環(huán)九肽標(biāo)記探針在腫瘤診斷及靶向治療中的研究進(jìn)展

陳 萱, 陳 鈺, 周 潔, 劉雪昂, 李瑋玲, 薛 璐, 陳道楨

(1. 南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院, 江蘇 連云港, 222023;2. 南京醫(yī)科大學(xué)附屬無(wú)錫婦幼保健院 中心實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 無(wú)錫, 214002)

影像學(xué)檢查是一種非侵入性的檢測(cè)腫瘤的重要方法，然而現(xiàn)階段影像學(xué)檢查難以實(shí)現(xiàn)腫瘤早期及特異性的診斷。分子成像技術(shù)可以進(jìn)行細(xì)胞學(xué)或基因水平上的疾病診斷。目前研究表明，腫瘤的發(fā)生發(fā)展與白介素11受體(IL-11R)表達(dá)有密切聯(lián)系, IL-11R高表達(dá)是腫瘤預(yù)后較差的一個(gè)特征。IL-11類(lèi)似物環(huán)九肽能夠特異性結(jié)合IL-11R。環(huán)九肽是一類(lèi)候選靶向單元，結(jié)構(gòu)清楚，易于合成，是分子顯像中良好的靶向探針。本研究針對(duì)環(huán)九肽的結(jié)構(gòu)特性和生物活性，以及環(huán)九肽標(biāo)記探針在腫瘤診斷及靶向治療中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 IL-11及其類(lèi)似物環(huán)九肽的理化結(jié)構(gòu)特性和生物活性

1.1 IL-11的理化結(jié)構(gòu)特性和生物活性

人IL-11是人體內(nèi)多功能的細(xì)胞趨化因子。隨著腫瘤機(jī)制的深層次的研究，相關(guān)細(xì)胞因子及趨化因子在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用逐漸被重視。人IL-11是一種cDNA編碼的由199個(gè)氨基酸所組成的前肽，包含一段21個(gè)氨基酸殘基所組成的疏水信號(hào)肽序列，相對(duì)分子質(zhì)量為23 000, 分子量為19.2 kDa[1]。IL-11富含亮氨酸及脯氨酸，為三維四螺旋束裝結(jié)構(gòu)。IL-11主要由間充質(zhì)來(lái)源的一些黏附細(xì)胞合成和分泌，主要包括基質(zhì)成纖維細(xì)胞、骨髓基質(zhì)細(xì)胞、滋養(yǎng)層細(xì)胞和人胚肺成纖維細(xì)胞等[2]。IL-11是一種在血細(xì)胞內(nèi)涉及到多條通路的多能細(xì)胞因子，其前體在體內(nèi)外均存在。

IL-11R是一種錨定于膜表面的糖蛋白，由α鏈(IL-11Rα)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)β鏈(IL-11Rb)兩條糖蛋白肽鏈組成，其中IL-11Rα能與IL-11特異性結(jié)合。研究[3-5]表明, IL-11識(shí)別并特異性結(jié)合IL-11Rα, 并與相應(yīng)IL-11Rb鏈(即跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)糖蛋白gp130)結(jié)合形成具有高度親和力的IL-11/IL-11Rα/gp130六聚復(fù)合體，激活下游以STAT3通路為主的Jak-STAT信號(hào)傳導(dǎo)途徑，磷酸化酪氨酸激酶，通過(guò)調(diào)節(jié)下游信號(hào)通路，最終發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)作用。IL-11對(duì)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)gp 130亞基具有依賴(lài)性[6], IL-11 與細(xì)胞上的特異性受體結(jié)合, gp 130亞基作為跨膜信號(hào)傳導(dǎo)的受體共聚物，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。

1.2 環(huán)九肽的理化結(jié)構(gòu)特性和生物活性

IL-11類(lèi)似物是人工合成的由半胱氨酰-甘氨酰-精氨酰-精氨酰-丙氨酰-甘氨酰-甘氨酰-絲氨酰-半胱氨酸[c(Cys-Gly-Arg-Arg-Ala-Gly-Gly-Ser-Cys, c(CGRRAGGSC)]共9個(gè)氨基酸組成的的環(huán)狀九肽，簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)九肽。小肽段代表一類(lèi)潛在候選靶向單元[7], 由于它們結(jié)構(gòu)清楚，易于合成，并且與較大的抗體和蛋白質(zhì)相比具有較快的循環(huán)清除速率。Arap等[8]應(yīng)用噬菌體展示技術(shù)發(fā)現(xiàn)環(huán)九肽具有與IL-11Rα結(jié)合的位點(diǎn)，可以靶向性特異結(jié)合IL-11Rα鏈。

