靶向HER2陽性腫瘤的PET/CT分子顯像臨床研究進展

周妮娜，朱華，楊志

0 引言

人類表皮生長因子受體2（HER2）是由定位于染色體17q21的c-erbB-2基因編碼的一種有酪氨酸激酶活性的跨膜受體樣蛋白，為表皮生長因子受體（epithelial growth factor receptor, EGFR）家族成員之一，在多種腫瘤組織中均有不同程度的表達[1]。靶向治療藥物曲妥珠單抗（赫賽汀,Herceptin），是人工合成的單克隆抗體，與HER2的胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)合后，選擇性地阻斷HER2相關(guān)信號通路。1998年，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準曲妥珠單抗用于轉(zhuǎn)移性乳腺癌的臨床治療，該藥在化療后單獨應(yīng)用或與化療藥物聯(lián)用已成為早期及轉(zhuǎn)移性乳腺癌臨床治療的一線用藥方案。2010年，歐盟和美國又相繼批準曲妥珠單抗用于HER2陽性晚期轉(zhuǎn)移性胃癌的臨床治療。該藥明顯提高HER2陽性乳腺癌、胃癌的總生存時間[2-4]。

準確及時評估腫瘤原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶HER2表達情況是靶向治療的關(guān)鍵。目前對HER2過表達的檢測一般采用取活檢標本進行病理學(xué)檢查，檢查。方法主要是免疫組織化學(xué)染色（immunohistochemistry, IHC）和熒光原位雜交法（fluorescence in situ hybridization, FISH），HER2陽性定義為HER2 IHC2+/FISH陽性，或IHC3+。但是這種有創(chuàng)性的檢查不能作為腫瘤療效評價的常規(guī)檢查而多次進行,另外HER2過表達存在空間和時間的異質(zhì)性[5-6]，即原發(fā)灶內(nèi)部、原發(fā)灶與轉(zhuǎn)移灶、轉(zhuǎn)移灶間均有可能出現(xiàn)HER2表達的異質(zhì)性，病灶治療過程中HER2表達也可能出現(xiàn)變化，例如一些HER2陰性的乳癌患者亦能從抗HER2治療中獲益[7-8]。而原發(fā)灶與轉(zhuǎn)移灶HER2表達的異質(zhì)性、病灶治療過程中HER2表達變化情況，常常因為位置深在或難以通過反復(fù)活檢獲得。

靶向HER2的PET/CT分子顯像，有望實時、無創(chuàng)的監(jiān)測全身病灶的HER2表達情況。目前靶向HER2的PET/CT分子顯像主要包括核素標記抗體顯像、核素標記親和體顯像、核素標記抗體片段及納米抗體顯像。

1 核素標記完整單克隆抗體靶向腫瘤HER2顯像（表1）

1.1 89Zr-Trastuzumab與89Zr-Pertuzumab PET/CT顯像

曲妥珠單抗與HER2受體胞外結(jié)構(gòu)域的IV區(qū)結(jié)合，通過以下機制抑制腫瘤細胞的增殖、生長和存活：（1）下調(diào)HER2的總水平；（2）阻斷HER2胞外區(qū)的裂解；（3）抑制HER2同源二聚化，從而抑制PI3K細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；（4）減少血管生成；（5）誘導(dǎo)抗體依賴性細胞毒性或裂解通過免疫細胞募集的抗體結(jié)合細胞[9-10]。

表1 核素標記完整的單克隆抗體顯像Table1 Complete radionuclide-labeled monoclonal antibody imaging

