靶向免疫檢查點(diǎn)PD-1/PD-L1的腫瘤分子影像學(xué)研究進(jìn)展

邢巖 趙晉華

上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 200080

近年來(lái)，免疫治療成為繼手術(shù)、放療、化療及靶向治療之后一種全新的腫瘤治療模式。腫瘤免疫治療通過(guò)調(diào)節(jié)、激活免疫系統(tǒng)，從而殺滅或控制腫瘤[1]。在腫瘤免疫治療的研究進(jìn)展中，免疫檢查點(diǎn)抑制劑，尤其是程序化細(xì)胞死亡受體-1（programmed cell death-1, PD-1）/程序化細(xì)胞死亡配體-1（programmed cell death ligand-1, PD-L1）抑制劑受關(guān)注最多。

研究顯示，免疫檢查點(diǎn)如PD-1/PD-L1的表達(dá)水平與腫瘤預(yù)后不良以及腫瘤免疫治療效果有關(guān)[2]。分子影像學(xué)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)腫瘤生物靶點(diǎn)，準(zhǔn)確評(píng)估腫瘤生物靶點(diǎn)表達(dá)的動(dòng)態(tài)變化情況。分子影像學(xué)技術(shù)，如PET、SPECT、MRI及光學(xué)成像已被用于腫瘤免疫檢查點(diǎn)顯像的臨床前及臨床研究[3]。筆者總結(jié)了近年來(lái)在腫瘤分子影像學(xué)領(lǐng)域關(guān)于PD-1/PD-L1免疫檢查點(diǎn)的研究進(jìn)展。

1 PD-1/PD-L1抑制劑在腫瘤免疫治療中的作用

PD-1是由288個(gè)氨基酸組成的細(xì)胞膜表面分子，是CD28家族成員之一，是一類(lèi)重要的免疫檢查點(diǎn)受體，主要表達(dá)于激活的T細(xì)胞、B細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞表面，在腫瘤免疫逃逸過(guò)程中發(fā)揮重要作用[4]。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的PD-1配體包括PD-L1和PD-L2，其中PD-L1是其最主要的配體。PD-L1是一種相對(duì)分子質(zhì)量為40的跨膜蛋白，廣泛表達(dá)于活化的T細(xì)胞、B細(xì)胞、抗原提呈細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等。在多種類(lèi)型的腫瘤，如乳腺癌、非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC)、胃癌、結(jié)直腸癌、腎癌、膀胱癌等組織中也可檢測(cè)到PD-L1表達(dá)，并且高于正常組織的PD-L1表達(dá)水平[5]。

在正常人體內(nèi)，PD-1/PD-L1信號(hào)通路對(duì)維持機(jī)體免疫平衡起重要作用。在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，PD-1/PD-L1信號(hào)通路被異常激活，抑制腫瘤抗原的特異性T細(xì)胞活化，抑制T細(xì)胞受體信號(hào)傳遞，下調(diào)抗凋亡分子和炎癥因子表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞逃離機(jī)體免疫系統(tǒng)的監(jiān)視，促進(jìn)腫瘤快速增殖、轉(zhuǎn)移[6]。

有針對(duì)性地阻斷PD-1/PD-L1信號(hào)通路，解除T細(xì)胞活性受抑制狀態(tài)，促進(jìn)T細(xì)胞活化，能夠達(dá)到內(nèi)源性抗腫瘤效應(yīng)。目前已有多個(gè)PD-1/PD-L1單抗藥物上市或進(jìn)入臨床試驗(yàn)。例如美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局在2014年批準(zhǔn)上市應(yīng)用于晚期黑色素瘤的納武單抗（Nivolumab）和派姆單抗（Pembrolizumab）以及2018年9月批準(zhǔn)上市用于治療皮膚鱗狀細(xì)胞癌的Cemiplimab，都是靶向PD-1的人源化單克隆抗體。美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局在2016年批準(zhǔn)上市了用于治療特定類(lèi)型膀胱癌的靶向PD-L1阿特朱單抗（Atezolizumab），在2017年批準(zhǔn)了另兩個(gè)PD-L1抑制劑得瓦魯單抗（Durvalumab）和阿維魯單抗（Avelumab）[7-9]。

