靶向超聲造影劑BR55的研究進(jìn)展

張馨悅，呂 珂，李建初，姜玉新，孝夢甦

1中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院超聲科，北京 1007302北京中醫(yī)藥大學(xué)房山醫(yī)院超聲科，北京 102488

BR55是一種與血管內(nèi)皮生長因子受體2 (vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2)特異性結(jié)合的靶向超聲造影劑，適用范圍廣，目前已進(jìn)入臨床試驗階段，有望真正進(jìn)入臨床應(yīng)用。VEGFR2是血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的主要受體[1]，在腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞表面高度表達(dá)，其表達(dá)水平可視為腫瘤預(yù)后與轉(zhuǎn)移的指標(biāo)之一[2]。BR55與VEGFR2特異性結(jié)合，且結(jié)合能力與VEGFR2表達(dá)水平直接相關(guān)，可以通過信號強(qiáng)度反應(yīng)血管內(nèi)皮細(xì)胞上VEGFR2表達(dá)水平，引起研究者們的廣泛關(guān)注。

BR55組成及其成像方式

超聲分子成像通過應(yīng)用靶向超聲造影劑在分子水平監(jiān)測疾病，可用于檢測腫瘤內(nèi)新生血管形成[3]。與非靶向超聲造影劑相比，靶向超聲造影劑微泡外殼上添加了結(jié)合配體，可使其在配體靶向分子的組織位點(diǎn)聚集[4]。根據(jù)粒徑大小，超聲造影劑分為微米級和納米級。BR55是一種微米級造影劑，不能穿過血管內(nèi)皮孔進(jìn)入組織間隙，可有效避免微泡在組織間隙非特異性聚積。而納米級超聲造影劑能穿過血管內(nèi)皮進(jìn)入組織間隙，可進(jìn)行血管外靶組織顯像[5]。BR55是檢測腫瘤新生血管的診斷性造影劑，除此之外，還有一些多功能靶向造影劑可作為特殊藥物或基因的載體[6- 7]。

BR55組成BR55是一種以血管內(nèi)皮生長因子受體2為靶點(diǎn)的靶向超聲造影劑[8]。BR55外殼為磷脂殼，其內(nèi)為氮?dú)夂腿⊥榈幕旌衔颷9]，通過聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)將配體(與VEGFR2有較高親和力的異源二聚體)與微泡連接[8]。VEGFR2也被稱為激酶插入結(jié)構(gòu)域受體(kinase insert domain receptor，KDR)，一種內(nèi)皮細(xì)胞特異性酪氨酸激酶受體，是腫瘤血管生成的最具特征的分子標(biāo)志之一[10]。

成像方式超聲分子成像的先決條件是區(qū)分靶向結(jié)合微泡與自由循環(huán)微泡[4]。一種方式是利用微泡幀間特征，自由循環(huán)微泡可從血管中擴(kuò)散出去[11- 13]，呈快速、雜亂運(yùn)動，停留時間較短，而結(jié)合微泡緩慢運(yùn)動或靜止，停留時間較長[12]，因而有學(xué)者開發(fā)新型超聲分子成像信號測量算法，將停留時間較長的像素突出顯示[14]。另一種方法是破壞-補(bǔ)充法[12]，使微泡進(jìn)入循環(huán)并與靶點(diǎn)結(jié)合，然后利用高強(qiáng)度破壞脈沖將所有微泡破壞，靶向微泡結(jié)合量可用破壞前信號強(qiáng)度(假定為結(jié)合微泡和自由循環(huán)微泡)減去破壞后信號強(qiáng)度(假定自由循環(huán)微泡可重新填充感興趣區(qū))來表示[15- 17]，不同微泡所需脈沖強(qiáng)度不同，且高功率破壞性的脈沖可能會造成未經(jīng)證實的生物效應(yīng)[14]。

動物實驗

大量動物實驗證實BR55能與VEGFR2結(jié)合。Pochon等[18]在大鼠原位乳腺癌模型中證明BR55與表達(dá)VEGFR2的細(xì)胞緊密結(jié)合，其分布模式與VEGFR2表達(dá)模式相關(guān)，注射BR55 10 min后，腫瘤血管內(nèi)積聚的微泡即可突出顯示病變，而周圍健康組織的信號已恢復(fù)到背景值。Wang等[19]利用小鼠鱗狀細(xì)胞癌模型發(fā)現(xiàn)VEGFR2靶向微泡結(jié)合力隨著VEGFR2密度的增加而增加。