2 環(huán)九肽在不同腫瘤中靶向診治的意義

目前乳腺癌常用診斷方法包括超聲、MRI和鉬靶等，其主要依據(jù)為乳腺癌形態(tài)學(xué)差異，相比功能學(xué)診斷有明顯的滯后性，使得多數(shù)乳腺癌患者發(fā)現(xiàn)時(shí)已為中晚期，錯(cuò)過(guò)了最佳治療時(shí)機(jī)。在乳腺癌治療中，藥物化療是重要的治療手段，但目前化療藥物容易引起心臟毒性，損傷心肌細(xì)胞[9]。目前的臨床靶向治療藥物療效仍然十分有限，常見(jiàn)包括HER-2陽(yáng)性乳腺癌靶向藥物，如曲妥珠單抗(赫塞汀)這類(lèi)靶向藥物可針對(duì)HER-2陽(yáng)性，但對(duì)三陰性乳腺癌治療效果不佳，且具有心臟毒性。與蒽環(huán)類(lèi)藥物不同，曲妥珠單抗對(duì)心功能的影響為非劑量相關(guān)的，且這種損傷通常表現(xiàn)為可逆性的心肌功能不全，并不引起無(wú)心肌壞死。此外，張健等[10]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌患者無(wú)論是經(jīng)赫塞汀聯(lián)合化療，還是乳腺癌單獨(dú)化療，均會(huì)導(dǎo)致其細(xì)胞免疫功能低下。因此缺乏早期特異性診斷和行之有效的靶向治療技術(shù)是乳腺癌診治效果欠佳的主要原因。

前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的發(fā)病主要特點(diǎn)包括較長(zhǎng)潛伏期和較強(qiáng)隱蔽性，故較難進(jìn)行臨床早期診斷。20世紀(jì)90年代以前，直腸指診是國(guó)內(nèi)前列腺癌最佳初篩方法，但經(jīng)指診發(fā)現(xiàn)的80%～90%前列腺癌已是T3期或T4期的晚期。血清前列腺特異性抗原(PSA)篩查及前列腺穿刺活檢的出現(xiàn)，提高了前列腺癌的早期診斷，以提前發(fā)現(xiàn)更多的T1期和T2期病例。但受限于檢測(cè)不夠直觀(guān)或操作困難，目前臨床仍以直腸指診為主，若能通過(guò)影像學(xué)方法診斷早期前列腺癌，可有效提高早期診斷效率。但目前生物制劑和一些化學(xué)藥物對(duì)腫瘤的靶向性還不能達(dá)到診治的需要，靶/非靶比值較低或藥效不明確，腫瘤部位的累積劑量難以實(shí)現(xiàn)理想的診療效果[11-13]。80%以上的前列腺癌患者容易發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，約70%的患者由于預(yù)后差，最終死于骨轉(zhuǎn)移。雄激素依賴(lài)性是前列腺癌另一顯著特點(diǎn)[14]，故晚期前列腺癌的有效療法常為雄激素阻斷治療，但最終可能進(jìn)展為非雄激素依賴(lài)型前列腺癌(AIPC), 嚴(yán)重影響治療。目前臨床上缺乏針對(duì)前列腺癌(尤其是AIPC)及骨轉(zhuǎn)移的靶向性殺傷藥物，發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的前列腺癌患者易因缺乏有效的干預(yù)治療手段而導(dǎo)致死亡。