由于完整抗體的血液藥代動力學(xué)較慢，需要半衰期相對長的核素標記，89Zr核素具有相對長的半衰期（78.4 h），并能提供較高的PET空間分辨率，可用于標記完整抗體進行顯像。2010年Dijkers等[11]首次應(yīng)用89Zr-Trastuzumab進行了14例HER2陽性轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的PET/CT顯像研究，其中7例為治療中患者，7例為未接受治療的患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CT或MRI檢出的大部分病灶在PET上顯影，并且腦轉(zhuǎn)移灶顯影，提示血腦屏障的破壞，患者無注射藥物相關(guān)的不良反應(yīng)，估算的輻射劑量同兩次腹部CT掃描相仿（18 mSv）。未接受過治療的共注射50 mg抗體、接受治療的10 mg抗體圖像對比度好，腦轉(zhuǎn)移可清晰顯示。2016年Laforest等[12]的研究提示注射89Zr-Trastuzumab后5±1天圖像對比好，藥物在肝、腎、心肌中滯留時間較長，肝臟為劑量限制性器官（1.54 mSv/MBq）。2016年Ulaner等[13]應(yīng)用89Zr-Trastuzumab對乳腺癌原發(fā)灶為HER2陰性的患者進行HER2陽性轉(zhuǎn)移灶的探測，9例患者中5例出現(xiàn)陽性顯像結(jié)果，經(jīng)活檢證實，其中2例為真陽性，接受靶向治療，因此研究者認為89Zr-trastuzumab有助于HER2陰性乳腺癌陽性轉(zhuǎn)移灶篩查。

2018年O’Donoghue等[14]首次應(yīng)用89Zr-Trastuzumab進行了HER2陽性食管胃結(jié)合部癌患者的顯像，報道藥物安全性、藥代動力學(xué)、生物分布、輻射劑量，2例注射藥物時出現(xiàn)輕微寒冷，余無不良反應(yīng)，T1/2β（消除半衰期）為111 h，5~8天顯影最佳，吸收劑量較高的臟器分別為肝臟、心臟壁、腎臟、肺、脾，有效劑量為0.48 mSv/MBq。腫瘤顯像：2例未顯影，1例可能因為病灶HER2表達為弱陽性（IHC2+、FISH HER2/CEP17 3.4）；1例胃癌術(shù)后患者，其原發(fā)灶和肺轉(zhuǎn)移灶經(jīng)病理學(xué)證實均為HER2陽性表達，肺轉(zhuǎn)移灶未顯影可能因為病灶較?。?.1×1.1 cm），腹膜后淋巴結(jié)（1.9×1.3 cm）未顯影，但是該淋巴結(jié)并未進行活檢病理學(xué)檢查。

Pertuzumab（帕妥珠單抗）是另外一種人源化單克隆抗體，結(jié)合位點（Ⅱ區(qū)）不同于Trastuzumab（Ⅳ區(qū)）[15]，對于正在接受Trastuzumab或T-DM1治療的患者，病灶HER2的檢測可能較核素標記Trastuzumab更為敏感。2017年Ulaner等[16]進行了89Zr-Pertuzumab在HER2陽性轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的顯像，研究表明該藥物無毒性反應(yīng)，血池、肝臟、腎臟、脾臟顯影，膀胱內(nèi)無聚集，2例患者小腸顯影，血池、脾臟隨時間延長濃聚降低，肝腎持續(xù)顯影，肝臟、腎臟、心室壁接受的輻射劑量較高，平均有效劑量0.54 mSv/MBq，與Trastuzumab相當（0.48），Pertuzumab在實質(zhì)臟器（肝臟、腎臟、脾臟、肺）的濃聚略高于Trastuzumab；兩例患者同時具有陽性原發(fā)灶和陰性原發(fā)灶，均發(fā)現(xiàn)腦轉(zhuǎn)移陽性顯像，一例腦轉(zhuǎn)移經(jīng)活檢證實為真陽性，一例患者活檢證實原發(fā)灶、肝轉(zhuǎn)移灶為陰性，胸壁轉(zhuǎn)移灶為陽性，顯像時僅胸壁病灶為陽性，提示顯像可以評估病灶的異質(zhì)性。

89Zr-Trastuzumab與89Zr-Pertuzumab PET/CT顯像時間為注射藥物后4~8天[11-14,16]，為了降低肝臟的本底攝取，提高顯像的敏感度，未接受靶向治療的患者顯像前需要50 mg抗體的預(yù)注射或共注射，治療中的患者需要10 mg抗體的預(yù)注射或共注射[11-14,16], 平均輻射劑量為0.47~0.54 mSv/MBq[11-12,16]，顯像可用于初治及治療中患者HER2狀態(tài)的檢測[11-12,14,16]。