肝癌腫瘤模型VEGFR2在肝細(xì)胞癌前病變或高分化肝細(xì)胞癌中表達(dá)水平顯著增高。Grouls等[20]敲除小鼠肝細(xì)胞特異性基因模擬人類慢性肝炎、肝細(xì)胞不典型增生和肝細(xì)胞癌，比較BR55和非靶向二代微泡造影劑BR1(SonoVue，Bracco，Italy)肝臟成像效果，結(jié)果顯示兩者峰值強(qiáng)度無顯著差異，但BR55在肝細(xì)胞不典型增生中積聚量明顯高于正常肝臟，且在注射VEGFR2抗體后，靶向微泡聚集明顯減少，BR55中的聚乙二醇可以減少肝臟對大分子造影劑的非特異性攝取[20]。Hackl等[13]在評估小鼠結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移模型時，BR1和BR55均可發(fā)現(xiàn)微小病變，BR1發(fā)現(xiàn)最小病變?yōu)? mm，BR55發(fā)現(xiàn)最小病變?yōu)?.8 mm。在非靶向超聲造影中，惡性病變特點(diǎn)是門靜脈期造影劑低積聚，但轉(zhuǎn)移灶在BR55注射30 min以上仍保持高強(qiáng)化狀態(tài)，轉(zhuǎn)移灶的BR55強(qiáng)化區(qū)域與VEGFR2的表達(dá)水平顯著相關(guān)。

乳腺腫瘤模型研究表明，VEGFR2在乳腺癌病變甚至在導(dǎo)管原位癌時即出現(xiàn)過度表達(dá)[8，21]。Bachawal等[8]證明BR55可與轉(zhuǎn)基因小鼠乳腺癌模型中VEGFR2特異性結(jié)合，且隨著乳腺組織由正常向增生、導(dǎo)管原位癌和浸潤性乳腺癌的進(jìn)展，成像信號顯著增強(qiáng)，這與病變中微血管密度和VEGFR2表達(dá)水平的增加有關(guān)。Bzyl等[22]在裸鼠乳腺癌異種移植瘤模型中，應(yīng)用BR55的自動三維分子超聲成像可精確描繪直徑2 mm的微小乳腺癌，在腫瘤增長過程中，成熟血管逐漸增多，VEGFR2表達(dá)下降，BR55積聚減少，但親和力仍足以成像。Helbert等[23]在大鼠乳腺腫瘤模型中檢測蘇尼替尼(一種多靶點(diǎn)酪氨酸激酶抑制劑)治療效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)BR55在首次給藥后12 h即出現(xiàn)顯著性差異，而灰階超聲則需要24 h，在治療72 h后，分子信號峰值強(qiáng)度降低約80%，而解剖參數(shù)變化幅度約40%。

其他腫瘤模型與正常胰腺和慢性胰腺炎相比，約半數(shù)胰腺腫瘤細(xì)胞可以檢測到VEGFR表達(dá)，包括內(nèi)皮細(xì)胞和導(dǎo)管上皮細(xì)胞[24]。Pysz等[25]制作轉(zhuǎn)基因小鼠胰腺導(dǎo)管腺癌模型，使用BR55對病灶進(jìn)行超聲分子成像，胰腺導(dǎo)管腺癌超聲信號強(qiáng)度為正常胰腺26.8倍，直徑小于3 mm的腫瘤具有更高的VEGFR2靶向超聲信號強(qiáng)度，但VEGFR2表達(dá)水平?jīng)]有顯著差異，信號強(qiáng)度減低可能與腫瘤直徑大于3 mm時功能血管數(shù)量及分子靶點(diǎn)數(shù)量減少有關(guān)。但轉(zhuǎn)基因小鼠胰腺導(dǎo)管腺癌模型在數(shù)周內(nèi)快速進(jìn)展并不能準(zhǔn)確反映實際情況下患者相對緩慢的疾病進(jìn)展[25]。

在甲狀腺乳頭狀癌中，VEGFR2表達(dá)增加與癌細(xì)胞增殖、腫瘤大小和是否發(fā)生轉(zhuǎn)移相關(guān)。Mancini等[16]在轉(zhuǎn)基因小鼠甲狀腺癌模型中以VEGFR2靶向造影劑的視頻強(qiáng)度差(video intensity difference，VID)量化VEGFR2表達(dá)，表明信號強(qiáng)度與VEGFR2表達(dá)水平顯著相關(guān)，VEGFR2靶向微泡在良性病變和正常甲狀腺中保留率很低，可用20 VID鑒別甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)[16]。