HCC因發(fā)病隱匿，多數(shù)確診已失去根治機(jī)會(huì)。針對(duì)中晚期HCC患者，肝動(dòng)脈化療栓塞術(shù)(TACE)是一線(xiàn)治療方案，但多次TACE治療后常導(dǎo)癌灶處轉(zhuǎn)移傾向的增加[15]。靶向藥物的出現(xiàn)給中晚期患者帶來(lái)了新的希望，但目前常用的靶向藥物，如索拉菲尼、西妥昔單抗等藥物，長(zhǎng)期使用后，腫瘤必將出現(xiàn)耐藥性，導(dǎo)致疾病進(jìn)展[16-17]。因此，將IL-11類(lèi)似物作為靶向藥物，與化療藥物、放射性同位素等偶聯(lián)，通過(guò)受體配體的特異性結(jié)合將這些復(fù)合藥物內(nèi)化帶入到細(xì)胞內(nèi)，可減輕常規(guī)放化療所帶來(lái)的毒副反應(yīng)，提高抗癌效應(yīng)，從而提供新的途徑來(lái)診斷和治療腫瘤。

3 環(huán)九肽在不同腫瘤中的分子診斷中的研究

目前研究證明IL-11和IL-11R在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中起重要的作用，主要參與了腫瘤的生長(zhǎng)、分化和轉(zhuǎn)移，與一些惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

3.1 環(huán)九肽在乳腺癌中的研究

研究表明99Tcm標(biāo)記分子探針可以與人乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞的特異結(jié)合。MDA-MB-231細(xì)胞中IL-11R高表達(dá)，環(huán)九肽能與之相結(jié)合，且這種結(jié)合具有特異性和飽和性。研究證明，99Tcm標(biāo)記的環(huán)九肽能與乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞在體內(nèi)外特異性結(jié)合，為三陰性乳腺癌及高表達(dá)IL-11R的惡性腫瘤的診斷和靶向治療提供了理論依據(jù)。

MDA-MB-231細(xì)胞表達(dá)IL-11R的量為正常乳腺細(xì)胞MCF-10A細(xì)胞的6倍以上，通過(guò)免疫熒光實(shí)驗(yàn)證實(shí)99Tcm-DTPA-c(CGRRAGGSC)-FITC可特異性與MDA-MB-231細(xì)胞的胞質(zhì)和胞膜上IL-11結(jié)合; DTPA-c(CGRRAGGSC)能競(jìng)爭(zhēng)抑制99Tcm-DTPA-c(CGRRAGGSC)-FITC與MDA-MB-231細(xì)胞結(jié)合, MDA-MB-231細(xì)胞上IL-11R結(jié)合分子探針具飽和性[18]。

Wang W等[19]通過(guò)近紅外光學(xué)基團(tuán)和放射性核素雙重標(biāo)記環(huán)九肽，這種顯像劑在乳腺癌荷瘤裸鼠上通過(guò)近紅外和γ顯像進(jìn)行了研究并取得了成功[20-21]。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)雙標(biāo)記的分子探針在連接核素和光學(xué)示蹤劑后依然能與IL-11R靶向結(jié)合，并未改變其生物學(xué)功能。

3.2 環(huán)九肽在前列腺癌中的研究

IL11-R在前列腺癌尤其是骨轉(zhuǎn)移患者中呈高表達(dá)，且能與 IL-11 及其類(lèi)似物特異性結(jié)合[22-24]。澤萱[25]應(yīng)用Western blot半定量分析發(fā)現(xiàn)PC-3細(xì)胞中的IL-11R含量是正常前列腺上皮細(xì)胞的2.12倍，與Campbell等[26]研究結(jié)果一致。IL-11R作為前列腺癌原發(fā)灶和骨轉(zhuǎn)移模型中顯像和治療的靶點(diǎn)具有可行性。

吳清華等[27-28]對(duì)PC-3細(xì)胞體外特異結(jié)合進(jìn)行了初步研究，通過(guò)骨轉(zhuǎn)移裸鼠模型的建立及活體γ顯像，證實(shí)探針與骨轉(zhuǎn)移灶高親結(jié)合，但對(duì)肝、腎等正常組織無(wú)特異性結(jié)合[29], 其T/NT比值的較高，證實(shí)標(biāo)記探針能特異性結(jié)合高表達(dá)IL-11R的前列腺癌骨轉(zhuǎn)移灶。吳清華等[30]進(jìn)一步通過(guò)核素153Sm標(biāo)記環(huán)九肽，用間接法合成153Sm-DTPA-c(CGRRAGGSC)。采用四甲基偶氮唑藍(lán)(MTT)法檢測(cè)不同組對(duì)人前列腺癌Pc-3細(xì)胞24、48、72 h的生長(zhǎng)抑制作用; 用流式細(xì)胞儀分析48 h細(xì)胞凋亡及細(xì)胞周期變化; Western blot檢測(cè)藥物處理前及處理后48 h PC-3細(xì)胞中IL-11及IL-11R表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)153Sm-DTPA-c(CGRRAGGSC)能夠直接抑制人前列腺癌PC-3細(xì)胞生長(zhǎng)，并促進(jìn)IL-11R表達(dá)下調(diào)。IL-11R表達(dá)的下調(diào)反映在相應(yīng)信號(hào)通路上合成IL-11R-糖蛋白130(gp130)復(fù)合體減少，抑制了蛋白酪氨酸激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子與轉(zhuǎn)錄激活因子3(Jak-STAT3)信號(hào)通路上游蛋白表達(dá)，可能激發(fā)下游的凋亡旁路相關(guān)蛋白，促使腫瘤細(xì)胞凋亡。有望為前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的分子靶向診治提供一種新的手段。