2 PD-1/PD-L1檢測(cè)的臨床意義

2016 年，Antonia 等[10]進(jìn)行的一項(xiàng)評(píng)估 Nivolumab單藥或Nivolumab聯(lián)合Ipilimumab治療復(fù)發(fā)性小細(xì)胞肺癌的有效性和安全性的多中心、開(kāi)放標(biāo)簽的I/II期臨床試驗(yàn)（CheckMate032）發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)各組的客觀緩解率為10%～33%，PD-L1表達(dá)陽(yáng)性的患者接受PD-1單抗治療的有效率更高[10]。另一項(xiàng)關(guān)于Pembrolizumab的II/III期隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)（KEYNOTE-010）納入1034例既往接受治療的PD-L1表達(dá)陽(yáng)性的進(jìn)展期NSCLC患者，結(jié)果顯示隨PD-L1表達(dá)水平的升高，患者的總生存期顯著延長(zhǎng)[11]。一項(xiàng)納入7項(xiàng)研究的Meta分析顯示，腫瘤細(xì)胞PD-L1染色≥1%的NSCLC患者具有更高的客觀緩解率[12]。盡管PD-1/PD-L1抑制劑在多種腫瘤的治療中取得了良好效果，但仍有許多患者對(duì)治療不敏感，抗體治療還會(huì)導(dǎo)致一系列免疫相關(guān)的不良反應(yīng)，如自身免疫性肝炎、自身免疫性糖尿病、垂體炎、甲狀腺機(jī)能減退、肺炎、結(jié)腸炎等。因此，如何篩選免疫治療獲益人群是進(jìn)行精準(zhǔn)治療的關(guān)鍵，臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示，PD-L1表達(dá)陽(yáng)性可能是免疫治療潛在有效的生物靶標(biāo)。

目前，檢測(cè)腫瘤組織PD-L1和腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞PD-1的表達(dá)水平主要是通過(guò)免疫組織化學(xué)（immunohistochemistry, IHC）方法，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局已批準(zhǔn)的用于PD-L1檢測(cè)的IHC試劑盒包括Dako22c3、Dako28-8、Dako73-10、Ventana SP142和Ventana SP263。但I(xiàn)HC檢查的局限性包括：操作有創(chuàng)；無(wú)法對(duì)腫瘤進(jìn)展過(guò)程中的PD-L1表達(dá)水平進(jìn)行重復(fù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；各種IHC試劑盒檢測(cè)平臺(tái)不一致，對(duì)PD-L1陽(yáng)性的判斷標(biāo)準(zhǔn)不同[13]。由于腫瘤的異質(zhì)性，原發(fā)灶與轉(zhuǎn)移灶的PD-L1表達(dá)可能不同，IHC檢測(cè)只能提供活檢區(qū)域的信息（通常為原發(fā)灶），無(wú)法對(duì)所有病灶進(jìn)行穿刺，可能出現(xiàn)假陰性結(jié)果。有研究顯示，在IHC提示PD-L1表達(dá)陰性的患者中，大約10%對(duì)抗PD-1/PD-L1治療有良好反應(yīng)[14-15]。分子影像學(xué)技術(shù)具有無(wú)創(chuàng)、定量定位、實(shí)時(shí)、可重復(fù)、同時(shí)顯示原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶的優(yōu)點(diǎn)，因而成為活體內(nèi)檢測(cè)PD-1/PD-L1表達(dá)的研究熱點(diǎn)。

3 靶向PD-1/PD-L1的PET顯像

PET顯像能定量、無(wú)創(chuàng)地檢測(cè)放射性藥物在活體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)，其靈敏度高、空間分辨率高，因此在腫瘤免疫顯像中發(fā)揮重要作用。常用于標(biāo)記單克隆抗體的正電子核素包括64Cu（半衰期12.7 h）、68Ga（半衰期68.1 min）、89Zr（半衰期3.7 d）等。

Natarajan等[16]用64Cu標(biāo)記的抗鼠源PD-1單克隆抗體對(duì)B16-F10黑色素瘤小鼠表達(dá)PD-1的腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞進(jìn)行PET顯像，在接受示蹤劑注射后，小鼠淋巴組織和腫瘤部位的放射性攝取明顯提高，注射后48 h的生物分布試驗(yàn)結(jié)果顯示腫瘤/肌肉攝取比值為11。PD-1腫瘤的攝取為（7.4 ± 0.7）%ID/g，注射未標(biāo)記抗體阻斷后腫瘤攝取下降20%。這是靶向PD-1免疫檢查點(diǎn)PET顯像的首次報(bào)道，也為之后PD-1靶向顯像奠定了基礎(chǔ)。該研究團(tuán)隊(duì)用89Zr和64Cu標(biāo)記Pembrolizumab制成靶向PD-1的正電子顯像劑，在輸入人外周血單核細(xì)胞的荷人類(lèi)黑色素瘤A375細(xì)胞的免疫缺陷小鼠中注射顯像劑后，PET/CT顯示小鼠脾臟、淋巴器官和腫瘤部位均有較高的放射性攝取，提示腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞在腫瘤部位的高度聚集[17]。