監(jiān)測腫瘤模型抗血管生成超聲造影可評估腫瘤抗血管生成的治療效果[26]，依據(jù)時間強(qiáng)度曲線、動態(tài)血管模式、灌注量和相對血容量顯示腫瘤內(nèi)血管形成差異[15，27]。Baetke等[15]在小鼠異種鱗狀細(xì)胞癌中使用BR55等不同造影劑監(jiān)測B20(VEGF抗體)抗血管生成治療效果，通過破壞性脈沖前后超聲成像信號聲強(qiáng)度差值評估BR55結(jié)合量，治療過程中，BR55微泡結(jié)合數(shù)量明顯減少提示B20抗血管生成的有效性。Wang等[28]證實BR55在監(jiān)測抗血管生成治療反應(yīng)的可行性和重復(fù)性，在小鼠異種移植人結(jié)腸癌模型中，貝伐單抗抗血管生成治療后VEGFR2靶向的超聲分子成像信號強(qiáng)度相比于對照組降低了57%。尼洛替尼(Nilotinib)是血小板源性生長因子受體抑制劑，DC 101是一種VEGFR2中和抗體，Zafarnia等[17，29]在人類乳腺腺癌細(xì)胞誘導(dǎo)小鼠異種腫瘤模型中單獨(dú)使用尼洛替尼、DC101以及聯(lián)合兩者，根據(jù)BR55脈沖破壞前后的信號強(qiáng)度差異，確定VEGFR2結(jié)合微泡的信號強(qiáng)度值，從而評估抑制腫瘤血管生成的療效，結(jié)果表明單獨(dú)使用DC101的VEGFR2表達(dá)水平最低，與免疫組化結(jié)果相符合。

臨床應(yīng)用試驗研究

Smeenge等[9]對24例經(jīng)活檢確診的前列腺癌患者行BR55超聲分子成像，并于30 d內(nèi)行根治性前列腺癌切除術(shù)。在最低劑量為0.03 ml/kg時即可獲得整個前列腺的持續(xù)增強(qiáng)，在52個惡性病變中，有26個在BR55顯像時被發(fā)現(xiàn)。VEGFR2是乳腺癌和卵巢癌等多種腫瘤組織中新生血管生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一[8，10，28]，Willmann等[11]應(yīng)用BR55對乳腺和卵巢病變患者進(jìn)行超聲分子成像，自由循環(huán)微泡消失后仍可見的增強(qiáng)病灶代表靶向微泡與VEGFR2的結(jié)合，將病灶增強(qiáng)程度分為強(qiáng)、弱、無3個視覺等級，結(jié)果顯示VEGFR2靶向超聲分子成像信號與VEGFR2表達(dá)水平相匹配，大多數(shù)卵巢原發(fā)惡性病變表現(xiàn)為明顯強(qiáng)化，大多數(shù)卵巢原發(fā)良性病變表現(xiàn)為無強(qiáng)化；乳腺惡性病變VEGFR2靶向超聲信號強(qiáng)度高于周圍正常乳腺組織約8倍。

關(guān)于BR55的注射劑量，也開展了一些相關(guān)研究。Smeenge等[9]提出患者注射2次，劑量分別為0.03、0.05 ml/kg，最大累積劑量為0.08 ml/kg。當(dāng)注射劑量為0.01、0.02 ml/kg時不能提供足夠的診斷信息。Willmann等[11]在3組患者中分別以0.03、0.05、0.08 ml/kg注射1次，發(fā)現(xiàn)不同劑量組信號持續(xù)時間無顯著差異，最早可在注射后7 min被觀察到。

問題與展望

雖然BR55已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗階段，但仍有一些問題亟需解決，如：靶向結(jié)合微泡和自由循環(huán)微泡的區(qū)分尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。BR55在人體前列腺癌、卵巢癌及乳腺癌臨床研究中雖未出現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)[9，11]，但患者偶有輕、中度不良反應(yīng)，無任何干預(yù)即可恢復(fù)正常。近年來，多靶點(diǎn)超聲分子成像也是新的研究方向，例如VEGFR2和αvβ3整合素是腫瘤血管生成的兩個最具特征的分子標(biāo)志物，Willmann等[30]應(yīng)用VEGFR2和αvβ3整合素為靶點(diǎn)的雙靶向超聲造影劑，在血管生成部位檢測到更高的附著水平和超聲成像信號。除此之外三維超聲分子成像也擁有廣闊的應(yīng)用前景。

結(jié) 語

BR55是一種可與血管內(nèi)皮生長因子受體2特異性結(jié)合的靶向超聲造影劑，適用范圍廣、不良反應(yīng)少，有望最早應(yīng)用于臨床，因此有必要了解其原理及應(yīng)用現(xiàn)狀。截至目前，已通過多種動物實驗證明其結(jié)合能力與VEGFR2表達(dá)水平直接相關(guān)，并在人體前列腺癌、乳腺癌、卵巢癌病變中證明其有效性、安全性及耐受性。