3.3 環(huán)九肽在肝癌中的研究

周歡等[31]在研究中選用的經(jīng)典熒光染料FITC, 能夠快速特異性與DTPA-c(CGRRAGGSC)N端氨基結(jié)合，且不改變其生物學(xué)活性。通過(guò)免疫熒光劑核素顯像觀(guān)察均發(fā)現(xiàn)IL-11R主要集中在MHCC97H細(xì)胞的細(xì)胞膜和胞質(zhì)上。FITC雖然與小分子探針結(jié)合，但探針并未失去與肝癌細(xì)胞特意結(jié)合的生物活性，實(shí)驗(yàn)同時(shí)也證實(shí)核素與小分子探針結(jié)合后，仍保持與肝癌的高度親和性。人肝癌MHCC97H細(xì)胞的胞質(zhì)和胞膜的IL-11R是正常肝上皮7702細(xì)胞表達(dá)量的21倍，這種顯著差異可能與肝癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移有關(guān)，表明IL-11R可作為肝癌診斷和治療的潛在靶標(biāo)。

4 展 望

因非靶向藥物毒副作用高等一系列缺點(diǎn)，抗腫瘤靶向藥物得到廣泛應(yīng)用，極大地提高了腫瘤的治療效果，但和非靶向藥物一樣仍然存在一定程度的耐藥性。何琪楊[32]研究發(fā)現(xiàn)部分患者治療失敗，是因?yàn)樵谥委熀?6～12個(gè)月出現(xiàn)的耐藥性。腫瘤的異質(zhì)性是產(chǎn)生耐藥性的主要原因。有多種機(jī)制參與腫瘤細(xì)胞對(duì)靶向藥物的耐藥性，如靶點(diǎn)突變引起的耐藥性，激活靶向相關(guān)的信號(hào)通路引起耐藥性，腫瘤周?chē)h(huán)境引起的耐藥性及其他作用機(jī)制引起的耐藥性。因此腫瘤耐藥性和異質(zhì)性對(duì)腫瘤的精準(zhǔn)治療是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，需要在研發(fā)抗腫瘤靶向藥物的過(guò)程中加以關(guān)注。

針對(duì)此篇綜述中的環(huán)九肽標(biāo)記探針，如何避免環(huán)九肽的耐藥性是重要的研究方向?，F(xiàn)在常用的克服耐藥的方法一般是改進(jìn)制劑，如加入其他聯(lián)合藥物形成復(fù)合型的新型藥物，以及調(diào)整靶向性部分，改變關(guān)鍵作用位點(diǎn)，優(yōu)化多肽大小等?？朔邢蛩幬锬退幮缘乃幬镅邪l(fā)策略主要分為兩個(gè)重要方面: 一是對(duì)相關(guān)化合物進(jìn)行重構(gòu)和優(yōu)化，使腫瘤細(xì)胞不易產(chǎn)生耐藥性; 二是開(kāi)發(fā)具有不同作用機(jī)制的新藥[33]。

探求對(duì)腫瘤高特異性、高抑制率、低毒性，無(wú)創(chuàng)性、降低耐藥性且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)療效的分子靶向治療新技術(shù)，能夠直接殺滅原發(fā)灶的癌細(xì)胞，有效抑制腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移，減少患者因常規(guī)放化療所造成的痛苦，提高患者生活質(zhì)量和延長(zhǎng)壽命，具有重要實(shí)踐意義。