Chatterjee等[18]用64Cu標(biāo)記靶向PD-L1的阿特朱單抗（Atezolizumab）對(duì)乳腺癌PD-L1表達(dá)進(jìn)行了PET顯像，結(jié)果顯示，64Cu-Atezolizumab在PD-L1高表達(dá)的乳腺癌MDA-MB-231中的攝取明顯高于PD-L1低表達(dá)的乳腺癌SUM149。Donnelly等[19]制備了一種新型靶向PD-L1的正電子藥物18F-BMS-986192，在裸鼠雙側(cè)前肢皮下分別種植PD-L1表達(dá)陽(yáng)性的人肺癌細(xì)胞L2987和PD-L1表達(dá)陰性的人結(jié)腸癌細(xì)胞HT-29，小動(dòng)物PET顯像提示，在注射后2 h，顯像劑在L2987腫瘤中的攝取[（2.41 ±0.29）%ID/g]明顯高于HT-29腫瘤中的攝取[（0.82 ±0.11）%ID/g]。以上研究結(jié)果提示，18F-BMS-986192和放射性核素標(biāo)記Atezolizumab有應(yīng)用于腫瘤PD-L1靶向顯像的潛能。

Niemeijer 等[20]將顯像劑18F-BMS-986192和89Zr-Nivolumab用于進(jìn)展期NSCLC患者接受Nivolumab治療前的全身PET/CT顯像，這是關(guān)于人體靶向PD-1/PD-L1顯像的首次報(bào)道。結(jié)果顯示，在不同患者及同一患者的不同腫瘤病灶之間，腫瘤對(duì)顯像劑的攝取具有明顯異質(zhì)性。腫瘤對(duì)18F-BMS-986192的標(biāo)準(zhǔn)化攝取峰值（SUVpeak）與IHC檢測(cè)的腫瘤PD-L1表達(dá)水平相關(guān)，89Zr-Nivolumab的攝取與腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞PD-1的表達(dá)相關(guān)。

Bensch 等[21]用89Zr-Nivolumab對(duì)3種不同類(lèi)型的腫瘤（膀胱癌、NSCLC、三陰性乳腺癌）患者（共22例）在接受PD-L1抑制劑治療前后進(jìn)行PET/CT顯像，評(píng)估89Zr-Nivolumab PET/CT顯像對(duì)PD-L1抑制劑治療的預(yù)后價(jià)值。結(jié)果顯示，不同腫瘤類(lèi)型、不同病灶部位對(duì)顯像劑的攝取有所不同，89Zr-Nivolumab PET/CT顯像能夠判斷患者預(yù)后，以SUVmax≥9為臨界值，治療前腫瘤攝取89Zr-Nivolumab越高的患者無(wú)進(jìn)展生存期和總生存期越長(zhǎng)。

除PD-L1抗體之外，小分子多肽也可作為PD-L1顯像的特異性靶點(diǎn)，小分子多肽具有血漿清除快、容易合成的特點(diǎn)，更適合臨床應(yīng)用。有研究顯示，小分子WL12能夠與PD-L1特異性結(jié)合。Chatterjee等[22]和Lesniak等[23]分別用64Cu和18F標(biāo)記PD-L1結(jié)合多肽WL12，制成64Cu-WL12和18F-FPy-WL12。顯像劑主要聚集在腫瘤、肝臟和腎臟。體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)都顯示，未標(biāo)記的多肽能夠阻斷腫瘤對(duì)顯像劑的攝取，提示64Cu-WL12 和18F-FPy-WL12能夠特異性靶向探測(cè)腫瘤PD-L1。

4 靶向PD-1/PD-L1的SPECT顯像

SPECT顯像具有檢查設(shè)備應(yīng)用廣，顯像成本相對(duì)較低、顯像藥物制作簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)。用于標(biāo)記PD-1/PD-L1靶向顯像劑的單光子核素包括111In（半衰期67.3 h）和99Tcm（半衰期6.02 h）。

Heskamp等[24]用111In標(biāo)記靶向人PD-L1的鼠源性PD-L1單抗PD-L1.3.1（111In- DTPA-PD-L1.3.1），在不同PD-L1表達(dá)水平的乳腺癌荷瘤鼠模型上行SPECT/CT顯像。111In- DTPA-PD-L1.3.1與不同乳腺癌細(xì)胞的結(jié)合率隨PD-L1陽(yáng)性率的升高而增加。注射顯像劑后第3天和第7天顯像效果較好，可能是由于PD-L1單抗在體內(nèi)循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)。111In- DTPA-PD-L1.3.1在PD-L1高表達(dá)的乳腺癌（MDA-MB-231和SK-Br-3）中聚集較多，在PD-L1低表達(dá)或不表達(dá)的乳腺癌（SUM-149、BT474、MCF-7）中低攝取或不攝取，與IHC的檢查結(jié)果一致。SPECT/CT和放射自顯影都顯示111In- DTPA-PD-L1.3.1在腫瘤組織中的分布具有異質(zhì)性，這是首個(gè)關(guān)于PD-L1的SPECT/CT顯像研究。

