁推力的作用增加納米顆粒在腫瘤中的富集，增強(qiáng)免疫治療效果，并通過體內(nèi)外光學(xué)成像與MRI相結(jié)合來實(shí)時(shí)檢測樹突狀細(xì)胞疫苗在淋巴系統(tǒng)內(nèi)的遷移。

4 結(jié)論與展望

免疫治療需要實(shí)時(shí)追蹤免疫細(xì)胞和評(píng)價(jià)腫瘤對(duì)免疫治療的響應(yīng)性，傳統(tǒng)的影像學(xué)技術(shù)難以滿足需求。近年來，免疫PET、CT、MRI和光學(xué)成像等取得了大量研究進(jìn)展，在免疫細(xì)胞追蹤和免疫治療評(píng)價(jià)等方面展示了廣闊的應(yīng)用前景。特別是優(yōu)勢互補(bǔ)的多模式成像在綜合評(píng)價(jià)免疫治療方面能夠發(fā)揮巨大作用。但是，這些免疫成像技術(shù)大多基于新型影像探針，還需進(jìn)一步驗(yàn)證它們的安全性和有效性，才能進(jìn)入臨床應(yīng)用。目前，臨床上根據(jù)RECIST來評(píng)估腫瘤對(duì)治療的響應(yīng)性。然而，免疫治療與細(xì)胞毒性化療完全不同，在治療初期會(huì)出現(xiàn)臨床癥狀穩(wěn)定甚至短暫的腫瘤增大或出現(xiàn)新病變，隨后才發(fā)生腫瘤縮小或持續(xù)穩(wěn)定。免疫治療完全不同的響應(yīng)方式導(dǎo)致RECIST標(biāo)準(zhǔn)不適用于腫瘤免疫治療。因此，新的針對(duì)免疫治療的影像學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)亟待建立。