1.2 64Cu-Trastuzumab PET/CT顯像

64Cu-半衰期為12.8 h，亦用于標記抗體顯像。2013年Tamura等[17]應(yīng)用64Cu-DOTA-Trastuzumab進行HER2陽性乳腺癌患者顯像，研究表明顯像劑安全，無不良反應(yīng)，顯像結(jié)果提示CT、MRI發(fā)現(xiàn)的大部分病灶均顯像；藥物輻射的有效劑量為0.036 mSv/MBq，內(nèi)照射劑量為4.5 mSv, 低于常規(guī)FDG（7.0~14 mSv）顯像和89Zr-trastuzumab（18 mSv）顯像的輻射劑量，腦轉(zhuǎn)移可清晰顯示。2014年Mortimer等[18]研究發(fā)現(xiàn)50 mg抗體的預(yù)注射可降低75%肝臟攝取，對病灶攝取無明顯影響，對CT已知病灶檢出率的敏感度為1天77%、2天89%，F(xiàn)DG 93%，同一病灶的FDG和64Cu-Trastuzumab攝取值無相關(guān)性，同一患者及不同患者間病灶攝取差異大，提示了HER2表達的異質(zhì)性，藥物輻射在安全范圍，其有效劑量為12 mSv。

2018年Mortimer等[19]比較了11例HER2陽性與7例陰性乳腺癌患者的64Cu-DOTA-Trastuzumab PET/CT顯像結(jié)果，發(fā)現(xiàn)HER2陽性組中位SUVmax高于陰性組，兩組間有重疊，HER2陽性組患者內(nèi)、患者間變異程度高于陰性組，F(xiàn)DG攝取與64Cu-DOTATrastuzumab攝取無相關(guān)性。

64Cu-Trastuzumab的顯像時間為注射藥物后1~2天[17-19]，50 mg抗體預(yù)注射可降低肝臟本底[18-19]，有效劑量為0.036 mSv/MBq[17]，可用于初治治療中患者的顯像。

2 核素標記親和體(Affibody)顯像（表2）

親合體是一種中等大小的肽，相對分子質(zhì)量?。?.5 kDa），生物分布快，ABY-025可與HER2胞外Ⅲ區(qū)結(jié)合[20-21]，不同于Trastuzumab和Pertuzumab（Ⅳ和 Ⅱ區(qū)），可用于靶向治療中的患者顯像。

2016年Sandstr?m等[22]對8例轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者進行顯像，吸收劑量最高者分別為腎和肝臟，以注射100 MBq為例，分別為40 mGy和15 mGy，低于科研最高限量50 mGy，200 MBq有效劑量為5.6 mSv, 低于常規(guī)的FDG（7 mSv）。2016年S?rensen等[23]對12例原發(fā)灶為陽性及4例陰性的轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者進行了68Ga-ABY-025 PET/CT顯像研究，對比了高劑量和低劑量冷抗共注射對顯像的影響，并對其中12例患者的16處病灶進行了活檢。研究發(fā)現(xiàn) 4 h高劑量冷抗共注射顯像最佳；陽性灶攝取值是陰性灶的5倍之多，可重復(fù)性好，識別出病灶HER2表達的反轉(zhuǎn)及混合性，3例患者因此改變治療策略。FDG SUVmax陽性與陰性病灶無差異，68Ga-ABY-025 HER2陽性與HER2陰性病灶的SUV在各個時間點、兩種劑量均有差異。HER2陽性灶SUV值隨時間延長而升高，HER2陰性灶SUV值無明顯變化。HER2評分（0~3+）與SUV有很好的相關(guān)性，部分患者轉(zhuǎn)移灶的SUV值變異很大，一些病灶明顯高于或低于界值，說明同時存在HER2陽性與陰性灶（2例患者通過活檢證實）。