Chatterjee等[18]用111In成功標(biāo)記了人源化抗PD-L1單抗Atezolizumab（111In-PD-LI-mAb），體外細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)和SPECT/CT顯像都提示PD-L1高表達(dá)的腫瘤對(duì)111In-PD-LI-mAb的攝取明顯高于PD-L1低表達(dá)的腫瘤。

單克隆抗體相對(duì)分子質(zhì)量大，血液循環(huán)滯留時(shí)間長(zhǎng)，需要用較長(zhǎng)半衰期的核素進(jìn)行標(biāo)記，顯像時(shí)間較長(zhǎng)，一般注射顯像劑24 h后才能進(jìn)行顯像，難以臨床推廣應(yīng)用。納米抗體相對(duì)分子量較低、組織穿透力強(qiáng)、可以與抗原快速特異性結(jié)合，游離的抗體能快速經(jīng)腎臟代謝，可在幾小時(shí)內(nèi)獲得高對(duì)比度的顯像。

Xing等[25]用99Tcm標(biāo)記抗PD-L1的單域納米抗體NM-01制成SPECT/CT顯像劑，用于進(jìn)展期NSCLC患者體內(nèi)PD-L1表達(dá)水平的監(jiān)測(cè)，該顯像劑具有良好的體內(nèi)生物分布，注射后2 h得到的圖像質(zhì)量良好。原發(fā)病灶腫瘤對(duì)顯像劑的攝取與IHC顯示的PD-L1表達(dá)水平相關(guān)。全身SPECT/CT顯像提示淋巴結(jié)和骨轉(zhuǎn)移病灶也有顯像劑99Tcm-NM-01攝取。這是首個(gè)用于人體的99Tcm標(biāo)記抗PD-L1抗體研究，實(shí)現(xiàn)了SPECT/CT在活體內(nèi)無(wú)創(chuàng)、全面顯示腫瘤PD-L1表達(dá)的目的，彌補(bǔ)了穿刺活檢技術(shù)不能反映全身PD-L1分布和轉(zhuǎn)移病灶的缺陷。

5 靶向PD-1/PD-L1的其他分子影像學(xué)

Chatterjee 等[18]將熒光染料Licor800聯(lián)接的PD-L1單抗（NIR-PD-LA-mAb）用于檢測(cè)不同乳腺癌細(xì)胞PD-L1表達(dá)的光學(xué)成像。在MDA-MB-231（PD-L1陽(yáng)性腫瘤細(xì)胞占27%）腫瘤組織中的熒光信號(hào)明顯高于SUM149（PD-L1陽(yáng)性腫瘤細(xì)胞占0.1%），因此推測(cè)熒光探針NIR-PD-LA-mAb可用于PD-L1表達(dá)陽(yáng)性的三陰性乳腺癌的光學(xué)成像。

Du等[26]用MRI顯像劑Gd-DOTA和近紅外熒光染料聯(lián)合標(biāo)記PD-L1單抗，合成MRI/熒光雙模態(tài)納米探針PD-L1-PCI-Gd。光學(xué)顯像顯示腫瘤組織中PD-L1靶向的納米材料攝取明顯高于非靶向材料。靶向PD-L1的腫瘤組織的熒光信號(hào)比本底高20%左右。MRI顯示在腫瘤組織中的信號(hào)強(qiáng)度顯著高于對(duì)照組。

6 結(jié)語(yǔ)

分子影像能夠定量評(píng)估腫瘤組織及腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞PD-L1/PD-1的表達(dá)，預(yù)測(cè)免疫治療的反應(yīng)效率，對(duì)腫瘤患者進(jìn)行個(gè)體化精準(zhǔn)治療，避免對(duì)不能從免疫治療中獲益的患者產(chǎn)生不良反應(yīng)。目前的研究尚存在以下問(wèn)題：首先，用于探針標(biāo)記的放射性核素64Cu、89Zr、111In來(lái)源有限，臨床難以獲得，迫切需要研發(fā)更多18F或99Tcm標(biāo)記的PD-1/PD-L1靶向探針；其次，每一種分子影像都各有優(yōu)缺點(diǎn)，可發(fā)揮多模態(tài)影像融合技術(shù)優(yōu)勢(shì)，更好地顯示靶向PD-1/PD-L1的成像效果。今后還需要更多大規(guī)模的臨床試驗(yàn)，推動(dòng)PD-1/PD-L1靶向分子影像為腫瘤免疫治療和評(píng)估提供更科學(xué)的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)腫瘤免疫治療的準(zhǔn)確化、個(gè)體化和最優(yōu)化。