3 核素標記抗體片斷及納米抗體顯像（表3）

68Ga半衰期為68分鐘。68Ga-DOTA-F（ab’）2-trastuzumab（30 KD）與抗體相比，在血液中滯留時間相對較短，可于較短時間內(nèi)進行顯像。2013年Beylergil等[24]對7例HER2陰性及8例HER2陽性乳腺癌進行68Ga-DOTA-F(ab’)2-Trastuzumab顯像，結(jié)果顯示無注射藥物不良反應(yīng)，藥物的生物半衰期約為（3.6±0.9）h，檢查中腎臟受到的輻射劑量最高，為0.383 cGy/37MBq。8例陽性患者中有4例病灶顯影，4例未顯影。未顯影的原因：（1）可能是患者接受靶向治療，體內(nèi)抗體競爭顯像劑的結(jié)合；（2）可能是未進行冷抗體的注射。該作者提出優(yōu)化顯像條件，需納入未接受靶向治療的患者，并增加冷抗體的注射量。

納米抗體（Nanobody）是具有完整功能的最小的抗原結(jié)合片段（15 KD），相比于常規(guī)抗體，納米抗體的優(yōu)勢有：（1）相對分子質(zhì)量小，可穿透血腦屏障；（2）原核或真核系統(tǒng)中高表達；（3）特異性強，親和力高；（4）對人的免疫原性弱[25]。Keyaerts于2016年[26]報道了68Ga-HER2-Nanobody用于乳腺癌患者顯像的安全性、生物分布、輻射劑量及靶向腫瘤顯像能力。20例患者被分成三組，接受不同的劑量冷抗體注射。結(jié)果顯示顯像劑安全，無藥物注射相關(guān)不良反應(yīng)，生物半衰期約1 h，可早期顯像（60~90 min），因為肝臟本底持續(xù)下降，90 min顯像可能更好一些。顯像劑通過腎臟清除，估算的輻射劑量為0.04 mSv/MBq，平均有效劑量為4.6 mSv。原發(fā)灶的SUV值范圍為0.7~11.8，可能提示腫瘤的異質(zhì)性。2例原發(fā)灶為陰性的轉(zhuǎn)移灶出現(xiàn)高攝取，可能是因為原發(fā)灶與轉(zhuǎn)移灶HER2表達的不一致。18F為目前生產(chǎn)使用最為廣泛的正電子核素，亦可用于相關(guān)抗體的標記， Xaviera等[27]進行了18F-FB-anti-HER2 Nanobody在HER2陽性腫瘤移植鼠的體內(nèi)顯像研究，結(jié)果表明該探針具有較高的腫瘤特異性攝取，通過腎臟快速清除，具有較高的臨床應(yīng)用潛能。

表2 核素標記親和體(affibody)顯像Table2 Radionuclide-labeled affibody imaging

表3 核素標記抗體片斷及納米抗體顯像Table3 Radionuclide-labeled antibody fragments and nanobody imaging

4 18F-FDG PET/CT與HER2表達

HER2陽性與陰性腫瘤的FDG攝取是否具有差異，各研究結(jié)果尚無明確一致結(jié)論[28-30]。Chen等[28]回顧性分析了64例胃癌患者術(shù)前FDG PET/CT，發(fā)現(xiàn)當排除了印戒細胞癌后，HER2陰性組（IHC0, IHC1+）SUVmax高于陽性組（IHC2+,IHC3+），以SUVmax=6.2為界值，預(yù)測HER2表達的準確性為64.4%。Kim等[29]分析了109例進展期胃癌術(shù)前的FDG PET，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HER2陰性組（IHC0, +）低于HER2陽性組（IHC2+, 3+）（3.9±2.1 vs. 6.3±3.7, P=0.02）。以SUVmax3.5為界值，敏感度76.9%和特異性60.2%。Celli等[30]選擇31例活檢或手術(shù)證實的HER2陽性和65例HER2陰性的胃癌/胃食管結(jié)合部癌，對年齡和性別進行匹配后，發(fā)現(xiàn)陽性組（IHC3+ 或 IHC2+, FISH陽性）與陰性組的FDG SUVmax無差異（9.7 vs. 8.4,P=0.6）。一些研究同時進行了FDG顯像與HER2顯像[18-19], 結(jié)果表明FDG攝取與HER2顯像劑攝取均無相關(guān)性。由于FDG主要反映病灶的葡萄糖代謝情況，其代謝高低更多的受腫瘤組織病理類型、分化程度的影響，不能直接反應(yīng)腫瘤HER2表達的情況。新型分子探針直接靶向HER2受體顯像，能更加準確的反映腫瘤HER2表達情況。

5 靶向HER2的PET/CT分子顯像用于療效預(yù)測

2016年Gebhart等[31]進行了一項前瞻性的臨床試驗，應(yīng)用89Zr-Trastuzumab PET/CT和FDG PET/CT對HER2-陽性轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者接受T-DM1治療進行療效預(yù)測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：56例患者中，29%為HER2-PET/CT陰性，46%的患者體內(nèi)病灶表現(xiàn)為異質(zhì)性。以RECIST1.1為標準， HER2-PET/CT的NPV/PPV（陰性預(yù)測值/陽性預(yù)測值）為88%/72%，早期FDG PET/CT為83%/96%。聯(lián)合HER2-PET/CT和FDG-PET/CT能夠準確的預(yù)測形態(tài)學(xué)反應(yīng)（PPV and NPV:100%），并能有效地將治療失敗時間（time-to-treatment failure, TTF）值不同的兩組患者區(qū)別開。治療前HER2靶向顯像與FDG早期代謝反應(yīng)相結(jié)合，可以顯示腫瘤異質(zhì)性，并用于篩選接受T-DM1治療獲益的患者。

6 總結(jié)與展望

長半衰期核素標記完整抗體的優(yōu)點：直接評估HER2結(jié)合Trastuzumab的情況，可以有效的預(yù)測治療效果用于患者篩選；用于不易活檢病灶HER2狀態(tài)的評估（如腦轉(zhuǎn)移），可以評價同一病灶內(nèi)部、同一患者不同病灶的HER2表達異質(zhì)性；另外，因其無創(chuàng)性，檢查可以反復(fù)進行，用于治療中的療效評價。缺點是完整抗體的血液藥代動力學(xué)較慢，需要半衰期相對長的核素標記，血液清除率較慢，血池及肝臟背景高，為了獲得較好的圖像對比度，需要較長時間點的顯像，以及注射冷抗體降低肝臟的非特異攝取，患者的配合度較差，另外長半衰期的核素導(dǎo)致較高的輻射劑量。

短半衰期核素標記親和體顯像、抗體片段及納米抗體顯像優(yōu)點：由于其相對分子質(zhì)量小，生物分布快，注射藥物后短時間內(nèi)顯像（1~4 h），增加患者的便利性，可重復(fù)顯像，親合體由于與抗體結(jié)合位點不同，可用于靶向治療中患者的顯像，另外輻射劑量明顯低于長半衰期核素標記的完整抗體。缺點：親和體、抗體片段及納米抗體制備要求高，國內(nèi)外相關(guān)臨床研究較少。

既往研究的不足之處在于病例樣本較少，且多數(shù)為乳腺癌方面的研究，胃癌HER2表達方面的研究較少。另外18F標記相關(guān)抗體研究較少。18F為目前生產(chǎn)使用最為廣泛的正電子核素，亦可用于相關(guān)抗體的標記，已有臨床前研究表明18F標記納米抗體有較高的腫瘤攝取特異性，并且腎臟清除快，具有很好的臨床應(yīng)用前景。目前短半衰期核素以68Ga為主，主要因為標記過程簡單，應(yīng)用鍺-鎵發(fā)生器獲得核素方便，18F需要加速器獲得，且標記過程相對復(fù)雜，隨著標記技術(shù)的進步，18F標記相關(guān)抗體有望更多的應(yīng)用于臨床研究。

綜上，靶向HER2的PET/CT分子顯像，可實時、無創(chuàng)的監(jiān)測全身病灶的HER2表達情況，有助于更好的理解HER2表達的異質(zhì)性，用于原發(fā)腫瘤HER2陰性患者陽性轉(zhuǎn)移灶的篩選，用于不易活檢病灶HER2狀態(tài)的評估，同時也可用于預(yù)測療效，以選擇適合靶向治療的患者。短半衰期核素標記親和體、抗體片段及納米抗體顯像因其較短的顯像時間點及較低的輻射劑量，可能更適于臨床應(yīng)用。